INFORMES DE MecSuelos

U.A.J.M.S.
ING. CIVIL
LABORATORIO
DE SUELOS
UNIVERSIDAD JUAN MISAEL SARACHO
FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA
ΧΑΡΡΕΡΑ ∆Ε ΙΝΓΕΝΙΕΡΙΑ ΧΙςΙΛ
L AB O R AT O RI O
DE SUELOS
TARIJA - BOLVIA
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INDICE
1. Ensayo del Hidrómetro
2. Calibración de Picnómetros
3. Peso Específico de los Sólidos de un Suelo
4. Análisis Granulométrico Método Mecánico
5. Límites de Atterberg
6. Relación Humedad Densidad Compactación T – 180
7. Densidad in Situ
8. Ensayo de la Relación de Soporte de California (C.B.R.)
9. Ensayo de Penetración Estándar SPT
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ENSAYO DEL HIDRÓMETRO
CONCEPTO.El método más usado para hacer la determinación indirecta de los porcentajes de partículas
que pasan el tamiz No. 200, es el del hidrómetro, basado en la sedimentación de un material
en suspensión en un líquido. El hidrómetro sirve para determinar la variación de la
densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del grano
de tamaño más grande correspondiente a la densidad media.
Si se distribuye un gran número de granos de suelo en un líquido y se sumerge un
hidrómetro, el empuje hidrostático en el bulbo, es igual al peso de la suspensión desalojada
por el bulbo. El hidrómetro mide el promedio de la densidad de la suspensión desalojada
por el bulbo. De la lectura del hidrómetro puede determinarse directamente el porcentaje de
granos de suelo por peso con relación a la concentración original, calibrando la escala del
hidrómetro en granos por litro.
El tamaño de los granos obtenidos con el hidrómetro es el equivalente de una esfera cuya
velocidad de caída sea igual a la del grano del suelo. El diámetro equivalente de los granos
para una lectura dada se obtiene por medio de la ley de Stokes, considerando como altura
de caída la distancia entre la superficie del líquido y el centro de flotación del bulbo. El
centro de flotación es variable y no se comete un error grave si en el lugar de la distancia al
centro de flotación se usa la distancia al centro del volumen del bulbo. La obtención de los
diámetros equivalentes se facilita grandemente usando el monograma calculado por A.
Casagrande.
UBICACIÓN.El ensayo del Hidrómetro se lo realizó en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de
Ingeniería Civil.
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ENFOQUE.El análisis de hidrómetro es un método ampliamente utilizado para obtener un estimado de
la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas se encuentran desde el tamiz No.
200 (0.075 mm.) hasta alrededor de 0.001 mm., es decir, cuando la dimensión de las
partículas es inferior a 0.1 mm. no es posible efectuar el tamizado, entonces se recurre a la
sedimentometría Los datos se presentan en un gráfico semilogarítmico de porcentaje de
material más fino contra diámetro de los granos y puede combinarse con los datos
obtenidos en el análisis mecánico del material retenido, o sea mayor que el tamiz No. 200.
El análisis del hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída de esferas en un
fluido, el diámetro de la esfera, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la
viscosidad del fluido, en la forma expresada por el físico inglés G. G. Stokes en la ecuación
conocida como la ley de Stokes:
v=
(γ s − γ o )D 2
18η
(1)
donde:
v = la velocidad de decantación de la partícula esférica
d = diámetro de la partícula
γ o = peso específico del líquido
η = viscosidad dinámica.
El rango de los diámetros D de las partículas de suelo para los cuales esta ecuación es
válida, es aproximadamente:
0.0002<D<0.2 mm.
pues los granos mayores causan excesiva turbulencia en el fluido y los granos muy
pequeños están sujetos a movimientos de tipo Browniano.
Obviamente para resolver la ec. (1) es necesario obtener el término velocidad v, conocer los
valores correctos de γ s y γ o , tener acceso a la tabla de viscosidad del agua. Como el peso
específico del agua y su viscosidad varían con la temperatura, es evidente que esta variable
también debe ser considerada.
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Para obtener la velocidad de caída de las partículas se utiliza el hidrómetro. Este aparato se
desarrollo originalmente para determinar la gravedad específica de una solución, pero
alterando su escala se puede utilizar para leer otros valores.
Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeño contenido de un agente
dispersante para formar una solución de 1000 cm3, se obtiene una solución con una
gravedad específica literalmente mayor que 1.000. El agente dispersante (también llamado
defloculante) se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más
pequeñas de suelo, que a menudo tienen carga negativa. Con orientación adecuada, estos
granos cargados eléctricamente se atraen entre sí con fuerza suficiente para permanecer
unidos, creando así unidades mayores que funcionan como partículas. De acuerdo con la
ley de Stokes, estas partículas mayores sedimentarán más rápidamente a través del fluido
que las partículas aisladas. El hexa-metafosfato de sodio y el silicato de sodio o vidrio
líquido son dos materiales usados muy a menudo como agentes dispersores para neutralizar
la carga eléctrica de las partículas de suelo. La cantidad exacta y el tipo de agentes
dispersantes requeridos dependen del tipo de suelo y pueden ser determinados por ensayo y
error. Una cantidad de 125 cm3 de solución al 4% de hexa-metafosfato de sodio en los 1000
cm3 de suspensión de agua-suelo se han considerado en general adecuados.
El hidrómetro usado más comúnmente es el tipo 152H (designado por la norma ASTM) y
está calibrado para leer g. de suelo de un valor de Gs = 2.65 en 1000 cm3 de suspensión
siempre que no hay más de 60 g. de suelo en la solución. La lectura por consiguiente está
directamente relacionada con la gravedad específica de la solución. Esta calibración
particular del hidrómetro es una ayuda considerable. Por esta razón este tipo de hidrómetro
se utiliza muy ampliamente, a pesar de existir otros tipos de hidrómetros que pueden ser
leídos en términos de la gravedad específica de la suspensión suelo-agua.
El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión agua-suelo en el centro del
bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentren aún en
suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro de volumen del bulbo y
la superficie del agua) habrán caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y
esto hace decrecer permanentemente la gravedad específica de la suspensión en el centro de
volumen del hidrómetro. Además es obvio que como el hidrómetro tiene un peso constante
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a medida que disminuye la gravedad específica de la suspensión, el hidrómetro se hundirá
más dentro de la suspensión (aumentando así la distancia L). Es preciso recordar también,
que la gravedad específica del agua (o densidad) decrece a medida que la temperatura
aumenta (o disminuye) de 4° C. Esto ocasiona adicionalmente un hundimiento mayor del
hidrómetro dentro de la suspensión.
Como L representa la distancia de caída de las partículas en un intervalo de tiempo dado t, y
la velocidad se puede definir en la ec. (1) como la distancia dividida por el tiempo, es
evidente que la velocidad de caída de las partículas es:
v=
L
t
Por consiguiente es necesario encontrar la profundidad L correspondiente a algún tiempo
transcurrido t de forma que se pueda determinar la velocidad necesaria para utilizar en la
ecuación de Stokes.
La lectura del hidrómetro debe ser corregida por el error de menisco. La razón para tener
en cuenta esta corrección en la determinación de la velocidad de caída consiste en que la
lectura real de la distancia L que las partículas han recorrido es independiente de la
temperatura, gravedad específica de la solución o cualquier otro tipo de variable.
Como la corrección de cero es ( ± ) y la corrección de temperatura es también ( ± ) con el
signo que indique la tabla, la lectura corregida del hidrómetro para gramos de suelo en
suspensión se calcula como:
Rc = Rreal – corrección de cero + Ct
Rc = lectura corregida del hidrómetro
Rreal = lectura directa del hidrómetro
Ct = corrección por temperatura
El porcentaje de de material más fino puede calculares por simple proporción como:
Porcentaje más fino = Rc ⋅
a
⋅100
Ws
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Ws = peso original de suelo colocado en la suspensión.
a = factor de corrección para el peso unitario de sólidos.
Cuando se trata de realizar cálculos, la ec. (1) se rescribe comúnmente utilizando L en cm.
y t en minutos para obtener D en mm. como sigue:
D=
18η
H
(γ o − γ w ) t
(2)
que puede a su vez ser simplificada de la siguiente forma:
D=K⋅
L
t
mm.
(3)
D = diámetro de la partícula
L = profundidad efectiva de caída de las partículas en un tiempo dado
K = constante las características del suelo.
Como todas la variables menos L/t son independientes del problema excepto por la
temperatura de la suspensión, es posible evaluar K = f(T, Gs, a) de una sola vez.
EQUIPO.•
Muestra de suelo 50 g.
•
Espátula
•
Tamiz No. 200
•
Probetas de 1000 cm3
•
Hidrómetro
•
Agente dispersivo (sal)
•
Termómetro
METODOLOGÍA.1. La muestra se coloca en un recipiente y mezclarlo con una solución de sal.
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2. Dejar a la muestra sedimentar durante 24 horas, luego transferir a un vaso donde se
pueda batir el material, en este vaso se puede aumentar agua destilada, comenzar el
batido durante un periodo de 5 minutos.
3. Vaciar el contenido del vaso de mezclado, a una probeta graduada (que se llamará
probeta de sedimentación), y aumentar agua común hasta llegar a los 1000 cc.
4. La probeta de sedimentación se tapará con un tapón (utilizar la mano si es
necesario), para evitar que durante la agitación de la misma tenga pérdidas, la
agitación tiene que ser alrededor de 1 minuto.
5. Luego de sacudir la probeta poner sobre la mesa e introducir el hidrómetro tomando
lecturas en los siguientes tiempos 1, 2, 3, 4 minutos, realizando igualmente lecturas
del termómetro.
6. Colocar el hidrómetro y el termómetro en el recipiente de control (el cual debe
encontrarse a una temperatura que no difiera en más de 1° C. del suelo). Tomar una
lectura para corrección de menisco en el hidrómetro dentro del cilindro de control.
7. Es necesario que en cada medición se evite la agitación en la introducción del
hidrómetro, colocándolo tan suavemente como para requerir alrededor de 10 seg. en
realizar dicha operación.
8. El proceso se vuelve a repetir, comparando los resultados de las mediciones
anteriores, si existe hay que seguir incrementando los tiempos de mediciones de
tiempo de 8, 15, 30, 60 minutos.
OBJETIVOS.•
Familiarizar al estudiante con un método para obtener aproximadamente la
distribución granulométrica de suelos en los cuales existe una cantidad apreciable
de partículas inferiores al tamiz No. 200.
•
Aplicar la corrección de meniscos a las lecturas de hidrómetro para obtener el valor
de L (profundidad efectiva).
•
Por medio de la ley de Stokes calcular el diámetro equivalente de los granos para
una lectura dada, considerando como altura de caída la distancia entre la superficie
del líquido y el centro de flotación del bulbo.
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•
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Obtener porcentajes de granos de suelo más finos para graficar la distribución
granulométrica en función de los diámetros equivalentes.
CÁLCULOS.-
Temp. °C
Lectura
real del
Hidrómetro
Lectura
corregida
del
hidrómetro
0,25
0,5
1
2
1356
22
22
22
22,5
24
17
12
10,5
9
1
14,40
9,40
7,90
6,55
-1,00
Porcentaje %
Tiempo
transcurrido
(min.)
% más
fino
Hidrómetro
corregido
por
menisco
28,51
18,61
15,64
12,97
0,00
18
13
11,5
10
2
L de la
tabla
13,3
14,2
14,4
14,7
16,0
K de la
tabla
l/t
53,200
28,400
14,400
7,350
0,012
0,0133
0,0133
0,0133
0,0133
0,0130
D mm.
0,097
0,071
0,050
0,036
0,001
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
Dx0.01 mm.
CONCLUSIONES.El método del hidrómetro se usa para hacer la determinación indirecta de los porcentajes de
partículas que pasan el tamiz No. 200, basado en la sedimentación de un material en
suspensión en un líquido. El hidrómetro sirve para determinar la variación de los diámetros
(tamaños) de las partículas en la suspensión con el transcurso del tiempo.
Para la realización de este ensayo no se trabajo con una solución salina al 4%, debido a que
fuimos el primer grupo en hacer este ensayo, tampoco el docente nos indico que se debería
trabajar con esta solución preparada al 4% como agente dispersante, como este ensayo lleva
mucho tiempo en realizarlo, las mediciones que se hicieron fueron de no más de 5 en el
primer día; y terminando las lecturas al día.
CT
0,40
0,40
0,40
0,55
1,00
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CALIBRACIÓN DE PICNOMETROS
CONCEPTO.El método de calibración de picnómetros esta basado en la dilatación térmica del frasco
(matraz), el cual nos servirá para determinar el peso específico de un suelo determinado, el
peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ello es
debido al cambió de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del
peso específico del agua.
El recipiente de volumen conocido es el frasco volumétrico el cual mide un volumen patrón
de agua destilada a 20° C el volumen será ligeramente menor.
UBICACIÓN.El ensayo de la Calibración del Picnómetro se lo realizó en el Laboratorio de Suelos de la
Carrera de Ingeniería Civil.
ENFOQUE.El peso específico relativo de la mayoría de las partículas minerales constituyentes de un
suelo varía entre límites estrés (2.60 a 2.90).
El peso específico relativo de los sólidos de un suelo se determina en el laboratorio
haciendo uso de un matraz con marca de enrase.
El peso del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba;
ellos es debido al cambió de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación
del peso específico del agua.
El recipiente de volumen conocido es el frasco volumétrico el cual mide un volumen patrón
de agua destilada a 20° C el volumen será ligeramente menor. Como el cambio además es
pequeño para desviaciones de temperaturas pequeñas en el fluido, y además es
relativamente fácil mantener la temperatura de ensayo cercana a los 20° C, es posible
aplicar una corrección aproximada de temperatura para desviaciones pequeñas de
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temperatura en los cálculos del ensayo, que permita una aproximación satisfactoria sin
necesidad de recurrir a determinar experimentalmente el cambio en el contenido
volumétrico del frasco con la temperatura. Alternativamente se puede desarrollar una curva
de calibración para cualquier frasco volumétrico dado. Limpiar cuidadosamente el frasco,
el frasco se llena hasta su marca con agua. El aire atrapado (burbujas) se desaloja por
ebullición.
W = W pic + v H 20⋅γ H 20
W = peso del matraz lleno de agua
Wpic = peso del matraz
vH20 = volumen del agua
γ H 20 = peso específico para diferentes temperaturas.
No resulta práctico ejecutar la prueba a una misma temperatura, por lo que es conveniente
medir el peso del matraz lleno de agua para varias temperaturas y trazar una gráfica de la
variación de esos pesos. De esta curva de calibración puede obtenerse el peso del matraz
lleno de agua para cada caso específico.
A menudo para este experimento se utiliza agua común en lugar de agua destilada, el error,
también en este caso, es bastante pequeño.
La presencia de aire disuelto en el agua destilada usada en la calibración del matraz no
afecta los resultados de la prueba; de hecho, las moléculas del aire entran en la estructura
molecular del solvente sin aumento de volumen de éste. El peso total de la solución es la
suma de los pesos constituyentes; el peso del aire es nulo y su presencia, cuando está
disuelto, no cambia ni el peso ni el volumen del conjunto. El aire atrapado en la muestra sí
ha de ser removido.
La mayoría de las balanzas de laboratorio con capacidad mayor de 500 g no tienen
sensibilidad al centésimo de gramo, además es frecuente, sobre todo en equipo ya muy
usado, que existan fallas de calibración permanentes. Por lo anterior, la misma balanza debe
usarse en toda una prueba y, cuando se haya usado en la obtención de la curva de
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calibración de un matraz, en todas las pruebas en que se use esa curva. Así pueden
atenuarse grandemente los errores en pesada, pues en las fórmulas a aplicar intervienen
diferencias de pesos y no valores de pesos aislados.
Otro error muy común proviene de que el menisco no resulte perfectamente a nivel de la
marca de enrase; es de notar que una sola gota de agua puede dar un error en el peso de
0.05 g; el error se atenúa grandemente usando el valor promedio de varías lecturas
efectuadas a la misma temperatura. Cuando se usen termómetros graduados en grados
centígrados enteros, la estimación requerida de los décimos, puede introducir un error
ligero.
EQUIPO.
•
Un picnómetro de 500, 300 cc. de capacidad.
•
Agua destilada o agua común.
•
Dispositivo para calentar agua (por ejemplo, parrillas u hornillas de resistencia
eléctrica).
•
Una balanza con sensibilidad de 0.1 g y capacidad no menor de 700 g.
•
Un termómetro con aproximación de 0.1° C.
•
Una pipeta
METODOLOGÍA.
El procedimiento que se sigue para calibrar un matraz es el siguiente:
1. Enjuáguese el matraz para eliminar la grasa que puede tener adherida en su interior,
enjuáguese de nuevo con agua destilada.
2. A falta de mezcla crómica puede lavarse el matraz con solución jabonosa.
3. Determínese el peso del matraz seco y limpio con una aproximación de 0.01 g.
4. Llénese el matraz con agua destilada hasta 2/3 de su volumen a la temperatura
ambiente, hasta 0.5 cm. debajo de la marca de enrase aproximadamente y déjese
reposara durante unos minutos.
5. Dejar en la hornilla hasta el punto de ebullición durante 5 minutos, con el propósito
de quitar las burbujas de aire que se pegan a las paredes.
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6. Mídase la temperatura del agua contenida en el matraz, con aproximación de 0.1° c,
colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz.
7. Se deja enfriar hasta unos 40° C aumentado agua lentamente hasta llegar a enrasar
el menisco.
8. Con un cuentagotas, complétese el volumen del matraz con agua destilada de modo
que la parte inferior del menisco coincida con la marca de enrase.
9. Séquese cuidadosamente el interior del cuello del matraz con un papel absorbente
enrollado, respetando el menisco.
10. Pésese el matraz lleno, con aproximación de 0.01 g.
11. Según vaya enfriando el agua disminuirá el volumen, por lo que se irá aumentando
agua, siempre enrasando al menisco inferior.
12. Es recomendable hacer las lecturas de temperatura a la misma profundidad.
13. Dibújese los resultados de los pesos obtenidos en función de las respectivas
temperaturas.
OBJETIVOS. El objetivo de este ensayo es el de calibrar los picnómetros o frascos volumétricos
los que se utilizarán posteriormente en el ensayo de determinación del peso
específico de los suelos.
Utilizaremos dos picnómetros de 300 cc. y de 500 cc. que se utilizarán en la
determinación del peso específico de suelos cohesivos y no cohesivos.
Se debe realizar el gráfico de las curvas de relación peso vs. Temperatura en un
rango de 15 a 40° C, de estas curvas se podrán obtener el peso del picnómetro más
agua a la temperatura de ensayo.
CÁLCULOS.Picnómetro No. 1
Temp. (°C)
W (pic. +
agua)
Densidad
relativa
Peso
específico del
agua
Volumen
de agua
cc.
Peso del
agua (g.)
30
25
20
670,0
669,7
667,0
0,995
0,997
0,998
1,000345
1,000345
1,000345
500
500
500
497,672
498,705
499,287
Peso del
W (pic. +
picnómetro
agua) Teórico
(g.)
172,15
172,15
172,15
669,8218
670,85465
671,43735
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PICNÓMETRO No. 1
Temperatura (°C)
40
30
20
10
0
666,5
667
667,5
668
668,5
669
669,5
670
670,5
W (picnómetro+agua)
Picnómetro No. 2
Temp. (°C)
W (pic. +
agua)
30
25
20
411,7
413,3
416,9
Densidad
relativa
Peso
específico del
agua
Volumen
de agua
cc.
Peso del
agua (g.)
0,995
0,997
0,998
1,000345
1,000345
1,000345
300
300
300
298,603
299,223
299,572
Peso del
W (pic. +
picnómetro
agua) Teórico
(g.)
113,7
113,7
113,7
412,30308
412,92279
413,27241
PICNÓMETRO No. 2
Temperatura (°C)
40
30
20
10
0
411
412
413
414
415
416
417
418
W (picnómetro+agua)
CONCLUSIONES.El método de calibración de picnómetros nos servirá para determinar el peso específico de
un suelo determinado, siendo el peso del frasco lleno de agua hasta el enrase función de la
temperatura; ello es debido al cambió de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a
la variación del peso específico del agua. El equipo de laboratorio es ya muy usado, y
existen fallas de calibración permanentes, y que el menisco no resulte perfectamente a nivel
de la marca de enrase; es de notar que una sola gota de agua puede dar un error en el peso.
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PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS DE UN SUELO
CONCEPTO.-
En Mecánica de Suelos se relaciona el peso de las distintas fases con sus volúmenes
correspondientes, por medio del concepto de peso específico, es decir, la relación entre el
peso de la sustancia y su volumen.
El peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una
sustancia y el peso específico del agua a 4° C, destilada y sujeta a una atmósfera de presión.
UBICACIÓN.-
Este ensayo que consiste en la determinación del peso específico de los sólidos de un suelo
se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil.
ENFOQUE.-
En un suelo se distinguen tres fases constituyentes: la sólida, la líquida y la gaseosa. La
capa viscosa del agua absorbida que presenta propiedades intermedias entre la fase sólida y
líquida, suele incluirse en esta última, pues es susceptible de desaparecer cuando el suelo es
sometido a una fuerte evaporación (secado).
Las fases líquida y gaseosa del suelo suelen comprenderse en el Volumen de Vacíos,
mientras que la fase sólida constituye el Volumen de los sólidos.
Se dice que un suelo es totalmente saturado cuando todos sus vacíos están ocupados por
agua. Un suelo en tal circunstancia consta, como caso particular, de sólo dos fases, la sólida
y la líquida.
El peso específico relativo se define como la relación entre el peso específico de una
sustancia y el peso específico del agua, a 4° C, destilada y sujeta a una atmósfera de
presión. En sistemas de unidades apropiadas, su valor es idéntico al módulo del peso
específico, correspondiente.
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El peso específico relativo de la mayoría de las partículas constituyentes de un suelo ( s s )
varía entre límites (2.60 a 2.90). Es normal que un suelo real los minerales de las fracciones
finas y coloidal tengan su peso específico relativo mayor que los minerales de la fracción
más gruesa.
Si la temperatura del agua es la misma que la de la suspensión puede obtenerse una fórmula
para s s , utilizando los esquemas de la figura.
Sea:
Ww = peso del matraz lleno de agua.
Wsw = peso del matraz con suelo y agua.
Entonces se tiene:
Wsw – Ww = Ws = peso del suelo.
El peso del agua desplazada por los sólidos del suelo vale:
Ww = Vs λo = Ws / s s
Por lo tanto:
W sw − W w = W s − W s / s s
De donde:
ss =
Ws
W w − W s − W sw
Que es una fórmula en la que todas las magnitudes son mensurables en laboratorio. Peso
del frasco lleno de agua hasta el enrase es función de la temperatura de prueba; ello es
debido al cambio de volumen del matraz por la dilatación del vidrio y a la variación del
peso específico del agua. El peso seco de los sólidos debe determinarse antes de la prueba
en materiales gruesos y después de ella, en finos plásticos. La razón es, que en estos
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últimos suelos, el secado previo forma grumos de los que es difícil desalojar al aire
atrapado.
EQUIPO. Un picnómetro de 500 ml. de capacidad.
Una hornilla eléctrica
Un termómetro
Una balanza con sensibilidad de 0,1 gr.
Una pipeta
Un embudo
Agua, preferiblemente destilada
METODOLOGÍA.-
El suelo a usarse en el ensayo para determinar su peso específico, con una humedad natural
y que pasa el tamiz No 40 tiene un peso de 100 gr.
•
Enjágüese el matraz para eliminar la grasa que puede tener adherida en su interior.
•
Determínese el peso del matraz seco y limpio.
•
Colocar los 100 gr. en un pocillo y hacer una pasta con agua, esto para romper los
grumos y poder introducir con mayor facilidad al picnómetro.
•
Luego esta pasta deberá colocarse cuidadosamente en el picnómetro, evitando botar
parte del suelo.
•
Se añadirá agua, llenando el picnómetro alrededor de tres cuartas partes de su
volumen total.
•
Para ayudar a la remoción del aire atrapado deberá moverse ligeramente el
picnómetro sobre un paño en la mesa.
•
Llevar a la hornilla eléctrica para calentarla hasta una temperatura aproximada de 65°
C.
•
Dejar enfriar hasta que alcance cierta temperatura ambiente. A esta temperatura se
completará con agua hasta el enrase, se podrá enfriar en baño María si es necesario.
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•
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Luego el picnómetro deberá se llenado con agua hasta el menisco inferior, luego se
deberá secar con un paño seco y limpio.
•
Se pesa y se determina la temperatura, de tal manera que el termómetro no toque la
muestra.
•
Este peso es el peso del picnómetro, más agua más muestra.
•
Depositar la muestra más agua en una tara y colocar al horno por 24 horas. De manera
que luego se conozca el peso seco de la misma.
OBJETIVOS.-
Aplicar relaciones volumétricas y gravimétricas para la determinación del peso específico
de la masa de un suelo que pasa el tamiz 40.
Familiarizar al estudiante con el método general de obtención del peso específico de la
masa de cualquier material compuesto por partículas pequeñas (que pase el tamiz 40), y a la
vez verificar en laboratorio que dicho peso específico se obtiene por relación de pesos y en
función de la temperatura del agua.
CÁLCULOS.-
El peso específico será calculado por la siguiente relación.
γs =
Ws γ w
(W s − W s + W 2 )
Donde:
γ w = peso específico del agua a cierta temperatura.
W2 = peso del picnómetro + agua + muestra (a temperatura de
ensayo).
Wp = peso del picnómetro.
174.2 gr.
Ws = peso de la muestra después de secado.
98.0 gr.
W1 = peso del picnómetro + agua + muestra.
774.2 gr.
U.A.J.M.S.
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TABLA DE OBSERVACIONES Y RESULTADOS
γ w (gr./cc.)
Temperatura ° C
W1 (gr.)
γ s (gr./cc.)
0.9881
60
729.5
1.82
0.9902
45
734.0
1.68
0.9941
35
736.2
1.62
0.9957
30
736.0
1.63
De acuerdo a los resultados obtenidos el suelo analizado tiene un peso específico promedio
de 1.69 gr./cc.
CONCLUSIONES.-
En síntesis este ensayo tuvo como finalidad determinar la relación que existe entre el peso
de cierto material fino de suelo y su correspondiente volumen, lo que se denomina peso
específico. También se puede decir, de acuerdo a los cálculos realizados la determinación
del peso específico esta en función de los pesos de los respectivos materiales (relación
gravimétrica), como también esta en función de la temperatura del agua, porque la
temperatura nos permite determinar el peso específico del agua o la densidad relativa del
agua. El peso específico promedio que se obtuvo del suelo analizado pudiera ser que no sea
satisfactorio debido a que es menor a 2, esto pudiera ser por errores cometidos en la
medición de la temperatura. Para este ensayo también se hubiera utilizado kerosén u otro
fluido, pero siempre y cuando se cuenta con una tabla con sus diferentes pesos específicos a
diferentes temperaturas.
U.A.J.M.S.
ING. CIVIL
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DE SUELOS
ANÁLISIS GRANULOMETRICO MÉTODO MECÁNICO
1. CONCEPTO.-
Granulometría es la determinación de los porcentajes de grava, arena, limo y arcilla que
se encuentra en cierta masa de suelo.
El método mecánico se usa en caso de que los suelos sean granulares lo que permite
fácilmente determinar los porcentajes de grava y arena mediante el uso de un juego de
tamices. Estos tamices con aberturas calibradas, varían desde 10.16 cm. que equivale a 4’
hasta 0.074 mm. que equivale al tamiz No 200 que significa que una pulgada esta dividida
en 200 partes iguales, los cuales pertenecen a la serie de tamices de U.S. Bureau of
Standard.
El análisis granulométrico consiste en pasar el suelo por una serie de tamices, previo
conocimiento del peso total de la muestra; la parte del suelo retenido por cada tamiz se
calcula en forma individual con relación al peso total y seguidamente se determina los
porcentajes que pasan por cada tamiz.
2. UBICACIÓN.- Esta práctica se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de
Ingeniería Civil.
3. ENFOQUE.-
En los comienzos de la investigación de las propiedades de los suelos se creyó que las
propiedades mecánicas dependían directamente de la distribución de las partículas
constituyentes según sus tamaños; por ello era preocupación especial de los ingenieros la
búsqueda de métodos adecuados para obtener tal distribución. Aún hoy, tal parece que todo
técnico interesado en suelos debe pasar a modo de etapa de iniciación, por una época en
que se siente obligado a creer que, con suficiente experiencia, es posible deducir las
propiedades mecánicas de los suelos a partir de su distribución granulométrica o
descripción por tamaños.
U.A.J.M.S.
ING. CIVIL
LABORATORIO
DE SUELOS
Solamente en suelos gruesos, cuya granulometría puede determinarse por mallas, la
distribución por tamaños puede revelar algo de lo referente a las propiedades físicas del
material; en efecto, la experiencia indica que los suelos gruesos bien graduados, o sea con
amplia gama de tamaños, tienen comportamiento ingenieril más favorable, en lo que atañe
a algunas propiedades importantes, que los suelos de granulometría muy uniforme.
En suelos finos en estado inalterado, las propiedades mecánicas e hidráulicas dependen
en tal grado de su estructuración e historia geológica, que el conocimiento de su
granulometría, resulta totalmente inútil.
Clasificación de suelos basados en criterios granulométricos.-
Los límites de tamaño de las partículas que constituyen un suelo, ofrecen un criterio
obvio para una clasificación descriptiva del mismo. Tal criterio fue usado en Mecánica de
Suelos desde un principio e incluso ante de la etapa moderna de esta ciencia.
Originalmente, el suelo se dividía en tres o cuatro fracciones debido a lo engorroso de los
procedimientos disponibles de separación por tamaños. Posteriormente, con el
advenimiento de la técnica del cribado, fue posible efectuar el trazo de curvas
granulométricas, contando con agrupaciones de las partículas del suelo en mayor número
de tamaños diferentes. Actualmente se pueden ampliar notablemente las curvas en los
tamaños finos, gracias a la aplicación de técnicas de análisis de suspensiones.
U.A.J.M.S.
ING. CIVIL
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DE SUELOS
Algunas clasificaciones granulométricas de los suelos según su tamaño, son las
siguientes:
MATERIAL
Piedra
Grava
Arena
Polvo
Limo
Arcilla
Ultra arcilla
CARACTERÍSTICA
TAMAÑO mm.
---
Mayor de 70 mm.
Gruesa
30 a 70 mm.
Media
5 a 30 mm.
Fina
2 a 5 mm.
Gruesa
1a2
Media
0.2 a 1
Fina
0.1 a 0.2
Grueso
0.05 a 0.1
Fino
0.02 a 0.05
Grueso
0.006 a 0.02
Fino
0.002 a 0.006
Gruesa
0.0006 a 0.002
Fina
0.0002 a 0.0006
---
0.00002 a 0.0002
A continuación exponemos una descripción aproximada que nos da el diámetro de las
partículas desde los más gruesos hasta los más finos:
MATERIAL
Piedra Bolón
Cantos rodados
TAMAÑO
12 pulgadas
6 a 12 pulgadas
Grava
2 mm. a 6 pulgadas
Arena
0.06 mm a 2 mm.
Limo
0.002 mm. a 0.06 mm.
Arcilla
Menores a 0.002 mm.
Debido a la gran variedad de tamaños de granos se ha tratado de dividir en secciones
toda la escala de tamaños existiendo para esto varios tipos de proporciones y el más
aceptable es la adoptada por A.S.T.M. (American Societi for Testing and Materials) en esta
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escala las gravas corresponden a las partículas más gruesas que incluyen a los granos
mayores al tamiz No 4 (4.76 mm), la arena esta comprendida entre el tamiz No 200 (0.074
mm). Los granos finos menores que el tamiz No 200 se subdividen en limos que son
mayores a 0.002 mm. y menores a 0.002 mm. se encuentran las denominadas arcillas.
Puede notarse que las clasificaciones anteriores y otras existentes se contradicen en
ocasiones, y a un intervalo que se nombra de una manera en una clasificación, le
corresponde otra palabra en otro sistema. Pero sin duda, la objeción más importante que
puede hacerse a estos sistemas es el uso que hacen de las palabras limo y arcilla para
designar fracciones de suelo definidas exclusivamente por tamaños. Estos términos se han
usado en ingeniería como nombres para designar tipos de suelo con propiedades físicas
definidas; la razón por la que estos nombres se introdujeron para ciertas fracciones de
tamaños fue la idea errónea de que tales tamaños eran las causas de aquellas características
típicas. Sin embargo, hoy se sabe que las características de una arcilla típica se deben en
forma muy preponderante a las propiedades de su fracción más fina.
Tamaño patrón de tamices.-
Todos los tamices de tipo U.S pueden conseguirse en un diámetro de 20 cm. la mayoría
en 30.5 cm. Los tamices son hechos de malla de alambre forjado con aberturas
rectangulares que varían en tamaños desde 101.6 mm. (4”) en la serie más gruesa hasta el
No 400 (0.038 mm.) en la serie correspondiente al suelo fino.
TAMICES
TAMAÑO DE MALLA (mm.)
2”
50.80
1½”
38.10
1”
25.40
¾”
19.05
½”
12.70
3/8”
9.520
No 4
4.75
No 8
2.36
No 10
2.00
U.A.J.M.S.
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TAMICES
TAMAÑO
No 16
1.18
No 30
0.60
No 40
0.425
No 50
0.30
No 100
0.15
No 200
0.08
Representación de la distribución granulométrica-
Siempre que se cuente con suficiente número de puntos, la representación gráfica de la
distribución granulométrica debe estimarse preferible a la numérica en tablas.
La gráfica granulométrica suele dibujarse con porcentajes como ordenadas y tamaños
de las partículas como abscisas. Las ordenas se refieren a porcentaje, en peso, de las
partículas menores que el tamaño correspondiente. La representación en escala
semilogarítmica (eje de abscisas en escala logarítmica) resulta preferible a la simple
representación natural, pues en la primera se dispone de mayor amplitud en los tamaños
finos y muy finos, que en escala natural resultan muy comprimidos, usando un módulo
práctico de escala.
La forma de la curva da inmediata idea de la distribución granulométrica del suelo; un
suelo constituido por partículas de un solo tamaño, estará representado por una línea
vertical (pues el 100% de sus partículas, en peso, es de menor tamaño que cualquier mayor
que el que el suelo posea); una curva muy tendida indica gran variedad en tamaños (suelo
bien graduado).
Como una medida simple de la uniformidad de un suelo, Allen Hazen propuso el
coeficiente de uniformidad.
Cu =
D60
D10
En donde:
D60 : Tamaño tal, que el 60%, en peso, del suelo, sea igual o menor.
U.A.J.M.S.
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D10 : Llamado por Hazen diámetro efectivo; es el tamaño tal que sea igual o mayor que
el 10%, en peso, del suelo.
En realidad es un coeficiente de no uniformidad, pues su valor numérico decrece
cuando la uniformidad aumenta. Los suelos con C au ⟨3 se considera muy uniforme; aun las
arenas naturales muy uniformes rara vez presentan C au ⟨ 2 .
Como dato complementario, necesario para definir la uniformidad, se define el
coeficiente de curvatura del suelo con la expresión.
Cc =
( D30 ) 2
D60 * D10
Esta relación tiene un valor entre 1 y 3 en suelos bien graduados, con amplio margen de
tamaños de partículas y cantidades apreciables de cada tamaño intermedio.
4. MATERIAL.-
Los materiales que se utilizaron fueron los siguientes:
Muestra de suelo 5000 gr.
Juego de tamices
Balanza de sensibilidad 0.1 gr.
Bandejas
5. METODOLOGÍA.-
El procedimiento que se siguió en el desarrollo de esta práctica fue el siguiente:
Antes de realizar esta práctica procedimos a preguntar al Docente algunas dudas en
cuanto a la realización de la práctica, si es que dicha práctica se la debía realizar por
los dos métodos que indica la guía.
Una vez aclarada la duda, procedimos a colocar el material en una bandeja para
posteriormente cuartear la muestra de suelo.
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Realizado el cuarteo respectivo pesamos aproximadamente 5000 gr. del material
para luego realizar tamizarlo.
Tamizamos manualmente con la serie de tamices para agregado grueso, separando
el agregado grueso del fino en el Tamiz No 4; obtenidos los retenidos en los
respectivos tamices se procedió a pesarlos.
De la porción que paso el tamiz No 4 sólo se tomaron 500 gramos para realizar la
granulometría del agregado, tamizándolo con los tamices No 10, 40 y 200.
Una vez terminado todo esto, se peso una muestra de suelo para determinar la
humedad higroscópica del suelo, la muestra que se selecciono no era material que
quedo retenido en uno de los tamices para hacer la granulometría del agregado fino.
Obtenidos los pesos retenidos en los diferentes tamices, se procederá a calcular los
porcentajes retenidos en cada tamiz, los porcentajes retenidos acumulados, y el
porcentaje que pasa a través de cada tamiz; como también determinar en base a la
granulometría del suelo los coeficientes de uniformidad y curvatura. Por último
determinar la humedad higroscópica del suelo.
CÁLCULOS Y RESULTADOS.CÁLCULO DEL AGREGADO GRUESO
Peso total en gramos = 2534.00 gr.
Abertura de Tamices
Peso
% Retenido
% Retenido
% Que Pasa
Milímetros
Retenido
Acumulado
2”
50.00
0.00
0.00
0.00
100.00
1½”
38.10
85.00
3.35
3.35
96.65
1”
25.40
769.00
33.70
30.35
66.30
¾”
19.05
504.00
53.59
19.89
46.41
3/8”
9.520
687.00
80.70
27.11
19.30
No 4
4.75
489.00
100.00
19.30
0.00
Pulgadas
TOTAL
2534.00
100.00
U.A.J.M.S.
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CÁLCULO DEL AGREGADO FINO
Peso Total en gramos = 500
Abertura de Tamices
Peso
% Retenido
Milímetros
Retenido
Acumulado
No 4
4.75
0.00
No 10
2.36
No 40
No 200
Pulgadas
% Retenido
% Que Pasa
0.00
0.00
100.00
97.00
19.40
19.40
80.60
0.425
183.00
56.00
36.60
44.00
0.08
189.00
93.80
37.80
6.20
27.00
99.20
5.40
0.8
BASE
TOTAL
496.00
99.20
MEZCLA AGREGADO GRUESO Y FINO
Peso total en gramos = 5000 gr.
Abertura de Tamices
% Retenido
% Retenido
% Que Pasa
Milímetros
Acumulado
2”
50.00
0.00
0.00
100.00
1½”
37.50
1.70
1.70
98.30
1”
25.00
17.08
15.38
82.92
¾”
19.00
27.16
10.08
72.84
3/8”
9.50
40.90
13.74
59.10
No 4
4.75
50.68
9.78
49.32
No 10
2.36
60.23
9.55
39.77
No 40
0.60
78.25
18.02
21.75
No 200
0.08
96.86
18.61
3.14
99.52
2.66
0.48
Pulgadas
BASE
TOTAL
99.52
MÓDULO DE FINURA:
MF =
∑ RA
100
=
276
= 2.76
100
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD:
Cu =
D60 9.250
=
D10
0.20
C u = 46.25
U.A.J.M.S.
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COEFICIENTE DE CURVATURA
2
( D 30 ) 2
2.11)
(
Cc =
=
D 60 * D10 0.20 * 9.520
C v = 2.34
6. OBJETIVO.- El objetivo primordial de esta práctica es:
Introducir al estudiante el método para realizar un análisis de forma mecánica de un
suelo, y la forma de presentar los resultados.
Saber que tipo de suelo es, y el tamaño de partículas con componen dicho suelo, de esta
manera determinar los porcentajes de grava que contenga (gruesa, media y fina); porcentaje
de arena (gruesa, media y fina) y por último el porcentaje de finos que contenga la muestra
de suelo.
Uno más de los objetivos de esta práctica es trazar la curva granulométrica
correspondiente a dicho análisis, una vez trazada esta curva, a simple vista poder definir si
la distribución de partículas del suelo es uniforme y bien graduada. Pero también la
uniformidad y la gradación de la curva se determinan por medio de los coeficientes
correspondientes.
7. CONCLUSIONES.-
Las conclusiones mas destacadas de esta práctica son las siguientes:
Se aprendió y nos familiarizamos con el uso de los tamices, como también las
distintas dimensiones que presenta cada una de ellas.
El estudio del análisis granulométrico es importante ya que se puede conocer la la
distribución por tamaños del suelo.
El uso de diferentes tablas nos pueden servir y ayudar a definir que tipo de suelo es,
para que se lo puede usar, como clasificarla de acuerdo a algún Sistema de
Clasificación de suelos.
De acuerdo a los resultados obtenidos analizando el suelo en cuanto a su
distribución por tamaños y su composición del mismo se tendría la siguiente
U.A.J.M.S.
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clasificación: grava: gruesa 1.7%, media 39.20%, fina 19.33%; arena media 18.02%
y material fino (limo): 2.66%
El suelo analizado es no uniforme con Cu = 43.25 y bien gradado con Cv = 2.34, lo
cual quiere decir que posee un amplio margen de tamaños de partículas y cantidades
apreciables de cada tamaño.
Es posible sin hacer cálculos para determinar cuanto es numéricamente el
coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura, definir de acuerdo a la
curva granulométrica trazada, si dicho suelo es bien gradado y uniforme.
Se recomienda que en la realización de la práctica se tenga mucho cuidado de que
no se derrame el material usado, particularmente al tamizarlo en los diferentes
tamices como también al pesar los pesos retenidos.
El tamizado del material en lo posible se lo debe realizar el mayor tiempo, para que
no quede material que debería haber pasado por cierto tamiz.
En cuanto al pesaje del material retenido debe ser muy bien pesado, porque de lo
contrario se producirá un error, haciéndose notorio dicho error cuando sumamos los
diferentes pesos retenidos y no se obtiene el peso total de la muestra.
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DE SUELOS
LÍMITES DE ATTERBERG
1. CONCEPTO.-
Se define Límites de Atterberg o Límites de Consistencia como las diferentes
fronteras convencionales entre cualquier de los estados o fases que un suelo pueda estar,
según su contenido de agua en orden decreciente; los estados de consistencia definidos por
Atterberg son: estado líquido, estado semilíquido, estado plástico, estado semisólido y
estado sólido. Llamándose límites de plasticidad a las fronteras (límite líquido y límite
plástico) que definen el intervalo plástico.
Existen suelos que al ser remoldeados, cambiando su contenido de agua si es
necesario, adoptan una consistencia característica, que desde épocas antiguas se ha
denominado Plástica. Estos suelos han sido llamados arcillas, originalmente por los
hombres dedicados a la cerámica; la palabra pasó a la Mecánica de Suelos, en épocas
recientes, con idéntico significado. La plasticidad es, en este sentido, una propiedad tan
evidente que ha servido antaño para clasificar suelos en forma puramente descriptiva.
En Mecánica de Suelos puede definirse la plasticidad como la propiedad de un
material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote elástico, sin
variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse.
2. UBICACIÓN.-
Esta práctica se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil.
3. ENFOQUE.-
Con
la presente práctica la cual se denomina “Límites de Atterberg” podemos
estudiar más a fondo el suelo designado, es decir con la información del análisis
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granulométrico y los límites líquido y plástico poder clasificar un suelo por cualquier
sistema de clasificación.
En Mecánica de Suelos el concepto de plasticidad se ha introducido a partir como
queda dicho, de ideas antiguas, resultando muy útil manejar en nuestros días dicho
concepto simple de plasticidad, basado en ideas con un sentido físico inmediato, pero al
tratar de definir en términos simples la plasticidad de un suelo, no resulta suficiente decir
que un suelo plástico puede deformarse y remoldearse sin agrietamiento, pues una arena
fina y húmeda tiene esas características cuando la deformación se produce lentamente y, sin
embargo, no es plástica en un sentido más amplio de la palabra; hay entre el
comportamiento de la arcilla y el de la arena en cuestión una importante diferencia: el
volumen de la arcilla permanece constante durante la deformación, mientras que el de la
arena varía, además, la arena se desmorona en deformación rápida.
Según su contenido de agua en orden decreciente, un suelo susceptible de ser plástico
puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia:
Estado líquido, con las propiedades y apariencia de una suspensión.
Estado semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso.
Estado plástico, en que el suelo se comporta plásticamente.
Estado semisólido, en que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún
disminuye de volumen al estar sujeto a secado.
Estado sólido, en que el volumen del suelo no varía con el secado.
Los anteriores estados son fases generales por las que pasa el suelo al irse secando y
no existen criterios estrictos para distinguir sus fronteras. El establecimiento de éstas ha de
hacerse en forma puramente convencional. Atterberg estableció las primeras convenciones
para ello, bajo el nombre general de límites de consistencia.
La frontera convencional entre los estados semilíquido y plástico fue llamada por
Atterberg límite líquido, nombre que hoy se conserva. Atterberg lo definió en términos de
una cierta técnica de laboratorio que consistía en colocar el suelo remoldeado en una
cápsula, formando en él una ranura, según se muestra en la figura, y en hacer cerrar la
ranura golpeando secamente la cápsula contra una superficie dura, el suelo tenía el
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contenido de agua correspondiente al límite líquido, según Atterberg, cuando los bordes
inferiores de la ranura se tocaban, sin mezclarse, al cabo de un cierto número de golpes.
11 mm
8 mm
2 mm
La frontera convencional ente los estados plástico y semisólido fue llamada por
Atterberg límite plástico y definida también en términos de una manipulación de
laboratorio. Atterberg colaba un fragmento de suelo hasta convertirlo en un cilindro de
espesor no especificado; el agrietamiento y desmoronamiento del rollito, en un cierto
momento, indicaba que se había alcanzado el límite plástico y el contenido de agua en tal
momento era la frontera deseada.
A las fronteras anteriores, que definen el intervalo plástico del suelo se les ha llamado
límites de plasticidad.
Atterberg consideraba que la plasticidad del suelo quedaba determinada por el límite
líquido y por la cantidad máxima de una cierta arena, que podía ser agregada al suelo,
estando este con el contenido de agua correspondiente al límite líquido, sin que perdiera por
completo su plasticidad. Además encontró que la diferencia entre los valores de los límites
de plasticidad, llamada índice plástico, se relacionaba fácilmente con la cantidad de arena
añadida, siendo de más fácil determinación, por lo que sugirió su uso, en lugar de la arena,
como segundo parámetro para definir la plasticidad.
I p = LL − LP
Además de los límites de plasticidad (líquido y plástico) ya señalados, Atterberg
definió otros límites de consistencia, que se mencionan a continuación:
El límite de adhesión, definido como el contenido de agua con el que la arcilla
pierde sus propiedades de adherencia con una hoja metálica, por ejemplo, una
espátula. Es de importancia en agricultura.
El limite de cohesión, definido como el contenido de agua con el que los grumos de
arcilla ya no se adhieren entre sí.
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El límite de contracción, frontera entre los estados de consistencia semisólido y
sólido, definido con el contenido de agua con el que el suelo ya no disminuye su
volumen al seguirse secando.
La diferencia que existe entre el límite líquido y límite plástico es que, el límite
plástico es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como
material no plástico. Y límite líquido es el contenido de humedad por debajo del cual el
suelo se comporta como un material plástico.
Los límites líquidos y plásticos han sido ampliamente utilizados en las regiones del
mundo, principalmente con el objetivo de identificar y clasificar los suelos. El límite de
contracción ha sido utilizado en varias áreas geográficas donde el suelo sufre grandes
cambios de volumen entre el estado seco y su estado húmedo.
La localización relativa de los límites de contracción Ws, plástico Wp y líquido Wl, se
muestra sobre una escala de humedad en la siguiente figura.
Rango Plástico del suelo
definido por el IP
Suelo No Plástico
LP
El suelo se comporta
como fluido viscoso
LL
Contenido de Humedad w%
Para poder establecer valores definidos, reproducibles, de estos límites se propuso que
el límite líquido se definiría arbitrariamente como el contenido de humedad al cual en
forma de cápsula de bronce, separada en dos por la acción de una herramienta para hacer
una ranura patrón y dejar caer desde una altura de 1cm.
4. MATERIAL.-
Los materiales utilizados en esta práctica son los siguientes:
1. Aparato de Casagrande
2. Espátula
3. Recipiente de porcelana
4. 5 taras o recipientes de aluminio
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5. Placa de vidrio
6. Horno a temperatura de 110° C
7. Tamiz No 40
8. 100 gr. de suelo
9. Balanza con precisión de 0,01 gr.
5. METODOLOGÍA.-
En esta práctica el procedimiento que se siguió fue el siguiente:
Después de una explicación de parte del Docente, sobre la práctica a realizar, procedimos a
instalar los instrumentos asignados para la práctica los cuales ya mencionamos
anteriormente, luego se procedió a instalar el material con sumo cuidado; procedimos a
tamizar el suelo por medio del tamiz de malla No 40 y trabajar con el material que pasa
dicho tamiz.
Tanto el ensayo de Límite Líquido y Límite Plástico no se los pudo realizar, porque el suelo
presentaba una característica granular, con mayor contenido de arena, un poco de limo y
nada de arcilla.
Sin embargo pese a que el material era no apto para dichos ensayos el Docente nos explicó
como se debería realizar dichos ensayos.
La realización de la práctica se la puede dividir en dos partes que son:
Límite Líquido.
Se procede a pasar cierta cantidad de material a través del tamiz No 40, el cual se
utilizara para determinar el límite líquido y el límite plástico.
A continuación se verifica si el aparato de Casagrande esta debidamente calibrado,
si no es así se deberá calibrar la altura de caída de la cazuela, con ayuda del extremo
superior del ranurador patrón, esta altura deberá ser exactamente 1 cm.
Se coloca el material tamizado en un recipiente de porcelana, se añade un poco de
agua y se mezcla cuidadosamente con el suelo hasta lograr una pasta uniforme y una
apariencia cremosa (suelo arcilloso).
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Se procede a colocar dentro de la cazuela una pequeña cantidad de suelo hasta la
profundidad adecuada para el trabajo de la herramienta ranuradora, a continuación
se debe emparejar la superficie de la pasta de suelo cuidadosamente con una
espátula, y mediante el uso de la herramienta ranuradora, cortar una ranura clara,
recta, que separe completamente la masa del suelo en dos partes, hacer el conteo de
golpes hasta que la masa se cierre una longitud de 1 cm.
Se toma una muestra para medir el contenido de humedad, se coloca en una tara la
zona donde se cerró la ranura, se procede a pesar la tara con el material y se lo
introduce en el horno por un periodo de 24 horas.
Pasadas las 24 horas se extrae la muestra del horno y se procede a su pesaje
correspondiente, siendo el resultado el peso de la muestra seca más la tara. Este
procedimiento se repite en su totalidad con cinco muestras del mismo suelo, pero
con diferentes contenidos de humedad.
Límite Plástico.
Se coloca el mismo material tamizado del ensayo anterior en un recipiente de
porcelana se añade agua al suelo, se mezcla cuidadosamente hasta obtener una
textura uniforme y cremosa.
Se divide en varios pedazos o porciones pequeñas la muestra, con la mano
extendida sobre una placa de vidrio enrollamos el suelo con presión suficiente para
moldearlo en forma de cilindro o hilo de diámetro uniforme por la acción de los
movimientos de la mano.
Cuando el diámetro del cilindro llega a 3 mm., se deberá volver a moldear y enrollar
nuevamente con otra porción de suelo, este proceso se hace hasta que el cilindro de
suelo se rompa bajo la presión del enrollamiento.
La muestra o el cilindro, que se rompa nos define el límite plástico, luego este
cilindro se coloca en una tara previamente pesada, efectuando el pesaje de la tara
más el cilindro de suelo, luego se introduce al horno, por un periodo de 24 horas
para calcular el contenido de humedad de la muestra.
Una vez que la muestra es extraída del horno se procede a su pesaje y la obtención
del peso de la muestra seca más la tara
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6. OBJETIVO.-
En esta práctica se tienen como objetivos, los siguientes puntos:
Destacar la importancia que tiene esta práctica de laboratorio la cual nos inicia y nos
facilita estudiar en forma práctica la determinación de los límites líquido y plástico de
un suelo.
Introducir al estudiante el procedimiento de determinar el límite líquido y plástico de
un suelo y también determinar el índice de plasticidad.
La identificación y clasificación del suelo utilizando los límites líquidos y plásticos.
Familiarizarnos con el material de esa manera conocer cada uno de los materiales a
utilizar en esta práctica que es muy importante, para nuestra vida profesional.
Calcular el índice de plasticidad conociendo el límite líquido y el límite plástico.
7. CONCLUSIONES.-
Después de realizada la práctica, llegamos a las siguientes conclusiones:
Una parte importante de la práctica fue familiarizarnos con los aparatos
correspondientes al estudio del límite líquido y plástico.
El límite líquido es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se
comporta como un material plástico, y el límite plástico expresan el contenido de
humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no
plástico.
La práctica no se la pudo realizar en toda su extensión debido a que el material era
no plástico, de lo cual se infiere que el suelo no tiene un límite plástico, ya que su
contenido de humedad esta por debajo de dicha frontera convencional.
La información que nos proporcionan estos ensayos son de mucha importancia tanto
para la clasificación del suelo, como también conocer la plasticidad del suelo en
temas como asentamientos, fundaciones o cimentaciones, y otros; si se trabaja con
un suelo plástico su volumen puede variar como también las deformaciones a que
este sometido son de consideración.
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No obstante, definido el suelo como no plástico se puede clasificarlo de acuerdo al
análisis granulométrico por el Sistema Unificado y por A.A.S.H.T.O.
De acuerdo a los resultados obtenidos analizando el suelo en cuanto a su
distribución por tamaños y su composición del mismo se tendría la siguiente
clasificación: grava: gruesa 1.7%, media 39.20%, fina 19.33%; arena media 18.02%
y material fino (limo): 2.66%
El suelo analizado es no uniforme con Cu = 43.25 y bien gradado con Cv = 2.34, lo
cual quiere decir que posee un amplio margen de tamaños de partículas y cantidades
apreciables de cada tamaño.
Siguiendo el diagrama del flujo para clasificar un suelo por el S.U.C.S., como más
del 50% se retiene en el tamiz No 200 (96.38%), más del 50% de la fracción gruesa
se retiene en la malla No 4 (50.68%), menos del 5% pasa la malla No 200 y
examinando la curva el suelo resulta GW (grava bien gradada).
Clasificando por A.AS.H.T.O. es un suelo A-3, porque es el único grupo que
corresponde para un suelo no plástico, pero por la malla No 40 solo pasa
aproximadamente un 49% no así un 51% como mínimo, y el material típico que
corresponde es arena fina con calidad como sub-rasante de excelente a buena.
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RELACIÓN HUMEDAD – DENSIDAD
COMPACTACIÓN T – 180
CONCEPTO.-
Se entiende por compactación de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades
mecánicas por medios mecánicos. Se distingue de la consolidación de los suelos en que, en
este último proceso el peso específico del material crece gradualmente bajo la acción
natural de sobrecargas impuestas que provocan expulsión de agua por un proceso de
difusión; ambos proceso involucran disminución de volumen, por lo que en el fondo son
equivalentes.
La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y
disminución de la capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas
convenientes que aumenten su peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo
general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas
de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa,
muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural,
como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas.
La estabilidad de una obra vial exige, entre otras cosas, que los terraplenes y las diferentes
capas de rodamientos se hallen debidamente compactados.
A fin de que el material a compactarse alcance la mayor densidad posible en el terreno,
deberá tener una humedad adecuada en el momento de la compactación.
Esta humedad, previamente determinada en un laboratorio de suelos, se llama “humedad
óptima” y la densidad obtenida se conoce con el nombre de “densidad máxima”.
UBICACIÓN.-
El ensayo de compactación por el Método Proctor Modificado T-180 se lo realizo en el
Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias
y Tecnología (zona el Tejar).
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ENFOQUE.-
Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales
con los que se trabaje en cada caso; los materiales puramente friccionantes, como la arena,
se compactan eficientemente por métodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos el
procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características
se reflejan en los equipos disponibles para el trabajo, tales como plataformas vibratorias,
rodillos lisos, neumáticos o “pata de cabra”. En las últimas épocas los equipos de campo
han tenido gran desarrollo y hoy existen en gran variedad de sistemas o pesos, de manera
que el ingeniero tiene posibilidad de elegir entre muchos, los implementos adecuados a
cada caso particular.
La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder
analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos
estandarizados que reproduzcan en el laboratorio la compactación que se pueda lograr en el
campo con el equipo disponible. De entre todos los factores que influye en la compactación
obtenida en un caso dado, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de
agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica
empleada en dicho proceso. Por energía específica se entiende la energía de compactación
suministrada al suelo por unidad de volumen.
Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en el
laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. Todos ellos pensados para
estudiar, además, los distintos factores que gobiernan la compactación de los suelos.
Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica actual, es el debido a R. R.
Proctor y es conocido hoy día como Prueba Proctor Estándar o A.A.S.H.O. La prueba
consiste en compactar el suelo en cuestión en tres capas, dentro de un molde de
dimensiones y forma especificadas, por medio de golpes de un pisón, también especificada,
que se deja caer libremente desde una altura prefijada.
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El molde es un cilindro de 0.94 l de capacidad aproximada (1/30” pie2), de 10.2 cm. (4
pulgadas) de diámetro y 11.7 cm. (4.59 pulgadas) de altura, provisto de una extensión
desmontable de igual diámetro y 5 cm. (2 pulgadas) de altura. El molde puede fijarse a una
base metálica con tornillos de mariposa.
El pisón es de 2.5 Kg. (5.5 libras) de peso y consta de un vástago en cuyo extremo inferior
hay un cilindro metálico de 5 cm. (2 pulgadas) de diámetro. Los golpes se aplican dejando
caer el pisón desde una altura de 30.5 cm. (12 pulgadas).
Dentro del molde el suelo debe colocarse en tres capas que se compactan dando 25 golpes,
repartidos en el área del cilindro, a cada una de ellas
Con este procedimiento de compactación Proctor estudió la influencia que ejercía en el
proceso el contenido inicial de agua del suelo, encontrando que tal valor era de fundamental
importancia en la compactación lograda. En efecto, observó que a contenidos de humedad
crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían más altos pesos específicos secos y, por lo
tanto, mejores compactaciones del suelo, pero que esta tendencia no se mantenía
indefinidamente, sino que al pasar la humedad de un cierto valor, los pesos específicos
secos obtenidos disminuían, resultando peores compactaciones en la muestra. Es decir,
Proctor puso de manifiesto que, para un suelo dado y usando el procedimiento descrito,
existe una humedad inicial, llamada la “óptima”, que produce el máximo peso específico
seco que puede lograrse con este procedimiento de compactación.
Lo anterior puede explicarse, en términos generales, teniendo en cuenta que a bajos
contenidos de agua, en los suelos finos, del tipo de los suelos arcillosos, el agua está en
forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo
cual tiende a formar grumos difícilmente desintegrables que dificultan la compactación. El
aumento en contenido de agua disminuye esa tensión capilar en el agua haciendo que una
misma energía de compactación produzca mejores resultados. Empero, si el contenido de
agua es tal que haya exceso de agua libre, al grado de llenar casi los vacíos del suelo, ésta
impide una buena compactación, puesto que no puede desplazarse instantáneamente bajo
los impactos del pisón.
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Las curvas γ h − w resultan de los datos de laboratorio, obtenidos al ejecutar las pruebas de
compactación y las curvas γ s − w se dibujan a partir de las anteriores, aplicando la
fórmula:
γs =
γh
1+ w
TEORIA DE COMPACTACIÓN.-
Sabemos que un suelo esta formado por partículas de tamaño y forma variada y que entre
estas existen espacios intergranulares llamados vacíos, que se hallan llenos de aire, agua o
de ambos a la vez.
Asimismo que cuando una masa de tierra esta en estado suelo ocupa mayor volumen,
porque tiene mayor número de vacíos. En cambio, “apretujamos” o comprimimos esta masa
de tierra se hace más compacta y observamos un decrecimiento del volumen total, a causa
de la disminución de volumen de vacíos. Esta operación de comprimir o apretujar una masa
de tierra se llama compactación. Es decir, se denomina compactación de suelos al proceso
mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y
esfuerzo – deformación de los mismo; por lo general el proceso implica una reducción más
o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de
volumen de aire, pues por lo común no se expulsa agua de los huecos durante el proceso de
compactación. No todo el aire sale del suelo compactado es la de suelo parcialmente
saturado.
El objetivo principal de la compactación es obtener un suelo estructurado que posea y
conserve un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra.
Las propiedades requeridas pueden variar de un caso a otro pero la resistencia, la
compresibilidad y una adecuada relación esfuerzo – deformación figuran entre aquellas
cuyo mejoramiento se busca siempre, es menos frecuente, aunque a veces no menos
importante, que también se compacte para obtener unas características idóneas de
permeabilidad y flexibilidad. Finalmente suele favorecerse mucho la permanencia de la
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estructura ante la acción de los agentes erosivos como consecuencia de un proceso de
compactación.
De la simple enumeración de los objetivos de la compactación destaca un hecho
importante, que debe hacer prever al ingeniero muchas de las ventajas y dificultades,
complejidades que después efectivamente encontrará en estas técnicas. En primer lugar, la
compactación resulta ser un proceso de objetivos múltiples y ello propicia la complicación,
pero en segundo lugar, es evidente que muchos de esos objetivos serán contradictorios en
muchos problemas concretos, en sentido de que las acciones que se emprenderá para
cumplir con uno, pudieran perjudicar a algún otro. Por ejemplo en términos generales
puede ser cierto con frecuencia que una compactación intensa produce un material
resistente, pero sin duda muy susceptible al agrietamiento, en este aspecto el número de
ejemplos contrastantes que pudieran ocurrirse es prácticamente ilimitado. Estas posibles
contradicciones se complican y amplían aún más si se toma en cuenta que los suelos
compactados han de tener una vida dilatada y que es compromiso obvio que conserven sus
propiedades de toda esa vida, bajo la acción del agua, de las cargas soportadas, etc.
Al realizar el proceso de compactación de un suelo, se obtienen las siguientes ventajas:
1) Se establece un contacto más firme entre las partículas.
2) Las partículas de menor tamaño son forzadas a ocupar los vacíos formados por los
de mayor dimensión.
3) Cuando un suelo esté compacto, aumenta su valor soporte y se hace más estable.
4) Como las partículas se hallan firmemente adheridas después de la compactación la
masa del suelo será más densa y su volumen de vacíos quedará reducido a un
mínimo. Por lo tanto, la capacidad absorbente (de agua) de un suelo, quedará
grandemente reducida por efecto de la compactación.
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RELACIÓN ENTRE LA HUMEDAD Y EL PESO ESPECÍFICO.-
La importancia de la humedad del suelo para asegurar la compactación se ilustra en los
siguientes experimentos. Una muestra de suelo se separa en 6 u 8 porciones, cada porción
se mezcla íntimamente con diferentes cantidades de agua, de manera que cada una tenga
diferente humedad, variando esta desde cero hasta un punto intermedio entre los límites
líquido y plástico.
Cada porción se compacta en un depósito con exactamente el mismo esfuerzo de
compactación; la humedad y el peso de los sólidos por metro cúbico de suelos
compactados, que se denomina corrientemente peso específico y se denota por γ d , se
determina por:
γd =
Ws
V
γd =
γs
1+ w
CURVA DE COMPACTACIÓN.-
Cuando se va compactando un suelo bajo diferentes condiciones de humedad (sea cual
fuere el método empleado) se obtiene, al relacionar las densidades con los porcentajes de
humedad, una curva semejante a la indicada en la Figura 1. Ella nos indica que hay un
determinado punto para el cual “la densidad es máxima”. La humedad correspondiente a
este punto de “densidad máxima”, se llama “humedad optima”.
Cada suelo tiene su propia curva de compactación que es característica del material y
distinta a la de otros suelos.
Para el trazado de la curva, es conveniente determinar cinco puntos procurando que dos de
ellos se encuentren en la zona seca (rama izquierda de la curva), uno cerca del punto de
densidad máxima y de los otros dos restantes en la zona húmeda (rama derecha de la
curva). Lógicamente, un mayor número de puntos permitirá un mejor y más exacto trabajo
de la curva.
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Cada uno de los puntos de la curva representa la densidad γ d referida al peso del material
secado al horno.
EQUIPO.-
El equipo empleado en la realización de esta práctica es el siguiente:
•
Molde de 6” de diámetro, altura 5 pulg.
•
Pisón o apisonador.
•
Balanza.
•
Horno eléctrico.
•
Regla de acero para enrasar.
•
Cincel para extraer la muestra compactada.
•
Probeta y pipeta.
•
5 taras.
•
Recipientes para colocara los correspondientes suelos húmedos para su respectiva
compactación.
METODOLOGÍA.-
El procedimiento que se sigue para realizar el ensayo de compactación T-99 es el siguiente:
•
Primeramente se pasa la muestra por el tamiz N° 4, la cantidad de muestra a ser
utilizada es de 25 Kg. mezclando con cierto porcentaje de material plástico.
•
Una vez tamizado el material, se procede inmediatamente a determinar la humedad
natural del suelo, para ello se toma una porción de muestra representativa y se lo
pesa en un platito, el peso obtenido será el peso húmedo del suelo, utilizando
alcohol se determina el peso seco de la porción de suelo y de esta forma determinar
la humedad natural de toda la muestra de suelo.
•
Una vez determinada la humedad natural del suelo, se procede a pesar el molde que
se utiliza para compactación.
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•
LABORATORIO
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De la muestra de suelo tamizada se separan en 5 recipientes 5 Kg. aproximadamente
de suelo, los cuales se utilizaran para compactar a diferentes contenidos de
humedad.
•
Para el primer porcentaje de humedad se mezcla los 5 Kg. de muestra con una cierta
cantidad de agua dependiendo de la humedad natural del suelo, se mezcla lo
suficiente hasta formar una pasta homogénea.
•
Con la ayuda de una cuchara se procede a colocar parte de esa muestra en el molde
de compactación dando 56 golpes por capa, se deberán realizar cinco capas.
•
Luego se quita la extensión del molde, con la regla de acero se procede a enrasar la
muestra compactada que sobrepasa del molde.
•
Se pesa seguidamente la muestra compactada más el molde, luego se toma una
pequeña porción de muestra del centro del molde y se pesa en una tara previamente
pesada, esta tara con muestra compactada después de ser pesada se la introduce en
el horno para poder determinar el contenido de humedad de cada muestra.
•
Se repite el mismo procedimiento 5 veces, con la única diferencia de que en cada
muestra se aumentará más agua para poder tener diferentes contenidos de humedad
y así poder realizar la curva de compactación.
OBJETIVOS.
Familiarizar al estudiante con el procedimiento del método de compactación en
laboratorio (Proctor Modificado T-180) y verificar la relación densidad – humedad
para una energía de compactación correspondiente sobre un suelo particular.
El objetivo principal es determinar la humedad óptima de cierto suelo, con la cual
alcanzará su densidad máxima en la compactación por el método Proctor
Modificado T-180.
Otro de los objetivos de la compactación es obtener un suelo de tal manera
estructurado que posea y conserve un comportamiento mecánico adecuado a través
de toda la vida útil de la obra. Las propiedades requeridas pueden variar de un caso
a otro pero la resistencia, la compresibilidad y una adecuada relación esfuerzo –
deformación figuran entre aquellas cuyo mejoramiento se busca siempre, es menos
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LABORATORIO
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frecuente, aunque a veces no menos importante, que también se compacte para
obtener unas características idóneas de permeabilidad y flexibilidad.
Verificar que para suelos puramente friccionantes como la arena la Prueba de
Proctor no esta muy definido un peso específico seco
máximo, ya que dicho
procedimiento de compactación no es el ordenado para este tipo de suelos por lo
cual la acción del pisón no compacta eficientemente la muestra.
CÁLCULOS.-
DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO:
Ensayo 1
Número de capas
Número de golpes por capa
Peso del suelo húmedo + molde
Peso del molde
Peso del suelo húmedo
Volumen de la muestra (c.c.)
Densidad del suelo húmedo
(gr./cm³)
Número de tara
Peso suelo húmedo + tara
Peso suelo seco + tara
Peso del agua
Peso de la tara
Contenido de Humedad (W)
Densidad del suelo seco (gr./cm³)
Ensayo 2
Ensayo 3
Ensayo 4
5
56
9214
4826
4388
2316,67
5
56
9308
4826
4482
2316,67
5
56
9236
4826
4410
2316,67
5
56
9089
4826
4263
2316,67
1,777
1
303,6
282
21,6
42,9
9,034
1,630
1,894
2
219,3
200
19,3
41,4
12,169
1,689
1,935
3
291,1
267,1
24
102,7
14,599
1,688
1,904
4
427,1
377
50,1
106,6
18,528
1,606
1,840
5
501
437,3
63,7
146
21,867
1,510
Densidad de Suelo Seco (Kg/cc)
CURVA DE COMPACTACIÓN T - 180
1,7
1,65
1,6
1,55
1,5
0
5
Ensayo 5
5
56
8943
4826
4117
2316,67
10
15
Contenido de Humedad (%)
20
25
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OBTENCIÓN DE LA ECUACIÓN DE LA CURVA DE COMPACTACIÓN
ECUACIÓN DE CÁLCULO
y1 = A * x 2 1 + B * x1 + C
y 2 = A * x 2 2 + B * x2 + C
y3 = A * x 2 3 + B * x3 + C
CÁLCULO DE LA ECUACIÓN CON 3 PUNTOS
Para determinar la densidad máxima solo se consideraron tres puntos con sus respectivas
humedades, siendo los siguientes:
X (Contenido de Humedad) Y (Densidad Seca)
9.034
1.630
12.169
1.689
21.867
1.510
Reemplazando datos en la fórmula anterior y resolviendo el sistema se obtiene los
siguientes resultados.
A = -0.003
B = 0.08
C = 1.141
y = −0.003 * x 2 + 0.08 * x + 1.141
La densidad máxima sería de 1.674 gr./cm3 correspondiente a una humedad óptima del
13.33%.
CONCLUSIONES.-
Las conclusiones más importantes que se puede destacar de esta práctica son las siguientes:
El suelo que se uso para este ensayo tenía una humedad natural del 3.8%.
Los resultados obtenidos en este ensayo no son satisfactorios debido al material
usado para este método de compactación (T-180).
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Antes de realizar la compactación para diferentes porcentajes de humedad se debe
determinar con buena aproximación la humedad natural del suelo, el cual afecta en
la determinación de las humedades posteriores.
El método de compactación T-180 ejecutado sobre material granular o sobre suelos
puramente friccionantes y no cohesivos como son las arenas, por lo general no
definen una densidad seca máxima ni una humedad óptima.
Este procedimiento de compactación no es el adecuado para este tipo de suelos por
lo cual la acción del pisón no compacta eficientemente la muestra, en todo caso la
vibración es el procedimiento más adecuado para compactar las arenas. Por lo
anterior debe considerase que la Prueba tipo Proctor son aplicables únicamente a
suelos finos plásticos o que, por lo menos, tengan una apreciable proporción de
éstos.
Se pudo observar que un suelo para estar bien compactado y resistente ante todo,
deberá tener una cantidad apropiada de humedad, cuando existe un déficit de
humedad el suelo se vuelve vulnerable y no apto para su aplicación en alguna obra,
porque puede ser afectado directamente por los agentes atmosféricos.
Se debe tener en cuenta que el suelo deberá estar libre de material vegetal, el cual
influye en gran manera en la densidad que debe tener el suelo una vez compactado
en obra.
Cabe señalar que la densidad óptima obtenida no es la esperada, esto se debe tal vez
a que el método empleado de compactación para este tipo de suelo no es el
adecuado, puede ser que el equipo utilizado no esta en buenas condiciones, es decir
que la energía de compactación del equipo que se utilizo no es la correcta, también
puede deberse a errores fortuitos cometidos en el pesaje correspondiente, de igual
forma las balanzas no están buenas condiciones. Pero a pesar de los resultados
obtenidos no sería correcto ajustarlo la curva de compactación del ensayo realizado
para obtener una humedad óptima que oscile entre 5 y 7%.
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DENSIDAD IN SITU
CONCEPTO.-
El concepto básico se refiere a la medida de la densidad en el terreno. Esta puede hacerse
extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el volumen del hueco dejado
por el material extraído.
Es sabido que la compactación se aplica a suelos con el fin de mejorar sus características de
compresibilidad, relación esfuerzo-deformación y resistencia. Atendiendo al problema de
compactación para la formación de estructuras para vías terrestres, que es uno de los usos
más corrientes e importantes de los materiales compactados, las características de éstas
pueden medirse con base en el laboratorio. Sin embargo, para verificar si el terreno que va
ha servir de capas del pavimento a construirse ha sido debidamente compactado, deben
determinarse la densidad y la humedad del material, a fin de comparar estos resultados con
la densidad máxima y la humedad óptima obtenidas previamente en laboratorio.
En las especificaciones de construcción, la calidad requerida del suelo compactado se fija
generalmente en términos de la densidad seca máxima y no en función de la
compresibilidad y resistencia que posea el material compactado; esto es debido tanto a
cuestiones de orden práctico, de igual forma se exige un control del contenido de agua de
los suelos durante la compactación.
UBICACIÓN.-
El ensayo de compactación por el Método Proctor Modificado T-180 se lo realizo en el
Laboratorio de Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias
y Tecnología (zona el Tejar).
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ENFOQUE.-
Lo que se pretende al compactar un determinado suelo es mejorar artificialmente sus
propiedades mecánicas por medios mecánicos.
La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y
disminución de capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas
convenientes que aumenten su densidad seca, disminuyendo sus vacíos, los métodos usados
para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se
trabaje en cada caso.
Por lo general, los requisitos de compactación en el campo se basan sobre una densidad
seca de proyecto, obtenido en pruebas de laboratorio realizadas sobre el suelo de que se
trata. El equipo a usarse para lograr la compactación dependerá de tal valor de proyecto y
del contenido de agua natural del suelo en los bancos en que se extraiga y además claro es,
del tipo de suelo en sí. Teóricamente el material habrá de compactarse con la humedad
óptima correspondiente a la densidad deseado, obtenida en laboratorio. Para ello a veces
puede ser necesario añadir agua al material en el banco, en tanto que otras veces será
preciso secar éste.
Para verificar si el terreno que va ha servir de capa del pavimento a construirse ha sido
debidamente compactado, deben determinarse la densidad y la humedad del material, a fin
de comparar estos resultados con la densidad máxima y la humedad óptima obtenidas
previamente en laboratorio.
Para realizar el control de compactación en la obra, es decir, determinar la densidad en el
terreno, esto puede realizarse extrayendo una muestra de la capa compactada y midiendo el
volumen del hueco dejado por el material extraído.
Existen varios métodos ara lograr tal fin, como ser:
a) Método del Aceite.
b) Método volumétrico.
c) Método de sacamuestras.
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d) Método de la arena.
e) Método nuclear.
El método de la arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del hueco.
La arena utilizada (a menudo arena de Ottawa) es generalmente material que pasa el tamiz
No 20 y esta retenido en el No 30, generalmente es deseable utilizar una arena uniforme o
de “un solo tamaño” para evitar problemas de segregación.
El aparato de cono de arena más comúnmente usado, utiliza un recipiente de arena plástico
o de vidrio de 3785 cm3 (1 galón) con suficiente materia para llenar un hueco y el
respectivo cono, no mayor de 3800 cm3.
La densidad húmeda del suelo se calculará simplemente con la siguiente expresión:
γ hum =
W hum
V hueco
Por lo expuesto hasta aquí resulta lógico esperar que en el campo no se logre precisamente
la densidad seca máxima indicado por las pruebas de laboratorio. Se define como grado de
compactación de un suelo compactado la relación, en porcentaje, entre la densidad seca
obtenida en la obra, y el máximo especificado en el laboratorio para tal obra. El control de
la obra se lleva generalmente investigando el grado de compactación de los materiales ya
compactados y estableciendo un mínimo aceptable, que varía según la importancia y
función de la obra.
El grado de compactación de un suelo es:
G c (%) = 100
γd
γ dmáx
EQUIPO.
Frasco de un galón de capacidad.
Embudo con cono y válvula.
Plancha de base con orificio en el centro de 10 cm. de diámetro.
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Arena limpia y secada al aire, tamizada entre No 20 y No 30 si es posible calibrada
de Ottawa.
Martillo, cincel, cuchara y brocha.
Agua destilada.
Balanza.
Flexómetro.
Termómetro.
METODOLOGÍA.-
La arena que se utilizo para este ensayo es arena de estrato (Taxara), y la metodología que
se sigue para la determinación de la densidad en sitio se divide en tres partes las cuales
indicamos a continuación.
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL FRASCO.-
Se pesa el frasco más el cono seco y limpio.
Llenar el frasco con agua común hasta la válvula y determinar el peso. Medir la
temperatura del agua para hallar la densidad del agua. El peso del agua se determina por la
diferencia del segundo con el primer peso registrado.
Luego el volumen del agua equivalente al volumen del frasco más cono es el cociente del
peso del agua entre la densidad del agua.
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA ARENA.-
Se pesa el frasco más cono vacío, seco y limpio. Llenar el frasco con arena calibrada. Se
debe llenar de una altura y con velocidad constante, hace girar la botella de vez en vez, con
objeto de que los granos de arena se acomoden en forma uniforme dentro de la botella.
El peso de la arena será la diferencia entre el peso de arena más frasco menos el peso del
frasco.
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El volumen ya esta determinado. Luego la densidad de la arena será el cociente del peso de
la arena entre el volumen del frasco.
Previamente se debe determinar el peso de la arena que ocupa el cono.
Se pesa el frasco más arena más cono, luego se invierte sobre una superficie plana, se abre
la válvula y se deja caer la arena cuando deja de caer se cierra la válvula y se pesa
nuevamente el frasco más embudo, más arena que queda en el frasco. La diferencia nos
dará el peso de arena necesaria para llenar el embudo
Una vez ensayados los anteriores pasos tenemos listo el aparato para el ensayo de densidad
in situ.
Llenamos el frasco con arena hasta la válvula y nos dirigimos al campo.
En el lugar se limpia la zona donde se realizará el ensayo. Se coloca la plancha y se asegura
para que esta no se mueva.
Se toma el cincel, el martillo y se hace un hueco de 10 cm. de diámetro y una profundidad
de acuerdo a la altura de la capa.
El suelo extraído se coloca en un recipiente con tapa o una bolsa plástica para no perder la
humedad.
Una vez que la arena ha dejado de caer, lo que puede fácilmente observarse a través del
frasco, se cierra la válvula y se levanta el aparato.
Si se cree conveniente, la arena que queda en el hoyo puede dejarse en el sitio o recogerse
en caso contrario. Luego se pesa un pequeño recipiente, como también una cierta cantidad
de muestra húmeda más recipiente, después se esparce alcohol a la misma para secarla y así
pesar la muestra seca más recipiente y determinar en forma rápida la humedad del suelo.
Es necesario determinar el peso del frasco más arena que queda en el frasco después del
ensayo.
OBJETIVO.-
La presente práctica la cual se denomina “Ensayo de densidad in situ” tiene los siguientes
objetivos principales:
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El propósito fundamental de este ensayo es determinar la densidad alcanzada por un
suelo, después de haber sido compactado; aplicando el método comúnmente
utilizado, que es el método del cono de arena.
También otro objetivo es familiarizarse con el equipo a utilizar y el procedimiento a
seguir en esta práctica.
Conociendo la densidad alcanzada por el suelo se podrá saber el porcentaje o grado
de compactación en obra, y comparar con especificaciones dadas para dicha obra.
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CONCLUSIONES.-
Realizado este ensayo que consiste en determinar la densidad en sitio se tiene las siguientes
conclusiones que son:
Para determinar la densidad que ha alcanzado un suelo en obra se lo realiza por el
método de la arena, aunque existen otros métodos basados en otros principios, como
el método nuclear, el método de la arena es el que comúnmente se usa por ser el
más sencillo y contar con el equipo necesario para ello.
La determinación de la densidad del suelo para cierta humedad que posea en ese
instante nos servirá para comparar dicha densidad con la densidad máxima obtenida
en laboratorio.
Este trabajo en lo posible se lo debe realiza con mucha seriedad y cuidado que exige
la misma, especialmente cuando se trata de proyectos viales.
Es preferible y lógico que cuando se esta trabajando en campo se trabaje con una
humedad menor a la humedad óptima, e ir aumentando agua con equipo adecuado
para ello para aproximarse a la humedad óptima y posteriormente compactar lo
suficiente para obtener una densidad que este acorde a especificaciones establecidas
para dicha obra.
Tanto la compactación, como el control de compactación en la formación de
estructuras para vías de carreteras es de suma importancia, ya que de ella depende
que se acepte o rechace el trabajo de compactación en base a los resultados
obtenidos que no están de acuerdo a especificaciones establecidas.
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CÁLCULOS DE DENIDIDAD EN SITU
CALIBRACIÓN DEL APARATO
Peso del aparato más agua
Peso aparato
Peso del agua
Densidad agua a Temperatura de ensayo
Volumen del frasco
Peso aparato más arena
Peso de arena
Densidad de arena
Peso del aparato más arena (después de llenar el
embudo)
Peso de arena seca en el embudo
DETERMINACIÓN DEL PESO SECO Y HUMEDAD
Peso de tara más suelo húmedo
Peso de tara más suelo seco
Peso del agua
Peso de tara
Peso del suelo seco
Porcentaje de humedad
Peso de suelo húmedo retirado del hoyo mas tara
Peso de tara
Peso de suelo húmedo retirado del hoyo
Peso de suelo seco retirado del hoyo
DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DEL HOYO
Peso de arena calibrada más aparato
Peso de arena que queda después del ensayo
Peso de arena necesaria para llenar el hoyo y el
embudo
Peso de la arena seca en el embudo
Peso de la arena para llenar el hoyo
Volumen del hoyo
Densidad del suelo
Densidad máxima de la curva de compactación
porcentaje de compactación
4700,000
645,000
4055,000
0,999
4060,604
6309,000
5664,000
1,395
gr.
gr.
gr.
gr./cm³
cm³
gr.
gr.
gr./cm³
5887,000 gr.
422,000 gr.
199,200
197,400
1,800
96,800
100,600
1,789
1334,000
325,000
1009,000
991,264
gr.
gr.
gr.
gr.
gr.
%
gr.
gr.
gr.
gr.
6309,000 gr.
4947,000 gr.
1362,000
422,000
940,000
673,900
1,471
1,700
86,526
gr.
gr.
gr.
cm³
gr./cm³
gr./cm³
%
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ENSAYO DE LA RELACIÓN DE SOPORTE
DE CALIFORNIA (CBR)
CONCEPTO.-
El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo simplemente un ensayo de relación de
soporte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad
controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, pero de la
aseveración anterior es evidente que este número no es constante para un suelo dado sino
que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo. De paso, es
interesante comentar que el experimento puede hacerse en el terreno o en un suelo
compactado.
El número CBR (o simplemente, CBR) se obtiene como la relación de la carga unitaria (en
libras por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración
del pistón de penetración dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de
humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la
misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado.
UBICACIÓN.-
El ensayo de la relación de soporte de California (CBR) se lo realizo en el Laboratorio de
Suelos de la Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias y Tecnología
(zona el Tejar).
ENFOQUE.-
Para una mejor comprensión de las características de resistencia de los suelos es
conveniente tratar primeramente aquellos que suelen considerarse puramente friccionantes;
es decir, las arenas limpias, las gravas limpias y los enrocamientos y las combinaciones de
tales materiales.
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La explicación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos friccionantes parte de los
mecanismos de la fricción mecánica, para una aplicación más estricta de esta ley a una
masa de partículas discretas, se las considera actuando en los puntos de contacto, si todas
las demás circunstancias prevalecen y, por lo tanto, mayores serán las concentraciones de
presión en ellos. Análogamente, los puntos de contacto aumentan con la mejor distribución
granulométrica. Las presiones en los puntos de contacto cobran importancia si se relacionan
con la resistencia individual de los granos del material, pues bajo aquellas, estos pueden
llegar a deformarse o a romperse.
La resistencia al esfuerzo cortante de una masa de suelo friccionante depende de las
siguientes características del propio material:
Compacidad
Forma de los granos
Distribución granulométrica
Resistencia individual de las partículas
Tamaño de las partículas.
El método de CBR fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. Staton y D. J. Porter, del
departamento de Carreteras del Estado de California, como una forma de clasificación de la
capacidad de un suelo para ser utilizado como sub-rasante o material de base en
construcción de carreteras (pavimentos flexibles). Durante la segunda guerra mundial, el
Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la
construcción de aeropuertos.
El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo simplemente un ensayo de relación de
soporte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad
controladas. El ensayo permite obtener un número de la relación de soporte, pero de la
aseveración anterior es evidente que este número no es constante para un suelo dado sino
que se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo. De paso, es
interesante comentar que el experimento puede hacerse en el terreno o en un suelo
compactado.
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El número CBR (o simplemente, CBR) se obtiene como la relación de la carga unitaria (en
libras por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración
del pistón de penetración dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de
humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la
misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. En forma
de ecuación esto es:
CBR =
c arg a unitaria del ensayo
*100
c arg a unitaria patrón
De esta ecuación se puede ver que el número CBR es un porcentaje de la carga unitaria
patrón. En la práctica, el símbolo de porcentaje se quita y la relación se presenta
simplemente por el número entero, como 3, 45, 98.
El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.5
mm. Sin embargo, si el valor de CBR a una penetración de 5.0 mm. es mayor, el ensayo
deberá repetirse (ordinariamente). Si un segundo ensayo produce nuevamente un valor de
CBR mayor de 5.0 mm. de penetración, dicho valor debe aceptarse como valor final del
ensayo.
Para determinar el CBR se toma como material de comparación la piedra triturada. Las
resistencias a la penetración que presenta ésta son los siguientes:
Para 0.1” pulgadas de penetración………………….. 1000 lb./pulg2 ó 70 Kg./cm2.
Para 0.2” pulgadas de penetración…………………. 1500 lb./pulg2 ó 105 Kg./cm2.
Para 0.3” pulgadas de penetración…………………. 1900 lb./pulg2 ó 133 Kg./cm2.
Para 0.4” pulgadas de penetración………………….. 2300 lb./pulg2 ó 161 Kg./cm2.
Para 0.5” pulgadas de penetración…………………. 2600 lb./pulg2 ó 182 Kg./cm2.
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de
humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de
compactación estándar (o modificada).
A menudo se compactan dos moldes de suelo, uno para penetración inmediata y otro para
penetración después de dejado saturar por un período de 96 horas. El segundo espécimen es
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saturado durante 96 horas con una sobrecarga aproximadamente igual al peso del
pavimento que se utilizará en el campo pero en ningún caso el peso de la sobrecarga será
menor de 4.5 Kg. Es necesario durante este período tomar registros de expansión para
instantes escogidos arbitrariamente y al final del período de saturación se hace la
penetración para obtener el valor de CBR para el suelo en condición de saturación
completa.
En ambos ensayos de penetración para determinar los valores de CBR se coloca una
sobrecarga sobre la muestra de la misma magnitud de la que se utilizo durante el ensayo de
expansión. El ensayo sobre la muestra saturada cumple dos propósitos:
1. Dar información sobre la expansión esperada en el suelo bajo la estructura de
pavimento cuando el suelo se satura.
2. Dar indicación de la pérdida de resistencia debida a la saturación en el campo.
El ensayo de penetración se lleva a cabo en una máquina de compresión utilizando una tasa
de deformación unitaria de 1.27 mm./min. Se toman lecturas de carga contra penetración a
cada o.5 mm. de penetración hasta llegar a un valor de 5.0 mm. a partir del cual se toman
lecturas con incrementos de 2.5 mm. hasta obtener una penetración total de 12.7 mm.
El valor de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los
suelos principalmente con fines de utilización con base y sub-rasante bajo pavimentos de
carreteras y aeropuertos. La tabla siguiente da calificaciones típicas.
No
Clasificación
CBR
General
Usos
SISTEMA DE CLASIFICACIÓN
Unificado
AASHTO
0-3
Muy pobre
Subrasante
OH, CH, MH, OL
A5, A6, A7
3-7
Pobre a regular Subrasante
OH, CH, MH, OL
A1, A5, A6, A7
7-20
Regular
OL, CL, ML, SC, SM, SP
A2, A4, A6, A7
Sub-base
20-50 Bueno
Base, sub-base CM, GC, SW, SM, SP, GP A1b, A2 5, A3, A2 6
< 50
Base
Excelente
GW, GM
A1a, A2 1, A3
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Se publican muchos diseños de pavimentos en cuales se entra a la tabla con el número CBR
y se lee directamente el espesor de sub-rasante, base, y/o espesor del pavimento flexible,
basado en las cargas de llanta esperada. Algunas veces el valor de CBR se convierte a
módulo de sub-rasante (utilizando también tablas) antes de entrar a las tablas de diseño de
pavimentos.
EQUIPO.-
El material que se utilizó para este ensayo es el siguiente:
Tamices ¾” y No 4 para la compensación respectiva de la muestra de suelo a ser
compactado.
Moldes de compactación de 15.2 cm. de diámetro por 17.8 cm. de altura (o
equivalente, con collarín).
Disco espaciador de 15.1 cm. de diámetro por 6.14 cm. de altura ( o 5.1 cm. de
altura si este esta disponible).
Martillo de compactación (de 24.5 N o el de 44.5 N según designe el docente).
Balanza de precisión 0.1 gr.
Horno eléctrico.
Taras.
Pesos para sobrecargar.
Máquina de compresión equipada con pistón de penetración CBR (diámetro de
4.953 cm. con sección transversal de 19.4 cm.) y capa de penetración a una tasa de
1.27 mm./min.
Un recipiente con agua para la saturación del suelo.
METODOLOGÍA.-
La realización de esta práctica se la hizo con la ayuda e indicaciones de parte del docente, y
el procedimiento que se siguió es el siguiente que a continuación detallamos:
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Compensación Del material.
Antes de proceder a la compactación de la muestra en los respectivos moldes por el método
Proctor Modificado T-180, se realiza la compensación del material; se procede a cuartear
aproximadamente 25 Kg., de muestra de suelo, de esta muestra cuarteada se tamizan en los
tamices ¾” y No 4, del material retenido en dichos tamices se pesan en las mismas
proporciones, de tal forma que se obtenga un peso total de 21 Kg. aproximadamente y
luego se mezcla en forma uniforme para luego utilizar esta muestra de suelo en la
compactación.
Determinación De La Humedad.
Para determinar el contenido de agua que se deberá adicionar para llegar a la Humedad
óptima encontrada por el ensayo de compactación, se seguirá los siguientes pasos:
a) Humedad natural. Se separa una porción de muestra del material a utilizar en la
compactación para determinar la humedad natural del suelo.
b) Porcentaje real de agua necesaria. Es el resultado de la diferencia del % de humedad
óptima, encontrado por el ensayo de compactación y el % de Humedad natural (punto
a).
c) Peso total seco (Pss). Resulta de multiplicar el peso húmedo (Psh) 100 y dividir entre el
contenido de humedad del suelo preparado (%Hn) + 100
Pss =
Psh
*100
(% Hn + 100)
d) Agua necesaria para el porcentaje de humedad óptima. Es el producto del peso de la
muestra total seca (Pst) (punto d) por el % real de agua necesaria (punto b). Este
resultado debe redondearse a un número entero que representará la cantidad que se
adicionará a la muestra para que esta llegue a su humedad óptima, en cm3.
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Contenido de Humedad y Peso Unitario.
Para el ensayo de CBR se preparan 3 moldes, debiendo anotarse primero el número de cada
molde, el número de capas de acuerdo al método a utilizarse y el número de golpes para
cada molde.
Condiciones de la Muestra.
a) Se humedece el material, si es posible con rociador, con la cantidad de agua calculada y
se mezcla de manera uniforme.
b) Se prepara un molde “Molde N°” de peso “Peso del Molde N°” y volumen “Volumen
de la Muestra” conocidos, ajustándolo a su base y colocándole su respectivo collarín.
c) Se deposita dentro un disco espaciador de 2½” con un papel filtro que evitará que la
muestra compactada se pegue al disco.
d) Se coloca dentro el suelo húmedo y se compacta según los golpes y capas que la
compactación así lo requiera, tratando que la muestra sobrepase el molde un par de
centímetros. Acabado éste, se saca el collarín y se enrasa con una regla metálica el
sobrante tratando de dejar una superficie lisa.
e) Se deja libre el molde y la base del collarín y se lo pesa.
f) Restando el peso del molde del peso muestra húmeda más molde, tendremos el peso
muestra húmeda.
g) El peso unitario de la muestra húmeda será el peso muestra húmeda sobre el volumen
de la muestra.
Muestra para determinar la Humedad del suelo.
a) Se toman dos cápsulas o taras “Tara N°” de peso conocido “Peso de la tara N°” y se las
llena con muestra sacas del fondo, del centro y de la superficie del suelo húmedo.
b) Se pesa las cápsulas con las muestras “Peso muestra húmeda mas tara” y se las seca en
horno.
c) Se pesa las cápsulas con las muestras ya secas “Peso muestra seca mas tara”.
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d) Se resta el valor de la cápsula con el suelo seco, de la cápsula con el suelo húmedo,
encontrándose el “Peso del agua”.
e) Se resta el peso de la tara al peso del suelo seco más tara hallándose así el “Peso de la
Muestra seca”.
f) Multiplicando el “Peso del agua” por 100 y dividiendo el resultado entre el “Peso de la
muestra seca”, se obtendrá el “contenido de humedad”.
g) Sacando la media de los contenidos de humedad de las tres cápsulas se sabrá el
“Promedio del contenido de humedad”.
h) El “Peso Unitario de la Muestra Seca” se encuentra multiplicando el “Peso Unitario de
la muestra húmeda” por 100, dividido todo entre 100 más el “Promedio del contenido
de humedad”.
C.B.R.
a) Se pesa el molde libre de la base, plato con vástago y pesos, y se anota el resultado en la
casilla correspondiente de la columna “Después de mojarse”.
b) Se coloca el molde en la base y se lo lleva a la prensa de ensayo provista del aro
dinamométrico adecuado. Se pone la sobrecarga anular de ensayo, sobre la superficie y
se asienta el pistón de penetración a través del orificio central.
c) Se regula la altura del conjunto tal que el dial del extensómetro que mide la resistencia a
la deformación del aro dinamométrico esté en cero. El extensómetro que mide las
penetraciones y que está sujeto al marco, apoyará su vástago sobre el borde la base
haciendo coincidir su dial a cero.
d) Se aplicarán cargas a una velocidad de avance del pistón igual a 1.27 mm./min. (0.5
pulg./min.), anotándose las lecturas del dial del aro dinamométrico obtenidas para
penetraciones de 0.025”; 0.05”; 0.075”; 0.1”; 0.2”; 0.3”; 0.4”; 0.5”.
e) Las cuatro primeras lecturas servirán posteriormente para efectuar la corrección de la
curva penetración-cargas en el caso de que la misma resulte cóncava hacia arriba.
f) Se descarga la prensa a penetración, se retira el molde y se quitan las sobrecargas. Se
toma una muestra de suelo del lugar donde penetró el pistón y, en una cápsula de peso
conocido, se hace secar en horno hasta anotando todos los valores encontrados.
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g) Buscando en el formulario propio de cada aro dinamométrico el equivalente de la
lectura de deformación dada por el extensómetro del mismo, tendremos la carga ensayo
en KN, que nos servirá para el diseño de la curva penetración vs. Carga.
h) En caso de que la curva penetración vs. Carga diseñada se corrija, se anotaran los
valores de corrección.
i) Sabiendo que la resistencia que presenta el material de comparación a la línea del pistón
de 0.1” y 0.2” de penetración y el área del pistón tendremos que para sacar el CBR de la
carga unitaria correspondiente a dichas penetraciones expresado en porcentaje, debemos
utilizar la siguiente fórmula:
CBR =
c arg a unitaria del ensayo
*100
c arg a unitaria patrón
Curva: % CBR – Peso Unitario.
a) Tomando los “Pesos Unitarios Secos” de cada una de las muestras, se busca una escala
apropiada a los mismos; de igual manera para los % de CBR de 0.2” de penetración.
b) Luego definidos los puntos, se los unirá mediante una curva que se denominará Curva
% CBR – Peso Unitario.
c) Sabiendo el valor de la densidad máxima, hallada mediante el ensayo de compactación,
se traza una recta horizontal que lo defina, siendo la proyección vertical de la
intersección de ésta y la curva diseñada, el valor porcentual de CBR al 100% de la
densidad máxima, en igual forma se puede trazar para una compactación del 95%.
MEMORIA DE LA PRÁCTICA.-
Antes de proceder a la compactación de la muestra en los respectivos moldes por el método
Proctor Modificado T-180, se realizó la compensación del material; procediéndose a
cuartear aproximadamente 25 Kg., de muestra de suelo, de esta muestra cuarteada se tamizó
en los tamices ¾” y No 4, del material retenido en dichos tamices se pesó 9329.0 gr. en las
mismas proporciones, obteniéndose un peso total de 18658.0 gr. aproximadamente y luego
se mezcló en forma uniforme.
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La humedad natural de la muestra de suelo que se determino fue del 1.3%, añadiéndose
343.0 gr. en peso de agua para alcanzar la humedad óptima del 6.2% para una densidad
máxima de 2.29 Kg./cm3.
OBJETIVOS.-
Los objetivos específicos de este ensayo son los siguientes:
El propósito de este ensayo es que el estudiante conozca el procedimiento que se
debe seguir para determinar el valor de CBR de un suelo compactado, que se
expresa como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón en
el suelo que se ensaya, dividido por el esfuerzo requerido para hacer penetrar el
mismo pistón hasta la misma profundidad en una muestra patrón de piedra triturada.
Una vez determinado el valor numérico del CBR del suelo compactado poder
definir y/o evaluar la calidad relativa del suelo para ser usada como sub-rasante,
sub-base y base de pavimentos.
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CONCLUSIONES.-
Después de realizada la práctica se llega a las siguientes conclusiones:
Antes de realizar la práctica se debe repasar la guía para tener una idea clara de lo
que se va a realizar y evitar posibles errores que se puedan cometer.
Se pudo cumplir con uno de los objetivos que pretendía este ensayo, que era
familiarizarnos con el equipo correspondiente, así como el procedimiento que se
debe seguir, ya que este ensayo es de mucha importancia.
El CBR es un parámetro que se utiliza mucho en obras viales (carreteras de
pavimento flexible, y otros), el cual nos indica sobre la capacidad del suelo en
cuanto a la resistencia a la penetración con respecto a una muestra estándar de
material triturado.
No se realizó los cálculos correspondientes para la expansión debido a que el molde
con la muestra húmeda compactada ni siquiera se la dejo por 24 horas para saturar.
El CBR obtenido que es igual a 13.2, nos indica que el suelo compactado
clasificando en forma general es regular que puede ser usado como sub-base,
siempre y cuando las especificaciones de obra en cuanto al grado de compactación
sea la adecuada y su densidad máxima no sea otra.
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ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTANDAR SPT
INTRODUCCION:
Las pruebas de campo adquieren una gran importancia en los suelos muy susceptibles a la
perturbación y cuando las condiciones del terreno varían en sentido horizontal y vertical. El
método de prueba in situ más ampliamente utilizado es el de penetración. Los
penetrometros utilizados para el estudio del terreno se hincan o se hacen penetrar a presión
en el terreno, midiendo la resistencia a la penetración. La prueba más ampliamente utilizada
es la “penetración estándar” (o normal) que consiste en la hinca del tomamuestras, dejando
caer una maza de 140 libras (63.5 Kg.) desde una altura de 30 pulgadas (76 cm.). La
resistencia a la penetración se expresa por el número de golpes necesarios para hincar el
tormamuestras 1 pie (30 cm.).
Los resultados de pruebas realizadas en laboratorio muestran que la resistencia a la
penetración depende de diversos factores distintos de la compacidad relativa; la resistencia
a la penetración es función de la presión de confinamiento del tipo de suelo. Otro factor que
puede tener una notable influencia sobre la resistencia a la penetración de un suelo es la
presión de pozo o intersticial existente en el instante de realizar las medidas.
La prueba de penetración estándar debe utilizarse sólo como indicación o junto con otros
métodos de exploración.
UBICACIÓN.-
El ensayo de penetración estándar (SPT) se lo realizo en el Laboratorio de Suelos de la
Carrera de Ingeniería Civil, ubicada en la Facultad de Ciencias y Tecnología (zona el
Tejar).
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ENFOQUE.-
Método de penetración estándar.- Este procedimiento es entre todos los exploratorios
preliminares quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil
información en torno al subsuelo y no solo en lo referente a descripción; probablemente es
también el más ampliamente usado.
En suelos puramente friccionantes la prueba permite conocer la compacidad de los mantos
que como repetidamente se indico, es la característica fundamental respecto a su
comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, si bien
tosca, de la resistencia a la compresión simple. Además el método lleva implícito un
muestreo que proporciona muestras alteradas representativas del suelo en estudio.
En 1902 Charles R. Gow sustituyó el sistema de reconocimiento mediante lanza hidráulica,
por un método de tomas de muestras en seco utilizando un tubo de una pulgada de diámetro
que con una masa de 110 lb.
En 1927 Linston Hart y Gordon A. Fletcher de la sociedad Raymonde Concrete Pile,
construyeron una cuchara hendida longitudinalmente, de dos pulgadas de diámetro que más
tarde ha sido conocida con el nombre de “Standard Penetration Test” (SPT).
El principio de reconocimiento llamado SPT es el siguiente: Se ejecuta un taladro y a
continuación se lleva al fondo de la perforación una cuchara normalizada que se clava 15
cm. en la capa a reconocer. El sondista hace entonces una señal sobre el varillaje y cuenta
el número de golpes N necesarios par hincar de nuevo la cuchara a profundidad de un pie
(30 cm.). La masa que se utiliza para la hinca pesa 140 lb. y la altura de caída es de 30
pulgadas lo que corresponde a un trabajo de 0.5 Kg. por golpe aproximadamente.
El SPT relativamente poco empleado en Europa se utiliza sistemáticamente en todos los
países de América. Sus modalidades de aplicación están definidas en numerosas
especificaciones.
Influencia del nivel freático.- El número de golpes N, necesarios para hincar 30 cm. la
cuchara normalizada, puede variar en la arena fina, según la situación del nivel freático.
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DE SUELOS
Si llamamos N’ al número de golpes registrados en un ensayo realizado por debajo del nivel
freático, el valor equivalente N que debe considerarse en el cálculo esta dado por la
expresión siguiente debida a Terzaghi y Peck.
N = 15 +
1
( N '−15)
2
Presión admisible.-
Terzaghi y Peck han dado los valores de los coeficientes Ny y Nq de capacidad portante en
función de N; incluso han dibujado los ábacos que dan directamente la presión admisible
con un coeficiente de seguridad 3 en zapatas empotradas o superficiales.
En medios coherentes, tras numerosas experiencias comparativas propusieron relacionar N
con la consistencia de las arcillas y con su resistencia a compresión simple medida en
Laboratorio sobre muestra inalterada.
La tabla precisa estas relaciones:
N
Consistencia de la Arcilla
2
Muy blanda
Resistencia a compresión simple
(Kg./cm2)
0.25
2-4
Blanda
0.25 - 0.50
4-8
Media
0.50 – 1
8-15
Compacta
1–2
15-30
Muy compacta
2–4
Dura
4–8
30
Los mismos autores proponen para las arenas las relaciones que se indican:
N
Compacidad de la arena
0–4
Muy suelta
4 – 10
Suelta
10 – 30
Medianamente compacta
30 – 50
Densa
Más de 50
Muy densa
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Causas de error.- Es evidente que las relaciones anteriormente señaladas solamente son
aproximadas. En efecto, pueden influir en los valores de N muchos factores y
particularmente:
El estado de la superficie interior y exterior de la cuchara, que si están oxidadas o
abolladas pueden modificar considerablemente el rozamiento en las capas
atravesadas.
El afilado y en general, el buen estado de los biseles cortantes de la cuchara.
La posición del nivel freático respecto del ensayo.
La forma y la superficie de los orificios o ventanas de expulsión del agua.
La posición relativa del fondo del taladro con respecto al límite inferior del
entubado al comienzo de la hinca.
El tiempo transcurrido entre la perforación del taladro y la ejecución del ensayo
SPT propiamente dicho.
Por último, la flexibilidad del varillaje que absorbe una parte de la energía. En el
caso de sondeos muy profundos, Cambefort ha propuesto eliminar este
inconveniente utilizando en la hinca una deslizadera.
Entre los factores importantes que pueden afectar a los resultados del SPT Fletcher señala
además:
La variación de altura de caída de la maza.
El empleo de varillaje más pesado que el previsto.
La elevada longitud de varillaje (por encima de 15 cm.).
La caída libre de la maza obstaculizada por cualquier causa.
El descuido en el cómputo de golpes o en la medida de la penetración.
Es fundamental no sobre valorar la significación del calificativo Standard. Efectivamente,
las características de los aparatos no son uniformes en los distintos países, e incluso dentro
de un mismo país, como en Estados Unidos o en el Brasil, por ejemplo donde hay varios
tipos de SPT.
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El SPT tiene la ventaja de proporcionar, además información de la naturaleza de las capas
atravesadas, gracias a la muestra que se extrae. Sin embargo, sus resultados son
discontinuos y capas de débil espesor pueden escapar a este reconocimiento.
Penetrometro estático; descripción.- El primer penetrometro estático fue utilizado por
Alexandre Collin en 1846. Este geotécnico se había dado cuenta de la importancia de la
arcilla en el equilibrio de los taludes y puso a punto un penetrometro de pequeñas
dimensiones para determinar la cohesión en seis tipos de arcillas con distintos grados de
consistencia desde la muy fluida hasta la desecada al aire. El grado de consistencia se
medía con una técnica similar a la utilizada por Vicat para el cemento, hincado una aguja
de base cónica que pesaba 1 Kg. y que tenía un diámetro de 1 mm.
Esta idea sirvió de base en 1931 a Godskesen de los ferrocarriles daneses que creo un
penetrometro de bolsillo con una punta cónica de 15 mm. de diámetro y ángulo en el
vértice de 60°.
Terzaghi en 1929 midió de manera continua las variaciones de la resistencia estática a la
penetración de un cono bajado verticalmente en un medio arenoso. Para facilitar el avance,
Terzaghi improviso un sondeo de lanza de agua, de forma que la penetración del cono fuera
prácticamente independiente de la profundidad.
En esta misma época el profesor Buisman estudiaba el principio de penetración estática en
una capa de arena, de un cono pero sin emplear la lanza de agua. Fue Barentsen el que
invento y patento el procedimiento tubo-varilla-cono.
Los penetrometros estáticos son aparatos que permiten introducir a velocidad lenta y
constante (10 a 60 cm./min.) el varillaje gracias al esfuerzo de un gato hidráulico. Están
concebidos para medir separadamente la reacción de las capas atravesadas. Sobre la punta y
el rozamiento lateral sobre los tubos exteriores que rodean el varillaje central.
La transmisión de esfuerzos a la punta puede efectuarse por el varillaje (penetrometro
holandés) o por medio de una transmisión hidráulica o eléctrica.
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Interpretación de los diagramas de penetración.- En cimentaciones profundas la
experiencia demuestra que los esfuerzos bajo el pilote y el penetrómetro indican y pueden
considerase nomotéticos con la única diferencia de que el empotramiento en la capa
considerada sea suficiente. En tal caso, la resistencia a la rotura del pilote es precisamente
igual a Rp.
Además de esta valoración directa de la capacidad portante, el penetrómetro estático
proporciona también una ponderación de la cohesión.
Hay que tener en cuenta, no obstante, un detalle. El cono del penetrómetro holandés, tiene
un manguito que queda sobre la punta para evitar que las partículas del terreno se alojen
formando cuña entre varillaje y el tubo exterior (no hay que confundir este manguito
solidario del cono con el manguito especial que permite medir el rozamiento lateral). Este
manguito inferior solidario a la punta, absorbe energía por rozamiento contra el terreno. Por
tanto, la lectura de Rp en los aparatos de medida, queda influida por el rozamiento lateral.
MATERIAL Y EQUIPO.-
El material que se requiere para realizar esta práctica es el siguiente:
Equipo para realizar el ensayo del SPT
Trípode
Aparato de Cassagrande (para determinar el límite líquido del suelo)
Taras
Balanza.
METODOLOGÍA.-
Para la realización de esta práctica se siguió el siguiente procedimiento:
Primeramente fuimos dotados del material respectivo al ensayo de penetración SPT.
El material entregado fue un trípode con su penetrómetro, una picota, tara, etc.
Seguidamente nos ubicamos en el lugar donde se iba a realizar el ensayo de
penetración. Procedemos a armar el trípode que es muy pesado asegurándose que en
el lugar de las uniones estén completamente firmes.
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Procedemos a excavar un hueco, el cual nos servirá para poner el pie del trípode;
pero antes de elevar dicho trípode colocamos en la polea que viene con el trípode
una cuerda. Una vez elevado el trípode asegurarse de que sus tres apoyos están bien
distribuidos en forma de un triángulo. Luego jalar el penetrómetro hasta una altura
cualquiera y dejar caer libremente para determinar el lugar de perforación.
Luego de estar ya el penetrómetro vertical se coloca a sus laterales unas varillas,
estas van apoyadas al suelo y que tiene como función sostener el penetrómetro. Esto
en cuanto al montaje pero ahora el penetrómetro conectado a una cuerda que pasa
por la polea y las personas conectadas con la cuerda en cuyos tramos tiene nudos
para que no resbale, se jala la cuerda hasta una altura y el penetrómetro cae
presionando el suelo y perforándolo.
Una vez determinado el número de golpes para cierta penetración se procede al
desensamblado como se había entregado en laboratorio.
Luego con una pala y una tara procedemos a excavar en el lugar de la perforación y
dicha muestra será utilizada para realizar la granulometría respectiva, determinar los
límites de Atterberg, ya aprendidos en anteriores prácticas.
OBJETIVOS.-
El objetivo de esta práctica es la determinación de la resistencia a la penetración del suelo
expresado como el número de golpes necesarios para hacer penetrar el penetrometro 30 cm.
mediante el ensayo de SPT.
Determinar los Límites de Atterberg que pose el suelo sobre el cual se ensayo la prueba de
penetración estándar.
Determinar la granulometría del suelo, así como clasificar dicho suelo por el Sistema
Unificado, como también por el A.A.S.H.T.O.
Determinar la resistencia que posee el suelo a la penetración, como también definir la
compacidad que presenta el suelo.
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Datos y Cálculos
Datos obtenidos en el ensayo:
Número de Golpes:
15
Masa del Martillo:
65 Kg.
Altura de caída:
75.0 cm.
Altura de penetración:
1.35
Clasificación del suelo (Método A.A.S.H.T.O)
Para la clasificación se tienen los siguientes datos:
% Que pasa N° 200
2.52
Límite Líquido
39.66
Límite Plástico
38.31
Índice Plástico
1.35
Calculando ahora el índice de grupo:
IG = 0.2 A + 0.005 AC + 0.01BD
Los valores de los coeficientes para calcular el Índice de Grupo son los siguientes:
A= -32.48
B= -32.48
C= -0.34
INDICE DE GRUPO:
D= -8.65
IG = 0
Por las tablas de A.A.S.T.H.O:
TIPO DE SUELO = A – 2- 5
Correspondiente a un suelo con material típico: grava y arena limosa o arcillos, con una
calidad como sub-rasante que tiende de buena a regular.
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Clasificación del suelo (Método Unificado)
El suelo corresponde a un suelo SW (arena bien gradada)
Resistencia a la compresión simple del suelo en el lugar del
ensayo
Terzaghi y Peck dan la correlación para pruebas en arcillas que se presentan en la tabla
siguiente:
N
Consistencia de la Arcilla Resistencia a compresión simple
qu (Kg./cm2)
2
Muy blanda
0.25
2-4
Blanda
0.25 - 0.50
4-8
Media
0.50 - 1
8-15
Compacta
1-2
15-30 Muy compacta
30
2-4
Dura
4-8
El valor de qu se tiene dividiendo el N° de golpes (N) entre 8:
qu =
N
( Kg . / cm 2 )
8
En nuestra práctica el valor de la resistencia a la compresión simple qu es:
 8 + 7 + 10  1
2
qu = 
 * = 1.04( Kg . / cm )
3
8


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CONCLUSIONES.
Se llega a la conclusión de que se pudo cumplir satisfactoriamente con el objetivo
pretendido que era aprender un método sencillo para determinar la resistencia de un
suelo a la penetración expresada por el número de golpes necesarios para penetrar
30 cm.
El ensayo de SPT tiene la ventaja de proporcionar además la información de la
naturaleza de las capas atravesadas gracias a la muestra que se extrae.
Se han obtenido resultados de los Límites de Atterberg, la granulometría
correspondiente de la muestra de suelo, el cual se lo realizo por el método del
lavado.
Para cada tipo de suelo el número de golpes es distinto puesto que se debe a los
asentamientos de muchos años (compacidad).
El resultado del suelo para el SPT es igual 1.04 Kg./cm2.
El suelo sometido a ensayo se dice que es medianamente compacta.
En cuanto a la clasificación que se hizo existe una discrepancia entre los métodos
utilizados, ya que por el Sistema Unificado se obtiene un suelo SW, y por el
A.A.S.H.T.O. el tipo de suelo es A-2-5 esto se debe a que la muestra de suelo no es
representativa y la cantidad de muestra utilizada para la granulometría no es
suficiente.