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Manual de 7mo Semestre
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008
ÍNDICE
PRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS .................. 7
1.1
OBJETIVO .................................................................................................................................. 7
1.2
CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA.......................................................... 7
1.3
CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS.................... 9
1.3.1
Suelos gruesos....................................................................................................................... 9
1.3.2
Suelos finos.......................................................................................................................... 12
1.4
CLASIFICACIÓN DE CAMPO............................................................................................ 13
1.4.1
Clasificación de campo de fragmentos de roca ..................................................... 13
1.4.2
Clasificación en campo de suelos ............................................................................... 14
1.4.3
Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos ........... 20
1.5
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 24
PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA
MEDIANTE EL USO DE MALLAS ........................................................................................... 25
2.1
OBJETIVO ................................................................................................................................ 25
2.2
EQUIPO Y MATERIAL ........................................................................................................ 26
2.3
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ................................................................................. 27
2.4
PROCEDIMENTO DE LA PRUEBA................................................................................. 29
2.5
PROCEDIMENTO DE CÁLCULO ..................................................................................... 34
2.6
EJEMPLO DE CÁLCULO ............................................................................................... 36
2.7
FORMATO PARA LA PRÁCTICA .................................................................................... 38
2.8
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 41
PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Y
CONTRACCIÓN LINEAL .......................................................................................................... 42
3.1
OBJETIVO ................................................................................................................................ 42
3.1.1
2
Plasticidad ................................................................................................................................... 42
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3.2
DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO ....................................................................... 44
3.2.1
El equipo y materiales necesarios son los siguientes ............................................ 44
3.2.2
Preparación de la muestra............................................................................................. 45
3.2.3
Procedimiento de la prueba ................................................................................................ 46
3.2.4
Procedimiento de cálculo ............................................................................................... 49
3.2.5
Procedimiento por el método simplificado ................................................................... 49
3.3
DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO ................................................................ 51
3.3.1
El equipo y materiales necesarios son los siguientes ............................................ 51
3.3.2
Procedimiento de la prueba ................................................................................................ 51
3.3.3
Cálculos y resultados ............................................................................................................. 53
3.4
DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO ................................................................ 53
3.4.1
3.5
Cálculos y resultados.............................................................................................................. 53
DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL ................................................. 54
3.5.1
El equipo y materiales necesarios son los siguientes ............................................ 54
3.5.2
Procedimiento de la prueba ................................................................................................ 54
3.5.3
Cálculos y resultados ............................................................................................................. 56
3.6
DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA................................. 56
3.6.1
El equipo y materiales necesarios son los siguientes ............................................ 56
3.6.2
Procedimiento de la prueba ................................................................................................ 57
3.6.3
Expresión de resultados ................................................................................................. 59
3.7
EJEMPLO DE CÁLCULO ............................................................................................... 59
3.8
FORMATO PARA LA PRÁCTICA .................................................................................... 61
3.9
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 64
3
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PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA O PESO
ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS SÓLIDOS .......................................................................... 65
4.1
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 65
4.2
EQUIPO .................................................................................................................................... 67
4.3
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ................................................................................. 68
4.3.1
Suelos arcillosos o cohesivos ....................................................................................... 68
4.3.2
Suelos arenosos o no cohesivos ................................................................................. 68
4.4
CALIBRACIÓN DEL MATRAZ .......................................................................................... 69
4.5
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA MALLA
N° 4 71
4.5.1
4.6
Cálculos y resultados ............................................................................................................. 72
PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA
DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO EN LA MALLA
N°4 73
4.6.1
4.7
Cálculos y resultados ............................................................................................................. 74
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA MALLA N° 4
74
4.7.1
Cálculos y resultados ............................................................................................................. 77
4.8
EJEMPLO DE CÁLCULO ............................................................................................... 79
4.9
FORMATO PARA LA PRÁCTICA .................................................................................... 80
4.10
CONCLUSIONES ......................................................................................................... 81
PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR ............................................ 85
5.1
OBJETIVO ................................................................................................................................ 85
5.2
EQUIPO .................................................................................................................................... 85
5.3
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ................................................................................. 86
5.4
PROCEDIMIENTO ................................................................................................................ 87
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5.5
EJEMPLO DE CÁLCULO ............................................................................................... 91
5.6
FORMATO PARA LA PRÁCTICA .................................................................................... 94
5.7
CONCLUSIONES ............................................................................................................. 96
PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER ESTÁNDAR ......................... 97
6.1
OBJETIVO ................................................................................................................................ 97
6.1.1
Generalidades. .................................................................................................................... 97
6.2
EQUIPO .................................................................................................................................... 98
6.3
PROCEDIMIENTO ................................................................................................................ 99
6.4
CÁLCULOS ...................................................................................................................... 103
6.5
OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 104
6.6
EJEMPLO DE CÁLCULO ............................................................................................. 106
6.7
FORMATO PARA LA PRÁCTICA ..................................................................................107
6.8
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 108
PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (VRS) ....................... 109
7.1
OBJETIVO ..............................................................................................................................109
7.2
EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR .................................................................................. 109
7.3
PROCEDIMIENTO ..............................................................................................................109
7.4
CÁLCULOS ...................................................................................................................... 113
7.5
EJEMPLO DE CÁLCULO ............................................................................................. 113
7.6
FORMATO PARA LA PRÁCTICA ..................................................................................115
7.7
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 116
PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO............. 117
8.1
OBJETIVO ..............................................................................................................................117
8.2
EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR .................................................................................. 117
8.3
PROCEDIMIENTO ..............................................................................................................117
5
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8.4
EJEMPLO DE CÁLCULOS .......................................................................................... 120
8.5
FORMATO PARA LA PRÁCTICA ..................................................................................121
8.6
CONCLUSIONES ........................................................................................................... 122
REFERENCIAS.......................................................................................................................... 123
6
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PRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE
ROCA Y SUELOS
1.1 OBJETIVO
Clasificar los materiales para terracerías, que pueden ser fragmentos de roca o
suelos, mediante pruebas índice, que permiten estimar algunas de las propiedades
físicas y mecánicas del material y, con base en éstas, determinar su tipo de acuerdo
con un sistema de clasificación de fragmentos de roca y suelos.
1.2 CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA
Los fragmentos de roca son todos aquellos cuyo tamaño está comprendido entre
7.5 cm (3”) y 200 cm. Según su tamaño se clasifican como se señala en la Tabla 2.
Redondeada
Subredondeada
Forma
Angulosa
Lajeada
Acicular
Lisa
Textura
Rugosa
Muy rugosa
Sanos
Grado de alteración Alterados
Muy alterados
Tabla 1. Características de los fragmentos de roca.
7
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Tipo
Subtipos
Identificación
Símbolo
Fragmentos grandes, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo.
Fg
Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos, predominando los
Fgm
grandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo.
Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos, predominando los grandes,
Fgc
m)
con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo.
Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos y chicos, predominando
Fgmc
los grandes sobre los medianos y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de
suelo.
Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos y medianos, predominando
Fgcm
los grandes sobre los chicos y éstos sobre los medianos, con menos del 10% de
suelo.
Fragmentos medianos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo.
Fm
Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes, predominando los
Fmg
medianos sobre los grandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo.
75 cm)
Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos, predominando los
Fmc
medianos sobre los chicos, con menos del 10% de fragmentos grandes o de suelo.
Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes y chicos, predominando
Fmgc
los medianos sobre los grandes y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de
suelo
Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos y grandes, predominando
Fmcg
los medianos sobre los chicos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% de
suelo
Menores de 20 cm)
(mayores de 75 cm y Menores de 2
(mayores de 20 cm y Menores de
(mayores de 7.5cm y
Medianos
Chicos
(tamaños mayores de 7.5cm y menores de 2 m)
Fragmentos de roca
Grandes
de grupo
Fragmentos chicos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo.
Fc
Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes, predominando los chicos,
Fcg
con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo.
Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos, predominando los chicos,
Fcm
con menos del 10% de fragmentos grandes o de suelo.
Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes y medianos, predominando
Fcgm
los chicos sobre los grandes y éstos sobre los medianos, con menos del 10% de
suelo
Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos y grandes, predominando
Fcmg
los chicos sobre los medianos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% de
suelo
Tabla 2. Clasificación de los fragmentos de roca.
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1.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS
Los suelos son materiales con partículas de tamaño menor de 7.5 cm (3”). Se
clasifican como se indica en la Tabla 3 de este manual y se explica a continuación, con
base en su composición granulométrica y en sus características de plasticidad,
representada por los límites de consistencia.
Los suelos se clasifican como suelos gruesos cuando más del 50% de sus
partículas son de tamaño mayor que 0.075mm (malla N° 200) y como suelos finos
cuando el 50% de sus partículas o más, son de tamaño menor.
Suelos gruesos
1.3.1
Los suelos gruesos se clasifican como grava cuando más del 50%
de
las
partículas de la fracción gruesa tienen tamaño mayor que 4.75 mm (malla N° 4) y como
arena cuando el 50% de las partículas o más de la fracción gruesa, son de tamaño
menor.
La grava se identifica con el símbolo G (Gravel) y la arena con el símbolo S
(Sand). Ambas a la vez se subdividen en 8 subgrupos:
 Grava o arena bien graduada (GW o SW). Si el material contiene hasta 5% de
finos, cuando se trate de una grava cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es
mayor de 4 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como
grava bien graduada y se identifica con el símbolo GW. Cuando se trate de una
arena cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es mayor de 6 y su coeficiente de
curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como arena bien graduada y se
identifica con el símbolo SW.
 Grava o arena mal graduada (GP o SP). Si el material contiene hasta 5% de
finos y sus coeficientes de uniformidad y curvatura, no cumplen con lo indicado
en el párrafo anterior, se clasifica como grava mal graduada o arena mal
9
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graduada, según corresponda y se identifica con los símbolos GP o SP,
respectivamente.
 Grava o arena limosa (GM o SM). Si el material contiene más del 12% de finos y
estos son limo, se clasifica como grava limosa o arena limosa, según
corresponda y se identifica con los símbolos GM o SM, respectivamente.
 Grava o arena arcillosa (GC o SC). Si el material contiene más del 12% de finos
y estos son arcilla, se clasifica como grava arcillosa o arena arcillosa, según
corresponda y se identifica con los símbolos GC o SC, respectivamente.
 Grava o arena bien graduada limosa (GW-GM o SW-SM). Si el material contiene
entre 5% y 12% de finos y estos son limo, se trate de una grava bien graduada
limosa y se identifica con el símbolo GW-GM. Cuando se trate de una arena, se
clasifica como arena bien graduada limosa y se identifica con el símbolo SWSM.
 Grava o arena mal graduada limosa (GP-GM o SP-SM). Si la grava o la arena
son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son limo, se
clasifican como grava mal graduada limosa o arena mal graduada limosa, según
corresponda
y
se
identifican
con
los
símbolos
GP-GM o
SP-SM,
respectivamente.
 Grava o arena bien graduada arcillosa (GW-GC o SW-SC). Si la grava o la arena
cumplen con los requisitos de bien graduadas, excepto que contienen entre 5 y
12% de finos y estos son arcilla, se clasifican como grava bien graduada
arcillosa o arena bien graduada arcillosa, según corresponda y se identifican con
los símbolos GW-GC o SW-SC, respectivamente.
 Grava o arena mal graduada arcillosa (GP-GC o SP-SC). Si la grava o la arena
son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son arcilla, se
clasifican como grava mal graduada arcillosa o arena mal graduada arcillosa,
según corresponda y se identifican con los símbolos GP-GC o SP-SC,
respectivamente.
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SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (S.U.C.S.)
INCLUYENDO IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN Tabla 3
Gravas bien graduadas, mezclas de
grava y arena con poco o nada de
finos
GW
Gravas mal graduadas, mezclas
de grava y arena con poco o
nada de finos
Cantidad apreciable de
GP
*
GM
d
u
menor de 50
Mayor de 50
Límite Líquido
Gravas limosas, mezclas de
grava, arena y limo
GC
Gravas arcillosas, mezclas de
gravas, arena y arcilla
SW
Arenas bien graduadas,
arena con gravas, con
poca o nada de finos.
Arenas mal graduadas, arena
con gravas, con poca o nada de
finos.
SP
*
SM
d
u
SC
CL
Arenas limosas, mezclas de
arena y limo.
Arenas arcillosas, mezclas de
arena y arcilla.
Limos inorgánicos, polvo de
roca, limos arenosos o arcillosos
ligeramente plásticos.
COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Cu: mayor de 4.
COEFICIENTE DE CURVATURA Cc: entre 1 y 3.
Cu = D60 / D10
Cc = (D30)2 / (D10)(D60)
NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE
GRADUACIÓN PARA GW.
LÍMITES DE ATTERBERG
ABAJO DE LA “LÏNEA A”
O I.P. MENOR QUE 4.
Arriba de la “línea A” y con
LÍMITES DE ATTERBERG
ARRIBA DE LA “LÏNEA A”
CON I.P. MAYOR QUE 7.
frontera que requieren el uso
I.P. entre 4 y 7 son casos de
de símbolos dobles.
Cu = D60 / D10 mayor de 6 ; Cc = (D30)2 / (D10) (D60) entre 1 y 3.
No satisfacen todos los requisitos de graduación para SW
LÍMITES DE ATTERBERG
ABAJO DE LA “LÏNEA A”
O I.P. MENOR QUE 4.
Arriba de la “línea A” y con
LÍMITES DE ATTERBERG
ARRIBA DE LA “LÏNEA A”
CON I.P. MAYOR QUE 7.
frontera que requieren el uso
I.P. entre 4 y 7 son casos de
de símbolos dobles.
G – Grava, S – Arena, O – Suelo Orgánico, P – Turba, M – Limo
C – Arcilla, W – Bien Graduada, P – Mal Graduada, L – Baja
Compresibilidad, H – Alta Compresibilidad
Arcillas inorgánicas de baja o
media plasticidad, arcillas con
grava, arcillas arenosas, arcillas
limosas, arcillas pobres.
OL
Limos orgánicos y arcillas
limosas orgánicas de baja
plasticidad.
MH
Limos inorgánicos, limos
micáceos o diatomáceos,
más elásticos.
CH
Arcillas inorgánicas de
alta plasticidad, arcillas
OH
CRITERIO DE CLASIFICACIÓN EN EL LABORATORIO
DETERMÍNESE LOS PORCENTAJES DE GRAVA Y ARENA DE LA CURVA GRANULOMÉTRICA,
DEPENDIENDO DEL PORCENTAJE DE FINOS (fracción que pasa por la malla No. 200) LOS SUELOS
GRUESOS SE CLASIFICAN COMO SIGUE: Menos del 5%: GW, GP, SW, SP; más del 12%: GM, GC,
SM, SC. Entre 5% y 12%: Casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles **
GRAVAS LIMPIA
Poco o nada de
partículas finas
GRAVA CON
FINOS
ARENA LIMPIA
Poco o nada de
partículas finas
ARENA CON FINOS
Cantidad apreciable de
partículas finas
PARA CLASIFICACIÓN VISUAL PUEDE USARSE ½ cm. COMO
EQUIVALENTE A LA ABERTURA DE LA MALLA No. 4
NOMBRES TÍPICOS
ML
Límite Líquido
GRAVAS
Más de la mitad de la fracción gruesa es
retenida por la malla No. 4
ARENAS
Más de la mitad de la fracción gruesa
pasa por la malla No. 4
LIMOS Y ARCILLAS
LIMOS Y ARCILLAS
Las partículas de 0.074 mm de diámetro (la malla N°.200) son, aproximadamente, las más pequeñas visibles a simple vista.
SUELOS DE PARTÍCULAS FINAS
Más de la mitad del material pasa por la malla número 200 
SUELOS DE PARTÍCULAS GRUESAS
Más de la mitad del material es retenido en la malla número 200 
DIVISIÓN MAYOR
Arcillas orgánicas de media o
alta plasticidad, limos orgánicos
de media plasticidad.
SUELOS
ALTAMENTE ORGÁNICOS
P
Turbas y otros suelos
altamente orgánicos.
** CLASIFICACIÓN DE FRONTERA- LOS SUELOS QUE POSEAN LAS CARACTERÍSTICAS DE DOS GRUPOS SE DESIGNAN CON LA COMBINACIÓN DE LOS DOS SÍMBOLOS; POR EJEMPLO GWGC, MEZCLA DE ARENA Y GRAVA BIEN GRADUADAS CON CEMENTANTE ARCILLOSO.
 TODOS LOS TAMAÑOS DE LAS MALLAS EN ESTA CARTA SON LOS U.S. STANDARD.
* LA DIVISIÓN DE LOS GRUPOS GM Y SM EN SUBDIVISIONES d Y u SON PARA CAMINOS Y AEROPUERTOS UNICAMENTE, LA SUB-DIVISIÓN ESTA BASADA EN LOS LÍMITES DE ATTERBERG
EL SUFIJO d SE USA CUANDO EL L.L. ES DE 28 O MENOS Y EL I.P. ES DE 6 O MENOS. EL SUFIJO u ES USADO CUANDO EL L.L. ES MAYOR QUE 28.
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1.3.2
Suelos finos
Los suelos finos se clasifican según sus características de plasticidad, en:
 Limo (M). El suelo fino se clasifica como limo cuando su límite líquido (LL) y su
índice plástico (LP), definen un punto ubicado en las zonas I o III de la Carta de
Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el
símbolo M (del sueco mo y mjala). Si dicho punto se aloja en la zona I, el
material se clasifica como limo de baja compresibilidad y se identifica con el
símbolo ML; si se ubica en la zona III, se clasifica como limo
de
alta
compresibilidad y se identifica con el símbolo MH.
Si el material contiene una cantidad apreciable de materia orgánica y el punto
definido por su límite líquido y su índice plástico se ubica cercano y por debajo
de la línea A de la Carta de Plasticidad, se clasifica como limo orgánico de baja
compresibilidad si su límite líquido es menor de 50% y se identifica con el
símbolo OL, o como limo orgánico de alta compresibilidad si su límite líquido es
mayor y se identifica con el símbolo OH.
 Arcilla (C). El suelo fino se clasifica como arcilla cuando su límite líquido y su
índice plástico, definen un punto ubicado en las zonas II o IV de la Carta de
Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el
símbolo C (Clay). Si dicho punto se aloja en la zona II, el material se clasifica
como arcilla de baja plasticidad y se identifica con el símbolo CL, si se ubica en
la zona IV, se clasifica como arcilla de alta plasticidad y se identifica con el
símbolo CH.
 Altamente orgánicos (Pt). El suelo se clasifica como altamente orgánico cuando
se identifica por su color, olor, sensación esponjosa y frecuentemente por su
textura fibrosa; se le denomina turba y se identifica con el símbolo Pt.
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IV
II
III
7
4
I
Fig. 1 Carta de plasticidad.
1.4 CLASIFICACIÓN DE CAMPO
La clasificación de los fragmentos de roca y de los suelos en campo se realiza en
forma visual, por lo que se requiere experiencia para clasificar los diferentes materiales.
La experiencia se obtiene mediante la enseñanza de quien ya la tiene y comparando
las clasificaciones hechas en campo con las obtenidas en el laboratorio.
1.4.1
Clasificación de campo de fragmentos de roca
Se estiman los porcentajes de tamaños de los fragmentos de roca, tomando en
cuenta la dimensión mayor de los fragmentos, se la siguiente manera:
Según su tamaño los fragmentos se agrupan como se indica en la Tabla 4.
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Se determinan en forma aproximada los porcentajes, en volumen, de cada uno
de los grupos indicados en el párrafo anterior con relación al volumen total y con ellos
se clasifican los fragmentos de acuerdo con lo indicado en la Tabla 2 de este Manual.
Se estima en los fragmentos de los diferentes grupos, la forma, textura de la superficie
y grado de alteración, utilizando para describirlos los adjetivos indicados en la Tabla 1
de este Manual.
Designación
Grupo de tamaños (Mayor dimensión de
las partículas en cm.)
Chico
7.5 a 20
Mediano
20 a 75
Grande
75 a 200
Tabla 4. Clasificación de campo de fragmentos de roca.
1.4.2
Clasificación en campo de suelos
La clasificación de los suelos en campo, se hace considerando su granulometría,
plasticidad, color y olor, como sigue:
1.4.2.1 Granulometría
Se extiende una muestra seca del material con tamaño menor de 7.5 cm, sobre una
superficie plana con el propósito de estimar, en forma aproximada, los porcentajes de
los tamaños de las partículas, forma y composición mineralógica. Para distinguir la
grava de la arena se usa el tamaño de 5 mm como equivalente a la malla N° 4 y para
los finos basta considerar que las partículas del tamaño correspondiente a la malla N°
200 son aproximadamente las más pequeñas que pueden distinguirse a simple vista.
Para esto se procede como sigue:
a) Se determina el tamaño de la partícula mayor, que se considera como tamaño
máximo.
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b) Según su tamaño las partículas de material se agrupan en:
 Partículas mayores de 5 mm (grava)
 Partículas
comprendidas
entre las de menor tamaño que pueda
observarse a simple vista y 5 mm (arena)
 Partículas del menor tamaño que se pueda observar a simple vista (finos)
c)
Se determinan en forma aproximada los porcentajes de cada uno de los grupos
mencionados en el punto anterior con relación al volumen total y con ellos se
clasifica el suelo como grava, arena, fino o sus mezclas, de acuerdo con el
criterio indicado en la Tabla 6 de este Manual.
d)
Cuando se aprecia que las partículas
de
menor
tamaño
del
que
puede
observarse a simple vista constituyen menos del 5% del volumen total, se estima
la graduación del material, como bien graduada cuando se observe una amplia
gama de tamaños y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios, y
como mal graduada cuando se observe la predominancia de un tamaño o de un
rango de tamaños, faltando algunos intermedios.
e)
Cuando se aprecia que las partículas de menor tamaño que pueden observarse
a simple vista constituyen más del 12% del volumen total, para identificar el
grupo fino del material, se toma la fracción del material que pasa la malla N° 40
(0.425 mm); si no se dispone de esta malla, el cribado puede sustituirse por una
separación manual equivalente y se procede como se indica en los párrafos de
Dilatancia, Tenacidad, Resistencia en estado seco, Color y Olor.
1.4.2.2 Dilatancia
a) De la fracción que pasa la malla No 40 se toma una porción
de
aproximadamente 10 cm³ y se deposita en la mano donde se le agrega agua en
cantidad tal que, al amasarla se obtenga una mezcla de consistencia suave que
no presente flujo. Si al efectuar esta operación se excede la cantidad de agua
15 Facultad de Ingeniería civil
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agregada, la mezcla se extiende en la mano y se forma con ella una capa
delgada que permita la pérdida por evaporación del exceso de agua.
b) Una vez que la mezcla ha obtenido la consistencia deseada, se forma con ella
una pastilla como se muestra en la Figura 2.
c) Con la palma de la mano ligeramente contraída se sujeta suavemente la pastilla
y se sacude en dirección horizontal, golpeando varias veces y en forma vigorosa
la mano que la contiene contra la otra mano, a fin de provocar la salida del agua
al a superficie, lo cual queda de manifiesto cuando dicha superficie toma una
apariencia lustrosa. Al ocurrir esto, se presiona ligeramente la pastilla con los
dedos para provocar que el agua desaparezca de la superficie y ésta pierda su
lustre.
d) Se estima la rapidez con que la superficie de la pastilla toma la apariencia
lustrosa al golpear, así como la rapidez con que desaparece ese lustre al
presionarla. Se reporta la dilatancia como:
 Rápida
 Lenta
 Nula
Una dilatancia rápida es típica de arena fina y de arena limosa (SM) no plástica,
así como de algunos limos inorgánicos (ML). Una dilatancia extremadamente
lenta o nula es típica de la arcilla (CL o CH).
Figura 2
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1.4.2.3 Tenacidad
a) De la pastilla a que se refiere el punto b) del párrafo anterior, se toma una
porción y se rola con la mano hasta formar un pequeño rollo de
aproximadamente 3 mm. de diámetro. Se reamasa el material y se forma
nuevamente el rollo, repitiéndose esta operación varias veces para que el
material pierda el exceso de agua y el rollo se fragmente, como se ve en la Figura
3, lo que indica que el suelo ha alcanzado un contenido de agua similar al del
límite plástico.
b) Se estima el tiempo necesario para que el material alcance el contenido de agua
correspondiente al límite plástico, así como la resistencia que opone a ser
comprimido el rollo. La tenacidad se reporta como:
 Nula (tiempo corto y resistencia muy pequeña)
 Media (tiempo medio y resistencia media)
 Alta (tiempo largo y resistencia alta)
Una tenacidad alta es típica de la arcilla (CL o CH), mientras más alta sea la
tenacidad, el material será más compresible. Una tenacidad media o nula es
típica de limo y limo orgánico.
Figura 3
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1.4.2.4 Resistencia en estado seco
a) De la fracción que pasa la malla N° 40 se toma una porción de material, y se
forma una pastilla de aproximadamente 4 cm de diámetro y 1 cm de espesor,
como la mostrada en la Figura 4.
b) La pastilla se coloca en un medio adecuado para que pierda lentamente su
contenido de agua, hasta que se aprecie visiblemente seca; posteriormente se
rompe y se desmorona con los dedos. Si al romper la pastilla se observa que
aún contiene agua, se continúa con el secado del material y posteriormente se
rompen y desmoronan las fracciones.
c) Se estima la dificultad que presenta la pastilla a romperse y desmoronarse; de
acuerdo con lo anterior se reporta la resistencia en estado seco como:
 Nula
 Media
 Alta
Una alta resistencia en estado seco es característica de una arcilla de alta
plasticidad (CH). Una resistencia en estado seco nula es típica de un limo (ML o
MH).
Figura 4
18
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1.4.2.5 Color
El color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los distintos estratos y
para identificar tipos de suelo, cuando se posee experiencia. Existen algunos criterios
relativos al color, por ejemplo, el color oscuro suele ser indicativo de la presencia de
materia orgánica o de su naturaleza básica (ferro magnesiano), y los colores claros y
brillantes son más bien propios de suelos ácidos (sílices). En la Figura 5 se muestra una
clasificación por color.
Arcilla
Arena
Limo
Figura 5
1.4.2.6 Olor
Los suelos orgánicos (OL y OH) tienen por lo general un olor distintivo, que
puede usarse para su identificación. El olor es particularmente intenso si el suelo está
húmedo y disminuye con la exposición al aire, aumentando, por lo contrario, con el
calentamiento de la muestra húmeda. Los suelos altamente orgánicos (Turba) prenden
estando secos.
19
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Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos
1.4.3
Con toda la información obtenida como se indica en los incisos 1.4.1 y 1.4.2, y
anotada en el formato que se muestra en la Tabla 5, se procede a clasificar el material
en su conjunto, conforme a los criterios contenidos en las Tablas 2 y 6 de este Manual.
CLASIFICACIÓN DE CAMPO DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS
Obra:
Fecha:
Localización:
Laboratorista:
Muestra:
Fragmentos de roca (Vf):
Sondeo:
Suelos (Vs):
Profundidad:
FRAGMENTOS DE ROCA
Tamaños
Chicos
Medianos
Grandes
(de 7,5 a 20 cm)
(de 20 a 75 cm)
(de 75 a 200 m)
Características
Porcentaje
(en volumen)
Forma
(Redondeada, subredondeada,
angulosa, lajeada, acicular)
Textura superficial
(lisa, rugosa, muy rugosa)
Grado de alteración
(sano, alterado o muy alterado)
Clasificación de los fragmentos:
(con base en la Tabla 1 de este Manual)
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SUELO
Tamaño máximo: (mm)
Dilatancia (rápida, lenta o nula):
Grava: (% en masa)
Tenacidad (alta, media o nula):
Arena: (% en masa)
Resistencia en el estado seco (alta, media o nula):
Finos: (% en masa)
Color:
Olor:
Clasificación de finos:
Clasificación del suelo:
(con base en la Tabla 6 de este Manual)
Clasificación del material:
• Los porcentajes en volumen de los diferentes fragmentos de roca que contenga un material, se determinará en forma estimativa
Tabla 5. Reporte de clasificación de campo.
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Símbolo
Tipos de suelos
Denominación común
mayor de 5 mm (malla N° 4)[3]
GRAVA
Más de la mitad de la fracción gruesa es
Menos del 50% respecto
Amplio rango en los tamaños de las
al total son partículas del
partículas y cantidades apreciables
tamaño mínimo que se
de todos los tamaños intermedios.
puede observar a simple
Predominio de un rango de tamaños
vista
con ausencia de algunos tamaños
Grava bien graduada, Mezclas
GW
de grava y arena, con poco o
nada de finos.
Grava mal graduada, Mezclas
GP
de grava y arena, con poco o
intermedios
nada de finos.
Más del 12% respecto al
Fracción fina no plástica (para
total son partículas del
identificación véase grupo ML, abajo)
Grava limosa, mezclas de
GM
grava, arena y limo, mal
graduada.
tamaño mínimo que se
puede observar a simple
Fracción fina plástica (para
vista
identificación véase grupo CL, abajo)
Grava arcillosa, mezclas de
GC
grava, arena y arcilla, mal
Menos del 5% respecto al
Amplio rango de los tamaños de
total son partículas del
partículas y cantidades apreciables
tamaño mínimo que se
de todos los tamaños intermedios
puede observar a simple
Predominio de un tamaño o un rango
vista.
de tamaños con ausencia de algunos
4)[3]
gruesa es menor de 5 mm (malla N°
ARENA
Más de la mitad de la fracción
graduada.
a simple vista
Más de la mitad del material es de tamaño mayor que el mínimo que se puede observar
SUELOS DE PARTICULAS GRUESAS[2]
de suelo[1]
Arena bien graduada, arena
SW
con grava y poco o nada de
finos.
Arena mal graduada, arena
SP
con grava y poco o nada de
tamaños intermedios.
finos.
Más del 12% respecto al
Fracción fina no plástica ( para
total son partículas del
identificación véase grupo ML, abajo)
tamaño mínimo que se
Fracción fina plástica ( para
puede observar a simple
identificación véase grupo CL, abajo)
Arena limosa, mezclas de
SM
arena, grava y limo.
Arena Arcillosa, mezclas de
SC
arena, grava y arcilla.
vista
Resistencia en
Dilatancia
Tenacidad
Rápida
Nula
Nula
Lenta
Media
Nula
Lenta a nula
Media
Media
estado seco
LIMO Y ARCILLA
el tamaño mínimo que se puede observar a simple vista
Mas de la mitad del material es son partículas menores que
SUELOS DE PARTICULAS FINAS[4]
Identificación de la fracción que pasa la malla N° 40 (0.425 mm)
Suelo altamente orgánico
Limo y arena muy fina, polvo
ML
de roca, arena fina limosa.
Limo de alta compresibilidad,
MH
limo micáceo o diatomáceo
Arcilla de baja o mediana
CL
compresibilidad, arcilla con
grava, arcilla arenosa
Nula
Alta
Alta
Rápida
Media
Media
Rápida a Lenta
Media
Media
Fácilmente identificables por su color, olor, sensación esponjosa y
frecuentemente por su textura fibrosa.
Arcilla de alta compresibilidad
CH
Limo orgánico de baja
OL
compresibilidad
Limo orgánico de alta
OH
compresibilidad
Turba
Pt
Tablas 6. Clasificación aproximada.
[1] Tratándose de suelos con partículas gruesas, en que él % en masa que pasa la malla N° 200 queda comprendido entre casos de frontera que requiere el uso de símbolo
doble, como por ejemplo GW-GC que corresponde a una mezcla de grava y arena bien graduada con arcilla, o SW-SM que corresponde a una arena bien graduada limosa.
[2] Las cantidades y porcentajes que se manejan son en volumen.
[3] Puede considerarse 5 mm como equivalente a la abertura de la malla N°4.
[4] Se estima que las partículas más pequeñas apreciables a simple vista corresponden al tamaño de 0.075 mm (malla N° 200).
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Cuando se trate de materiales constituidos por mezclas de fragmentos de roca y
suelo, una vez que se han clasificado individualmente como se indica en el párrafo
anterior de este Manual, se clasifican dichos materiales combinando los símbolos que
corresponden a las porciones que los integran de acuerdo con lo que se indica a
continuación:
 Cuando los fragmentos de roca contengan más del 10% de suelo, el material
se clasificará con símbolo doble.
 Si el volumen de suelo es mayor del 50%, el símbolo de éste se antepondrá al
de los fragmentos de roca; si el volumen de suelo está comprendido entre 10 y
50%, su símbolo se colocará enseguida del símbolo de los fragmentos de roca,
como se ejemplifica a continuación:
Ejemplo 1
Ejemplo 2
Un material contiene:
Un material contiene:
60% de GC
40% de Fm
40% de Fgm
30% de SM
20% de Fc
10% de Fg
Su símbolo será:
GC – Fgm
23
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Su símbolo será:
Fmcg – SM
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1.5 CONCLUSIONES
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PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN
GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL USO DE MALLAS
2.1 OBJETIVO
El objetivo de esta prueba consiste en separar por tamaños las partículas de suelo,
pasando a través de una sucesión de mallas de aberturas cuadradas y pesar las
proporciones que se retienen en cada una de ellas, expresando dicho retenido como
porcentajes en peso de la muestra total.
La sucesión de tamaños obtenida mediante el empleo de mallas, da una idea de la
composición granulométrica únicamente en dos dimensiones, por lo que las curvas
resultantes solo serán representativas de materiales constituidos por partículas de
forma equidimensional, si las partículas de un material tienen forma laminar o acicular,
es decir, de lajas o agujas, respectivamente, los resultados que se obtengan no serán
representativos de los tamaños reales del material, y en consecuencia, de su
comportamiento.
La prueba tiene dos variantes, el análisis granulométrico estándar y el análisis
granulométrico simplificado, los cuales se describen a continuación.
El análisis granulométrico estándar consiste esencialmente en separar y clasificar
por tamaño las partículas que componen el suelo.
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2.2 EQUIPO Y MATERIAL
 Balanza de 20 kg de capacidad y 1 gr de aproximación.
 Balanza de 2 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación.
 Charola de lámina.
 Cucharon de lámina.
 Horno con termostato para mantener una temperatura constante de 105 ± 5 °C.
 Cepillo de cerdas.
 Cepillo de alambre delgado.
 Desecador de cristal.
 Juego de mallas de las siguientes designaciones:
Fracción
Malla
Designación
Abertura nominal
Variación permisible
Abertura máxima
Abertura máxima
de la abertura
permisible para no
individual
promedio con
más del 5% de las
permisible
respecto a la
denominación de la
Grava
s
nominal
del alambre[1]
aberturas de la
malla
malla
Arena con finos
Diámetro
3”
75.0
±2.2
78.1
78.7
5.80
2”
50.0
±1.5
52.1
52.6
5.05
1 ½”
37.5
±1.1
39.1
39.5
4.59
1”
25.0
±0.8
26.1
26.4
3.80
¾”
19.0
±0.6
19.9
20.1
3.30
½”
12.5
±0.39
13.10
13.31
2.67
3/8”
9.5
±0.30
9.97
10.16
2.27
¼”
6.3
±0.20
6.64
6.78
1.82
N° 4
4.75
±0.15
5.02
5.14
1.54
N° 10
2.0
±0.070
2.135
2.215
0.90
N° 20
0.850
±0.035
0.925
0.970
0.51
N°40
0.425
±0.019
0.471
0.502
0.29
N° 60
0.250
±0.012
0.283
0.306
0.18
N°100
0.150
±0.008
0.174
0.192
0.11
N° 200
0.075
±0.005
0.091
0.103
0.053
Tablas 7. Juego de mallas.
[1] El diámetro promedio de los alambres que forman cualquier malla, considerados separadamente en cada una de sus dos
direcciones, no varía de los valores nominales en más de lo siguientes:

5% para mallas con aberturas mayores de 0.6 mm

7.5 % para mallas con aberturas de 0.6 mm a 0.125 mm

10% Para mallas con aberturas menores de 0.125 mm
Nota: Todas las medidas están dadas en milímetros.
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 Tapa y fondo para el juego de mallas.
 Vaso de aluminio de 1 litro.
 Agitador de varilla metálica de 6 milímetros de diámetro y 20 cm de longitud.
 Agitador metálico del tipo Ro-tap.
 Cloruro de calcio anhidro.
2.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
1. Se obtiene por cuarteo (Figura 6) una porción representativa con peso
aproximado de 15 kg, el cual se determina y se anota como Wm (Peso de la
muestra), con aproximación de un gramo.
Fig. 6. Cuarteo de la muestra representativa.
2. Cuando se requiere conocer con mayor exactitud el porcentaje de material que
pasa la malla No 200 o bien, en el caso de estudios especiales, la muestra seca
y disgregada obtenida como se indico en el paso 1, se someterá a un lavado
previo, colocándola en un recipiente provisto de vertedero y aplicándole una
corriente de agua en forma continua y de tal manera que derrame sobre la malla
27
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Núm. 0.075 convenientemente colocada; durante este proceso la muestra se
removerá en forma adecuada para propiciar el arrastre de la fracción fina,
suspendiendo el lavado cuando el agua que salga del vertedero este clara; se
dejara escurrir la muestra y a continuación se seca en el horno a
peso
constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C; posteriormente se saca del horno,
se deja enfriar a la temperatura ambiente y se determina su peso registrándolo
como W’m (Peso de la muestra después del lavado), con aproximación de 1
gramo. La diferencia entre Wm y W’m (Peso de la muestra antes del lavado) es el
peso de la fracción que pasa la malla N° 200.
3. Una vez preparada la muestra como se indicó en los pasos 1 y 2, se criba el
material por la malla N° 4, como se muestra en la Figura 7, para separarlo en dos
fracciones; se determina el peso de ellas, se anota como Wm1 el peso de la
fracción retenida en la malla Núm. 4.75 y como Wm2 a la fracción que pasa esta
malla, ambos con aproximación de 1 gr.
Fig. 7. Muestra el cribado a través de la malla N° 4.
4. Cuando al preparar la muestra no se le haya sometido a un proceso de lavado
como se indicó en el paso 2, se corrige el peso de la fracción que pasa la malla
No 4, determinando su contenido de agua y se anota como W2. Generalmente no
es necesario determinar la humedad W1 de la fracción retenida en la malla N° 4,
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secada al sol, debido a que este valor es relativamente pequeño y puede
despreciarse sin introducir error de importancia.
Fig. 8. Muestra el secado en el horno para la obtención de la humedad.
2.4 PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA
1. Se criba en forma manual el material retenido en la malla N° 4, a través de las
mallas Núm. 75.0, Núm. 50.0, Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5,
Núm. 9.5 y Núm. 4.75, comenzando por la mayor abertura y siguiendo el orden
en que se indicaron, como se muestra en la Figura 9. Para efectuar esta
operación deberá imprimirse a las mallas un movimiento vertical y horizontal,
para mantener al material en constante movimiento para que los tamaños
menores pasen a través de las aberturas correspondientes. El volumen del
material que se coloque en cada malla, deberá ser menor que la capacidad de la
misma, con el fin de evitar pérdidas y facilitar el cribado. El paso de las
partículas a través de las aberturas de las malla deberá efectuarse libremente. El
cribado en una malla deberá suspenderse cuando se estime que el peso de
material que pase dicha malla durante 1 minuto no es mayor de 1 gr. Se
verificara que las partículas que queden retenidas y que tengan forma de laja o
29
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forma de aguja pueden pasar a través de cada malla, sin forzarlas,
acomodándolas con la mano según su dimensión menor, y las que queden
atoradas en las tramas, deberán incorporarse a la porción retenida en la malla
correspondiente.
Fig. 9. Muestra el cribado del material retenido en la malla N° 4.
2. Se pesan los materiales retenidos en cada una de las mallas Figura 10, se anotan
los pesos retenidos como Wi, en gramos.
Fig. 10. Muestra la forma de pesar el material retenido en cada una de las mallas.
30
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3. La fracción que pasa la malla N° 4 se cuartea, para obtener el equivalente a 200
gramos de material seco; dicha cantidad se determina previamente aplicando la
siguiente fórmula:
(
)
Donde:
Wh = Es el peso de la muestra húmeda equivalente a 200 gr de material seco.
2 = es el contenido de agua del material que pasa la malla Núm. 4.75, expresado en forma
decimal.
4. Se coloca esta muestra en el vaso metálico y se agrega 500 centímetros cúbicos
de agua (Figura 11) aproximadamente, dejándose en reposo durante 12 horas,
como mínimo.
Fig. 11. Agregando 500 cm3 (Aproximados) de agua al material.
5.
Después de transcurrido este lapso de tiempo, se lava la muestra a través de la
malla Núm. 0.075 (N° 200). El lavado se hará agitando el contenido del vaso con
la varilla durante 15 segundos, moviéndola en forma de 8 y dejando reposar
dicho contenido durante 30 segundos. Inmediatamente después se decanta la
suspensión sobre la malla Núm. 0.075 (N° 200), como se muestra en la Figura 12.
31
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Para facilitar el paso de las partículas final a través de la malla, deberá aplicarse
sobre esta un chorro de agua a baja presión.
Fig. 12. Muestra la forma de decantar la suspensión a través de la malla N° 200.
6. Se repite la operación de lavado indicada en el paso 5, hasta que el agua
decantada salga clara.
7. A continuación se regresa al vaso metálico el material que se haya retenido en la
malla Núm. 0.075 (N° 200). utilizando un poco de agua, la que se decantara del
vaso al final de la operación, cuidando que no haya arrastre de partículas.
Fig. 13. Muestra la forma de devolver al vaso el material retenido en la malla N° 200.
8. Se seca el material en el mismo vaso metálico, dejándolo en el horno un lapso
no menor de 16 horas, a una temperatura de 105 ± 5 °C, hasta peso constante;
32
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a continuación se saca del horno y se deja enfriar en el desecador de cristal
hasta que la muestra tenga una temperatura cercana a la ambiental.
9. Se superponen las mallas a partir de la charola de fondo, en el siguiente orden,
Núm. 0.075, Núm. 0.150, Núm. 0.250, Núm. 0.425, Núm. 0.850 y Núm. 2.0. Se
vierte el material sobre la malla superior, se coloca la tapa, y se efectúa la
operación de cribado, imprimiendo al juego de mallas un movimiento vertical y
horizontal, durante 5 minutos; en esta operación es conveniente utilizar el
agitador mecánico.
Fig. 14. Muestra la forma de colocar las mallas para efectuar el cribado de material que paso la malla N°4.
10. Se quita la tapa, se separa la malla Núm. 2.0 y se agita sobre una charola. Hasta
que se estime que el peso del material que pase dicha malla durante 1 minuto,
no sea mayor de 1 gr. Se vierte sobre la malla Núm. 0.850 el material que pasó
la malla Núm. 2.0 y se deposita en la charola. Se repite este procedimiento del
cribado adicional con cada una de las mallas restantes. Las partículas
que
hayan quedado atoradas deberán regresarse a las porciones retenidas
correspondientes, cepillando las mallas por al revés. A continuación se pesan los
materiales retenidos en cada una de las mallas y se anotan
los
pesos
respectivos como Wj.
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2.5 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO
1. Los pesos Wi de las porciones retenidas en cada una de las mallas Núm. 50,
Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5, Núm. 9.5 y Núm. 4.75, se
expresaran en % del peso de la muestra seca Wd, anotándolos como retenidos
parciales y designándolos como “i”. El peso de la muestra seca se determina por
medio de la siguiente fórmula:
Dónde:
Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicado en el paso 1 de la
preparación de la muestra en gramos.
Wd1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en gramos, o
sea la suma de los pesos Wi; en el caso de que no se lave la muestra, Wd1 se considerara igual
a Wm1, en virtud de no haberse tomado en cuenta la humedad de la fracción gruesa.
Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra seca, en gramos.
Wm1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75, de la muestra seca, cuando no se
efectúa la operación de lavado, en gramos.
Wm2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra húmeda, en gramos.
2 = Es la humedad de la porción que pasa la malla Núm. 4.75, expresada en fracción decimal.
Los valores de los retenidos parciales “i” en %, se registran considerándolos
hasta el primer decimal. La suma de los pesos Wi mas el de la fracción Wd2 será
igual a Wd y la suma de estos pesos, expresados en %, será el 100%,
aproximadamente. En el caso de que la muestra haya sido previamente lavada,
la suma de los pesos Wi + Wd2 mas el peso del material que pasa la malla Núm.
0.075 (Wm –W’m) debe ser igual a Wd y la suma de estos pesos expresada en %
con relación a Wd deberá ser aproximadamente igual al 100%; cuando este
último valor en ambos casos no se obtenga, podrán efectuarse ajustes en forma
proporcional para lograrlo.
34
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2. El retenido parcial correspondiente a la malla Núm. 50.0, deberá restarse de
100, para calcular el % de partículas que pasan dicha malla.
3. Después deberán hacerse sustracciones sucesivas, restando el valor inmediato
anterior, el % parcial retenido en la malla que le sigue en abertura inferior, con lo
cual se irán calculando los % que pasan en cada una de las de las mallas, hasta
llegar a la malla Núm. 4.75.
4. A continuación deberá dividirse los pesos Wj, en gramos, retenidos en cada una
de las mallas Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425, Núm. 0.250, Núm. 0.150 y
Núm. 0.075, entre el peso de 200 gramos de la muestra seca previamente
lavada, después de lo cual deberán multiplicarse los cocientes anteriores por él
% que pasa la malla Núm. 4.75, para obtener los % retenidos parciales “j”,
aproximándolos hasta la primera decima. La suma de los pesos Wj, restada de
200 gramos, dará el peso del material que pasa la malla Núm. 0.075, el que
deberá expresarse también en % respecto al peso total Wd de la muestra seca.
Estos % se calcularan empleando la formula siguiente:
(
)
Dónde:
j = Es el retenido parcial en cada malla desde Núm. 2.0 a la Núm. 0.075 y el que pasa la malla
Núm. 0.075 del material seco, en gramos.
Wj = Es el peso del material seco retenido parcialmente en cada malla y el de la fracción que
pasa la malla Núm. 0.075 del material seco, en gramos.
200 = Es el peso en gramos de la muestra seca, obtenida del material que pasa la malla Núm.
4.75.
= Es la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, en %.
Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en gramos.
Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicada en el paso 1 de la
preparación de la muestra, en gramos.
35
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[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008
5. Se calcula en forma análoga a la citada en el paso 3,
los
valores
correspondientes a los % que pasan la malla Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425,
Núm. 0.250, Núm. 0.150 y Núm. 0.075, y se dibuja la gráfica correspondiente.
6. Para fines de clasificación de suelos deberá calcularse los coeficientes de
uniformidad Cu, y de curvatura Cc, que se emplean para juzgar la graduación del
material, por medio de las fórmulas siguientes.
(
)
Dónde:
Cu= Coeficiente de uniformidad del material, número abstracto.
Cc= Coeficiente de curvatura del material, número abstracto.
D10, D30 y D60 representan los tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la
gráfica de la composición granulométrica corresponden al 10 %, 30% y 60% que pasa,
respectivamente. Es decir, D10, D30 y D60 son las abscisas, de la gráfica de la composición
granulométrica, correspondiente a las ordenadas de 10%, 30% y 60%, respectivamente.
2.6 EJEMPLO DE CÁLCULO
Prácticamente lo que se hará en el ejemplo, será la forma del llenado del
formato, la cual se muestra en seguida:
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
FECHA:
26 de Junio del 2008
OBRA: Alcantarillado sanitario
OPERADOR: Guillermo Arévalo
LOCALIZACIÓN: Morelia Mich.
C.
CALCULISTA: Guillermo Arévalo
REVISÓ: Dr.
DATOS DE LA OBRA
C.
TRAMO: Km 0+000 a Km 100+000
SUBTRAMO: Km 0+000 a Km 50+000
Carlos Chávez N.
MATERIALES PARA: Terraplén
ORIGEN: Poza rica
MUESTRA TOMADA DE: Banco
PRUEBA N°: 1
MUESTRA N°: 1
Masas:
De la muestra Wm: 15 290
De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1): 5 850
De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2): 9 440
CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA
N° 4
Masa de:
Recipiente N°
12
Recipiente mas muestra húmeda (W1):
95.03
Recipiente mas muestra seca (w2):
90.43
Recipiente (wt):
19.70
Masa del agua (ww=w1-w2):
4.60
Masa muestra seca (ws=w2-wt):
70.73
Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt):
6.50 %
Material que pasa la malla N°4
Malla N°
Peso del suelo
retenido
gr
Porciento
retenido
parcial
%
0.00
10
54.0
16.2
44.0
0.00
20
39.0
11.7
32.3
157
98.9
40
40.4
12.2
20.1
96.2
60
17.8
5.4
14.7
92.4
100
19.5
5.9
8.8
84.4
200
13.7
4.1
4.7
80.0
Pasa N° 200
15.6
4.7
0
60.2
SUMA
200
60.2
gr
3”
2"
1 1/2"
1"
395
3/4"
563
1/2"
1179
3/8"
649
Porciento
retenido
parcial
%
1.1
2.7
3.8
8.0
4.4
N° 4
2910
19.8
Pasa N° 4
8864
60.2
14714
100
SUMA
37
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Porciento que
pasa
Malla N°
%
Peso del suelo
retenido
Porciento que
pasa
%
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GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN
10
100
Diámetro en (mm)
100
1
0.1
0.01
0.8 mm
90
80
70
% que pasa, en peso
60
50
º
40
30
20
10
0
2" 1 1/2" 1" 3/4"
1/2" 3/8"
10
4
20
40
60
100
200
Fig. 15. Curva de clasificación.
Nota: en la gráfica de la granulometria se muestra con las las flechas la forma de
de obtener los diametros carateristicos, para el ejemplo mostrado se obtubo un D30=
0.80 mm.
DIÁMETROS
COEFICIENTES DE
CLASIFICACIÓN DEL
CARACTERISTICOS
UNIFORMIDAD
MATERIAL
CANTIDAD EN %
= 0.17
= 28.0
>De 3”
0.0
= 0.80
= 0.79
G
39.8
S
55.5
F
4.7
Pasa la malla N° 4
20.1
= 4.75
2.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA
En seguida se muestra el formato para la realización de la práctica por los
alumnos.
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
DATOS DE LA OBRA
FECHA:
OBRA:
OPERADOR:
LOCALIZACIÓN:
CALCULISTA:
TRAMO:
REVISÓ:
SUBTRAMO:
MATERIALES PARA:
ORIGEN:
MUESTRA TOMADA DE:
PRUEBA N°:
MUESTRA N°:
De la muestra Wm:
Masas:
De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1):
De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2):
CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA
N° 4
Masa de:
Recipiente N°
Recipiente mas muestra húmeda (W1):
Recipiente mas muestra seca (w2):
Recipiente (wt):
Masa del agua (ww=w1-w2):
Masa muestra seca (ws=w2-wt):
Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt):
Material que pasa la malla N°4
Malla N°
Peso del suelo
retenido
gr
Porciento
retenido
parcial
%
Porciento que
pasa
Malla N°
%
Peso del suelo
retenido
gr
3”
10
2"
20
1 1/2"
40
1"
60
3/4"
100
1/2"
200
3/8"
Pasa N° 200
N° 4
SUMA
Porciento
retenido
parcial
%
Porciento que
pasa
%
Pasa N° 4
SUMA
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GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN
10
100
Diámetro en (mm)
100
1
0.1
0.01
90
80
70
% que pasa, en peso
60
50
40
30
20
10
0
2" 1 1/2" 1" 3/4"
1/2" 3/8"
4
10
20
40
60
100
DIÁMETROS
COEFICIENTES DE
CLASIFICACIÓN DEL
CARACTERISTICOS
UNIFORMIDAD
MATERIAL
=
=
>De 3”
=
=
G
=
200
CANTIDAD EN %
S
F
Pasa la malla N° 4
40
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2.8 CONCLUSIONES
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PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE
CONSISTENCIA Y CONTRACCIÓN LINEAL
3.1 OBJETIVO
Tiene como objeto conocer las características de plasticidad de la porción de
suelo que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuyos resultados se utilizan principalmente
en edificación y clasificación de los suelos.
Plasticidad
3.1.1
Los tres estados de la materia que se identifican son: el sólido, el líquido y el
gaseoso. El estado sólido se identifica por su impenetrabilidad, el líquido y el gaseoso
se reconocen porque son estados fluidos. Sin embargo, existe un cuarto estado
conocido como estado plástico, caracterizado porque a la materia se le puede dar la
forma que uno quiera, esto es que puede ser moldeada; ésta es la consistencia que
adquiere la masa para hacer pasteles cuando el panadero la trabaja. En los suelos
para lograr ese estado es necesario hacer un “remoldeo” del suelo con espátulas y
agregarle o quitarle agua hasta lograr la consistencia plástica; de hecho existe un rango
de humedades para las cuales el suelo se comporta plásticamente. Incluso se puede
hablar de estado intermedios de la materia tales como el semisólido o el semilíquido
dependiendo del contenido de agua del suelo remoldeado. Esto se explica
esquemáticamente en la Figura 16, para los distintos estados de la materia:
ESTADO
SÓLIDO
SEMI SÓLIDO
LC
FRONTERA
PLÁSTICO
LP
SEMI LÍQUIDO
LÍQUIDO
LL
Fig. 16. Estados de un suelo remoldeado haciendo variar su contenido de agua.
NOTA: Como podemos ver dependiendo del contenido de agua, los suelos pueden estar en alguno de los siguientes cinco
(5) estados de consistencia.
1. Estado líquido: es el que presentan los suelos cuando manifiestan las
propiedades de una suspensión.
42
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2. Estado semilíquido: cuando los suelos tienen el comportamiento de un fluido
viscoso.
3. Estado plástico: en el cual los suelos presentan las propiedades de plasticidad
mencionadas anteriormente.
4. Estado semisólido: en el que la apariencia de los suelos es de un sólido; sin
embargo, al secarse disminuye su volumen.
5. Estado sólido: en el que el volumen de los sólidos no varía aun cuando se le
someta a secado.
Las fronteras entre los estados de consistencia mencionados anteriormente, fueron
establecidas por Atterberg bajo el nombre general de límites de consistencia, los cuales
se describen a continuación.
1. LL Límite Líquido: frontera superior entre el estado plástico y el semilíquido.
2. LP Límite Plástico: frontera inferior entre el estado plástico y el semisólido.
3. LC Limite de contracción: frontera entre los estados semisólido y sólido
A la diferencia aritmética entre el límite líquido y el límite plástico, se le conoce
como índice plástico (IP).
La contracción lineal de un suelo es la reducción de volumen del mismo, medida
en una de sus dimensiones y expresada como porcentaje de la dimensión
original, cuando la humedad se reduce desde la correspondiente al límite líquido
o hasta la del límite de contracción.
Para conocer las características de plasticidad de los suelos se utilizan el límite
líquido, el índice plástico, y la contracción lineal.
Para la determinación del límite liquido de un suelo por el método estándar, se
emplea el procedimiento de Casagrande, según el cual se define como limite
liquido el contenido de agua de fracción de suelo que pasa la malla N° 0.425
(40), cuando al ser colocada en la copa de Casagrande y efectuar en ella una
43
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ranura trapecial de dimensiones especificas, los bordes inferiores de la misma
se ponen en contacto en una longitud de 13.0 mm , después de golpear la copa
25 veces, dejándola caer sobre una superficie dura de
características
especiales, desde una altura de 1 centímetro y a una velocidad de 2 golpes por
segundo. En el método estándar el límite líquido se determina de manera gráfica
mediante la curva de fluidez, la que se obtiene uniendo los puntos que
representa los contenidos de agua correspondientes a diferentes números de
golpes, para los cuales la ranura se cierra en la longitud especificada.
3.2 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO
El equipo y materiales necesarios son los siguientes
3.2.1
 Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.
 Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho,
con punta redonda.
 Cuenta gotas.
 Copa de Casagrande calibrada para una altura de caída de 1 cm, provista de
ranuradores, uno plano y otro curvo, con las características que se indican en
la norma M-MMP-1-07/07.
8mm
50 mm
20 mm
13 mm
10 mm
5 mm
110 mm
 Vidrio de reloj.
 Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación.
 Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ±5 °C.
 Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro.
 Vaso de 0.5 litros de capacidad.
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 Paño absorbente.
Fig. 17. Muestra el equipo necesario para la llevar a cabo la prueba.
3.2.2
Preparación de la muestra
En la preparación de la muestra para determinar los limites de consistencia y la
contracción lineal, se emplean 250 gr de material previamente cribados por la malla
Núm. 0.425 (Nº 40). La muestra se coloca en un recipiente apropiado, se le agrega
agua en la cantidad necesaria para que tome el aspecto de material saturado y se deja
en reposo durante 24 horas aproximadamente, en un lugar fresco, cubriendo el
recipiente con un paño que se mantendrá húmedo a fin de reducir al mínimo las
pérdidas de agua por evaporación.
Fig. 18. Preparación de la muestra.
45
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3.2.3
Procedimiento de la prueba
1. Se toma una muestra de 150 gr, aproximadamente, del material preparado de
acuerdo a lo anterior explicado, este material se coloca en una cápsula de
porcelana y se procede a homogenizar la humedad con la espátula.
Fig. 19. Muestra el material homogenizado.
2. Logrado lo anterior se coloca en la copa de Casagrande, previamente calibrada,
una cantidad suficiente de material para que una vez extendido con la espátula
se tenga un espesor de 8 a 10 milímetros en la parte central de la muestra
colocada. Para extender el material se procede del centro hacia los lados, sin
aplicarle una presión excesiva y con el número mínimo de pasadas de la
espátula.
Fig. 20. Muestra el material extendido en la copa de Casagrande.
46
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3. Se efectúa una ranura en la parte central del material que contiene la copa, con
una pasada firme del ranurador, como se muestra en la Fig. 21, manteniéndolo
siempre normal a la superficie del la copa. Si el material se desliza sobre la copa
cuando se use el ranurador curvo, podrá darse hasta 6 pasadas profundizando
paulatinamente la ranura, de manera que solamente en la última pasada el
ranurador toque el fondo de la copa.
Fig. 21. Muestra la forma de ranurar el suelo.
4. Se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa, a razón de 2 golpes
por segundo y se registra el número de golpes necesarios para que los bordes
inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 mm.
13mm
Fig. 22. Muestra la unión de 13 mm.
47
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5. Una vez logrado lo anterior se toma aproximadamente 10 gr del material de la
porción cerrada de la ranura y se coloca en un vidrio de reloj, para proceder de
inmediato a obtener su contenido de agua.
Fig. 23. Muestra la una porción de material para la obtención de la humedad.
6. A continuación y una vez que se ha tomado la muestra para la determinación de
la humedad, se regresa a la cápsula de mezclado lo que contiene la copa, se
lavan y secan tanto la copa como el ranurador.
7. Enseguida se agrega agua con el cuenta gotas al material contenido en la
cápsula, se homogeniza el material y se vuelven a realizar las etapas anteriores.
Fig. 24. Muestra la forma de agregar agua con él cuenta gotas.
48
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8. La cantidad de agua agregada al material deberá ser en tal forma que las cuatro
determinaciones efectuadas, quedan comprendidas entre 10 y 35 golpes, siendo
necesario obtener 2 valores arriba y 2 debajo de 25 golpes. Para consistencias
menores de 10 golpes es difícil identificar el momento de cierre de la ranura en
la longitud especificada, por otra parte y para más de 35 golpes, se dificulta la
ejecución de la prueba.
Procedimiento de cálculo
3.2.4
Se dibujan los cuatro puntos correspondientes a cada determinación en un papel
semilogarítmico cuyas abscisas representa en la escala logarítmica, el número de
golpes y en las ordenadas, en escala aritmética, los respectivos contenidos de
agua. A continuación se traza la línea recta que pase lo más cerca posible de
cuando menos tres de los puntos obtenidos; la curva así trazada se denomina curva
de fluidez, cuya ordenada correspondiente a 25 golpes, se reporta como límite
líquido del suelo, expresado como contenido de agua en por ciento y redondeado al
número entero más cercano.
Procedimiento por el método simplificado
3.2.5
El límite líquido de un suelo por el método simplificado, se determina conociendo
un solo punto de su curva de fluidez. Este método es más sencillo que el método
estándar, pero puede ser menos preciso, por lo cual cuando se juzgue necesario se
recomienda verificar sus resultados con el método estándar.
3.2.5.1
El equipo y materiales necesarios son los siguientes
El equipo es el mismo que para el método estándar.
3.2.5.2
Preparación de la muestra y procedimiento de la prueba
La prueba se efectúa en términos generales de la misma forma que la estándar,
excepto porque en ésta solo se determina una sola determinación, verificando con
dos cierres de ranura y aplicando un número de golpes que este comprendido entre
49
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20 y 30, tomando la muestra correspondiente para la obtención de su contenido de
agua.
3.2.5.3
Procedimiento de cálculo
El límite líquido se obtiene empleando el método descrito a continuación.
1. Aplicando la siguiente fórmula.
(
⁄
)
Donde:
LL= Es el límite líquido del suelo, expresado como contenido de agua, en porciento.
WN= Es el contenido de agua de la muestra respectiva, a la cual le fue aplicado un número N de
golpes en la prueba, en porciento.
N= Es el número de golpes necesarios para lograr que los bordes inferiores de la ranura se
pongan en contacto en una longitud de 13 milímetros.
En la siguiente tabla se dan los valores del factor( ⁄
)
, para distintos valores de
N.
( ⁄ )
N
( ⁄)
N
20
0.974
26
1.005
21
0.979
27
1.009
22
0.985
28
1.014
23
0.990
29
1.018
24
0.995
30
1.022
25
1.000
Tabla 8. Factores del límite líquido
50
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3.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO
El limite plástico en el suelo se define como el mínimo contenido de agua de la
fracción que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), para que se puedan formar con ella
cilindros de 3 mm, sin que se rompan o se desmoronen.
El equipo y materiales necesarios son los siguientes
3.3.1
 Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.
 Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho,
con punta redonda.
 Placa de vidrio con dimensiones mínimas aproximadas de 40 cm de lado y 0.6
cm de espesor.
 Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación.
 Alambre de acero, de 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud.
 Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C.
 Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro.
3.3.2
Procedimiento de la prueba
1. Se toma una muestra de material preparado de acuerdo con la prueba de LL, a
la cual se le da la forma de una pequeña esfera de aproximadamente 12 mm de
diámetro, que deberá moldearse con los dedos para que pierda la humedad y se
forma un cilindro manipulándolo sobre la palma de la mano, aplicando con los
dedos la presión necesaria para tal fin.
2. A continuación, se rola el cilindro con los dedos de la mano sobre la placa de
vidrio, dando la presión requerida para reducir su diámetro hasta que este sea
uniforme en toda su longitud y ligeramente mayor de 3 mm, la velocidad de
rodado deberá ser de 60 a 80 ciclos por minuto, entendiéndose por ciclo un
51
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movimiento completo de la mano hacia adelante y hacia atrás, hasta volver a la
posición de la partida.
3. Si al alcanzar dicho diámetro el cilindro no se rompe en varias secciones
simultáneamente, su humedad es superior a la del límite plástico. En ese caso
se debe juntar todo el material, se forma nuevamente una pequeña esfera,
manipulándola con los dedos para facilitar la pérdida de agua y lograr una
distribución uniforme de la misma.
4. Se repiten los pasos 1 hasta el 3 hasta lograr que el cilindro se rompa en varios
segmentos precisamente en el momento de alcanzar el diámetro de 3 mm.
Dicho diámetro se verifica comparándolo con el alambre de referencia.
Fig. 25. Muestra cuando el cilindro se rompe al llegar a un diámetro de 3 mm.
5. En seguida se colocan en un vidrio de reloj todos los fragmentos en que se halla
dividido el cilindro y se efectúa la determinación del contenido de humedad
correspondiente.
Fig. 26. Muestra los fragmentos para determinar la humedad.
52
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6. Para mayor seguridad en los resultados de la prueba, se deberá llevar a cabo
por lo menos 3 determinaciones sucesivas del límite plástico, en cada muestra.
7. Los suelos con lo que no es posible formar cilindros del diámetro especificado,
con ningún contenido de agua, se consideran como no plásticos.
3.3.3
Cálculos y resultados
Se reporta como límite plástico del suelo, el promedio de las humedades que
concuerden entre sí, dicho promedio se redondea al número entero más cercano.
3.4 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO
El índice plástico en suelo mide el intervalo de variación de la humedad dentro
del cual el suelo presenta una consistencia plástica, de acuerdo con los conceptos
expresados anteriormente. Los límites líquido y plásticos corresponden a las fronteras
superior e inferior de dicha consistencia, respectivamente.
El índice plástico, se define como la diferencia aritmética entre los límites líquido
y plástico, se calcula mediante la fórmula siguiente.
Dónde:
IP= Es el índice plástico del suelo, en por ciento.
LL= Es el límite líquido del suelo, en por ciento.
LP= Es el límite plástico del suelo, en por ciento.
3.4.1
Cálculos y resultados
Se
reporta como índice plástico, el resultado de la ecuación anterior,
exceptuando los siguientes casos.
1. Cuando el suelo sea muy arenoso y no pueda determinarse el límite plástico, se
reporta el límite plástico y el índice plástico como NP (no plástico).
53
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2. Cuando el límite plástico sea igual o mayor que el límite liquido, se reporta el
índice plástico como NP (no plástico).
3.5 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL
La contracción lineal de un suelo se define como la reducción
en
la
mayor
dimensión de un espécimen de forma prismática rectangular, elaborado con la fracción
de suelos que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuando su humedad disminuye desde
la correspondiente al límite líquido hasta la del límite de contracción, expresada como
un porcentaje de la longitud inicial del espécimen.
Para esta determinación se utilizará una muestra preparada como la utilizada para
determinar el límite líquido, o bien se aprovechará el material húmedo que haya
sobrado de la determinación del límite líquido.
El equipo y materiales necesarios son los siguientes
3.5.1
 Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.
 Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho,
con punta redonda.
 Moldes de lamina galvanizada del Nº 16, con sección de 2 por 2 cm y de 10 cm
de longitud.
 Calibrador con vernier del tipo Máuser.
 Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C
 Grasa grafitada.
Procedimiento de la prueba
3.5.2
1. Se agrega a la muestra agua o material menos húmedo tomando de la porción
preparada, hasta lograr que la humedad sea la correspondiente a la del límite
líquido, lo cual se verifica empleando la copa de Casagrande y cumpliendo con
54
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la condición de que la ranura se cierre en una longitud de 13 mm precisamente
a los 25 golpes.
2. Con el material preparado en las condiciones indicadas se procede a llenar el
molde de prueba, al cual se le habrá aplicado previamente una capa delgada
de grasa en su interior para evitar que el material se adhiera a sus paredes.
El llenado del molde se efectúa en 3 capas, utilizando la espátula y
golpeándolo después de la colocación de cada capa contra una superficie
dura; para esto último, deberá tomarse el molde por sus extremos, procurando
siempre que el impacto lo reciba en toda su base, lo cual se logra conservando
paralelismo entre dicha base y la superficie sobre la cual se golpea. En cada
caso las operaciones de golpeo deberán prolongarse lo suficiente para lograr
la expulsión del aire contenido en la muestra colocada, lo que se pone de
manifiesto cuando ya no aparecen burbujas en su superficie.
Fig. 27. Muestra el molde enrazado.
3. A continuación se enrasa el material en el molde utilizado con la espátula y se
deja orear a la sombra hasta que cambie ligeramente su color, después de lo
cual se pone a secar en el horno por un periodo de 18 horas,
aproximadamente, a una temperatura de 105 ± 5 °C.
4. Se extrae del horno el molde con el espécimen, se deja enfriar a
la
temperatura ambiente y a continuación se saca del molde la barra.
55
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5. Finalmente, se mide con el calibrador la longitud media de la barra del material
seco y la longitud interior del molde, con aproximación de 0.01 cm.
Cálculos y resultados
3.5.3
La contracción lineal se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula.
Donde:
CL= Es la contracción lineal aproximada al decimo más cercano, en %.
Li= Es la longitud inicial de la barra de suelo húmedo, que corresponde a la longitud interior del molde, en
cm.
Lf= Es la longitud media de la barra de suelo seco, en cm.
3.6 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA
El límite de contracción es la frontera entre los estados semi-sólido y sólido,
quedando definido como el contenido de agua mínimo para el cual el suelo no retrae su
volumen aún cuando pierda o se evapore agua. Observando una gráfica de volumen
del suelo en función de su contenido de humedad, observaríamos que todo suelo llega
a un punto donde su volumen no decrece aún cuando el contenido de humedad siga
disminuyendo. Es este punto, el contenido de humedad que deseamos cuantificar.
El equipo y materiales necesarios son los siguientes
3.6.1
 Plato de evaporación de porcelana, de aproximadamente 140 mm de diámetro.
 Espátula o cuchillo, con una hoja flexible de aproximadamente 76 mm de largo
por 19 mm de ancho.
 Molde cilíndrico, metálico o de porcelana,
con el fondo plano y de
aproximadamente 44 mm de diámetro y 12 mm de altura.
 Regla de enrase de acero, de aproximadamente 150 mm de largo.
56
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 Taza de vidrio de aproximadamente 57 mm de diámetro y 31 mm de altura, con
su borde superior pulido y esencialmente paralela a la base.
 Placa de vidrio con 3 puntas para sumergir la muestra en el mercurio.
 Probeta con una capacidad de 25 ml y graduada a 0.2 ml.
 Balanza con una precisión de 0.01 gr.
 Mercurio suficiente para llenar la taza de vidrio.
Nota: el mercurio es una sustancia peligrosa que puede causar enfermedad y
muerte. La inhalación del vapor del mercurio es un serio riesgo de enfermedad, el
mercurio también puede ser absorbido por la piel. El efecto del mercurio es
acumulativo.
Las precauciones que se deben tomar para evitar la inhalación del vapor, es
trabajar en un área bien ventilada, así como evitar el contacto con la piel, usar
guantes de látex todo el tiempo. Limpiar los derrames inmediatamente usando un
procedimiento explícito para el mercurio.
 Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C.
Procedimiento de la prueba
3.6.2
1. Recubrir el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo,
vaselina o aceite de silicón para prevenir la adherencia de suelo al molde).
2. Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la
capacidad del molde en el centro de éste y extenderlo hasta los bordes,
golpeando el molde contra una superficie firme recubierta con papel secante o
similar.
3. Agregar una porción similar a la primera y golpear el molde hasta que el suelo
este completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie.
4. Agregar material y compactar hasta que el molde este completamente lleno y
con exceso de suelo sobre el borde.
5. Enrasar con la regla y limpiar posibles restos de suelo adherido al exterior del
molde.
57
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6. Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el suelo compactado. Restar
el peso del molde determinando el peso del suelo húmedo (Wh). Registrar
aproximando a 0.01 gr.
7. Dejar secar lentamente al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se
despegue de las paredes del molde o hasta que cambie de color oscuro a
claro.
Nota: Se recomienda efectuar el ensaye, hasta el inicio del secado, en cámara
húmeda. Si no se cuenta con este dispositivo se deben tomar todas las
precauciones necesarias para reducir la evaporación.
8. Secar en horno a 110 5 °C hasta masa constante.
Nota: El secado en horno a 110  5 °C no entrega resultados fiables en suelos
que contienen yeso u otros minerales que pierden fácilmente el agua de
hidratación o en suelos que contienen cantidades significativas de materia
orgánica. En estos casos es recomendable el secado en horno a
aproximadamente 60 °C.
9. Pesar el molde con el suelo seco. Restar el peso del molde determinando el
peso del suelo seco (Ws). Registrar aproximando a 0.01 gr.
10. Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco.
11. Llenar la taza con mercurio hasta que desborde, enrasar presionando con la
placa de vidrio y limpiar los restos de mercurio adheridos al exterior de la taza.
12. Colocar la taza llena de mercurio sobre el plato de evaporación, colocar la
pastilla de suelo sobre la superficie del mercurio y sumergirlo cuidadosamente
mediante las puntas de la placa de vidrio hasta que ésta tope firmemente
contra el borde de la taza (Es esencial que no quede aire atrapado bajo la
pastilla de suelo ni bajo la placa de vidrio).
13. En seguida, obtener el volumen de mercurio desplazado por la pastilla de
suelo, para esto se pesa y se divide por la densidad del mercurio (γHg = 13.55
g/cm³), registrarlo como volumen de la
pastilla
de
suelo
seco
(Vs),
aproximando a 0.01cm³ (0.01ml).
58
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Expresión de resultados
3.6.3
14. - Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de
acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 0.1 %
(
)
Donde:
W = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %.
Wh = Peso del suelo húmedo, gr.
Ws= Peso del suelo seco, gr.
15. -
Calcular el límite de contracción, del suelo de acuerdo con la fórmula
siguiente, aproximando al 1 %.
(
(
)
)
Donde:
Wc = límite de contracción, %.
W = Humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %.
Vh = Volumen de la pastilla de suelo húmedo, cm 3 (ml).
Vs = Volumen de la pastilla de suelo seco, cm3 (ml).
γw = Densidad del agua, gr/cm 3 (gr/ml).
Ws = Peso del suelo seco, gr.
3.7 EJEMPLO DE CÁLCULO
59
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OBRAS: Físico Matemáticas
FECHA: 03 de Julio del 2008
LOCALIZACIÓN: Ciudad Universitaria
OPERADOR:
SONDEO N°:
ENSAYE N°:
MUESTRA N°:
PROF.:
CALCULÓ:
DESCRIPCION: Arcilla negra
LÍMITE LÍQUIDO
PRUEBA
CAPSULA
N°
N° DE GOLPES
N°
------------
------------
----------
-----
----
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
LO HUMEDO
LO SECO
CAPSULA
SECO
(W)
----
gr
gr
gr
gr
%
100
16
35.71
25.97
9.74
8.31
17.66
55.1
42
21
36.35
26.61
9.74
8.58
18.03
54.0
43
33
36.37
26.78
9.59
8.37
18.41
52.1
LÍMITE PLÁSTICO
PRUEBA
CAPSULA
N°
N° DE GOLPES
N°
------------
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
LO HUMEDO
LO SECO
CAPSULA
SECO
(W)
------------
----------
-----
----
----
gr
gr
gr
gr
%
4
------
--------
--------
16.34
14.72
1.62
8.12
6.60
24.5
HUMEDAD NATURAL
PRUEBA
CAPSULA
N°
N° DE GOLPES
N°
------------
------------
----------
-----
----
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
LO HUMEDO
LO SECO
CAPSULA
SECO
(W)
----
gr
gr
gr
%
gr
CONTRACCIÓN LINEAL
PRUEBA N°
CAPSULA N°
LONGITUD INICIAL
LONGITUD FINAL
CONTRACCION LINEAL
……………………….
……………………….
cm
cm
%
38
10.00
8.33
16.7
CONTRACCIÓN VOLUMETRICA
PRUEBA
N°
CAPSULA
N°
------------
60
VOLUMENES
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
Vi
Vf
CV
LO HUMEDO
LO SECO
CAPSULA
SECO
(W)
------------
Cm3
Cm3
Cm3
----
gr
gr
gr
gr
%
8
17.69
9.24
5.7
48.85
39.37
9.48
21.34
18.03
52.6
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58
CONTENIDO DE AGUA EN %
57
56
16, 55.1
55
54
21, 54
53.2
53
33, 52.1
52
51
50
5
6
7
8
9
20
10
30
40
50
NÚMERO DE GOLPES
Nota: en la grafica se muestra la forma de obtener el limite liquido en %.
RESULTADOS
W (%)
LL (%)
LP (%)
IP (%)
CL (%)
CV (%)
53.2
24.5
28.7
16.7
52.6
3.8 FORMATO PARA LA PRÁCTICA
61
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OBRAS:
FECHA:
LOCALIZACIÓN:
OPERADOR:
SONDEO N°:
ENSAYE N°:
MUESTRA N°:
PROF.:
CALCULÓ:
DESCRIPCION:
LÍMITE LÍQUIDO
PRUEBA
CAPSULA
N°
N° DE GOLPES
N°
------------
------------
----------
-----
----
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
LO HUMEDO
LO SECO
----
gr
CAPSULA
SECO
(W)
gr
gr
gr
%
LÍMITE PLÁSTICO
PRUEBA
CAPSULA
N°
N° DE GOLPES
N°
------------
------------
----------
-----
----
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
LO HUMEDO
LO SECO
----
gr
CAPSULA
SECO
(W)
gr
gr
gr
%
HUMEDAD NATURAL
PRUEBA
CAPSULA
N°
N° DE GOLPES
N°
------------
------------
----------
-----
----
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
LO HUMEDO
LO SECO
CAPSULA
SECO
(W)
----
gr
gr
gr
%
gr
CONTRACCIÓN LINEAL
PRUEBA N°
CAPSULA N°
LONGITUD INICIAL
LONGITUD FINAL
CONTRACCION LINEAL
……………………….
……………………….
cm
cm
%
CONTRACCIÓN VOLUMETRICA
PRUEBA
N°
CAPSULA
N°
------------
62
------------
VOLUMENES
Vi
Vf
CV
Cm3
Cm3
Cm3
Facultad de Ingeniería civil
PESO
PESO
PESO DEL
PESO DE
PESO DEL
CONTENID
CAPSULA+SUE
CAPSULA+SUE
AGUA
LA
SUELO
O DE AGUA
LO HUMEDO
LO SECO
CAPSULA
SECO
(W)
----
gr
gr
gr
%
gr
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58
CONTENIDO DE AGUA EN %
57
56
55
54
53.2
53
52
51
50
5
6
7
8
9
20
10
30
40
50
NÚMERO DE GOLPES
RESULTADOS
W (%)
63
LL (%)
Facultad de Ingeniería civil
LP (%)
IP (%)
CL (%)
CV (%)
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3.9 CONCLUSIONES
64
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PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD
ESPECÍFICA O PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS
SÓLIDOS
4.1 INTRODUCCIÓN
Estas pruebas permiten determinar las relaciones masa-volumen de los
materiales respecto a la relación masa-volumen del agua, así como la absorción de los
materiales y se utilizan para calcular los volúmenes ocupados por el material o mezcla
de materiales en sus diferentes condiciones de contenidos de agua y el cambio de
masa del material debido a la entrada de agua en sus poros, con respecto a su
condición en estado seco; las pruebas se realizan de distinta manera en la fracción del
material retenida en la malla N°4 (Núm. 4.75 mm) y en la porción que pasa dicha malla.
La determinación de las densidades relativas, así como de la absorción, se hace
considerando que, si se representa esquemáticamente una muestra de suelo o una
partícula gruesa de material pétreo, parcialmente saturadas, formadas por sus fases
sólida, líquida y gaseosa, como se indica en la Figura 28 de este Manual, se establecen
las siguientes definiciones:
Volúmenes
Vm
Masas
Va
Fase gaseosa
Vw
Fase líquida
Ww
Vs
Fase sólida
Ws
Vv
Wm
Fig. 28. Esquema me una muestra de suelo.
Donde:
Vm = Volumen del material.
Ww = Masa total del material.
Va = Volumen de aire.
Vs = Volumen sólidos.
WS = Masa de los sólidos.
Vw = Volumen de volumen de agua.
Vv = Volumen de vacios.
WS = Masa del agua.
Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, Ssat, es un
número abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica del material
65
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saturado a la temperatura del lugar, γsat, y la masa volumétrica del agua destilada a
4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar:
()
()
(
)
Donde:
Ssat = Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, (adimensional)
γsat = Masa volumétrica del material saturado y superficialmente seco, (kg/m 3)
γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m 3)
ws = Masa de sólidos, (kg)
ww = Masa del agua en condiciones de saturación, es decir, el agua que ocupa todos los vacíos, (kg)
Vm = Volumen del material, (m 3)
Vv = Volumen de vacíos, (m3)
Vs = Volumen de sólidos, (m3)
Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, Ss, es un
número abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica de la fase sólida
del material a la temperatura del lugar, γ sol, y la masa volumétrica del agua destilada a
4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar:
( )
Donde:
Ss = Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, (adimensional)
γsol = Masa volumétrica de la fase sólida del material, (kg/m 3)
γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m 3)
Ws = Masa de sólidos, (kg)
Vs = Volumen de sólidos, (m3)
Absorción del material es la masa del agua o líquido que penetra en los espacios
entre las partículas de un suelo y en las oquedades de las partículas gruesas, cuando
se le deja sumergido en agua a una temperatura de 15 a 25°C, durante 24 h; se
expresa en por ciento con relación a la masa de sólidos del material.
66
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4.2 EQUIPO
 Malla N° 4.
 Balanzas una con capacidad de 5 kg y aproximación de 0.5 gr; y otra con
capacidad de 1 kg y aproximación de 0.1 gr.
 Canastilla
 Recipiente adecuado para sumergir la canastilla en agua y saturar el material.
 Dispositivo de suspensión.
 Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5°C.
 Picnómetro
 Desecador
 Lienzo
 Matraz calibrado.
 Probeta graduada.
 Termómetro de 0.1°C de aproximación.
 Fuente de calor.
 Bomba de vacío.
 Batidora
 Cuenta gota o pipeta.
 Molde de latón o de acero inoxidable.
 Pisón metálico.
 Espátula
 Capsula de porcelana.
 Embudo
 Agua
 Alcohol
 Éter sulfúrico.
 Bicromato de potasio.
 Ácido sulfúrico.
67
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4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
1. De la muestra del material recibida en el laboratorio, se toman aproximadamente
5 kg, los que se secan, disgregan y criban, para separarlos mediante cribado en
dos fracciones: el material que se retiene en la malla N°4 y el que pasa por dicha
malla, colocando las fracciones en charolas distintas.
4.3.1
Suelos arcillosos o cohesivos
2. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una
porción entre 100 y 500 gr.
3. Se deposita este material en una cápsula, se adiciona agua destilada y se
mezcla con la espátula hasta obtener una pasta suave.
4. Se coloca la pasta en el vaso de la batidora, se agrega agua destilada hasta
completar aproximadamente 250 cm3 y se hace funcionar el aparato durante un
lapso de 15 minutos, aproximadamente, para formar una suspensión uniforme.
5. Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se obtiene su
masa y se registra como Wsat, en gr.
4.3.2
Suelos arenosos o no cohesivos
6. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una
porción entre 100 y 500 gr.
7. Se seca el material hasta masa constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C y se
deja enfriar a la temperatura ambiente.
8. Se sumerge el material en un vaso con agua limpia a una temperatura de 15 a
25 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas.
9. Se decanta el agua, se extiende el material sobre una superficie plana no
absorbente y se aplica una corriente de aire a la vez que se mueve en forma
continua para asegurar un secado uniforme.
10. Se coloca el molde cónico sobre una superficie plana apoyándolo en su base de
mayor diámetro y se llena con material parcialmente seco, se le aplican
68
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veinticinco golpes suaves con el pisón y se levanta verticalmente el molde. Si el
material contiene agua superficial mantendrá la forma cónica; en este caso, se
continúa la operación de secado, repitiendo frecuentemente el procedimiento del
cono antes descrito, hasta que al levantar éste, el material no mantenga la forma
cónica, lo que indicará que no contiene agua superficial. Si al efectuar la prueba
por primera vez, el material no mantiene la forma cónica, se le agrega un poco
de agua, se mezcla perfectamente y se deja en reposo en un recipiente cubierto,
durante un tiempo mínimo de 30 minutos, para después repetir la operación de
secado que se indica en este Párrafo.
11. Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se obtiene su
masa y se registra como Wsat, en gr.
4.4 CALIBRACIÓN DEL MATRAZ
Previamente al inicio de la prueba, se verificará que el equipo por emplear para el
material que pasa la malla N°4 se encuentre calibrado, considerando lo siguiente:
1. Se lava el matraz con una mezcla crónica para eliminar la grasa adherida en su
interior. La mezcla crónica para lavado se obtiene disolviendo en caliente 60 gr
de bicromato de potasio en 300 cm3 de agua destilada, a la cual se le adicionan
en frio 450 cm3 de ácido sulfúrico comercial.
2. Se enjuaga el matraz con agua destilada y se escurre perfectamente, bañando a
continuación su pared interior con alcohol para eliminar los residuos de agua.
3. Para finalizar el lavado se enjuaga nuevamente el matraz con éter sulfúrico y
con objeto de facilitar su eliminación, se coloca el matraz en un soporte con la
boca libre hacia abajo, durante 10 minutos.
4. Se determina la masa del matraz seco y limpio, se registra como Wf, en gr.
5. Con agua destilada a la temperatura ambiente, se llena el matraz hasta
aproximadamente 0.5 cm debajo de la marca de aforo, dejándola reposar
durante unos minutos.
69
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6. Se verifica que la temperatura del agua dentro del matraz sea uniforme, para lo
cual se toman lecturas con el termómetro a diferentes profundidades. Si la
temperatura no es uniforme y la diferencia es menor de 0.2 °C, se tapa el matraz
con la palma de la mano y se voltea lentamente procurando evitar la formación
de burbujas; finalmente se mide la temperatura del agua colocando el bulbo del
termómetro en el centro del matraz y se registra dicha temperatura como to, en
°C.
7. Utilizando el cuentagotas o pipeta, se agrega agua destilada hasta que la parte
inferior del menisco del líquido coincida con la marca de aforo.
8. Posteriormente, sin tocar o alterar dicho menisco se seca cuidadosamente el
interior del cuello del matraz con el lienzo absorbente enrollado y se determina la
masa del matraz lleno de agua, registrándolo como Po, en gr.
9. Siguiendo los pasos de 6 a 8 de la calibración del matraz, se efectúan otras
cuatro determinaciones de masa Po del matraz lleno de agua, a las temperaturas
de 5 y 10 °C por abajo y 5 y 10 °C por arriba, aproximadamente, de las
temperaturas como t-5, t-10, y t5, t10, respectivamente.
10. Finalmente, sobre un sistema de ejes coordenados, se dibuja una curva de
calibración para el matraz de prueba, marcando las temperaturas en
las
abscisas y las masas en las ordenadas, y se traza una curva suave y continua
como se ilustra en la Figura 29.
70
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Fig. 29. Curva de calibración del matraz.
4.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA
MALLA N° 4
1.
Se lava la porción del material retenido en la malla N° 4, con el fin de eliminar
cualquier residuo de polvo o material contaminante que contenga.
2. Se seca la porción lavada hasta masa constante a una temperatura entre 105 ±
5 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas.
3. Transcurrido este tiempo, se extrae del agua el material y se desliza sobre el
lienzo absorbente ligeramente humedecido para secarla superficialmente; las
partículas mas grandes se secan en forma individual. La condición de saturación
y superficialmente seco se logra cuando las partículas, no obstante que se noten
húmedas, han perdido la película brillante visible de agua. Esta operación se
llevara a cabo en forma rápida para evitar cualquier pérdida por evaporación.
71
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4. Se obtiene la masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua y se registra
como WC, en gr.
5. Se obtiene la masa del material saturado y superficialmente seco y se registra
como W1, en gr.
6. Inmediatamente después se coloca el material dentro de la canastilla de
alambre, se sumergen ambos en agua limpia a 23 ± 2°C y se suspende en el
centro del platillo de la balanza, por medio del dispositivo previsto para tal fin. La
canastilla se sumergirá a una profundidad adecuada para que ésta y el material
queden completamente cubiertos por el agua. Cuando se aprecie que no salen
burbujas de la canastilla y material sumergidos, se determina la masa del
material con la canastilla y se registra como W2, en gr.
7. Se saca del agua la canastilla con el material, se vierte el material en una
charola y se coloca dentro del horno a una temperatura de 105 ± 5°C, para su
secado hasta masa constante.
8. Después de secado el material, se deja enfriar dentro del desecador hasta que
alcance la temperatura ambiente y a continuación, se determina su masa como
WS, en g.
9. Se determina la masa del material sumergido en el agua restando a la masa W2,
la masa WC, de la canastilla sumergida y se registra como W3, en gr.
Cálculos y resultados
4.5.1
Las densidades relativas y la absorción del material retenido en la malla N°4 se
calculan como se indica a continuación.
a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente
expresión:
Donde:
Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional)
72
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Ws = Masa del material secado al horno, (gr)
W3 = Masa del material saturado y sumergido en agua, (gr), se calcula como:
W2 = Masa de la canastilla conteniendo al material saturado, sumergido en el agua, (gr)
Wc = Masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua, (gr)
b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente expresión:
Donde:
Wab = Absorción del material, (%)
W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (gr)
WS = Masa del material secado al horno, (gr)
4.6 PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE
LA DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO
EN LA MALLA N°4
Cuando no se requiere mucha precisión en la determinación de la densidad relativa
de sólidos, a que se refiere el inciso a) del procedimiento anterior de esta prueba, el
volumen del material, se podrá determinar cómo se indica a continuación.
1. Se coloca el picnómetro sobre una superficie horizontal libre de vibraciones y se
llena con agua destilada hasta el nivel de derrame, dejando abierto el grifo de
salida. Bajo el grifo, en su extremo, se coloca una probeta graduada vacía.
2. Del material saturado y superficialmente seco, se obtiene su masa y se registra
como W1, en gr, se sumerge el material en el picnómetro y se recolecta en la
probeta graduada el agua desalojada. Al concluir la inmersión del material, se
mide sobre la escala de la probeta graduada el volumen correspondiente y
registra como Vm, en cm3.
3. Se extrae el material del picnómetro y se coloca en una charola para secarlo en
el horno a una temperatura de 105 ± 5°C durante 20 horas o hasta masa
73
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constante. Transcurrido este tiempo, el material se saca del horno y de deja
enfriar hasta temperatura ambiente.
4. Una vez enfriado, se determina la masa del material seco y se registra como WS,
en gr.
4.6.1 Cálculos y resultados
Se reporta como resultado de la prueba, densidad relativa de sólidos, utilizando la
siguiente expresión.
()
Donde:
SS = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional)
W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (g)
WS = Masa del material secado al horno, (g)
Vm = Volumen total del material, (m3)
4.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA
MALLA N° 4
1. Inmediatamente después de preparar la muestra
utilizando el embudo, se introduce el
que
material en
el
pasa
la
matraz
malla
N°4,
previamente
calibrado, como se muestra en la Figura 30. Posteriormente se llena el matraz con
agua destilada hasta aproximadamente la mitad de su capacidad.
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Fig. 30. Muestra como se introduce el material al matraz.
2. Empleando el dispositivo de succión, se aplica vacío al matraz durante 15 min,
con objeto de extraer el aire atrapado en la muestra, como se muestra en la
Figura 31. Para facilitar este proceso se agita cuidadosamente la suspensión con
un movimiento giratorio del matraz alrededor de su eje. La succión máxima que
se aplique no deberá exceder de 100 mm de Hg (0.136 kg/cm 3). En caso de no
contar con el dispositivo de succión, utilizando la parrilla eléctrica o fuente de
calor, se pone en ebullición el agua del matraz durante 10 min
aproximadamente, moviendo al mismo tiempo el material con el agitador
mientras hierve, hasta expulsar el aire atrapado.
Fig. 31. Muestra como se aplica la sección.
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3. Se deja enfriar el matraz hasta alcanzar la temperatura ambiente y se adiciona el
volumen de agua destilada necesaria para alcanzar la marca de aforo, como se
muestra en la Figura 32, y en su caso, se vuelve aplicar el vacio para asegurar
que no haya quedado aire atrapado en la muestra, lo cual ocurriría cuando ya no
se observe ninguna variación en el nivel del menisco; si es necesario, se quitara
o agregara agua destilada utilizando el cuentagotas, de tal forma que el nivel
inferior del menisco coincida con la marca de aforo.
Fig. 32. Muestra el matraz después de llenarlo y su pesado.
4. Se secan cuidadosamente la superficie exterior del matraz y el interior del cuello
del mismo. Para esta última operación se emplea un lienzo absorbente
enrollado, evitando tocar el menisco.
5. Se obtiene la masa del matraz con el material y el agua, registrándolo como,
Wfsw, en gr.
6. Se tapa el matraz y se invierte varias veces en forma cuidadosa con el fin de
uniformizar la temperatura de la suspensión, a continuación se coloca el bulbo
del termómetro en el centro del matraz, como se muestra en la Figura 33 y se
registra la temperatura, misma que es considerada como la temperatura de la
prueba tp.
76
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Fig. 33. Muestra la forma de colocar el termómetro.
7. Hecho lo anterior, se vierte toda la suspensión a una capsula de porcelana,
empleando el agua necesaria para arrastrar todas las partículas de suelo y se
deja reposar durante 24 h. Se elimina el agua sobrante mediante una cuidadosa
decantación y se lleva la muestra al horno para su secado total a masa
constante, a una temperatura de 105 ± 5°C; se determina y se anota la masa
seca de la muestra, WS, en gr.
8. En caso de suelos arenosos o no cohesivos, el periodo de reposo podrá
reducirse hasta que se observe limpio el tirante de agua, continuando la prueba
en la forma descrita en el paso anterior.
9. Finalmente, utilizando la curva de calibración del matraz, se obtiene la masa del
matraz con el agua, en gr, correspondiente a la temperatura de prueba tp y se
registra como Wfw.
4.7.1
Cálculos y resultados
Se calcula y se reporta como resultado de la prueba lo siguiente:
a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente
expresión:
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Donde:
Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional)
Ws = Masa del material secado al horno, (gr)
Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba t p, determinada gráficamente de
la curva de calibración del matraz, (gr)
Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de
prueba tp, (gr)
b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente expresión:
Donde:
Wab = Absorción del material, (%)
W1 = Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g)
WS = Masa del material secado al horno, (g)
78
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4.8 EJEMPLO DE CÁLCULO
OBRA: COMUNIDAD AJOLOTE
LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN
SONDEO N°: 1
ENSAYE N°: 774
MUESTRA N°:
PROFUNDIDAD: 0.90 m
DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL:
FECHA:
OPERADOR: Erick Oliver
CALCULÓ: Erick Oliver
DENSIDAD DE SOLIDOS
PRUEBA N°
Matraz N°
2
12
Wfsw (gr)
717.5
708.2
36
35
686.616
679.275
2
4
Peso de la capsula + muestra seca (gr)
275
270
Peso de la capsula (gr)
225
220
WS (gr)
50
50
2.616
2.37
Temperatura (°C)
Wfw (g)
Capsula de evaporación N°
Ss (adimensional)
Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional):
Ws = Masa del material secado al horno, (g)
Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba t p, determinada gráficamente de la curva
de calibración del matraz, (g)
Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp,
(g)
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4.9 FORMATO PARA LA PRÁCTICA
OBRA:
LOCALIZACIÓN:
SONDEO N°:
ENSAYE N°:
MUESTRA N°:
PROFUNDIDAD:
DESCRIPCION DEL MATERIAL:
FECHA:
OPERADOR:
CALCULÓ:
DENSIDAD DE SOLIDOS
PRUEBA N°
Matraz N°
Wfsw (gr)
Temperatura (°C)
Wfw (gr)
Capsula de evaporación N°
Peso de la capsula + muestra seca (gr)
Peso de la capsula (gr)
WS (gr)
Ss (adimensional)
80
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4.10 CONCLUSIONES
81
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PRUEBAS DE COMPACTACIÓN
Se entiende por compactación la aplicación mecánica de cierta energía, o
cantidad de trabajo por unidad de volumen, para lograr una reducción de los espacios
entre las partículas sólidas de un suelo, con el objeto de mejorar sus características
mecánicas. Al obtenerse un mejor acomodo de las partículas sólidas y la expulsión de
aire que contiene el suelo, se produce un aumento de su peso volumétrico o específico.
Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a
su
contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación, su peso
volumétrico va aumentando, propiciado por la acción lubricante del agua, hasta que
llega un momento en el que el peso volumétrico del material seco, calculado a partir del
peso volumétrico del material húmedo y de la humedad, alcanza un valor máximo.
Al contenido de agua con el que se obtiene el mejor acomodo de partículas y el
mayor peso volumétrico o específico del material seco, para una determinada energía
de compactación, se le denomina humedad óptima
y
al
peso
volumétrico
correspondiente se le designa como peso volumétrico o peso específico seco máximo.
Cuando a partir de esta condición de humedad óptima y peso volumétrico seco
máximo, se incrementa el agua para un mismo volumen, el agua con el aire ocuparían
el lugar de algunas partículas de
suelo,
obteniéndose
en
consecuencia
pesos
volumétricos que van siendo menores a medida que el agua aumenta. Si en un sistema
de ejes coordenados se sitúan los puntos correspondientes a cada peso volumétrico
seco con su respectiva humedad y se unen con una curva, quedará representada la
variación del peso volumétrico de un material para diferentes contenidos de agua y una
misma energía de compactación; ésta curva adopta aproximadamente la forma de una
parábola, siendo más pronunciada su curvatura en el caso de suelos arenosos que en
los suelos arcillosos.
82
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El contenido de agua óptimo y el peso volumétrico seco máximo de un suelo,
también varían con la energía de compactación; cuando ésta se aumenta, se obtienen
mayores pesos volumétricos secos máximos con humedades óptimas menores. A su
vez, la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo son función del tipo de
suelo; los suelos gruesos, para una misma energía de compactación, tienen en general
mayores pesos volumétricos y menores contenidos de agua que los suelos finos.
De acuerdo con la naturaleza de los materiales y con el uso que se les pretenda
dar, se han establecido procedimientos de prueba para llevar a cabo la compactación
de los suelos en el laboratorio, con objeto de referenciar y evaluar la compactación que
se alcanza con los procedimientos aplicados en el campo, para determinar el grado de
compactación del material. Tomando en cuenta la forma de aplicar la energía al
material, las pruebas de compactación que generalmente se emplean son de los
siguientes tipos:
Por impactos, como son las pruebas de: Compactación dinámica AASHTO
estándar, Proctor SOP, AASHTO modificada de 3 y 5 capas y los Métodos de
California y de Texas.
Por carga estática, como es la prueba de compactación Porter.
Por amasado, como es el caso del método de compactación de Hveem.
Por vibración, como es el método de compactación en que se utiliza una mesa
vibratoria.
En este manual se verán las pruebas Porter (prueba de compactación por carga
estática) y compactación Proctor AASHTO con sus diferentes variantes, estas se
describen a continuación:
Cada prueba, según su tipo, se realizara compactando el material con el pisón y en el
número de golpes que se indique en la Tabla 9, según la variante de la prueba, las
cuales se describen a continuación:
83
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c) Variante A, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se
compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior.
d) Variante B, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se
compactan en el molde de 152.4 mm de diámetro interior.
e) Variante C, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se
compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior.
f) Variante D, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se
compacta en el molde 152.4 mm de diámetro interior.
Tipo de prueba
Masa del pisón, kg
Estándar
Modificada
2.5±0.01
4.54±0.01
3
5
50.8
50.8
30.5±0.1
45.7±0.1
Número de capas del material
Diámetro del pisón, cm
Altura de caída del pisón, cm
Variante
A
B
Tamaño máximo del material, mm
Tamaño de la muestra de prueba, kg
C
D
4.75 (N°4)
19.0 (3/4”)
4.0
7.5
4.0
7.5
Diámetro int. Del molde, mm
101.6±0.4
152.4±0.7
101.6±0.4
152.4±0.7
Numero de golpes por capa
25
56
25
56
Tablas 9. Juego de mallas.
La variante por usarse se indicará en la especificación para el material que está siendo probada. Si
ninguna variante está especificada se utilizará la variante A.
84
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PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR
5.1 OBJETIVO
Determinar el peso volumétrico seco máximo (γdmáx.) y la humedad óptima del
suelo en estudio (Wópt.).
5.2 EQUIPO
 Molde de forma cilíndrica, de 101.6 ± 0.4 y/o 152.4 ± 0.7 mm de diámetro
interior, según la variante de la prueba que se vaya a realizar.
 Pisón de un peso de 2.5 y/o 4.54 kg, según la variante de la prueba.
 Charola rectangular de 40X70X10 cm.
 Cápsulas metálicas, con tapa.
 Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C.
 Balanza de capacidad mínima de 15 kg y con aproximación a 5 gr; otra con
capacidad mínima de 2 kg y aproximación a 0.1 gr.
 Probeta con capacidad de 100 ml y/o 500 ml.
 Malla N° 4 y/o ¾”.
 Regla o solera para enrasar.
 Cucharón.
 Vaso de aluminio.
 Agua.
 Aceite y brocha.
 Estopa para limpieza del molde.
85
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5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
1. Después de su secado y disgregado y cuarteo, se separa
una
porción
representativa (como se muestra en la Figura 34) de aproximadamente 4 kg para
las variantes A y C, y de aproximadamente 7.5 kg, para las variantes B y D.
Fig. 34. Muestra la porción de material cribado por la malla N° 4 y/o ¾”.
2. En el caso de las variantes A y B, el material se criba a través de la malla N°4
(4.75 mm), mientras que para las variantes C y D se hace a través de la malla
¾” (19 mm).
3. Se homogeniza perfectamente el material que constituye la porción de la prueba,
como se muestra en la Figura 35.
Figura 35
86
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PROCEDIMIENTO
5.4
1.
Se pesan las cápsulas de aluminio y el molde de compactación, anotando estos
datos en el registro correspondiente.
2.
Se le incorpora la cantidad de agua suficiente (como se muestra en la Figura 36)
para que tenga de un 4 a un 6% abajo de la humedad óptima estimada, se
uniformiza la humedad.
Figura 36
3. En caso de que se hayan formado grumos durante la incorporación del agua, se
revuelve el material hasta disgregarlo totalmente. Se mezcla cuidadosamente la
porción para homogeneizarla y se divide en 3 partes aproximadamente iguales,
en el caso de la prueba estándar y en 5 para la prueba modificada.
4. Se coloca una de las fracciones de material en el molde de prueba seleccionado
de acuerdo a la variante de que se trate, con su respectiva extensión, el cual se
apoya sobre el bloque de concreto para compactar el material con el pisón,
altura de caída y número de golpes correspondiente según la variante de la
prueba. Se escarifica ligeramente la superficie de la capa compactada y se
repite el procedimiento descrito para las capas subsecuentes.
87
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Fig. 37 y 38. Muestra la forma de compactar el material en el molde.
5. Terminando la compactación de todas las capas, se retira la extensión del molde
y se verifica que el material no sobresalga en un espesor promedio de 1.5 cm
como máximo; de lo contrario la prueba se repetirá utilizando de preferencia una
nueva porción de prueba con masa ligeramente menor que la inicial, en caso de
que no exceda dicho espesor, se enrasa el molde y se pesa, registrándolo como:
Peso del molde + suelo húmedo.
Fig. 39 y 40. Muestra el procedimiento del paso 5.
88
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Fig. 41 y 42. Muestra el procedimiento del paso 5.
6.
Se saca el material del molde, se corta longitudinalmente (como se muestra en
la Figura 43) y de su parte central se obtiene una porción representativa para
determinar su contenido de humedad.
Figura 43
7.
Se vacía el suelo húmedo a la primera cápsula de aluminio que se haya pesado,
hasta completar las ¾ partes de su capacidad, la cual se pesa y se registra
como:
(Peso de cápsula + suelo húmedo)
Las cápsulas se introducen al horno; esto es con el fin de determinar el
contenido de agua para este ensaye.
89
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8. Se reintegra al resto del material que se encuentra en la charola, se disgrega
hasta dejarlo como estaba inicialmente.
9. Se le hace el incremento de agua recomendado, que es de un 2% con respecto
al peso inicial de la muestra (4,000 gr); por lo que la cantidad de agua a agregar
es:
Cantidad de agua = 4,000 X 0.02 = 80 gr de agua u 80 ml.
10. Se distribuye la humedad en forma homogénea y se repite la compactación
como se describió anteriormente; se compacta las veces necesarias hasta que
el peso del molde + suelo húmedo de un valor igual o menor que el inmediato
anterior.
11. Es recomendable que esta prueba se logre en un mínimo de 4 ensayes y un
máximo de 6, con el fin que se logre definir la parábola de forma completa.
12. Después de 24 hrs. las cápsulas son extraídas del horno y se pesan,
registrándolas como:
Peso de cápsula + suelo seco
90
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5.5 EJEMPLO DE CÁLCULO
OPERADOR:
CALCULISTA:
FECHA:
OBRA: COMUNIDAD EL AJOLOTE
TIPO DE PRUEBA: VARIANTE A
LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN
MOLDE N°: 4
SONDEO: 1
ENSAYE N°: 774
P. MARTILLO:
MUESTRA N°:
PROF: 0.90 m
N° DE CAPAS: 3
PRUEBA N°
1
2
3
4
Peso del molde + suelo húmedo (gr)
3375
3475
3480
3440
Peso del molde (gr)
1960
1960
1960
1960
Peso suelo húmedo (g)
1415
1515
1520
1480
Peso especifico húmedo (T/m3)
1.503
1.609
1.614
1.572
Cápsula N°
1
1
1
1
Peso cápsula + suelo húmedo (gr)
200.2
217.24 216
Peso cápsula + suelo seco (gr)
169.55 178.7
175.98 174.6
Peso del agua (gr)
30.65
38.54
40.02
41.51
Peso de la cápsula (gr)
116
116
116
116
Peso suelo seco (gr)
53.55
62.7
59.98
58.60
Contenido de agua (%)
57.24
61.47
66.72
70.84
Peso especifico seco (T/m3)
0.956
0.996
0.968
0.920
VOL:
2.5
Kg
cm3
PESO: 1960
ALTURA CAIDA: 30.5
gr
cm
N° DE G. POR CAPA: 25
5
6
7
8
216.11
Relación de vacios: e
Peso del suelo húmedo.
()()
Peso volumétrico húmedo en kg/m3
Donde: V = Volumen del molde, en m3
91
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Peso del agua.
()( )
Peso del suelo seco ( ) ( )
Contenido de agua.
, en %
Pesos volumétricos secos.
( )
Se grafican los 2 últimos renglones del registro, de la siguiente forma:
En el eje de las abscisas se indican los contenidos de agua (ω) en % y en el eje
de las ordenadas los pesos volumétricos secos (γd).
En el punto más alto de la parábola, con la horizontal se obtiene el
peso
volumétrico seco máximo (γdmáx.) y con la vertical se obtiene la humedad óptima
(ωópt).
92
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1.15
Peso especifico seco (T/m3)
1.1
1.05
Curva de Cero vacíos de aire
γdmáx = 0.99
(Ss = 2.8)
1
0.95
0.9
0.85
0.8
55
57
59
61
65
63
67
69
71
73
ω (%)
Figura 44. Muestra la forma de obtener γdmáx y ωópt.
93
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5.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA
OPERADOR:
CALCULISTA:
FECHA:
OBRA:
TIPO DE PRUEBA:
LOCALIZACIÓN:
MOLDE N°:
SONDEO:
ENSAYE N°:
P. MARTILLO:
MUESTRA N°:
PROF:
N° DE CAPAS:
PRUEBA N°
1
2
3
4
VOL:
cm3
g
PESO:
gr
ALTURA CAIDA:
cm
N° DE G. POR CAPA
5
6
7
8
Peso del molde + suelo húmedo (gr)
Peso del molde (gr)
Peso suelo húmedo (gr)
Cápsula N°
Peso cápsula + suelo húmedo (gr)
Peso cápsula + suelo seco (gr)
Peso del agua (gr)
Peso de la cápsula (gr)
Peso suelo seco (gr)
Contenido de agua (%)
Peso especifico seco (T/m3)
Relación de vacios: e
94
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Peso especifico seco (T/m3)
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ω (%)
95
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5.7 CONCLUSIONES
96
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PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER
ESTÁNDAR
6.1 OBJETIVO
En esta práctica el alumno(a) determinará la compactación por carga estática
para calcular el Peso Volumétrico Seco Máximo (γdmáx) y la Humedad Óptima de
Compactación en suelos con partículas gruesas empleadas en la construcción de
terracerías o en arenas y materiales finos (no cohesivos) que tengan un Índice Plástico
menor a 6 (IP<6), a los cuales no es posible someterlos a la prueba Proctor.
Generalidades.
6.1.1
En suelos friccionantes es muy común que las pruebas dinámicas produzcan una
curva de compactación con una forma inadecuada para la determinación del Peso
Volumétrico Seco Máximo y una Humedad Óptima de Compactación. También, para
este tipo de suelos existen otras pruebas de compactación en las que usualmente se
define una curva de compactación de forma típica, adaptada para los fines que se
persiguen.
Una de estas es la prueba de compactación estática, que introdujo O. J. Porter y
que alcanzó su forma definitiva alrededor de 1935. En ella se compacta al suelo
colocándolo dentro de un molde cilíndrico de 6" de diámetro, el suelo se dispone en
tres capas y se acomoda con 25 golpes de una varilla con punta de bala, lo que no
significa una compactación intensa, pues la varilla es ligera y la altura de caída que no
está especificada es la mínima utilizable por el operador para la manipulación cómoda.
La compactación propiamente dicha se logra al aplicar al conjunto de tres capas
una presión de 140.6 Kg/cm², la cual se mantiene durante un minuto.
Este método de prueba sirve para determinar el Peso Volumétrico Seco Máximo y
la Humedad Óptima de Compactación en suelos con partículas gruesas que se
97
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emplean en la construcción de terracerías; también se puede emplear en arenas y en
materiales finos cuyo Índice Plástico sea menor que 6. El método consiste en preparar
especímenes con material que pasa la malla de 1”, a los que se le agregan diferentes
cantidades de agua y se compactan con carga estática.
La aplicación más importante de ésta prueba en particular es la fabricación de
especímenes de suelo que cumplan con las condiciones antes descritas para
determinar su Valor Relativo de Soporte (VRS) y también se emplea en la
determinación del Grado de Compactación en los casos en que así se requiera. Sin
embargo es necesario mencionar que el Valor Relativo de Soporte (VRS) obtenido de
la prueba Porter Estándar únicamente servirá como un dato complementario de la
calidad de los suelos, esto se explica de manera más detallada en la práctica siguiente
donde es analizado precisamente este parámetro.
6.2 EQUIPO
 Molde cilíndrico de compactación de 15.75 cm de diámetro interior y 12.75 cm
de altura, provisto de collarín y una base con dispositivo para sujetar el cilindro.
 Máquina de compresión con capacidad mínima de 30 toneladas y aproximación
de 100 kg.
 Varilla metálica de 19 mm de diámetro y 30 cm de longitud, con punta de bala.
 Placa circular para compactar, con diámetro de 15.45 cm con dispositivos para
sujetarla en la cabeza de aplicación de la carga.
 Malla de 1”, abertura 25.4 mm.
 Balanza con capacidad mínima de 20 kg y aproximación de 5 gr.
 Calibrador con vernier tipo máuser.
98
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6.3 PROCEDIMIENTO
La preparación de la muestra se efectúa como se indica a continuación:
1. De una muestra obtenida en campo, teniendo cuidado de secar el material
únicamente lo necesario para facilitar su disgregación, se toma y criba una
cantidad suficiente para obtener una porción de 16 kg de material que pasa la
malla de 1”.
Figura 45. Muestra el pesado del material.
2. Se divide mediante cuarteo la porción que pase la malla de 1”, en 4 partes con
pesos aproximadamente iguales.
La prueba se efectúa en la forma siguiente:
3. Se toma una de las 4 partes del material y se le incorpora la cantidad de agua
necesaria frotando el material entre las manos, para que una vez repartida
uniformemente, presente una consistencia tal que, al ser comprimido en la palma
de la mano, la humedezca muy ligeramente. Para favorecer lo anterior en
algunos casos será necesario dejar el material húmedo un cierto tiempo en
reposo, cubierto con una lona húmeda.
99
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Figuras 46 y 47. Muestran la forma de incorporar el agua al material.
4.
Se coloca el material humedecido, dentro del molde con su collarín instalado, en
3 capas del mismo espesor aproximadamente y se le da a cada una de ellas 25
golpes con la varilla metálica, distribuyéndolos uniformemente.
Figuras 48 y 49. Muestran la forma de colocar el material en el molde.
5.
Al terminar la colocación de la última capa, se toma el molde que contiene el
material, se coloca en la máquina de compresión y se compacta aplicando
lentamente carga uniforme, hasta alcanzar en un lapso de 3 minutos la presión
de 140.6 kg/cm2, equivalente a una carga de 26.5 toneladas, aproximadamente;
se mantiene esta carga durante 1 minuto y se hace la descarga en el siguiente
minuto. Al llegar a la carga máxima se observa la base del molde y si está
ligeramente humedecida, el material tiene la Humedad Óptima de Compactación
y ha alcanzado su Peso Específico o Volumétrico Máximo.
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Figuras 50 y 51. Muestra la maquina de carga y los medidores de presión.
6.
Si al llegar a la carga máxima, no se humedece la base del molde, la humedad
con que se preparó la muestra es inferior a la óptima y por lo tanto, se toma otra
porción representativa del material y se le adiciona una cantidad de agua igual a
la del espécimen anterior, más 80 cm3; se mezcla uniformemente y se repiten en
ésta los pasos 4 y 5. Se preparan los especímenes que sean
necesarios
siguiendo los pasos indicados en este subpárrafo, hasta lograr que en uno de
ellos se observe el inicio del humedecimiento de la base del molde con la carga
máxima, lo cual generalmente se consigue con menos de 4 especímenes.
Figura 52. Muestra la incorporación del agua.
7.
Si antes de llegar a la carga máxima se humedece la base del molde por
haberse iniciado la expulsión de agua la humedad con que se preparó la
101 Facultad de Ingeniería civil
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muestra es superior a la óptima y en este caso se procede como se indica en el
paso 6, con la diferencia que en lugar de adicionar 80 cm3 de agua, se
disminuyen estos 80 cm3 en cada nueva porción representativa del material,
hasta lograr que en una de ellas, con la carga máxima, se observa el inicio del
humedecimiento de la base del molde.
8.
Terminada la compactación del espécimen preparado con la humedad óptima,
se retira el molde de la máquina de compresión y se determina la altura del
espécimen, he , restando de la altura del molde, la altura entre la cara superior
del espécimen y el borde superior del molde; se registra este valor en
centímetros con aproximación de 0.1 mm.
Figura 53. Muestra la medición de la muestra.
9.
Se pasa el molde de compactación que contiene el espécimen compactado y se
anota dicho peso Wi, en gr, con aproximación de 1 gr.
10. Se saca el espécimen del cilindro, se corta longitudinalmente y de la parte
central se obtiene una muestra representativa y se le determina su contenido de
agua, Wo, el cual se anota en la hoja de registro.
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Figuras 54 y 55. Muestran pesado y secado del material, para la obtención de la humedad.
6.4 CÁLCULOS
1.
El volumen del espécimen compactado con la humedad óptima se calcula por
medio de la siguiente fórmula:
Dónde:
V= Es el volumen del espécimen, (cm3)
Am= Es el área de la sección transversal del cilindro de compactación, (cm 2)
he= Es la altura del espécimen, (cm)
2.
El peso específico húmedo se calcula por medio de la siguiente fórmula:
Dónde:
m= Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm 3 = ton/m3)
Wi= Es el peso del espécimen húmedo, más el peso del molde de compactación, (gr)
Wt= Es el peso del molde de compactación, (gr)
V= Es el volumen del espécimen, (cm3)
3. El peso específico seco máximo, dmax, se calcula mediante la siguiente fórmula:
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Dónde:
dmax = Es el peso específico máximo del espécimen en estado seco, en gr/cm3 = ton/m3.
Enseguida se muestra la conversión.
⁄
⁄
⁄
⁄
m = Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm3)
Wo = Es la humedad óptima del espécimen, (%)
4. Se reporta el peso específico seco máximo dmax, en kilogramos por metro cúbico
y la humedad óptima Wo, en porciento (%), como valores correspondientes al
material ensayado.
6.5
OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES
1. Antes de colocar el material en el molde es necesario aceitar su interior para
evitar que se quede adherido en el mismo, además, deberá aceitarse también la
placa con que se aplica la carga en la máquina de compresión. La placa del
molde Porter deberá encontrarse perfectamente limpia para poder apreciar la
salida del agua.
2. La cantidad de agua necesaria para lograr la consistencia deseada en el material
ronda alrededor de los 500 mililitros pudiendo variar de acuerdo a la absorción
que presenta. Es preciso señalar que los materiales de origen volcánico
requieren en algunas ocasiones un volumen muy por encima de esta cantidad.
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Figura 56. Muestran la probeta con los 500 mililitros.
3. Es conveniente valerse de una cuña para mezclar perfectamente el material y
lograr con ello un humedecimiento uniforme ya que usando solo las manos, el
material depositado en el fondo de la charola no alcanza a recibir parte del
amasado.
4. Para obtener la altura entre la cara superior del espécimen y el borde superior
del molde (una vez terminada la compactación) se realizan 4 mediciones en
puntos diametralmente opuestos con un calibrador vernier. Para hacer estas
mediciones el molde Porter no debe tener puesto el collarín.
5. Las causas más frecuentes de error en esta prueba son las siguientes:
 Que la distribución del agua en el material no sea uniforme.
 Que la carga de compactación no se aplique en la forma especificada.
 Que para fines de estimación de la humedad óptima se considere como
humedecimiento de la base del molde, un exceso de agua libre expulsada al
aplicar la carga de compactación.
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6.6 EJEMPLO DE CÁLCULO
 Datos generales del molde Porter.
No. Molde = 04
Altura del molde (h1) = 12.72 cm
Área del molde (Am) = 191.10 cm2
Peso del molde (Wt) = 6700 gr
 Determinación de la altura del espécimen (he).
Lecturas obtenidas con el vernier:
L1 = 2.39 cm
L2 = 2.38 cm
L3 = 2.41 cm
L4 = 2.35 cm
h2 (Lectura promedio) = (2.39 cm + 2.38 cm + 2.41 cm + 2.35 cm) / 4 = 2.38 cm
he = h1 - h2
he = 12.72 cm – 2.38 cm = 10.34 cm
 Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos.
⁄
( )
()
⁄
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6.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA
 Datos generales del molde Porter.
N° Molde =
Altura del molde (h1) =
Área del molde (Am) =
Peso del molde (Wt) =
 Determinación de la altura del espécimen (he).
Lecturas obtenidas con el vernier:
L1 =
L2 =
L3 =
L4 =
h2 (Lectura promedio) =
he = h1 - h2
he =
 Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos.
( )
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6.8 CONCLUSIONES
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PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE
ESTÁNDAR (VRS)
7.1 OBJETIVO
Determinar si el suelo en estudio, tiene la calidad para ser empleado en las capas:
base, sub-base y sub-rasante.
Para ésta prueba se utiliza un suelo compactado por medio de la prueba Porter.
7.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR
 Prensa con capacidad de 5,000 kg.
 Depósito con agua para saturar el suelo compactado.
 Papel filtro de 15.2 cm de diámetro.
 Placa circular perforada de 15.2 cm de diámetro.
 2 placas circulares de carga de 15.2 cm de diámetro y de 3 kg de peso cada
una.
 Un trípode metálico para referencia de mediciones.
 Pistón de penetración de 4.95 cm de diámetro.
 Extensómetro con carrera de 2.54 cm y una aproximación de 0.01 mm.
 Cronómetro o reloj.
 Calibrador con vernier.
7.3 PROCEDIMIENTO
1. Estando el suelo ya compactado, se pone encima un papel filtro, para que no se
erosione, al momento de introducirlo a inmersión total en agua.
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Figura 57. Muestran la colocación del papel filtro.
2. Arriba del papel se coloca una placa circular perforada y encima de ésta, las 2
placas circulares de carga, sobre la extensión del molde se coloca el trípode,
que servirá como referencia de mediciones de altura y conocer si el suelo
presenta expansión.
Figura 58. Muestran la colocación de todos los instrumentos.
3. Se introduce todo el conjunto al depósito con agua, de tal forma que el molde
quede sumergido, con un tirante de 2 cm arriba del borde superior de la
extensión del molde.
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Figura 59. Muestran todo el conjunto en el depósito.
4. Utilizando el vernier, se hace una primera lectura de altura, medida sobre el
trípode hasta la parte central de vástago de la placa circular perforada; anotando
esta lectura como (Li), se verifica cada 24 horas y cuando en dos lecturas
sucesivas se observe que no hay diferencia, se anota su valor como lectura final
(Lf) con aproximación de 0.01 mm.
El período de saturación generalmente varía de 3 a 5 días.
5. Todo lo descrito en el paso 4, es con el fin de determinar el porcentaje de
expansión que puede tener un suelo y se obtiene con la siguiente fórmula:
(
)
Dónde:
Li y Lf son la longitud inicial y final respectivamente del espécimen antes y después de la
expansión.
he = Altura del espécimen, (cm)
6. Se retira el molde del agua, se le retira la extensión, el papel filtro y la placa
circular perforada, colocándose en medio de las placas de carga el pistón de
penetración, después se coloca el molde en la parte central de la prensa.
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Figura 60. Muestran todo el conjunto en la máquina para aplicar la carga.
7. Se coloca el extensómetro que va a indicar las penetraciones estandarizadas
para esta prueba; estas son:
1.27 mm, 2.54 mm, 3.81 mm, 5.08 mm, 7.62 mm, 10.16 mm y 12.70 mm.
8. Se aplica una precarga de 10 Kg e inmediatamente después, sin retirar la carga,
se ajusta el extensómetro en cero, para iniciar la penetración vertical del pistón
de penetración.
9. Se aplica carga para que el pistón penetre al espécimen a una velocidad de 1.27
mm/minuto, anotando las cargas necesarias para obtener cada una de las
penetraciones descritas anteriormente.
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7.4 CÁLCULOS
Los resultados se llevan a la gráfica (penetraciones contra carga), obteniéndose la
llamada curva de valor relativo de soporte estándar y se obtiene finalmente el resultado
de este con la siguiente fórmula:
Dónde:
C2.54 = Carga correspondiente a la penetración de 2.54 mm o cualquier otra en Kg.
1360 = Equivale a la carga que presentaría un material de buena calidad, para esa penetración; por
ejemplo: una caliza triturada.
Dónde:
Y = Carga en kg.
X = Deformación en la celda de carga.
7.5 EJEMPLO DE CÁLCULO
RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg)
X (mm)
Y (kg)
VRS
1.27 mm
48
447.32
32.891
2.54 mm
84.56
760.45
55.92
3.81 mm
106.76
950.56
69.89
5.08 mm
130.12
1150.67
84.61
7.62 mm
168.61
1480.34
108.85
10.16 mm
200.79
1756
129.12
12.70 mm
230.46
2010.12
147.80
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100%
80%
70%
Carga (kg)
60%
50%
40%
30%
20%
10%
5%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Penetración (mm)
NOTA: El sacar el valor de la carga a los 2.54 mm de penetración, como se muestra con las flechas, solo
se utiliza cuando resultan curvas raras y se tienen que corregir.
Rangos para la clasificación del material, por medio de la gráfica.
0 a 5%
Sub-Rasante Muy mala
PRUEBA DE EXPANSIÓN
5 a 10%
Sub-Rasante Mala dudosa
Muestra N°
Altura Inicial
Altura Final
Expansión
10 a 20%
Sub-Rasante Regular a buena
1 cm
3.45 cm
3.39 cm
0.65 cm
20 a 30%
Sub-Rasante Muy buena
30 a 50%
Sub-Base Buena calidad
50 a 80%
Base de regular calidad
80 a 100%
Base de buena calidad
Por lo tanto se trata de un material que se puede utilizar para una base de regular
calidad. Con una expansión de 0.65 cm, lo cual quiere decir que es muy baja.
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7.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA
RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg)
X (mm)
Y (kg)
VRS
1.27 mm
2.54 mm
3.81 mm
5.08 mm
7.62 mm
10.16 mm
12.70 mm
100%
80%
70%
Carga (kg)
60%
50%
40%
30%
20%
10%
5%
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Penetración (mm)
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7.7 CONCLUSIONES
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PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO
VOLUMÉTRICO DE CAMPO
8.1 OBJETIVO
Determinar el peso volumétrico seco de campo para determinar el grado de
compactación.
8.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR
 Barreta, pico, pala, cincel, mazo, cuchillo, cuchara de albañil y cucharon de
acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura.
 Bascula de 20 kg de capacidad y 5 gr de aproximación y otra con capacidad de
2 kg y 0.1 gr de aproximación.
 Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C.
 Bolsa de plástico gruesa, para evitar la pérdida de humedad en las muestras.
 Arena limpia y seca, con partículas densas y redondeadas, cuyo tamaño estén
entre las mallas No 30 y No 20.
8.3 PROCEDIMIENTO
1. En la capa compactada se selecciona el sitio donde se va a realizar la cala o
sondeo el cual consiste en hacer una pequeña excavación cuadrada de
aproximadamente 20 cm por lado y en todo es espesor de la capa.
117 Facultad de Ingeniería civil
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Figura 61. Muestran la marcación de la zona para hacer la excavación.
2. El material producto de la pequeña excavación se deposita en una bolsa de
plástico colocando dentro de ella una etiqueta que contenga toda la información
del sondeo realizado.
Figura 62. Muestran el material obtenido de la excavación.
3. Se vacía la arena en la cala dejándola caer de una altura de 20 cm hasta llenar
totalmente la excavación, la cual se enraza con una espátula o regla metálica.
118 Facultad de Ingeniería civil
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Figura 63. Muestran la forma de llenar el agujero con la arena.
4. Se retira la arena que no se utilizó en el sondeo y se rellena la excavación de la
capa compactada.
Figura 64. Muestran el rellenado del agujero para del sondeo.
5. Al material que se excavo del sondeo se determina su humedad.
Figura 65. Muestran secado para la obtención de la humedad.
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8.4 EJEMPLO DE CÁLCULOS
1. Se determina el volumen total de la cala, dividiendo el peso de la arena usada entre su peso volumétrico medio.
2. Se hace la determinación de los pesos secos, los pesos volumétricos y el % de compactación, siguiendo la
secuela de cálculos que aparecen el la hoja anexa.
LABORATORIO DE: Mecánica de suelos
CIUDAD: Morelia
CAPA DE: Suelo para terraplén
UBICACIÓN
P.V.S (Ton/m3)
LAB.
CAM.
HUMEDADES (%)
LAB.
CAM.
1.8
(
1.75
⁄
25
32.5
OBRA: ---------------------------
(%) DE
COMP
AC.
C.U.
CALLE: ----------------------------------------------
FECHA: 9 de Septiembre 2008
97.2
PESO (kg)
P.V.S.S. ARENA: 1.14 Ton/ m3
VOL.
MAT.
ARENA
ARENA
ARENA
HUMEDO
INICIAL
FINAL
SOND.
SOND
(cm3)
2.485
2.00
0.385
1.615
1416.6
PESO
PESO (kg)
VOL.
HÚM.
HÚMEDO
SECO
1.754
0.265
0.200
),
P.V.H. = Peso volumétrico húmedo,
⍵= Humedad en %,
P.V.S.C. = Peso volumétrico seco de campo,
máximo.
120 Facultad de Ingeniería civil
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AGUA
(Ton/m3)
= Peso volumétrico seco
0.065
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8.5 FORMATO PARA LA PRÁCTICA
LABORATORIO DE:
FRACCIONAMIENTO:
CAPA DE:
UBICACIÓN
FECHA:
P.V.S (Ton/m3)
LAB.
CAM.
OBRA:
HUMEDADES (%)
LAB.
CAM.
(%) DE
COMP
AC.
121 Facultad de Ingeniería civil
CALLE:
P.V.S.S. ARENA:
PESO (kg)
VOL.
MAT.
ARENA
ARENA
ARENA
HUMEDO
INICIAL
FINAL
SOND.
SOND
(cm3)
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PESO
PESO (kg)
VOL.
HÚM.
(Ton/m3)
HÚMEDO
SECO
AGUA
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8.6 CONCLUSIONES
122 Facultad de Ingeniería civil
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REFERENCIAS
Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Métodos de Muestreo y
Prueba de Materiales, Clasificación de fragmentos de Roca y Suelos. M-MMP-1-02/03.
Secretaría
de Comunicaciones
y Transportes (SCT),
Granulometría de
Materiales Compactables para Terracerías. M-MMP-1-06/03.
Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Límites de Consistencia. MMMP-1-07/03.
Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Densidades Relativas y
Absorción. M-MMP-1-05/03.
Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Compactación AASHTO. MMMP-1-09/06.
Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Masas Volumétricas y
Coeficientes de Variación Volumétrica. M-MMP-1-08/03.
Brajam M. Das, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Thomson Learning,
Sacramento, California.
Facultad de Ingeniería
de la Universidad Autónoma De chihuahua (1989),
Instructivo para efectuar Pruebas en Suelos, Chihuahua, Chihuahua.
123 Facultad de Ingeniería civil
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