Manual de Laboratorio Mecánica de Suelos (2019-1) Rev.1 (1)

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
MANUAL DE
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
DOCENTES
:
Martinelli Montoya, Maggie
Soto Dueñas, Milagros
Aybar Arriola, Gustavo
Pacheco Miranda, Lidia
Ventura Barrera, Carmen
CURSO
:
Mecánica de Suelos
CÓDIGO
:
CI81
CICLO
:
2019-1
FECHA
:
marzo 2019
Desarrollado por:
Revisado por:
Aprobado por:
Profesores del Curso Mecánica de
Suelos
1
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
PRESENTACIÓN
Con la finalidad de mejorar el rendimiento y conocimiento técnico en los diversos
ensayos y pruebas ejecutadas en el laboratorio, se ha visto conveniente hacer la
publicación de este manual de procedimientos en el cual se detalla paso a paso el modo
operativo para la ejecución correcta de acuerdo a las normativas vigentes y de esta
forma poder minimizar la gran cantidad de errores que se comete en obra debido ya sea
a un ensayo mal hecho en laboratorio o a la interpretación incorrecta de los resultados.
En el desarrollo de cada tipo de ensayo se ha visto conveniente agregar una pequeña
introducción de el por qué se realiza el ensayo, un breve marco teórico, los equipos y
aparatos que intervienen en cada prueba, las fórmulas para los cálculos y la
interpretación de los resultados.
2
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
ÍNDICE
Presentación
Laboratorio 1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.1.5
1.1.6
1.1.7
1.1.8
1.1.9
1.1.10
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6
1.2.7
1.2.8
1.2.9
1.2.10
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.3.6
1.3.7
1.3.8
1.3.9
1.3.10
Contenido de humedad ………………………………………………………………………
7
Introducción
Objetivo
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos.
Reporte
Observaciones
Conclusiones y recomendaciones
Peso volumétrico del suelo cohesivo ……………………………………………
15
Introducción
Objetivos
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos
Reporte.
Observaciones
Conclusiones y recomendaciones
Gravedad específica de los sólidos (picnómetro)………………………… 19
Introducción
Objetivos
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos
Reporte
Observaciones
Conclusiones y recomendaciones
Laboratorio 2
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
Análisis granulométrico por tamizado…………………………………………
28
Introducción.
Objetivos
Logro
3
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
2.1.4
2.1.5
2.1.6
2.1.7
2.1.8
2.1.9
2.1.10
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.2.6
2.2.7
2.2.8
2.2.9
2.2.10
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3.7
2.3.8
2.3.9
2.3.10
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos
Reporte
Observaciones
Conclusiones y recomendaciones
Límite líquido………………………………………………………………………………………
35
Introducción.
Objetivos
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos
Reporte
Observaciones
Conclusiones y recomendaciones
Límite plástico……………………………………………………………………………………… 42
Introducción
Objetivos
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos
Reporte
Observaciones
Conclusiones y recomendaciones
Laboratorio 3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.7
3.1.8
3.1.9
3.2
3.2.1
Proctor estándar………………………………………………………………………………… 48
Introducción
Objetivos
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos.
Reporte.
Conclusiones y recomendaciones
Proctor modificado…………………………………………………………………………..
58
Introducción
4
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.2.6
3.2.7
3.2.8
3.2.9
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.3.6
3.3.7
3.3.8
3.3.9
Objetivos.
Logro.
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos.
Reporte.
Conclusiones y recomendaciones
Densidad de campo……………………………………………………………………….
67
Introducción
Objetivos.
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos.
Reporte
Conclusiones y recomendaciones
Laboratorio 4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.1.4
4.1.5
4.1.6
4.1.7
4.1.8
4.1.9
Permeabilidad por carga constante…………………………………………………72
Introducción
Objetivos
Logro
Fundamento
Instrumentos y componentes
Procedimiento
Cálculos
Reporte
Conclusiones y recomendaciones
5
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO 1
1.1 CONTENIDO DE HUMEDAD
1.2 PESO VOLUMÉTRICO DE SUELOS COHESIVOS
1.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SOLIDOS
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CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
CONTENIDO DE HUMEDAD
NTP 339.127 / ASTM D2216
1.1.1. Introducción:
El suelo que se encuentra en la naturaleza, frecuentemente, contienen agua en su
estructura. El contenido de humedad de los suelos es la cantidad de agua en los espacios
vacíos (poros) entre los granos de suelo, el cual puede ser removido por secado a 105110 °C.
1.1.2. Objetivos:
Determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo.
1.1.3. Logro:
Aplicar adecuadamente el procedimiento para la ejecución del ensayo de contenido de
humedad.
1.1.4. Fundamento:
A partir de una muestra de suelo, se determina el peso de agua eliminada, secando el
suelo húmedo hasta un peso constante en un horno controlado a 110 ± 5 °C*. El peso
del suelo que se obtiene posterior al secado es denominado el peso de las partículas
sólidas. El peso perdido debido al secado es considerado como el peso del agua.
•
•
•
a. Muestras
Las muestras serán preservadas y transportadas de acuerdo con la Norma ASTM D4220, Grupos de suelos B, C ó D. Las muestras que se almacenen antes de ser
ensayadas se mantendrán en contenedores herméticos no corrosibles a una
temperatura aproximadamente entre 3 y 30 °C, en un área que prevenga el contacto
directo con la luz solar. Las muestras alteradas se almacenarán en recipientes de tal
manera que se prevenga o minimice la condensación de humedad en el interior del
contenedor.
La determinación del contenido de humedad se realizará tan pronto como sea posible
después del muestreo, especialmente si se utilizan contenedores corrosibles (tales
como tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.) o bolsas plásticas.
b. Espécimen de ensayo
Para los contenidos de humedad que se determinen en conjunción con algún otro
método ASTM, se empleará la cantidad mínima de espécimen especificada en dicho
método si alguna fuera proporcionada. La cantidad mínima de espécimen de material
húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, en caso no se tome
la muestra total, será de acuerdo a la tabla N°1 que se muestra a continuación:
7
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
Tabla Nº 1
CANTIDAD MÍNIMA DE ESPÉCIMEN ESPECIFICADA
Masa mínima
recomendada de
espécimen de ensayo
húmedo para
contenidos
de humedad reportados
a ± 0.1%
Masa mínima
recomendada de
espécimen de ensayo
húmedo para
contenidos
de humedad
reportados a ±1%
Máximo tamaño
de partícula
(pasa el 100%)
Tamaño de malla
Estándar
2 mm o menos
2.00 mm (N° 10)
20 g
20 g*
4.75 mm
4.760 mm (N° 4)
100 g
20 g*
9.5 mm
9.525 mm (3/8”)
500 g
50 g
19.0 mm
19.050 mm (¾”)
2.5 kg
250 g
37.5 mm
38.1 mm (1½”)
10 kg
1 kg
75.0 mm
76.200 mm (3”)
50 kg
5 kg
*Se usará no menos de 20 gr. para que sea representativa.
•
El reporte a + 0.1% se realizará cuando el suelo presente contaminación o ciertos
riesgos químicos.
•
Si se usa toda la muestra, ésta no tiene que cumplir los requisitos mínimos dados
en la tabla anterior. En el reporte se indicará que se usó la muestra completa.
•
El uso de un espécimen de ensayo menor que 20 gr. requiere discreción, aunque
pudiera ser adecuado para los propósitos del ensayo. En el reporte de resultados
deberá anotarse algún espécimen usado que no haya cumplido con estos requisitos.
•
Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200 g) que contenga
partículas de grava relativamente grandes, no es apropiado incluirlas en la muestra
de ensayo. Sin embargo, en el reporte de resultados se mencionará y anotará el
material descartado.
•
Para aquellas muestras que consistan íntegramente de roca intacta, el espécimen
mínimo tendrá un peso de 500 g. Porciones de muestra representativas pueden
partirse en partículas más pequeñas, dependiendo del tamaño de la muestra, del
contenedor y la balanza utilizada para facilitar el secado a peso constante.
•
c. Selección del espécimen de ensayo
Cuando el espécimen de ensayo es una porción de una mayor cantidad de material,
el espécimen seleccionado será representativo de la condición de humedad de la
cantidad total de material. La forma en que se seleccione el espécimen de ensayo
depende del propósito y aplicación del ensayo, el tipo de material que se ensaya, la
condición de humedad, y el tipo de muestra (de otro ensayo, en bolsa, en bloque, y
las demás).
8
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
•
Para muestras alteradas tales como las desbastadas, en bolsa, y otras, el espécimen
de ensayo se obtiene por uno de los siguientes métodos (listados en orden de
preferencia):
•
Si el material puede ser manipulado sin pérdida significativa de humedad, el material
debe mezclarse y luego reducirse al tamaño requerido por cuarteo o por división.
•
Si el material no puede ser mezclado y/o dividido, deberá formarse una pila de
material, mezclándolo tanto como sea posible. Tomar por lo menos cinco porciones
de material en ubicaciones aleatorias usando un tubo de muestreo, lampa, cuchara,
frotacho o alguna herramienta similar apropiada para el tamaño de partícula máxima
presente en el material. Todas las porciones se combinarán para formar el
espécimen de ensayo.
•
Si no es posible apilar el material, se tomarán tantas porciones como sea posible en
ubicaciones aleatorias que representarán mejor la condición de humedad. Todas las
porciones se combinarán para formar el espécimen de ensayo.
•
En muestras intactas tales como bloques, tubos, muestreadores divididos y otros, el
espécimen de ensayo se obtendrá por uno de los siguientes métodos dependiendo
del propósito y potencial uso de la muestra.
•
Se desbastará cuidadosamente por lo menos 3 mm de material de la superficie
exterior de la muestra para ver si el material está estratificado y para remover el
material que esté más seco o más húmedo que la porción principal de la muestra.
Luego se desbastará por lo menos 5 mm, o un espesor igual al tamaño máximo de
partícula presente, de toda la superficie expuesta o del intervalo que esté siendo
ensayado.
•
Se cortará la muestra por la mitad. Si el material está estratificado se procederá de
acuerdo con lo indicado en la Nota 1. Luego se desbastará cuidadosamente por lo
menos 5 mm, o un espesor igual del tamaño máximo de partícula presente, de la
superficie expuesta de una mitad o el intervalo ensayado. Deberá evitarse el material
de los bordes que pueda encontrarse más húmedo o más seco que la porción
principal de la muestra.
Nota 1: Si el material está estratificado (o se encuentra más de un tipo de material),
se seleccionará un espécimen promedio, o especímenes individuales, o ambos. Los
especímenes deben ser identificados apropiadamente en formatos (Formato N° 1),
en cuanto a su ubicación, o lo que ellos representen.
1.1.5. Instrumentos y componentes:
1) Horno de secado. - Horno de secado termostáticamente controlado, capaz de
mantener una temperatura de 110 ± 5 °C.
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
2) Balanzas. - De capacidad conveniente de acuerdo al tamaño máximo de la muestra)
y con las siguientes aproximaciones: de 0.1 g para muestras de menos de 200 g, de
1 g para muestras de más de 200 g.
3) Recipientes. - Recipientes apropiados fabricados de material resistente a la
corrosión, y al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o calentamiento
continuo, exposición a materiales de pH variable, y a limpieza.
4) Utensilios para manipulación de recipientes. - Se requiere el uso de guantes, tenazas
o un sujetador apropiado para mover y manipular los recipientes calientes después
de que se hayan secado.
5) Otros utensilios. - Se requieren el empleo de cuchillos, espátulas, cucharas, lona para
cuarteo, divisores de muestras, etc.
1.1.6. Procedimiento:
1° Determinar y registrar la masa de un contenedor limpio y seco (y su tapa si es
usada).
2° Seleccionar especímenes de ensayo representativos.
3° Colocar el espécimen de ensayo húmedo en el contenedor y, si se usa, colocar la
tapa asegurada en su posición. Determinar el peso del contenedor y material
húmedo usando una balanza seleccionada de acuerdo con el peso del espécimen.
Registrar este valor.
4° Remover la tapa (si se usó) y colocar el contenedor con material húmedo en el
horno. Secar el material hasta alcanzar una masa constante. Mantener el secado en
el horno a 110 ± 5 °C a menos que se especifique otra temperatura. El tiempo
requerido para obtener peso constante variará dependiendo del tipo de material,
tamaño de espécimen, tipo de horno y capacidad, y otros factores. La influencia de
estos factores generalmente puede ser establecida por un buen juicio, y experiencia
con los materiales que sean ensayados y los aparatos que sean empleados.
5° Luego que el material se haya secado a peso constante, se removerá el contenedor
del horno (y se le colocará la tapa si se usó). Se permitirá el enfriamiento del
material y del contenedor a temperatura ambiente o hasta que el contenedor pueda
ser manipulado cómodamente con las manos y la operación del balance no se afecte
por corrientes de convección y/o esté siendo calentado. Determinar el peso del
contenedor y el material secado al homo usando la misma balanza Registrar este
valor. Las tapas de los contenedores se usarán si se presume que el espécimen está
absorbiendo humedad del aire antes de la determinación de su peso seco.
10
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
1.1.7. Cálculos:
Se calcula el contenido de humedad de la muestra, mediante la Ecuación 1:
𝑊
Donde:
W = es el
WW = Peso
WS = Peso
W1 = es el
W2 = es el
Wt = es el
𝑊1
𝑊2
𝑊2
𝑥 100
𝑊𝑡
𝑊𝑤
𝑥100 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 1
𝑊𝑠
contenido de humedad, (%)
del agua
seco del material
peso de tara más el suelo húmedo, en gramos
peso de tara más el suelo secado en horno, en gramos:
peso de tara, en gramos
1.1.8. Reporte:
El reporte deberá incluir lo siguiente:
•
La identificación de la muestra (material) ensayada, tal como el número de la
perforación, número de muestra, número de ensayo, número de contenedor,
etc.
•
El contenido de agua del espécimen con aproximación al 1% ó al 0.1%, como
sea apropiado dependiendo de la mínima muestra usada. Si se usa este método
conjuntamente con algún otro método, el contenido de agua del espécimen
deberá reportarse al valor requerido por el método de ensayo para el cual se
determinó el contenido de humedad.
•
Indicar si el espécimen de ensayo tenía un peso menor que el indicado en Tabla
Nº 1.
•
Indicar si el espécimen de ensayo contenía más de un tipo de material
(estratificado, etc.).
•
Indicar el método de secado si es diferente del secado en horno a 110 °C más o
menos 5 °C.
•
Indicar sí se excluyó algún material del espécimen de ensayo.
a. Precisión y exactitud:

Exactitud. - No existe valor de referencia aceptado para este método de ensayo;
por consiguiente, no puede determinarse la exactitud.

Precisión:
Precisión de un Operador.- El coeficiente de variación de un operador simple se
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
encontró en 2.7%. Por consiguiente, los resultados de dos ensayos conducidos
apropiadamente por el mismo operador con el mismo equipo, no deberían ser
considerados con sospecha si difieren en menos del 7.8 % de su media.

Precisión Multilaboratorio. - El coeficiente de variación multilaboratorio se
encontró en 5.0%. Por consiguiente, los resultados de dos ensayos conducidos
por diferentes operadores usando equipos diferentes no deberían ser
considerados con sospecha a menos que difieran en más del 14.0 por ciento de
su media.
1.1.9. Observaciones:
a. Los recipientes y sus tapas deben ser herméticos a fin de evitar pérdida de humedad
de las muestras antes de la pesada inicial y para prevenir la absorción de humedad
de la atmósfera después del secado y antes de la pesada final. Se usa un recipiente
para cada determinación.
b. El cambio de humedad en suelos sin cohesión puede requerir que se muestree la
sección completa. el material está estratificado (o se encuentra más de un tipo de
material), se seleccionará un espécimen promedio, o especímenes individuales, o
ambos. Los especímenes deben ser identificados apropiadamente en formatos, en
cuanto a su ubicación, o lo que ellos representen.
c. Para prevenir la mezcla de especímenes y la obtención de resultados incorrectos,
todos los contenedores, y tapas si se usan, deberían ser enumerados y deberían
registrarse los números de los contenedores en los formatos de laboratorio. Los
números de las tapas deberían ser consistentes con los de los contenedores para
evitar confusiones.
d. Para acelerar el secado en horno de grandes especímenes de ensayo, ellos deberían
ser colocados en contenedores que tengan una gran área superficial (tales como
ollas) y el material debería ser fragmentado en agregados más pequeños.
e. En la mayoría de los casos, el secado de un espécimen de ensayo durante toda la
noche (de 12 a 16 horas) es suficiente. En los casos en los que hay duda sobre lo
adecuado de un método de secado, deberá continuarse con el secado hasta que el
cambio de peso después de dos períodos sucesivos (mayores de 1 hora) de secado
sea insignificante (menos del 0.1 %). Los especímenes de arena pueden ser secados
a peso constante en un período de 4 horas, cuando se use un horno de tiro forzado.
f.
Desde que algunos materiales secos pueden absorber humedad de especímenes
húmedos, deberán retirarse los especímenes secos antes de colocar especímenes
húmedos en el mismo horno. Sin embargo, esto no sería aplicable si los especímenes
secados previamente permanecieran en el horno por un período de tiempo adicional
de 16 horas.
12
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
g. Colocar las muestras en un desecador es más aceptable en lugar de usar las tapas
herméticas ya que reduce considerablemente la absorción de la humedad de la
atmósfera durante el enfriamiento especialmente en los contenedores sin tapa.
1.1.10.
Conclusiones y recomendaciones:
Deben indicarse además de los resultados, las conclusiones y conclusiones del trabajo
experimental.
13
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
FORMATO N°1
Ensayo
:
Sección
Docente
Fecha
Contenido de humedad
Norma
:
:
:
Grupo
Técnico
:
:
:
Horario
:
NTP 339.127 / ASTM D
2216
Datos
Procedencia de la muestra:
Sondeo:
Profundidad de la muestra:
Muestra
Profundidad de ensayo (m)
Número de la cápsula
Peso de la cápsula
Peso de la cápsula + suelo húmedo (gr)
Peso de la cápsula + suelo seco (gr)
Peso del agua (gr)
Peso del suelo seco (gr)
Contenido de humedad (%)
Contenido de humedad promedio
14
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
PESO VOLUMÉTRICO DEL SUELOS COHESIVOS
NTP 339.139 / BS 1377
1.2.1.
Introducción:
El peso volumétrico es la relación del peso de la masa de suelos entre su volumen de
masa. Se consideran las tres fases del suelo.
1.2.2.
Objetivos:
El ensayo consiste en determinar el peso y el volumen de una muestra inalterada.
1.2.3.
Logro:
Ensayar las muestras de tal manera que no afecte sus propiedades y conocer de manera
precisa sus valores de peso volumétrico sin llegar a dañarlas.
1.2.4.
Fundamento:
De los suelos cohesivos, pueden tomarse muestras inalteradas en el terreno, con el fin
de determinar su peso unitario en el laboratorio. Para otros suelos sin cohesión, se debe
aplicar otras metodologías de ensayo. El formato a utilizar es el Formato N° 2.
1.2.5.
Instrumentos y Componentes:
1) Balanza hidrostática, con sensibilidad de 0.1 g.
2) Canastilla de acero galvanizado, elaborada a base de malla N°10.
3) Probeta graduada de 1000 ml.
4) Pipeta, espátulas.
5) Parafina Sólida.
6) Olla pequeña.
7) Estufa o cocinilla eléctrica.
1.2.6.
Procedimiento:
1° Tallar una muestra de suelo sin grietas, esta muestra deberá ser tratada con mucho
cuidado procurando no maltratarla ni manipularla excesivamente para no alterar sus
condiciones.
2° Calentar la parafina en un recipiente de aluminio hasta que esta se encuentre en
forma líquida.
15
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
3° Pesar el espécimen en la balanza y anotar todos estos resultados.
4° Cubrir la muestra tallada de suelo con parafina líquida insertando primero la mitad
de la muestra en la parafina derretida y luego la otra mitad, este proceso se debe
realizar tres veces después de dejar enfriar cada capa. La parafina debe cubrir
totalmente a la muestra de tal manera que no haya forma de que entre o salga el
agua.
5° Pesar la muestra parafinada al aire en una balanza.
6° Peso final: Pueden ser de dos formas:
a) METODO A:
 Llenar con agua (500 ml volumen inicial) una probeta graduada de 1000 ml.

Insertar la muestra de suelo parafinada dentro de la probeta.

Registrar el volumen final para calcular el volumen de desplazamiento.
b) METODO B:
 Llenar un balde con agua suficiente para cubrir el volumen total de la
canastilla.

Colocar la canastilla dentro del agua, colgarla a la balanza hidrostática y
esperar que el agua se estabilice, verificando que la canastilla esté en el
centro del balde sin topar las paredes ni el fondo del mismo.

Colocar la balanza en cero esto permitirá descontar el peso de la canastilla.

Introducir la muestra parafinada dentro de la canastilla y registrar el peso
sumergido de la muestra parafinada.
6.1) CÁLCULOS:
El valor del Peso volumétrico será determinado aplicando las Ecuaciones 2, 3,
4 y 5.
𝑃. 𝑉.
𝑊𝑚
𝑉𝑚
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 2
P.V.: Peso volumétrico del suelo (g/cm3)
Wm: Peso de la muestra húmeda al aire (g).
Vm: Volumen de la muestra de suelo (cm3).
𝑊𝑚
𝑊 𝑚
𝑝
𝑊𝑝
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 3
16
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
Wm+p:
Wp:
Peso de la muestra húmeda + parafina al aire (g).
Peso de la parafina (g).
𝑉 𝑚
Vm+p:
L0:
Lf:
𝑝
𝐿𝑓
𝐿0
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4
Volumen de muestra más parafina.
Lectura Inicial (cm3) sólo para método A.
Lectura Final (cm3)
𝑉𝑝
𝑊𝑝
𝐷𝑝
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 5
Vp: Volumen de la parafina utilizada (cm3).
Dp: Densidad de la parafina (g/cm3)
En el método B el Volumen de la muestra se determina mediante la siguiente
ecuación:
𝑉 𝑚
W(m+p)aire:
W(m+p)sumergido:
𝑝
𝑊 𝑚
𝑝 𝑎𝑖𝑟𝑒
𝑊 𝑚
𝑝 𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑑𝑜 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 4𝑏
Peso de la muestra húmeda + parafina al aire,
Peso sumergido de la muestra.
Luego se le descontará el volumen de la parafina, para obtener el volumen de
la muestra Vm.
6.2) REPORTE:
El reporte deberá incluir lo siguiente:
1°
2°
3°
4°
Significado y empleo del peso específico del suelo.
Formato de peso específico del suelo, con los cálculos y el resultado final.
Precauciones que deben tenerse para la ejecución del ensayo.
Diagrama de fases de la muestra ensayada.
1.2.7.
Observaciones:
Se llegó a conocer y aprender a determinar el peso volumétrico de un suelo, ya que con
estos conocimientos podemos realizar diferentes tipos de proyectos ya sea estructural y
vial.
1.2.8.
Conclusiones y recomendaciones:
Deben indicarse además de los resultados, las conclusiones y recomendaciones del
trabajo experimental.
17
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
FORMATO N° 2
LABORATORIO DE MECANICA DE
Lab. N°
SUELOS
Ciclo:
PESO VOLUMÉTRICO DE UN
Fecha:
SUELO COHESIVO
NORMA NTP 339.139
Hoja:
PROYECTO :
MUESTRA N° :
Muestreado por :
UBICACIÓN :
Hecho por :
Fecha de
COORDENADAS/PROCEDENCIA :
Muestreo :
Profundidad (m)
Fecha de Ensayo:
Temperatura de secado :
Revisado por :
DATOS PRINCIPALES
E1
1.
Peso de la muestra húmeda al aire (g)
2.
Peso de la muestra húmeda + parafina al
E2
E3
E4
aire (g)
3.
Peso de la parafina (g)
4.
Densidad de la parafina (g/cm3)
5.
Lectura Inicial (cm3) solo para método A
cuando se utiliza Probeta calibrada
6.
Lectura Final (cm3) o Peso sumergido de
la muestra
7.
Volumen de la parafina utilizada (cm3)
8.
Volumen de la muestra con parafina (cm3)
((1)-((6))
9.
Volumen de la muestra de suelo (cm3)
10. Peso volumétrico (gr/cm3)
11. Peso volumétrico promedio (gr/cm3)
18
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS
NTP 339.131 / ASTM D854
1.3.1.
Introducción:
La gravedad específica de un suelo se utiliza en el cálculo de las relaciones de
fase de los suelos, en los cálculos de los ensayos de granulometría por
sedimentación, compresibilidad y Potencial de expansión.
1.3.2.
Objetivo:
Este modo operativo se utiliza para determinar el peso específico de los suelos y del
relleno mineral (filler) por medio de un picnómetro. Cuando el suelo está compuesto de
partículas mayores que el tamiz de 2.38 mm (N° 8), deberá seguirse el método de
ensayo para determinar el peso específico y la absorción del agregado grueso, MTC E
206. Cuando el suelo está compuesto por partículas mayores y menores que el tamiz de
2.38 mm (N° 8), se utilizará el método de ensayo correspondiente a cada porción. El
valor del peso específico para el suelo será el promedio ponderado de los dos valores así
obtenidos. Cuando el valor del peso específico sea utilizado en cálculos relacionados con
la porción hidrométrica del análisis granulométrico de suelos (modo operativo MTC E
109), debe determinarse el peso específico de la porción de suelo que pasa el tamiz de
2.00 mm (N° 10) de acuerdo con el método que se describe en la presente norma.
1.3.3.
Logro:
Determinar cuál de los métodos es el más recomendable para el cálculo de la gravedad
especifica.
1.3.4.
Gravedad
sólidos a
destilada,
Fundamento:
específica. Es la relación entre el peso en el aire de un cierto volumen de
una temperatura dada y el peso en el aire del mismo volumen de agua
a la misma temperatura.
a. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Debe tenerse especial cuidado en obtener muestras representativas para la
determinación del peso específico de los sólidos. La muestra de suelo puede
ensayarse a su humedad natural, o puede secarse con la estufa; sin embargo,
algunos suelos, principalmente aquellos que tienen un alto contenido de materia
orgánica, son muy difíciles de rehumedecer después de que se han secado al horno.
Estos suelos pueden ser ensayados sin haberse secado previamente en el horno, en
cuyo caso, el peso de la muestra seca se determina al final del ensayo.

Cuando la muestra contenga partículas de diámetros mayores y menores que la
abertura del tamiz de 2.38 mm (N° 8), la muestra debe ser separada por dicho tamiz
y debe determinarse el peso específico de la fracción fina [pasante del tamiz de 2.38
19
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mm (N° 8)] y el peso específico aparente de la fracción gruesa. El valor del peso
específico para la muestra total viene dado por la Ecuación 6.
𝐺
100
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 6
%𝑃𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑁°8 𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑁°8
𝐺𝑎
𝐺𝑠
Dónde:
GT = Peso específico total
GS = Peso específico de los sólidos (pasa tamiz N° 8)
Ga = Peso específico aparente (retenido en el tamiz N° 8)

Cuando el valor del peso específico va a ser empleado en cálculos relacionados con
el análisis granulométrico por hidrómetro (MTC E 109), el peso específico deberá
determinarse para la fracción de suelo que va a ser usada en el análisis por
hidrómetro o para otros fines (generalmente la porción pasante del tamiz N° 200).
En algunos casos, puede ser necesario el empleo de otros líquidos, como el
kerosene, para el análisis de suelos que contienen sales solubles en agua. Si el
ensayo se realiza con algún líquido distinto al agua destilada, el picnómetro deberá
calibrarse utilizando el mismo líquido.

El kerosene es mejor agente humedecedor que el agua para la mayoría de los suelos
y puede emplearse en lugar de agua destilada para las muestras secadas al horno.
1.3.5.
Instrumentos y Componentes:
1) Frasco volumétrico (picnómetro), de 100 a 500 cm3 de capacidad.
2) Bomba de vacío, con tuberías y uniones, o en su defecto un mechero o un dispositivo
para hervir el contenido del picnómetro.
3) Horno o Estufa, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta 110
± 5°C (230 ± 9 °F).
4) Balanzas, una con capacidad de 1200 g y sensibilidad de 0.01 g, otra con capacidad
de 200 g y sensibilidad de 0.001 g.
5) Pipeta.
6) Termómetro graduado, con una escala de 0 a 50 °C (32 a 122 °F) y con precisión de
0.1 °C (0.18 °F).
7) Cápsula de evaporación.
8) Baño de agua (baño María).
20
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9) Guantes de asbesto.
10) Tamices de 2.36 mm (N° 8) y 4.75 mm (N° 4).
1.3.6.
Procedimiento:
Suelos con su humedad natural. El procedimiento para determinar el peso específico de
los suelos a su humedad natural es como sigue:
1)
Anótese en una planilla de datos como es el Formato N°3 toda la información
concerniente a la muestra como: obra, N° de sondeo, N° de la muestra y cualquier
otro dato pertinente.
2)
Colóquese en la cápsula de evaporación una muestra representativa del suelo. La
cantidad necesaria se escogerá de acuerdo con la capacidad del picnómetro (Ver
Tabla N°2).
Tabla Nº 2
CANTIDAD DE MUESTRA SEGÚN CAPACIDAD DEL PICNÓMETRO
Capacidad del
picnómetro
(cm3)
Cantidad requerida
aproximadamente (g)
100
25–35
250
55–65
500
120–130
3)
Empleando una espátula, mézclese el suelo con suficiente agua destilada o
desmineralizada, hasta formar una masa pastosa; colóquese luego la mezcla en el
picnómetro y llénese con agua destilada hasta aproximadamente la mitad del frasco.
4)
Para remover el aire atrapado, conéctese el picnómetro a la línea de vacío hasta
obtener una presión absoluta dentro del frasco no mayor de 100 mm de mercurio. El
tiempo de aplicación del vacío dependerá del tipo de suelo ensayado.
Como proceso alternativo, el aire atrapado puede ser removido calentando la
suspensión levemente durante un período mínimo de 10 minutos, rotando
ocasionalmente el picnómetro para facilitar la expulsión de aire. El proceso de
calentamiento debe adelantarse con mucho cuidado, porque pueden ocurrir pérdidas
de material. Las muestras que sean calentadas deberán dejarse enfriar a la
temperatura ambiente.
5)
Llénese el picnómetro con agua destilada hasta que el fondo del menisco coincida
con la marca de calibración en el cuello del picnómetro y, usando un papel
21
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absorbente, remuévase con cuidado la humedad de la parte interior del picnómetro
y su contenido con una aproximación de 0.01 g. Inmediatamente después de la
pesada, agítese la suspensión hasta asegurar una temperatura uniforme y
determínese la temperatura de la suspensión con una aproximación de 0.1 °C
introduciendo un termómetro hasta la mitad de la profundidad del picnómetro.
6)
Transfiérase con mucho cuidado el contenido del picnómetro a una cápsula de
evaporación.
7)
Enjuáguese el picnómetro con agua destilada, hasta asegurarse que toda la muestra
ha sido removida de él. Introdúzcase la cápsula de evaporación con la muestra en
una estufa a 105 ± 5 °C (221 ± 9 °F), hasta peso constante. Sáquese la muestra
seca del horno, déjese enfriar a la temperatura del laboratorio y determínese el peso
del suelo seco con una aproximación de 0.01g.
8)
Anótense todos los resultados en la planilla.
9)
Suelos secados a la estufa. El procedimiento para determinar el peso específico de
los sólidos en suelos secados al horno, debe consistir de los siguientes pasos:
10) Anótese en la planilla toda la información requerida para identificar la muestra.
11) Séquese el suelo al horno hasta obtener la condición de peso constante. El horno
debe estar a una temperatura de 110 ± 5 °C (221 ± 9 °F). Sáquese la muestra de
la estufa y déjese enfriar a la temperatura del laboratorio; debe protegerse contra
una ganancia de humedad hasta que sea pesada. Selecciónese una muestra
representativa; la cantidad requerida dependerá de la capacidad del picnómetro que
se va a utilizar. Pésese la muestra con aproximación de 0.01 g. Después de pesado,
transfiérase el suelo al picnómetro teniendo mucho cuidado de no perder material
durante la operación. Para evitar posibles pérdidas del material previamente pesado,
la muestra puede ser pesada después de que se transfiera al picnómetro. Esta
eventual pérdida bajará el valor del peso específico calculado.
12) Llénese el picnómetro hasta la mitad de su contenido con agua destilada sin burbujas
de aire y déjese reposar la suspensión durante la noche.
13) Extráigase el aire atrapado dentro de la suspensión del suelo en agua.
14) Si la extracción de aire se realizó calentando la suspensión, déjese enfriar el
picnómetro y su contenido durante la noche.
15) Realícense los pasos subsiguientes del ensayo en la misma forma que los indicados
para suelos a su humedad natural.
16) Anótense todos los datos en la planilla (Formato N°3).
22
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16.1) CÁLCULOS
Se calcula la Gravedad Específica de los sólidos mediante la Ecuación 7.
𝐺𝑠
𝑊0 𝑥 𝐾
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 7
𝑊0 𝑊2 𝑊1
Donde,
W1 = Peso del picnómetro + agua + sólidos a la temperatura del ensayo (g).
Wo = Peso del suelo seco (g). El peso de la tara debe ser restado de este valor para
obtener el peso del suelo seco.
W2 = Peso del picnómetro más agua a la temperatura del ensayo (g).
K = Factor de corrección basado en el peso específico del agua a 20 °C. (Ver Tabla
N°3)
1.3.7.
Observaciones:

No se debe utilizar la misma curva de calibración para todos los picnómetros de igual
capacidad. Cada uno de los picnómetros, aún los de igual capacidad, tienen pesos
diferentes; por lo tanto, deberán ser individualmente calibrados. Si el picnómetro no
está limpio, la curva de calibración no será válida, porque cambia su peso. También,
si la parte interior del cuello del picnómetro no está limpia, se formará un menisco
irregular. Cuando se calibra el picnómetro para una temperatura menor que la del
laboratorio, hay una tendencia a que se condense agua en la parte interior del
picnómetro, aun cuando se haya tenido mucho cuidado en el secado y la pesada se
haya realizado rápidamente. Siempre que sea posible, la pesada debe hacerse a la
misma temperatura a la cual está el picnómetro.

Se debe evitar el uso de agua que contenga sólidos disueltos. Es esencial que se use
exclusivamente agua destilada o desmineralizada, para asegurar la continua validez
de la curva de calibración.

Algunos suelos hierven violentamente al someterlos a una presión de aire reducida.
En esos casos, es necesario aplicar una reducción gradual de la presión o utilizar un
frasco de mayor tamaño.

Llenar el picnómetro con agua destilada y sin burbujas de aire, hasta un nivel
ligeramente menor por debajo de la marca y aplíquese vacío nuevamente hasta que
a la suspensión se le haya extraído la mayor parte del aire; remuévase con cuidado
el tapón del picnómetro y obsérvese cuánto baja el nivel del agua en el cuello. Si la
superficie de agua baja menos de 3 mm no es necesario seguir aplicando vacío. En
el caso en que la superficie del agua baje más de 3 mm, se deberá seguir aplicando
vacío hasta lograr esta condición.

La remoción incompleta del aire atrapado en la suspensión del suelo es la causa más
importante de error en la determinación de pesos específicos y tenderá a bajar el
peso específico calculado. Se deberá extraer completamente el aire de la suspensión
23
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aplicando vacío o calentando. La ausencia de aire atrapado debe ser verificada como
se describió durante el ensayo. Es conveniente destacar que el aire disuelto en el
agua no afectará los resultados; por lo tanto, no es necesario aplicar vacío al
picnómetro cuando se calibra o se llena hasta la marca de calibración con agua
destilada o desmineralizada sin burbujas de aire.

Una gota de agua puede hacer que se cometa un error de aproximadamente 0.05
g. Este error puede ser minimizado tomando el promedio de varias lecturas a la
misma temperatura. Cuando la suspensión sea opaca, producir una luz fuerte detrás
del cuello del picnómetro y su contenido, durante la realización de las pesadas.

El secado de ciertos suelos a 110 °C (221 °F), puede causar la pérdida del agua
absorbida y de cristalización; en tales casos, el secado se hará a una temperatura
de 60 °C (140 °F) y se recomienda aplicar una presión de vacío más baja.
1.3.8.
Conclusiones y recomendaciones:
Deben indicarse además de los resultados y gráfica correspondiente, las conclusiones y
recomendaciones del trabajo experimental.
.
24
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FORMATO N° 3
GRAVEDAD ESPECIFICA DE LOS SÓLIDOS (GS)
Calicata:
Muestra:
Cantera:
Fecha:
Profundidad (m):
%Pasante del tamiz N°8:______________________________
1
N° DE FIOLA
2
PESO DE LA FIOLA (g)
3
PESO MUESTRA DE SUELO SECO (g)
4
PESO MUESTRA DE SUELO SECO + PESO DE LA FIOLA
(g)
5
PESO M. SUELO SECO + PESO FIOLA + PESO AGUA
(g)
6
PESO FIOLA + PESO DE AGUA (g)
7
PESO ESPECIFICO RELATIVO DE SOLIDOS ( 3 / ( 3 + 6 -
PROMEDIO
5))
%Retenido en el tamiz N°4:______________________________
1
2
NÚMERO DE RECIPIENTE
PESO DE LA GRAVA SAT. SUP. SECA DENTRO DEL
AGUA (C)
3
PESO DEL RECIPIENTE
4
PESO DEL RECIPIENTE + PESO DE LA GRAVA SECA
5
PESO DE LA GRAVA SECA (A)
6
PESO ESPECÍFICO APARENTE A / (A - C)
7
PESO ESPECÍFICO GLOBAL
PROMEDIO
25
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
Tabla Nº 3 VALORES DE “δW” Y “K” SEGÚN LA TEMPERATURA
26
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO 2
2.1 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
2.2 LÍMITE LÍQUIDO
2.3 LÍMITE PLÁSTICO
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
NTP 339.128 / ASTM D 422
2.1.1. Introducción:
Los análisis granulométricos se realizan mediante ensayos en el laboratorio utilizando
tamices de diferente denominación de acuerdo de la separación de los cuadros de la
malla (sección cuadrada).
Para gravas y arenas el análisis por tamizado resulta adecuado y permite determinar la
distribución de partículas de diferentes tamaños en función de los pesos secos retenidos
en cada malla o tamiz. Para partículas más finas (limos y arcillas), el método por
tamizado no resulta ser el más adecuado, ya que es difícil que las partículas pasen
tamices con abertura cuadrada muy fina, siendo el método más adecuado para
determinar la distribución de partículas de diferentes tamaños, el método de
sedimentación.
2.1.2. Objetivos:
Determinar los porcentajes de suelo que pasan por los distintos tamices de la serie
empleada en el ensayo, hasta el de 75 um (N° 200).
2.1.3. Logro:
El logro del trabajo de laboratorio será tener la capacidad de poder reconocer en primera
instancia y de manera preliminar el tipo de suelo y sus características.
2.1.4. Fundamento:
Es la determinación cuantitativa de la distribución de tamaños de partículas de suelo.
a.
Muestras
Según sean las características de los materiales finos de la muestra, el análisis con
tamices se hace con el total de la muestra, o con parte de ella después de separar los
finos por lavado. Si la necesidad del lavado no se puede determinar por examen visual,
se seca en el horno una pequeña porción húmeda del material y luego se examina su
resistencia en seco rompiéndola entre los dedos. Si se puede romper fácilmente y el
material fino se pulveriza bajo la presión de aquellos, entonces el análisis con tamices
se puede efectuar sin previo lavado.
Prepárese una muestra para el ensayo, la cual estará constituida por dos fracciones: una
retenida sobre el tamiz de 2.00 mm (N° 10) y otra que pasa dicho tamiz. Ambas
fracciones se ensayarán por separado.
El peso del suelo secado al aire y seleccionado para el ensayo, será suficiente para las
cantidades requeridas para el análisis mecánico, como sigue:
Para la porción de muestra retenida en el tamiz de 2.00 mm (N° 10) el peso dependerá
del tamaño máximo de las partículas de acuerdo con la Tabla N°4.
28
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Tabla Nº 4
CANTIDAD DE MUESTRA SEGÚN EL T.M DE LAS PARTICULAS
Diámetro nominal de las partículas más Peso mínimo aproximado de la porción
grandes mm (pulg)
( g)
9,5 ( 3 /8")
500
19,6 (¾")
1000
25,7 (1")
2000
37,5 (1 ½")
50,0 (2")
75,0 (3")
3000
4000
5000
El tamaño de la porción que pasa tamiz de 2.00 mm (N° 10) será mayor o igual a 115 g
para suelos arenosos y mayor de 65 g para suelos arcillosos y limosos.
Se puede tener una comprobación de los pesos, así como de la completa pulverización
de los terrones, pesando la porción de muestra que pasa el tamiz de 2.00 mm (N° 10)
y agregándole este valor al peso de la porción de muestra lavada y secada en el horno,
retenida en el tamiz de 2.00 mm (N° 10).
Se determina el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un peso
constante en un horno controlado a 110 ± 5 °C*. El peso del suelo que permanece del
secado en horno es usado como el peso de las partículas sólidas. La pérdida de peso
debido al secado es considerado como el peso del agua.
2.1.5. Instrumentos y componentes:
1)
Una balanza con sensibilidad de 0.01 g para pesar el material que pasa el tamiz
N°10 (2.0 mm) y una balanza sensible a 0.1% de la masa de la muestra para pesar
el material retenido en el tamiz N°10.
2)
Tamices de malla cuadrada: 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, 3/8”, N°4, N°10, N°20, N°40,
N°60, N140, N°200. Se puede usar, como alternativa, una serie de tamices que, al
dibujar la gradación, dé una separación uniforme entre los puntos del gráfico; esta
serie estará integrada por los siguientes: 3", 1 ½", ¾", 3 /8", N°4, N°8, N°16, N°30,
N°50, N°100, N°200.
3)
Horno, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta de 110 ± 5
°C (230 ± 9 °F).
4)
Envases, adecuados para el manejo y secado de las muestras.
5)
Cepillo y brocha, para limpiar las mallas de los tamices.
29
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
2.1.6. Procedimiento:
ANÁLISIS POR MEDIO DE TAMIZADO DE LA FRACCIÓN RETENIDA EN EL TAMIZ
DE 2.000 mm (N° 10).
1° Sepárese la porción de muestra retenida en el tamiz de 2.000 mm (N° 10) en una
serie de fracciones usando los tamices de: 75 mm (3"), 50 mm (2"), 38,1 mm (1½"),
25,4 mm (1"), 19,0 mm (¾"), 9,5 mm (3 /8"), 4.7 mm (N° 4), o los que sean
necesarios dependiendo del tipo de muestra, o de las especificaciones para el
material que se ensaya.
2° En la operación de tamizado manual se mueve el tamiz o tamices de un lado a otro
y recorriendo circunferencias de forma que la muestra se mantenga en movimiento
sobre la malla. Debe comprobarse al desmontar los tamices que la operación está
terminada; esto se sabe cuándo no pasa más del 1 % de la parte retenida al tamizar
durante un minuto, operando cada tamiz individualmente. Si quedan partículas
apresadas en la malla, deben separarse con un pincel o cepillo y reunirlas con lo
retenido en el tamiz.
3° Se determina el peso de cada fracción en una balanza con una sensibilidad de 0.1 %.
La suma de los pesos de todas las fracciones y el peso, inicial de la muestra no debe
diferir en más de 1%.
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LA FRACCIÓN FINA
1° El análisis granulométrico de la fracción que pasa el tamiz de 2.000 mm (N° 10) se
hará por tamizado y/o sedimentación según las características de la muestra y según
la información requerida.
2° Los materiales arenosos que contengan muy poco limo y arcilla, cuyos terrones en
estado seco se desintegren con facilidad, se podrán tamizar en seco.
3° Los materiales limo-arcillosos, cuyos terrones en estado seco no rompan con
facilidad, se procesarán por la vía húmeda.
4° Si se requiere la curva granulométrica completa incluyendo la fracción de tamaño
menor que el tamiz de 0,0754 mm (N° 200), la gradación de ésta se determinará por
sedimentación, utilizando el hidrómetro para obtener los datos necesarios
(granulometría por sedimentación, método del hidrómetro).
5° Se puede utilizar procedimientos simplificados para la determinación del contenido
de partículas menores de un cierto tamaño, según se requiera.
6° La fracción de tamaño mayor que el tamiz de 0,0754 mm (N° 200) se analizará por
tamizado en seco, lavando la muestra previamente sobre el tamiz de 0,0754 mm (N°
200).
30
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
PROCEDIMIENTO PARA EL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR LAVADO SOBRE
EL TAMIZ DE 0,0754 MM (N° 200).
1° Se separan mediante cuarteo, 115 g para suelos arenosos y 65 g para suelos
arcillosos y limosos, pesándolos con exactitud de 0.1 g.
2° Humedad higroscópica. Se pesa una porción de 10 a 15 g de los cuarteos anteriores
y se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F). Se pesan de
nuevo y se anotan los pesos.
3° Se coloca la muestra en un recipiente apropiado, cubriéndola con agua y se deja en
remojo hasta que todos los terrones se ablanden.
4° Se lava a continuación la muestra sobre el tamiz de 0,0754 mm (N° 200) con
abundante agua, evitando frotarla contra el tamiz y teniendo mucho cuidado de que
no se pierda ninguna partícula de las retenidas en él.
5° Se recoge lo retenido en un recipiente, se seca en el horno a una temperatura de
110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), se pesa y se toma nota en el Formato N°4.
2.1.7. Cálculos:
Se calcula el porcentaje parcial retenido usando la Ecuación 8.
% 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑡.
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜
𝑥 100 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 8
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
Donde:
Peso total de la muestra puede ser considerado el peso de la muestra secada al horno,
o peso de la muestra lavada y secada en horno, dependiendo de lo que se haya
considerado.
Se calcula el porcentaje acumulado retenido con la Ecuación 9.
%𝐴𝑐𝑢𝑚. 𝑟𝑒𝑡.
%𝑃𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑟𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑡𝑎𝑚𝑖𝑧 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 9
Se calcula el porcentaje Acumulado pasante con la Ecuación 10.
% 𝐴𝑐𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑃𝑎𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒
100%
%𝐴𝑐𝑢𝑚. 𝑟𝑒𝑡 … . 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 10
La representación gráfica del ensayo se representa en la Curva Granulométrica
dibujada en la Tabla N°5.
31
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
2.1.8. Reporte:
El reporte deberá incluir lo siguiente:
•
El tamaño máximo de las partículas contenidas en la muestra.
•
Los porcentajes retenidos y los que pasan, para cada uno de los tamices utilizados.
•
Toda información que se juzgue de interés.
•
Los resultados se presentarán: en forma tabulada, y en forma gráfica.
2.1.9. Observaciones:
a.
Los siguientes errores posibles producirán determinaciones imprecisas en un
análisis granulométrico por tamizado.
b.
Aglomeraciones de partículas que no han sido completamente disgregadas. Si el
material contiene partículas finas plásticas, la muestra debe ser disgregada antes
del tamizado.
c.
Tamices sobrecargados. Este es el error más común y más serio asociado con el
análisis por tamizado y tenderá a indicar que el material ensayado es más grueso
de lo que en realidad es. Para evitar esto, las muestras muy grandes deben ser
tamizadas en varias porciones y las porciones retenidas en cada tamiz se juntarán
luego para realizar la pesada.
d.
Los tamices han sido agitados por un período demasiado corto o con movimientos
horizontales o rotacionales inadecuados. Los tamices deben agitarse de manera que
las partículas sean expuestas a las aberturas del tamiz con varias orientaciones y
así tengan mayor oportunidad de pasar a través de él.
e.
La malla de los tamices está rota o deformada; los tamices deben ser
frecuentemente inspeccionados para asegurar que no tienen aberturas más grandes
que la especificada.
f.
Pérdidas de material al sacar el retenido de cada tamiz.
g.
Errores en las pesadas y en los cálculos.
2.1.10. Conclusiones y recomendaciones:
Deben indicarse además de los resultados y gráfica correspondiente, las conclusiones y
recomendaciones del trabajo experimental.
32
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
FORMATO N° 4
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
ASTM D422 / AASHTO T88
NTP 339.128
Sección
Docente
:
:
Grupo
Técnico
:
:
Fecha
:
Horario
:
Características del suelo ensayado
Peso inicial de la muestra (g):
Peso de Muestra Secada al
aire (g):
Peso de Muestra Secado al Horno (g)
Peso seco de la fracción
retenida en el tamiz N 10 (g)
% Humedad
TAMIZ
Observaciones
ABERTURA
(mm)
3”
75.000
2”
50.000
1 ½”
37.500
1”
25.000
¾”
19.000
1/2”
12.5
3/8”
9.500
¼”
6.350
N°4
4.750
N°10
2.000
N°20
0.850
N°40
0.425
N°60
0.250
N°140
0.106
N°200
0.075
Peso Retenido (g)
%Parcial Retenido
%ACUMULADO
Retenido
Pasante
33
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
34
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
LIMITE LÍQUIDO
NTP 339.129 / ASTM D4318
2.2.1. Introducción:
El límite líquido como fue definido por Atterberg como la humedad correspondiente al
cambio de consistencia de un suelo entre el estado plástico y el estado líquido ha estado
sujeto a distintas variaciones en su determinación. Fue Terzaghi, quien le sugirió a
Casagrande en 1927, que diseñara un dispositivo mecánico que pudiera eliminar en la
medida de lo posible los errores del operador en la determinación del mismo.
2.2.2. Objetivo:
Determinar el límite líquido de un suelo calculando el contenido de humedad expresado
en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando éste se halla en el límite entre el
estado plástico y el estado líquido.
2.2.3. Logro:
Identificar el Límite líquido de un suelo, utilizando la Copa de Casagrande.
2.2.4. Fundamento:
a.
Muestra
Tómese una muestra que pese 150 - 200 g de una porción de material completamente
mezclado que pase el tamiz N° 40.
b.
Ajuste del aparato
Deberá inspeccionarse el aparato de límite líquido para verificar que se halle en buenas
condiciones del trabajo. El pin que conecta la taza no debe estar tan gastado que tenga
juego lateral, ni el tornillo que la conecta, hallarse tan gastado por el largo uso.
Inspecciónese, además, el acanalador para verificar que las dimensiones límites sean
las indicadas.
Se considera desgaste excesivo, cuando el diámetro del punto de contacto sobre la base
de la taza excede de 13 mm (0.5") o cuando cualquier punto sobre el borde de la misma
se ha desgastado aproximadamente en la mitad del espesor original. Aun cuando se
aprecie una ligera ranura en el centro de la taza, ésta no es objetable. Pero si la ranura
se pronuncia antes de que aparezcan otros signos de desgaste, debe considerarse que
está excesivamente gastada y deberá reemplazarse.
Por medio del calibrador del mango del ranurador y la platina de ajuste H (Ver Figura
N°1), ajústese la altura a la cual se levanta la taza, de tal manera que el punto que
hace contacto con la base al caer esté exactamente a 1 cm (0.394") sobre ésta.
Asegúrese la platina de ajuste H, apretando los tornillos con el calibrador, aún colocado,
compruébese el ajuste girando la manija rápidamente varias veces. Si el ajuste es
correcto, un sonido de roce se oirá cuando la excéntrica golpea contra la taza, si se
levanta del calibrador o no se oye ruido, hágase un nuevo ajuste.
35
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FIGURA N° 1
DESCRIPCION DE LA COPA DE CASAGRANDE
2.2.5. Instrumentos y Componentes:
1) Recipiente para Almacenaje. Una vasija de porcelana de 115 mm (4 ½”) de diámetro
aproximadamente.
2) Espátula. De hoja flexible de unos 75 a 100 mm (3" –4”) de longitud y 20 mm (¾")
de ancho aproximadamente.
3) Aparato del límite líquido (o de Casagrande), Es un dispositivo mecánico compuesto
de una base de goma, copa de bronce y una leva (diseñada para elevar la copa
suavemente)
4) Acanalador, mostrada en la Figura N°2.
5) Calibrador ya sea incorporado al acanalador o separado, es un bloque metálico de
calibración para ajustar la altura de descenso de la copa, teniendo las dimensiones
mostradas en la Figura N°3 y puede ser, si fuere separada una barra de metal de
10.00 +/- 0.2 mm (0.394+/- 0.008”de espesor y de 50 mm (2") de largo,
aproximadamente.
6) Recipientes o Pesa Filtros. De material resistente a la corrosión, y cuya masa no
cambie con repetidos calentamientos y enfriamientos. Deben tener tapas que cierren
36
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bien, sin costuras, para evitar las pérdidas de humedad de las muestras antes de la
pesada inicial y para evitar la absorción de humedad de la atmósfera tras el secado
y antes de la pesada final.
7) Balanza. Una balanza con sensibilidad de 0.1 gr.
8) Estufa. Termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas de 110
± 5 °C (230 ± 9 °F) para secar la muestra.
FIGURA N° 2
ACANALADOR
(Calibre opcional para altura de caída)
FIGURA N° 3
CALIBRADOR DE LA ALTURA DE DESCENSO
37
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2.2.6. Procedimiento:
1) Colóquese la muestra de suelo en la vasija de porcelana y mézclese completamente
con 15 a 20 ml de agua destilada, agitándola, amasándola y tajándola con una
espátula en forma alternada y repetida. Realizar más adiciones de agua en
incrementos de 1 a 3 ml. Mézclese completamente cada incremento de agua con el
suelo como se ha descrito previamente, antes de cualquier nueva adición.
2) Algunos suelos son lentos para absorber agua, por lo cual es posible que se adicionen
los incrementos de agua tan rápidamente que se obtenga un límite líquido falso. Esto
puede evitarse mezclando más y durante un mayor tiempo, (1 hora
aproximadamente).
3) Cuando haya sido mezclada suficiente agua completamente con el suelo y la
consistencia producida requiera de 30 a 35 golpes de la cazuela de bronce para que
se ocasione el cierre, colóquese una porción de la mezcla en la cazuela sobre el sitio
en que ésta reposa en la base, y comprímasela hacia abajo, extiéndase el suelo hasta
obtener la posición mostrada en la Figura N°4 (con tan pocas pasadas de la espátula
como sea posible), teniendo cuidado de evitar la inclusión de burbujas de aire dentro
de la masa. Nivélese el suelo con la espátula y al mismo tiempo emparéjeselo hasta
conseguir una profundidad de 1 cm en el punto de espesor máximo. Regrésese el
exceso de suelo a la Vasija de porcelana.
4) Divídase el suelo en la taza de bronce por pasadas firmes del acanalador a lo largo
del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo de modo que se forme
una ranura limpia y de dimensiones apropiadas. Para evitar rasgaduras en los lados
de la ranura o escurrimientos de la pasta del suelo a la cazuela de bronce, se permite
hacer hasta 6 pasadas de adelante hacia atrás o de atrás hacia adelante, contando
cada recorrido como una pasada; con cada pasada el acanalador debe penetrar un
poco más profundo hasta que la última pasada de atrás hacia adelante limpie el fondo
de la cazuela. Hágase una ranura con el menor número de pasadas posible.
FIGURA N° 4
DIAGRAMA DE LA MUESTRA EN LA COPA DE CASAGRANDE
5) Elévese y golpéese la taza de bronce girando la manija F, a una velocidad de 1,9 a
2,1 golpes por segundo, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se pongan
38
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en contacto en el fondo de la ranura, a lo largo de una distancia de cerca de 13 mm
(0.5"). Anótese el número de golpes requeridos para cerrar la ranura.
6) En lugar de fluir sobre la superficie de la taza algunos suelos tienden a deslizarse.
Cuando esto ocurra, deberá a agregarse más agua a la muestra y mezclarse de
nuevo, se hará la ranura con el acanalador y se repetirá el Punto anterior; si el suelo
sigue deslizándose sobre la taza de bronce a un número de golpes inferior a 25, no
es aplicable este ensayo y deberá indicarse que el límite líquido no se puede
determinar.
7) Sáquese una tajada de suelo aproximadamente del ancho de la espátula, tomándola
de uno y otro lado y en ángulo recto con la ranura e incluyendo la porción de ésta en
la cual se hizo contacto, y colóquese en un recipiente adecuado.
8) Pésese y anótese en el Formato N°5. Colóquese el suelo dentro del pesa filtro en el
horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) hasta obtener peso constante y vuélvase a pesar
tan pronto como se haya enfriado, pero antes de que pueda haber absorbido
humedad Higroscópica. Anótese este peso, así como la pérdida de peso debida al
secamiento y el peso del agua.
9) Transfiérase el suelo sobrante en la taza de bronce a la cápsula de porcelana. Lávese
y séquese la taza de bronce y el acanalador y ármese de nuevo el aparato del límite
líquido para repetir el ensayo.
10) Repítase la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales, con el suelo
restante en la vasija de porcelana, al que se le ha agregado agua suficiente para
ponerlo en un estado de mayor fluidez. El objeto de este procedimiento es obtener
muestras de tal consistencia que al menos una de las determinaciones del número
de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los
siguientes intervalos: 25-35; 20-30; 15-25. De esta manera, el alcance de las 3
determinaciones debe ser de 10 golpes.
2.2.7. Cálculos:
Se calcula el contenido de humedad del suelo, expresándolo como porcentaje del peso
del suelo secado en el horno como sigue:
%𝑤
𝑊𝑤
𝑥 100 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 11
𝑊𝑠
Donde:
W = Porcentaje del contenido de humedad.
Ww = Peso del agua.
Ws = Peso del suelo secado en el horno.
Calcúlese el porcentaje de humedad, con aproximación a un entero.
39
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Preparación de la curva de fluidez. Trácese una, "curva de fluidez" que represente la
relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de golpes de la
taza de bronce, en un gráfico de papel semilogarítmico. Con el contenido de humedad
como ordenada sobre la escala aritmética, y el número de golpes como Abscisa sobre la
escala logarítmica. La curva de flujo es una línea recta promedia, que pasa tan cerca
como sea posible a través de los tres o más puntos dibujados.
Límite líquido. Tómese el contenido de humedad correspondiente a la intersección de la
curva de flujo con la ordenada de 25 golpes como límite líquido del suelo y aproxímese
este valor a un número entero.
2.2.8. Reporte:
El informe deberá incluir lo siguiente:
1°
2°
3°
4°
La determinación de humedades para cada número de golpes.
El dibujo de la curva de fluidez (línea recta en escala semilogaritmica).
El límite líquido.
Toda información que se juzgue de interés.
2.2.9. Observaciones:
Conforme un suelo, con cantidades variables de material cohesivo, va aumentando su
contenido de agua se comporta como una mezcla fluida.
2.2.10. Conclusiones y recomendaciones:
Deben indicarse además de los resultados y gráfica correspondiente, las conclusiones y
recomendaciones del trabajo experimental.
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FORMATO N° 5
LIMITE LÍQUIDO
NTP 339.129 / ASTM D4318
Sección
Docente
:
:
Grupo
Técnico
:
:
Fecha
:
Horario
:
Características de la muestra
ensayada
PRUEBA N°
RECIPIENTE N°
NÚMERO DE GOLPES
1
1 PESO DEL RECIPIENTE
2
3
(g)
2 PESO DEL RECIPIENTE + SUELO HÚMEDO (g)
3 PESO DEL RECIPIENTE + SUELO SECO
(g)
4 PESO DEL AGUA
(g)
(2) - (3)
5 PESO DEL SUELO SECO
(g)
(3) - (1)
6 CONTENIDO DE HUMEDAD (%)(4)/(5) * 100
41
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LÍMITE PLÁSTICO
NTP 339.129 / ASTM D4318
2.3.1. Introducción:
Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los cuales
se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que la plasticidad
no es propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su
contenido de agua.
Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y
esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo
semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos, existe un
intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente.
En segundo lugar, Atterberg, hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser
expresada en forma conveniente, la utilización de dos parámetros en lugar de uno.
2.3.2. Objetivo:
Determinar en el laboratorio el límite plástico de un suelo y calcular el índice de
plasticidad (IP) si se conoce el límite líquido (LL) del mismo suelo.
Se denomina límite plástico (LP) a la humedad más baja con la que pueden formarse
barritas de suelo de unos 3,2 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma
de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin que dichas barritas se
desmoronen.
2.3.3. Logro:
Tener conocimiento adecuado para realizar los ensayos necesarios y determinar las
características requeridas.
2.3.4. Fundamento:
a. Muestra

Si se quiere determinar sólo el LP, se toman aproximadamente 20 g de la muestra
que pase por el tamiz N° 40, preparado para el ensayo de límite líquido. Se amasa
con agua destilada hasta que pueda formarse con facilidad una esfera con la masa
de suelo. Se toma una porción de 1,5 g a 2,0 g de dicha esfera como muestra para
el ensayo.

El secado previo del material en horno o estufa, o al aire, puede cambiar (en
general, disminuir), el límite plástico de un suelo con material orgánico, pero este
cambio puede ser poco importante.
42
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
Si se requieren el límite líquido y el límite plástico, se toma una muestra de unos
15 g de la porción de suelo humedecida y amasada, preparada de acuerdo a la guía
(determinación del límite líquido de los suelos). La muestra debe tomarse en una
etapa del proceso de amasado en que se pueda formar fácilmente con ella una
esfera, sin que se pegue demasiado a los dedos al aplastarla.

Si el ensayo se ejecuta después de realizar el del límite líquido y en dicho intervalo
la muestra se ha secado, se añade más agua.
2.3.5. Instrumentos y Componentes:
1)
Espátula, de hoja flexible, de unos 75 a 100 mm (3" – 4”) de longitud por 20 mm
(3/4") de ancho.
2)
Recipiente para almacenaje, de 115 mm (4 ½”) de diámetro.
3)
Balanza, con aproximación a 0.1 g.
4)
Horno o Estufa, termostáticamente controlado regulable a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).
5)
Tamiz, N° 40.
6)
Agua destilada.
7)
Vidrios de reloj, o recipientes adecuados para determinación de humedades.
8)
Superficie de rodadura. Comúnmente se utiliza un vidrio grueso esmerilado.
2.3.6. Procedimiento:
1)
Se moldea la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a continuación, se rueda
con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presión estrictamente
necesaria para formar cilindros.
2)
Si antes de llegar el cilindro a un diámetro de unos 3.2 mm (1/8") no se ha
desmoronado, se vuelve a hacer un elipsoide y a repetir el proceso, cuantas veces
sea necesario, hasta que se desmorone aproximadamente con dicho diámetro.
3)
El desmoronamiento puede manifestarse de modo distinto, en los diversos tipos de
suelo:
4)
En suelos muy plásticos, el cilindro queda dividido en trozos de unos 6 mm de
longitud, mientras que en suelos plásticos los trozos son más pequeños.
5)
La porción así obtenida se coloca en vidrios de reloj o pesa-filtros tarados, se
continúa el proceso hasta reunir unos 6 g de suelo y se determina la humedad de
acuerdo a la guía de Determinación del contenido de humedad.
43
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6)
Se repite, con la otra mitad de la masa, el proceso indicado, y se anota en el
Formato N°6.
2.3.7. Cálculos:
Calcular el promedio de dos contenidos de humedad. Repetir el ensayo si la diferencia
entre los dos contenidos de humedad es mayor que el rango aceptable para los dos
resultados listados en la Tabla N°6 para la precisión de un operador.
Tabla Nº 6
TABLA DE ESTIMADOS DE PRECISIÓN.
Índice de precisión y tipo de
ensayo
Desviación
Estándar
Rango Aceptable de dos
resultados
0,9
2,6
3.7
10.6
Precisión de un operador
simple
Límite Plástico
Precisión Multi laboratorio
Límite Plástico
El límite plástico es el promedio de las humedades de ambas determinaciones. Se
expresa como porcentaje de humedad, con aproximación a un entero y se calcula así:
%𝑤
𝑊𝑤
𝑥 100 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 12
𝑊𝑠
Donde:
W = Porcentaje del contenido de humedad.
Ww = Peso del agua.
Ws = Peso del suelo secado en el horno.
El Limite Plástico será calculado con la Ecuación 13
𝐿. 𝑃.
𝑊1
𝑊2
2
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 13
Donde:
L.P = Límite Plástico.
W1 = Contenido de humedad del 1er ensayo.
W2 = Contenido de humedad del 2do ensayo.
44
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El Índice de Plasticidad de un suelo se puede definir como la diferencia entre su límite
líquido y su límite plástico, éste será calculado con la Ecuación 14.
𝐼. 𝑃.
𝐿. 𝐿
𝐿. 𝑃 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 14
Dónde:
L.L. = Límite Líquido
L.P. = Límite Plástico
L.L y L.P., son números enteros
Cuando el límite líquido o el límite plástico no puedan determinarse, el índice de
plasticidad se informará con la abreviatura NP (no plástico).
Así mismo, cuando el límite plástico resulte igual o mayor que el límite líquido, el índice
de plasticidad se informará como NP (no plástico).
Estimar el porcentaje de muestra retenida en el tamiz N° 40.
Reportar la muestra como seca al aire si la muestra se secó al aire antes o durante la
preparación.
2.3.8. Reporte:
El informe deberá incluir lo siguiente:
1°
2°
5°
6°
La determinación de humedades
La determinación del límite plástico.
El índice de plasticidad.
Toda información que se juzgue de interés.
2.3.9. Observaciones:
Para el límite plástico es necesario que los bastoncitos cumplan con llegar hasta los 3
mm, de lo contrario se determinara que no tiene plasticidad.
2.3.10. Conclusiones y recomendaciones:
Deben indicarse además de los resultados, las conclusiones y recomendaciones del
trabajo experimental.
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FORMATO N° 6
LIMITE LÍQUIDO
NTP 339.129 / ASTM D4318
Sección
Docente
:
:
Grupo
Técnico
:
:
Fecha
:
Horario
:
Características de la muestra
ensayada
Retenido en el Tamiz N° 40:
PREPARACIÓN DEL ESPECIMEN
Secado al horno
PRUEBA N°
RECIPIENTE N°
Secado al aire
1
1 PESO DEL RECIPIENTE
2
(g)
2 PESO DEL RECIPIENTE + SUELO HÚMEDO (g)
3 PESO DEL RECIPIENTE + SUELO SECO
(g)
4 PESO DEL AGUA
(g)
(2) - (3)
5 PESO DEL SUELO SECO
(g)
(3) - (1)
6 CONTENIDO DE HUMEDAD (%) (4)/(5) * 100
46
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LABORATORIO 3
3.1 PROCTOR ESTANDAR
3.2 PROCTOR MODIFICADO
3.3 DENSIDAD DE CAMPO
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
PROCTOR ESTANDAR
NTP 339.142 / ASTM D698 / MTC E116
3.1.1. Introducción:
Por medio de este ensayo se pretende obtener un dato teórico de la relación entre la
humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde, lo cual ayudará a
obtener el grado de compactación.
3.1.2. Objetivo:
Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio, para
determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos.
3.1.3. Logro:
Reconocer y determinar la calidad del material para cada tipo de método para ser usado
en los diversos tipos de trabajos a compactar.
3.1.4. Fundamento:
METODOS DEL ENSAYO
El Ensayo establece tres métodos de Ensayo los cuales dependen de la granulometría
del material.
METODO "A"
a.1 Molde. - 4 pulg. de diámetro (101,6mm)
a.2 Material. - Se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4 (4,75 mm).
a.3 Capas. - Tres.
a.4 Golpes por capa.- 25.
a5. Uso.- Cuando el 25% o menos del peso del material, es retenido en el tamiz Nº 4
(4,75 mm).
a.6 Otros Usos. - Si el método no es especificado; los materiales que cumplen éstos
requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método B ó C.
METODO "B"
b.1 Molde.- 4 pulg. (101,6 mm) de diámetro.
b.2 Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz de 3/8 pulg (9,5 mm).
b.3 Capas.- Tres
b.4 Golpes por capa.- 25
b.5 Usos.- Cuando más del 25% del peso del material es retenido en el tamiz Nº 4
(4,75mm) y 20% ó menos de peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9,5
mm).
b.6 Otros Usos: Si el método no es especificado, y los materiales entran en los
requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C.
48
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METODO "C"
c.1 Molde.- 6 pulg. (152,4mm) de diámetro.
c.2 Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm).
c.3 Capas.- Tres.
c.4 Golpes por Capa.- 56.
c.5 Uso.- Cuando más del 30% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53
mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm).
c.6 El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A ó
B.
Si el espécimen de prueba contiene más de 5% en peso de fracción extra dimensionada
(fracción gruesa) y el material no será incluido en la prueba se deben hacer correcciones
al Peso Unitario y contenido de agua del espécimen de ensayo o la densidad de campo
usando el método de ensayo ASTM D-4718.
Este método de prueba generalmente producirá un Peso Unitario Seco máximo bien
definido para suelos que no drenan libremente. Si el método es usado para suelos que
drenan libremente el máximo Peso Unitario Seco no estará bien definido y puede ser
menor que el obtenido usando el Método de Prueba ASTM D-4253 (Maximum Index
Density and Unit Weight of Soil Using a Vibratory Table).
Los valores de las unidades en pulgadas-libras son reconocidos como estándar. Los
valores dados en unidades del S.I. son proporcionados sólo como información.
En la profesión de Ingeniería es práctica común, usar indistintamente unidades que
representan Masa y Fuerza, a menos que se realicen cálculos dinámicos (F= m x a). Esto
implícitamente combina dos sistemas de diferentes Unidades, que son el Sistema
Absoluto y el Sistema Gravimétrico. Científicamente, no se desea combinar el uso de
dos sistemas diferentes en uno estándar. Este método de prueba se ha hecho usando
unidades libra-pulgada (Sistema Gravimétrico) donde la libra (lbf) representa a la Unidad
de Fuerza. El uso de libra-masa (lbm) es por conveniencia de unidades y no intentar
establecer que su uso es científicamente correcto. Las conversiones son dadas en el
Sistema Internacional (SI) de acuerdo al ensayo ASTM E-380 (“Practica para el uso de
Unidades del Sistema Internacional SI”). El uso de balanzas que registran libra-masa
(lbm) o registran la densidad en lbm/pie3 no se debe considerar como si no concordase
con esta norma.
Esta norma no hace referencia a todos los riesgos relacionadas con este uso, si los
hubiera. Es responsabilidad del usuario establecer la seguridad apropiada y prácticas o
pruebas confiables y así determinar la aplicabilidad de limitaciones regulatorias antes de
su uso.
DEFINICIONES
Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 3 capas dentro de
un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56
golpes con un pisón de 5,5 lbf (24,4 N) desde una altura de caída de 12 pulgadas (305
mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de
49
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12 400 pie-lbf/pie3 (600 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El
procedimiento se repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer
una relación entre el Peso Unitario Seco y el contenido de agua del suelo. Estos datos,
cuando son ploteados, representan una relación curvilínea conocida como curva de
Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco
Modificado son determinados de la Curva de Compactación.
IMPORTANCIA Y USO
El suelo utilizado como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases
para caminos) se compacta a un estado denso para obtener propiedades satisfactorias
de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad ó
permeabilidad. También los suelos de cimentaciones son a menudo compactados para
mejorar sus propiedades de Ingeniería. Los ensayos de Compactación en Laboratorio
proporcionan las bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de
agua que se necesitan para obtener las propiedades de Ingeniería requeridas, y para el
control de la construcción para asegurar la obtención de la compactación requerida y los
contenidos de agua.
Durante el diseño de los rellenos de Ingeniería, se utilizan los ensayos de corte,
consolidación, permeabilidad u otros ensayos que requieren la preparación de
especímenes de ensayo compactado a algún contenido de agua para algún Peso Unitario.
Es práctica común, primero determinar el óptimo contenido de humedad (wo) y el Peso
Unitario Seco máximo (γmáx) mediante un ensayo de compactación. Los especímenes
de compactación a un contenido de agua seleccionado (w), sea del lado húmedo o seco
del óptimo (wo) o al óptimo (wo) y a un Peso Unitario seco seleccionado relativo a un
porcentaje del Peso Unitario Seco máximo (γmáx). La selección del contenido de agua
(w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) o al óptimo (wo), y el Peso Unitario
Seco (γmáx) se debe basar en experiencias pasadas, o se deberá investigar una serie
de valores para determinar el porcentaje necesario de compactación.
MUESTRAS
La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg) y para
el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a esto, la
muestra de campo debe tener una muestra húmeda de al menos 50 lbm (23 kg) y 100
lbm (45 kg) respectivamente.
Determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº 4 (4,75 mm), 3/8pulg (9,5
mm) ó 3/4pulg (190 mm) para escoger el Método A, B ó C. Realizar esta determinación
separando una porción representativa de la muestra total y establecer los porcentajes
que pasan las mallas de interés mediante el Método de Análisis por tamizado de
Agregado Grueso y Fino.
Sólo es necesario para calcular los porcentajes para un tamiz ó tamices de las cuales la
información es deseada.
50
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
3.1.5. Instrumentos y Componentes:
1) Molde de 4 pulgadas.
2) Molde de 6 pulgadas.
3) Pisón o Martillo. - caída libre de 12 ± 0,05 pulg (304.8 ± 1,3 mm) de la superficie
de espécimen. La masa del pisón será 5,5 ± 0,02 lb-m (2,5 ± 0,01 kg).
4) Es práctica común y aceptable en el Sistema de libras-pulgadas asumir que la masa
del pisón es igual a su masa determinada utilizado sea una balanza en kilogramos o
libras, y una libra-fuerza es igual a 1 libra-masa ó 0,4536 kg ó 1N es igual a 0,2248
libras-masa o 0,1020 kg.
5) Extractor de Muestras (opcional). - Puede ser una gata, estructura u otro mecanismo
adaptado con el propósito de extraer los especímenes compactados del molde.
6) Balanza con precisión de 0.1g.
7) Horno de Secado. - Con control termostático preferiblemente del tipo de ventilación
forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC)
a través de la cámara de secado.
8) Regla. - Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor que
10 pulgadas (254 mm). La longitud total de la regla recta debe ajustarse
directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg (±0,1 mm). El borde de arrastre debe
ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg (3 mm).
9) Tamices o Mallas. - De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm).
10) Herramientas de Mezcla. - Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador,
paleta, espátula, botella de spray, etc. ó un aparato mecánico apropiado para la
mezcla completo de muestra de suelo con incrementos de agua.
11) El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte inferior
del plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico debe ser
plana.
3.1.6. Procedimiento:
Método de Preparación Húmeda (Preferido). - Sin secado previo de la muestra,
pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) o ¾ pulg (19,0 mm),
dependiendo del Método a ser usado (A, B ó C). Determine el contenido de agua del
suelo procesado.

Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes con contenidos de agua
de modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo estimado.
51
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Un espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo deberá ser
preparado primero, por adiciones de agua y mezcla (ver Nota 3). Seleccionar los
contenidos de agua para el resto de los especímenes de tal forma que resulten por
lo menos dos especímenes húmedos y dos secos de acuerdo al contenido óptimo de
agua, que varíen alrededor del 2%. Como mínimo son necesarios dos contenidos de
agua en el lado seco y húmedo del óptimo para definir exactamente la curva de
compactación. Algunos suelos con muy alto óptimo contenido de agua o una curva
de compactación relativamente plana requieren grandes incrementos de contenido
de agua para obtener una bien definida, para obtener un peso Unitario Seco Máximo
bien definido. Los incrementos de contenido de agua no deberán exceder de 4%.
Nota 3: Con la práctica es posible juzgar visualmente un punto cercano al óptimo
contenido de agua. Generalmente, el suelo en un óptimo contenido de agua puede ser
comprimido y quedar así cuando la presión manual cesa, pero se quebrará en dos
secciones cuando es doblada. En contenidos de agua del lado seco del óptimo, los suelos
tienden a desintegrarse; del lado húmedo del óptimo, se mantienen unidos en una masa
cohesiva pegajosa. El óptimo contenido de humedad frecuentemente es ligeramente
menor que el límite plástico.

Usar aproximadamente 5 lb. (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen que se
compacta empleando el Métodos A o B; ó 13 lbm (5,9 kg) cuando se emplee el
Método C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada o remueva las
cantidades requeridas de agua de la siguiente manera: Añada poco a poco el agua
al suelo durante la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se seque en el aire
a una temperatura de ambiente o en un aparato de secado de modo que la
temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el suelo
continuamente durante el proceso de secado para mantener la distribución del agua
en todas partes y luego colóquelo aparte en un contenedor con tapa.
Método de Preparación Seca. - Si la muestra está demasiado húmeda, reducir el
contenido de agua por secado al aire hasta que el material sea friable. El secado puede
ser al aire o por el uso de un aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no
exceda de 140 ºF (60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar
moler las partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº 4 (4,75
mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material
granular que pasa la malla 3/4pulg para la compactación en el molde de 6 pulgadas,
disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8 pulg
de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el mezclado posterior.

Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes.

Usar aproximadamente 5 lb. (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen a ser
compactado cuando se emplee el Método A , B ó 13 libras (5,9 kg) cuando se emplee
el Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los contenidos de
agua de los especímenes tengan los valores descritos anteriormente (ver Nota 4).
Seguir la preparación del espécimen por el procedimiento especificado.
52
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Compactación. - Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de
la siguiente manera:

Determinar y anotar la masa del molde ó molde y el plato de base.

Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El molde se apoyará sobre un
cimiento uniforme y rígido, como la proporcionada por un cilindro o cubo de concreto
con una masa no menor de 200 lbm (91 kg). Asegurar el plato base a un cimiento
rígido. El método de enlace ó unión al cimiento rígido debe permitir un desmolde fácil
del molde ensamblado, el collar y el plato base después que se concluya la
compactación.

Compactar el espécimen en tres capas. Después de la compactación, cada capa
deberá tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación, colocar
el suelo suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor uniforme.
Suavemente apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este no esté en
estado suelto o esponjoso, usando el pisón manual de compactación o un cilindro de
2 pulg (5 mm) de diámetro. Posteriormente a la compactación de cada uno de las
dos primeras capas, cualquier suelo adyacente a las paredes del molde que no han
sido compactados o extendido cerca de la superficie compactada será recortada. El
suelo recortado puede ser incluido con el suelo adicional para la próxima capa. Un
cuchillo u otro aparato disponible pueden ser usado. La cantidad total de suelo usado
será tal que la quinta capa compactada se extenderá ligeramente dentro del collar,
pero no excederá ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde. Si la tercera capa
se extiende en más de ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde, el espécimen
será descartado. El espécimen será descartado cuando el último golpe del pisón para
la tercera capa resulta por debajo de la parte superior del molde de compactación.

Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56
golpes para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm).
Nota 4: Cuando los especímenes de compactación se humedecen más que el contenido
de agua óptimo, pueden producirse superficies compactadas irregulares y se requerirá
del juicio del operador para la altura promedio del espécimen.

Al operar el pisón manual, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía
mientras el pisón sube. Aplicar los golpes en una relación uniforme de
aproximadamente 25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura
completa y uniforme de la superficie del espécimen.

Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del
molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar,
soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la
parte superior del molde.

Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a
través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en
53
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la parte superior e inferior del molde. Un corte inicial en el espécimen en la parte
superior del molde con un cuchillo puede prevenir la caída del suelo por debajo de la
parte superior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado
o despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla
recta a través de la parte superior e inferior del molde. Repetir las operaciones
mencionadas en la parte inferior del espécimen cuando se halla determinado el
volumen del molde sin el plato base. Para suelos muy húmedos o muy secos, se
perderá suelo o agua si el plato se remueve. Para estas situaciones, dejar el plato
base fijo al molde.

Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo,
registrar los datos en el Formato N°7. Cuando se deja unido el plato base al molde,
determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación
al gramo.

Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido
de agua utilizando todo el espécimen o una porción representativa. Cuando se utiliza
todo el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado. De otra manera se puede
obtener una porción cortando axialmente por el centro del espécimen compactado y
removiendo 500gr del material de los lados cortados. Obtener el contenido de
humedad.

Después de la compactación del último espécimen, comparar los pesos unitarios
húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado
del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación para
cada Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y contenido de agua de
cada espécimen compactado puede ser una ayuda para realizar esta evaluación. Si
el patrón deseado no es obtenido, serán necesarios compactar especímenes
adicionales. Generalmente, un valor de contenido de agua mayor que el contenido
de agua definido por el máximo Peso Unitario Húmedo es suficiente para asegurar
los datos del lado más húmedo que el óptimo contenido de agua para el máximo
Peso Unitario seco.
3.1.7. Cálculos:
Se calcula la Densidad húmeda utilizando la Ecuación 15.
𝛿𝑚
𝑊𝑠
𝑚
𝑉𝑠
𝑊𝑚
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 15
Dónde:
𝛿𝑚 = Densidad Húmeda del espécimen compactado (g/cm3).
Ws+m = Masa del espécimen compactado más molde (g).
Wm = Masa del molde de compactación (g).
Vs = Volumen del espécimen compactado (cm3).
54
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Se calcula el contenido de humedad para cada punto con la Ecuación 1.
Finalmente calcule la densidad o Peso Unitario Seco para cada espécimen compactado
con la Ecuación 16.
𝛿𝑑
𝛿𝑚
𝑤 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 16
1
100
Dónde:
𝛿𝑑 = Densidad seca del espécimen compactado (g/cm3).
W = contenido de humedad del espécimen (%).
3.1.8. Reporte:
El reporte deberá incluir lo siguiente:

Registrar los cálculos en el Formato N°7.

Dibujar la curva de compactación como una curva suave a través de los puntos.

Plotear la curva de saturación al 100% (ver Nota 5). Los valores de contenido de
agua para la condición de 100% de saturación puede ser calculadas con el uso de la
Ecuación 17.
Nota 5: La curva de saturación al 100% es una ayuda en el bosquejo de la curva de
compactación. Para suelos que contienen más de 10% de finos a contenidos de agua
que superan el óptimo, las dos curvas generalmente llegan a ser aproximadamente
paralelas con el lado húmedo de la curva de compactación entre 92% á 95% de
saturación. Teóricamente, la curva de compactación no puede trazarse a la derecha de
la curva de 100% de saturación. Si esto ocurre, hay un error en la gravedad específica,
en las mediciones, en los cálculos, en procedimientos de ensayo o en el ploteo.
La curva de 100% de saturación se denomina algunas veces como curva de relación de
vacíos cero o la curva de saturación completa.

En el cálculo de los puntos para el ploteo de la curva de 100% de saturación o curva
de relación de vacíos cero del peso unitario seco, seleccione los valores
correspondientes de contenido de agua a la condición de 100% de saturación como
sigue en la ecuación 17:
𝐷𝑠𝑎𝑡.
𝑤
100
1
1/𝐺𝑠
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 17
Dónde:
Dsat. = Densidad en una saturación completa (g/cm3).
55
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w
Gs
= Contenido de humedad (%)
= Gravedad específica del suelo (ver Nota 6).
Nota 6: La gravedad específica puede ser calculada para los especímenes de prueba en
base de datos de ensayos de otras muestras de la misma clasificación de suelo y origen.
De otro modo sería necesario el ensayo de Gravedad Específica.
3.1.9. Conclusiones y recomendaciones:

Realizar esta prueba resulta mucho más rápido ya que los instrumentos son más
livianos y acelera el proceso.

Por otro lado, para obtener un resultado final tiene como retraso el obtener el
contenido de humedad.
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FORMATO N° 7
MUESTRA N°
:
SOLICITANTE
:
PROYECTO
:
LUGAR
:
FECHA DE ENSAYO
:
ENSAYO DE COMPACTACIÓN - TIPO ESTÁNDAR.
MÉTODO :
Gravedad específica:
1 VOLUMEN
(cm3)
2 PESO SUELOS + MOLDE
(g)
3 PESO MOLDE
(g)
4 PESO SUELO HÚMEDO COMPACTADO(2)-(3)
5 DENSIDAD HÚMEDA
(4)/(1)
(g)
(g/cm )
3
6 RECIPIENTE N°
7 PESO SUELO HÚMEDO + TARA
(g)
8 PESO SUELO SECO + TARA
(g)
9 PESO DE TARA
(g)
10 PESO DE AGUA
(7) - (8)
11 PESO DE SUELO SECO
(8) - (9)
12 CONTENIDO DE AGUA
(10) / (11) * 100
13 DENSIDAD SECA
(g)
(g)
(%)
(5) / [1+ (12/100)]
(g/cm3)
DENSIDAD SECA (g/cm3)
CURVA DE COMPACTACION
CONTENIDO DE HUMEDAD (%)
MÁXIMA DENSIDAD SECA =
………………. g/cm3
ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD =
……………. %
57
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PROCTOR MODIFICADO
NTP 339.141 / ASTM D1557
3.2.1. Introducción:
En cada una de las obras de construcción, es de gran importancia tener bien definidas
las propiedades que tiene el suelo ya que este es la base sobre la cual se realizará el
proyecto. En muchos casos dichas propiedades no cumplen con lo que buscamos en
ellas, sin embargo, se pueden realizar alteraciones en estas para poder obtener las
propiedades satisfactorias.
Una opción que nos permite tener características de suelo que nos sirvan para nuestra
construcción es la de la sustitución de terreno por uno de propiedades ideales.
Sin embargo, este es un procedimiento de alto costo, por lo que en muchos casos se
deben buscar otras soluciones con el suelo que tenemos. La compactación es un
procedimiento que nos permite mejorar el funcionamiento del suelo que tenemos en
nuestro terreno. Esta mejora propiedades como la resistencia al esfuerzo cortante,
densifica el suelo y reduce los asentamientos al igual que la permeabilidad. Este es de
menor costo, sin embargo, no en todos los casos es factible el uso de esta técnica de
mejoramiento del suelo.
Es importante obtener la curva de compactación, y por medio de esta una humedad
óptima, para lograr alcanzar el máximo grado de compactación. Las pruebas que se
realizan en los laboratorios nos generan una idea muy cercana de la humedad óptima
de nuestro terreno, esto en el caso de que se realicen correctamente los procedimientos
de obtención y preparación de la muestra con el objetivo de que se obtenga lo más
representativa posible.
3.2.2. Objetivo:
Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio, para
determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos
(curva de compactación) compactados en un molde de 4 ó 6 pulgadas (101,6 ó 152,4
mm) de diámetro con un pisón de 10 lbf (44,5 N) que cae de una altura de 18 pulgadas
(457 mm), produciendo una Energía de Compactación de 56 000 lb-pie/pie3 (2 700 kNm/m3).
3.2.3. Logro:
Reconocer y determinar la calidad del material para cada tipo de método para ser usado
en diversos tipos de trabajos a compactar.
3.2.4. Fundamento:
DEFINICIONES
Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 5 capas dentro de
un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56
58
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golpes con un pisón de 10 lbf (44.5 N) desde una altura de caída de 18 pulgadas (457
mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente
56000 pie-lbf/pie3 (2 700 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El
procedimiento se repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer
una relación entre el Peso Unitario Seco y el Contenido de Agua del Suelo. Estos datos,
cuando son ploteados, representan una relación curvilínea conocida como curva de
Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco
Modificado son determinados de la Curva de Compactación.
IMPORTANCIA Y USO
El suelo utilizado como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases
para caminos) se compacta a un estado denso para obtener propiedades satisfactorias
de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad ó
permeabilidad. También los suelos de cimentaciones son a menudo compactados para
mejorar sus propiedades de Ingeniería. Los ensayos de Compactación en Laboratorio
proporcionan las bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de
agua que se necesitan para obtener las propiedades de Ingeniería requeridas, y para el
control de la construcción para asegurar la obtención de la compactación requerida y los
contenidos de agua.
Durante el diseño de los rellenos de Ingeniería, se utilizan los ensayos de corte,
consolidación, permeabilidad u otros ensayos que requieren la preparación de
especímenes de ensayo compactado a algún contenido de agua para algún Peso Unitario.
Es práctica común, primero determinar el óptimo contenido de humedad (wo) y el Peso
Unitario Seco máximo (Ymáx) mediante un ensayo de compactación. Los especímenes de
compactación a un contenido de agua seleccionado (w), sea del lado húmedo o seco del
óptimo (wo) o al óptimo (wo) y a un Peso Unitario seco seleccionado relativo a un
porcentaje del Peso Unitario Seco máximo (Ymáx). La selección del contenido de agua
(w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) o al óptimo (wo), y el Peso Unitario
Seco (Ymáx) se debe basar en experiencias pasadas, o se deberá investigar una serie de
valores para determinar el porcentaje necesario de compactación.
MUESTRAS
La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg) y para
el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a esto, la
muestra de campo debe tener un peso húmedo de al menos 50 lbm (23 kg) y 100 lbm
(45 kg) respectivamente.
Determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº 4 (4,75mm), 3/8pulg
(9,5mm) ó 3/4pulg (19.0mm) para escoger el Método A, B o C. Realizar esta
determinación separando una porción representativa de la muestra total y establecer
los porcentajes que pasan las mallas de interés mediante el Método de Análisis por
tamizado de Agregado Grueso y Fino (MTC E –204). Sólo es necesario para calcular los
porcentajes para un tamiz ó tamices de las cuales la información es deseada.
59
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PREPARACIÓN DE APARATOS
Seleccionar el molde de compactación apropiado de acuerdo con el Método (A, B o C) a
ser usado. Determinar y anotar su masa con aproximación al gramo. Ensamblar el
molde, base y collar de extensión. Chequear el alineamiento de la pared interior del
molde y collar de extensión del molde. Ajustar si es necesario.
Chequear que el ensamblado del pisón este en buenas condiciones de trabajo y que sus
partes no estén flojas ó gastado. Realizar cualquier ajuste o reparación necesaria. Si los
ajustes o reparaciones son hechos, el martillo deberá volver a ser calibrado.
3.2.5. Instrumentos y Componentes:

Ensamblaje del Molde. - Los moldes deben de ser cilíndricos hechos de materiales
rígidos y con la capacidad adecuada. Las paredes del molde deberán ser sólidas,
partidas o ahusadas. El tipo “partido” deberá tener dos medias secciones circulares,
o una sección de tubo dividido a lo largo de un elemento que se pueda cerrar en
forma segura formando un cilindro que reúna los requisitos de esta sección.

El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte inferior del
plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico debe ser plana.

Molde de 4 pulgadas. - Un molde que tenga en promedio 4,000 ± 0,016 pulg (101,6
± 0,4 mm) de diámetro interior, una altura de 4,584 ± 0,018 pulg (116,4 ± 0,5 mm)
y un volumen de 0,0333 ± 0,0005 pie3 (944 ± 14 cm3).

Molde de 6 pulgadas. - Un molde que tenga en promedio 6,000 ± 0,026 pulg (152,4
± 0,7 mm) de diámetro interior, una altura de: 4,584 ± 0,018 pulg (116,4 ± 0,5mm)
y un volumen de 0,075 ± 0,0009 pie3 (2 124 ± 25 cm3).

Pisón o Martillo. - Un pisón operado manualmente ó mecánicamente. El pisón debe
caer libremente a una distancia de 18 ± 0,05 pulg (457,2 ± 1,6 mm) de la superficie
de espécimen. Es práctica común y aceptable en el Sistema de libras-pulgadas
asumir que la masa del pisón es igual a su masa determinada utilizado sea una
balanza en kilogramos o libras, y una libra-fuerza es igual a 1 libra-masa o 0,4536
kg o 1N es igual a 0,2248 libras-masa ó 0,1020 kg.

Extractor de Muestras (opcional).- Puede ser una gata, estructura u otro mecanismo
adaptado con el propósito de extraer los especímenes compactados del molde.

Balanza.- Una balanza de aproximación de 1 gramo.

Horno de Secado.- Con control termostático preferiblemente del tipo de ventilación
forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC)
a través de la cámara de secado.

Regla.- Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor que
10 pulgadas (254 mm). La longitud total de la regla recta debe ajustarse
60
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directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg (±0,1 mm). El borde de arrastre debe
ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg (3 mm).

Tamices o Mallas. - De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm),
conforme a los requisitos de las especificaciones ASTM E11 (“Especificación para
mallas metálicas con fines de ensayo”).

Herramientas de Mezcla. - Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador,
paleta, espátula, botella de espray, etc. o un aparato mecánico apropiado para la
mezcla completa de muestra de suelo con incrementos de agua.
3.2.6. Procedimiento:
SUELOS:

No vuelva a usar el suelo que ha sido compactado previamente en Laboratorio.

Utilice el método de preparación húmedo.
Método de Preparación Húmeda (Preferido). - Sin secado previo de la muestra,
pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm),
dependiendo del Método a ser usado (A, B ó C). Determine el contenido de agua del
suelo procesado.
Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes con contenidos de agua de
modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo estimado. Un
espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo deberá ser preparado
primero, por adiciones de agua y mezcla (ver Nota7). Seleccionar los contenidos de agua
para el resto de los especímenes de tal forma que resulten por lo menos dos especímenes
húmedos y dos secos de acuerdo al contenido óptimo de agua, que varíen alrededor del
2%. Como mínimo son necesarios dos contenidos de agua en el lado seco y húmedo del
óptimo para definir exactamente la curva de compactación. Algunos suelos con muy alto
óptimo contenido de agua o una curva de compactación relativamente plana requieren
grandes incrementos de contenido de agua para obtener una bien definida para obtener
un peso Unitario Seco Máximo bien definido. Los incrementos de contenido de agua no
deberán exceder de 4%.
Nota 7: Con la práctica es posible juzgar visualmente un punto cercano al óptimo
contenido de agua. Generalmente, el suelo en un óptimo contenido de agua puede ser
comprimido y quedar así cuando la presión manual cesa, pero se quebrará en dos
secciones cuando es doblada. En contenidos de agua del lado seco del óptimo, los suelos
tienden a desintegrarse; del lado húmedo del óptimo, se mantienen unidos en una masa
cohesiva pegajosa. El óptimo contenido de humedad frecuentemente es ligeramente
menor que el límite plástico.
Usar aproximadamente 5 lb. (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen que se
compacta empleando el Métodos A o B; o 13 lbm (5,9 kg) cuando se emplee el Método
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C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada o remueva las cantidades
requeridas de agua de la siguiente manera: Añada poco a poco el agua al suelo durante
la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se seque en el aire a una temperatura
de ambiente o en un aparato de secado de modo que la temperatura de la muestra no
exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el suelo continuamente durante el proceso de secado
para mantener la distribución del agua en todas partes y luego colóquelo aparte en un
contenedor con tapa.
Método de Preparación Seca. - Si la muestra está demasiado húmeda, reducir el
contenido de agua por secado al aire hasta que el material sea friable. El secado puede
ser al aire o por el uso de un aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no
exceda de 140 ºF (60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar
moler las partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº 4 (4,75
mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material
granular que pasa la malla 3/4pulg para la compactación en el molde de 6 pulgadas,
disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8 pulg
de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el mezclado posterior.
Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes.
Usar aproximadamente 5 lb. (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen a ser
compactado cuando se emplee el Método A, B o 13 libras (5,9 kg) cuando se emplee el
Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los contenidos de agua de
los especímenes tengan los valores descritos anteriormente (ver Nota 8). Seguir la
preparación del espécimen por el procedimiento especificado.
Compactación. - Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de
la siguiente manera:
Determinar y anotar la masa del molde o molde y el plato de base.
Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El molde se apoyará sobre un
cimiento uniforme y rígido, como la proporcionada por un cilindro o cubo de concreto
con una masa no menor de 200 lbm (91 kg). Asegurar el plato base a un cimiento rígido.
El método de enlace o unión al cimiento rígido debe permitir un desmolde fácil del molde
ensamblado, el collar y el plato base después que se concluya la compactación.
Compactar el espécimen en tres capas. Después de la compactación, cada capa deberá
tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación, colocar el suelo
suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor uniforme. Suavemente
apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este no esté en estado suelto o
esponjoso, usando el pisón manual de compactación o un cilindro de 2 pulg (5 mm) de
diámetro.
Posteriormente a la compactación de cada uno de las dos primeras capas, cualquier suelo
adyacente a las paredes del molde que no han sido compactados o extendido cerca de
la superficie compactada será recortada. El suelo recortado puede ser incluido con el
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suelo adicional para la próxima capa. Un cuchillo u otro aparato disponible pueden ser
usado. La cantidad total de suelo usado será tal que la quinta capa compactada se
extenderá ligeramente dentro del collar, pero no excederá ¼ pulg (6 mm) de la parte
superior del molde. Si la tercera capa se extiende en más de ¼ pulg (6 mm) de la parte
superior del molde, el espécimen será descartado. El espécimen será descartado cuando
el último golpe del pisón para la tercera capa resulta por debajo de la parte superior del
molde de compactación.
Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) o 56 golpes
para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm).
Nota 8: Cuando los especímenes de compactación se humedecen más que el contenido
de agua óptimo, pueden producirse superficies compactadas irregulares y se requerirá
del juicio del operador para la altura promedio del espécimen.
Al operar el pisón manual, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía
mientras el pisón sube. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente
25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y uniforme
de la superficie del espécimen.
Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del molde.
El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar, soltando el
suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del
molde.
Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a
través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en la
parte superior e inferior del molde. Un corte inicial en el espécimen en la parte superior
del molde con un cuchillo puede prevenir la caída del suelo por debajo de la parte
superior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado o
despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla recta a
través de la parte superior e inferior del molde. Repetir las operaciones mencionadas en
la parte inferior del espécimen cuando se halla determinado el volumen del molde sin el
plato base. Para suelos muy húmedos o muy secos, se perderá suelo o agua si el plato
se remueve. Para estas situaciones, dejar el plato base fijo al molde.
Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo,
registrar los datos en el Formato N°8. Cuando se deja unido el plato base al molde,
determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación al
gramo.
Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido de
agua utilizando todo el espécimen o una porción representativa. Cuando se utiliza todo
el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado. De otra manera se puede obtener una
porción cortando axialmente por el centro del espécimen compactado y removiendo
500gr del material de los lados cortados. Obtener el contenido de humedad.
63
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Después de la compactación del último espécimen, comparar los pesos unitarios
húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado del
óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación para cada
Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y contenido de agua de cada
espécimen compactado puede ser una ayuda para realizar esta evaluación. Si el patrón
deseado no es obtenido, serán necesarios compactar especímenes adicionales.
Generalmente, un valor de contenido de agua mayor que el contenido de agua definido
por el máximo Peso Unitario Húmedo es suficiente para asegurar los datos del lado más
húmedo que el óptimo contenido de agua para el máximo Peso Unitario seco.
3.2.7. Cálculos:
Se calcula la Densidad húmeda utilizando la Ecuación 18.
𝑊𝑠
𝛿𝑚
𝑚
𝑉𝑠
𝑊𝑚
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 18
Dónde:
𝛿𝑚 = Densidad Húmeda del espécimen compactado (g/cm3).
Ws+m = Masa del espécimen compactado más molde (g).
Wm = Masa del molde de compactación (g).
Vs = Volumen del espécimen compactado (cm3).
Se calcula el contenido de humedad para cada punto con la Ecuación 1.
Finalmente calcule la densidad o Peso Unitario Seco para cada espécimen compactado
con la Ecuación 19.
𝛿𝑑
Dónde:
𝛿𝑚
𝑤 … 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 19
1
100
𝛿𝑑 = Densidad seca del espécimen compactado (g/cm3).
W = contenido de humedad del espécimen (%).
3.2.8. Reporte:
El reporte deberá incluir lo siguiente:
 Registrar los cálculos en el Formato N°8.
 Dibujar la curva de compactación como una curva suave a través de los puntos.
 Plotear la curva de saturación al 100% (ver Nota 9). Los valores de contenido de
agua para la condición de 100% de saturación puede ser calculadas con el uso de la
Ecuación 20.
64
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Nota 9: La curva de saturación al 100% es una ayuda en el bosquejo de la curva de
compactación. Para suelos que contienen más de 10% de finos a contenidos de agua
que superan el óptimo, las dos curvas generalmente llegan a ser aproximadamente
paralelas con el lado húmedo de la curva de compactación entre 92% a 95% de
saturación. Teóricamente, la curva de compactación no puede trazarse a la derecha de
la curva de 100% de saturación. Si esto ocurre, hay un error en la gravedad específica,
en las mediciones, en los cálculos, en procedimientos de ensayo o en el ploteo.
La curva de 100% de saturación se denomina algunas veces como curva de relación de
vacíos cero o la curva de saturación completa.
 En el cálculo de los puntos para el ploteo de la curva de 100% de saturación o curva
de relación de vacíos cero del peso unitario seco, seleccione los valores
correspondientes de contenido de agua a la condición de 100% de saturación como
sigue en la ecuación 20:
𝐷𝑠𝑎𝑡.
𝑤
100
1
1/𝐺𝑠
… 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 20
Donde,
Dsat. = Densidad en una saturación completa (g/cm3).
w
= Contenido de humedad (%)
Gs
= Gravedad específica del suelo (ver Nota 10).
Nota 10: La gravedad específica puede ser calculada para los especímenes de prueba
en base de datos de ensayos de otras muestras de la misma clasificación de suelo y
origen. De otro modo sería necesario el ensayo de Gravedad Específica.
3.2.9. Conclusiones y recomendaciones:
En lo posible se debe tratar de llegar a realizar dos puntos antes y dos puntos después
de lo óptimo para tener un resultado más acertado.
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FORMATO N° 8
MUESTRA N°
:
SOLICITANTE
:
PROYECTO
:
LUGAR
:
FECHA DE ENSAYO
:
ENSAYO DE COMPACTACIÓN - TIPO: MODIFICADO.
MÉTODO
:
Gravedad específica:
1 VOLUMEN
(cm3)
2 PESO SUELOS + MOLDE
(g)
3 PESO MOLDE
(g)
4 PESO SUELO HÚMEDO COMPACTADO(2)-(3)
5 DENSIDAD HÚMEDA
(4)/(1)
(g)
(g/cm )
3
6 RECIPIENTE N°
7 PESO SUELO HÚMEDO + TARA
(g)
8 PESO SUELO SECO + TARA
(g)
9 PESO DE TARA
(g)
10 PESO DE AGUA
(7) - (8)
11 PESO DE SUELO SECO
(8) - (9)
12 CONTENIDO DE AGUA
(10) / (11) * 100
13 DENSIDAD SECA
(g)
(g)
(%)
(5) / [1+ (12/100)]
(g/cm3)
DENSIDAD SECA (gr/cm3)
CURVA DE COMPACTACION
CONTENIDO DE HUMEDAD (%)
MÁXIMA DENSIDAD SECA =
………………. g/cm3
ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD =
……………. %
66
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DENSIDAD DE CAMPO
NTP 339.143 / ASTM D1556
3.3.1. Introducción:
Los ensayos en el campo pueden ser destructivos o no destructivos. Los ensayos
destructivos comprenden la excavación y remoción de parte del material de relleno
(dejando un hueco para ser rellenado y compactado posteriormente por el constructor),
mientras que los ensayos no destructivos determinan indirectamente el peso unitario y
el contenido de agua del relleno y tan sólo dejan un pequeño agujero en el terreno.
3.3.2. Objetivo:
Durante la práctica se desarrollará el ensayo del Cono de Arena (ASTM D1556) y se
realizará una aplicación demostrativa del ensayo nuclear a fin de comparar los resultados
obtenidos mediante ambos métodos.
3.3.3. Logro:
Tener la capacidad de determinar la eficiencia del trabajo con ensayos de corto tiempo
y fiables.
3.3.4. Fundamento:
METODO DEL CONO DE ARENA (ASTM D1556/AASHTO T191)
Un agujero es excavado manualmente en el suelo a ser ensayado y todo el material
extraído del hueco es depositado en un recipiente. El hueco se llena con arena de
densidad conocida que cae libremente a través de un cono y de esta manera se
determina el volumen.
La densidad húmeda in situ se determina dividiendo la masa húmeda del material
removido entre el volumen del hueco. La humedad del material se determina mediante
los métodos usuales (secado al horno) y con estos datos se calcula la densidad seca del
material.
3.3.5. Instrumentos y Componentes:
 Horno, controlado por termostatos capaz de mantener una temperatura uniforme de
110 +/- 5º C.
 Balanza con precisión a 1.0 g, capacidad mínima de 10kg.
 Cono, de dimensiones estándar (6 pulg de diámetro), se emplea para asegurar un
flujo constante y reproducible de arena.
 Contenedor de arena, con capacidad para un volumen mayor que la cantidad de
arena que se va a utilizar. Debe poseer un dispositivo tipo válvula de control para
iniciar y finalizar el flujo de arena hacia el cono.
67
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 Plato base, para realizar la calibración previa de la arena que se va a utilizar.
 Arena de Ottawa, debe ser limpia, seca, uniforme en densidad y gradación, durable
y de flujo libre. La granulometría de la arena calibrada debe pasar la Malla N°10 y
ser retenida por la malla N °20.
3.3.6. Procedimiento:
Densidad Húmeda del terreno
Pesar 5 kg. de arena limpia y seca. Vaciar la arena en la botella. Atornillar el cono a la
botella.
Ubicar el lugar en donde se va a realizar la determinación de la densidad y, en un
cuadrado de 60 cm de lado, nivelar la superficie lo mejor posible.
Colocar la placa base sobre la superficie de suelo nivelado y enrasado.
Excavar el suelo a través de la perforación de la placa base. La cavidad debe tener
aproximadamente, la misma profundidad que el molde utilizado para calibrar la arena
(10 a 15 cm aproximadamente). El material que se va extrayendo de la perforación se
deposita en una bolsa. El volumen mínimo de la excavación dependerá del tamaño
máximo de la partícula.
Colocar la botella con el cono invertido en la perforación de la placa base. Abrir
rápidamente la válvula del cono y dejar que la arena llene la cavidad del suelo, la
perforación en la placa base y el cono.
Cerrar la válvula e invertir el recipiente.
Extraer la arena de la cavidad. Recuperar la porción de arena que no se haya ensuciado
(después de usar varias veces la arena, se tiene que volver a lavar, secar y tamizar,
para que su peso volumétrico permanezca más o menos constante).
Depositar la arena que quede en la botella en una bolsa.
Pesar el suelo de la perforación contenido en la bolsa. Tomar 100 g de material húmedo
para determinar el contenido de humedad.
Pasar el material por el tamiz # 4, 3/8” o peso seco. Emplear el valor de Gs que se
indique en el momento de la práctica.
Los datos obtenidos registrarlos en el Formato N°9, asimismo los cálculos a realizar
están contemplados en el mismo.
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FORMATO N° 9
DENSIDAD DE CAMPO - Controles de Compactación
(AASHTO T-191-61 & T-224-67)
Proyecto:
Ubicación del Proyecto:
Datos de la muestra
Cantera:
Fecha :
Nº De Prueba:
1
2
3
Nivel-Capa:
Espesor compactado (m):
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Lado:
Cálculo
Unidad
PESO DEL FRASCO + ARENA
……
g
PESO DEL FRASCO + ARENA QUE QUEDA
……
g
PESO DE ARENA EMPLEADA
(1) - (2)
g
PESO DE ARENA EN EL CONO
……
g
Descripción
PESO DE ARENA EN EXCAVACIÓN
DENSIDAD DE LA ARENA
VOLUMEN DE MATERIAL EXTRAÍDO
PESO DEL RECIPIENTE + SUELO + GRAVA
(3) - (4)
g
……
(g/cm3)
(5) / (6)
(cm3)
……
g
……
g
(8) - (9)
g
PESO RETENIDO EN EL TAMIZ
……
g
PESO ESPECÍFICO DE GRAVA
……
g/cm3
VOLUMEN DE GRAVA
(11) / (12)
cm3
PESO DE FINOS
(10) - (11)
g
VOLUMEN DE FINOS
(7) - (13)
cm3
DENSIDAD HÚMEDA
(14) / (15)
g/cm3
PESO DEL RECIPIENTE
PESO DEL SUELO + GRAVA
Tramo:
CONTENIDO DE HUMEDAD
17
N° DE RECIPIENTE
……
…..
18
PESO DEL RECIPIENTE
……
g
19
PESO DEL RECIPIENTE + SUELO HÚMEDO
……
g
20
PESO DEL RECIPIENTE + SUELO SECO
……
g
21
PESO DEL CONTENIDO DE AGUA
(19) - (20)
g
22
PESO DEL SUELO SECO
(20) - (18)
g
23
CONTENIDO DE HUMEDAD
(21) / (22) * 100
(%)
24
DENSIDAD SECA
(16) / [ 1 + (23) / 100 ]
g/cm3
25
MÁXIMA DENSIDAD PRÓCTOR
……
(g/cm3)
26
ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD
PRÓCTOR
GRADO DE COMPACTACIÓN
……
(%)
(24) / (25) * 100
(%)
27
69
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3.3.7. Conclusiones y recomendaciones:
Se deberá trabajar en el formato correspondiente para la anotación de los datos y así
realizar los cálculos para obtener el porcentaje final.
70
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO 4
4.1 PERMEABILIDAD POR CARGA CONSTANTE
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PERMEABILIDAD POR CARGA CONSTANTE
NTP 339.147 / ASTM D2434
4.1.1. Introducción:
La permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin
alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a
través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la
cantidad de fluido es despreciable.
4.1.2. Objetivo:
Este método de ensayo describe el procedimiento para determinar el coeficiente de
permeabilidad mediante carga constante para flujo laminar de agua a través de suelos
granulares que no contenga más del 10% de partículas que pasen el tamiz de 75 μm
(N° 200).
4.1.3. Logro:
Determinar e identificar de manera rápida si un material carece o posee el coeficiente
de permeabilidad.
4.1.4. Fundamento:
MUESTRA DE ENSAYO
Determine por cuarteo una muestra representativa de suelo granular secado al aire, que
contenga menos del 10% de suelo que pase el tamiz de 75 μm (N° 200).
Realice un análisis granulométrico de acuerdo a la Norma ASTM D 422. Las partículas
mayores de 19 mm (3/4 in) no deberán emplearse en el ensayo.
Del material tamizado escoja mediante cuarteo, de acuerdo a la norma ASTM C 702, una
cantidad aproximadamente igual a dos veces la requerida para llenar la cámara del
permeámetro.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

Humedezca las piedras porosas.

Mida el diámetro interior del cilindro Ø, la longitud L entre las salidas de los
piezómetros, y la altura total H1 del cilindro.

Determine el peso de la muestra que se va a utilizar en el ensayo, y anótela como
W1.

Mezcle el suelo con suficiente agua para producir el contenido de humedad deseado.

Almacene el material en un recipiente cubierto por lo menos durante 16 horas.
72
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LABORATORIO DE INGENIERÍA CIVIL

Determine el contenido de humedad con una pequeña porción de la muestra
preparada.

Coloque el suelo preparado en el permeámetro en capas delgadas uniformes
aproximadamente iguales en espesor al tamaño máximo de las partículas después
de compactadas, pero no menor de 15 mm (0.6 in), usando un cucharón.

Compacte las capas sucesivas hasta que el suelo alcance el peso unitario relativo
deseado mediante golpes distribuidos uniformemente sobre la superficie de la capa
siguiendo una trayectoria regular, hasta una altura de alrededor de 20 mm (0.8 in)
por encima de la salida del piezómetro superior.

Peso unitario relativo del 0%: Coloque la muestra en capas sucesivas sin
compactarlas hasta cuando el molde del permeámetro esté lleno.

Peso unitario relativo al 100%: Compacte completamente cada capa de suelo
mediante golpes uniformemente distribuidos sobre la superficie de la capa hasta
producir el peso unitario máximo.

Peso unitario relativo entre el 0 y 100%: Mediante tanteos, en un recipiente
separado del mismo diámetro que el cilindro de permeabilidad, ajuste la
compactación hasta obtener el peso unitario relativo deseado.

Determine el peso final del suelo empleado en el ensayo (W1–W2), siendo W2 el
peso sobrante de suelo dejado en la bandeja.

Mida y anote la altura final de la muestra H1–H2, midiendo la profundidad H2, desde
la superficie superior del disco poroso hasta la superficie superior del cilindro.

Nivele la superficie superior del suelo colocando la piedra porosa superior, rotándola
suavemente de derecha a izquierda.

Coloque el resorte y la tapa superior del permeámetro y asegúrela con tornillos.

Elimine el aire atrapado en las partículas empleando una bomba de vacío bajo 500
mm de mercurio (20 in) como mínimo, durante 15 min. Continúe la operación
mediante una saturación lenta de la muestra de abajo hacia arriba.

Coloque el resorte y la tapa superior del permeámetro y asegúrela con tornillos.

Cierre la válvula de desagüe y desconecte el vacío.

Debe tenerse cuidado de constatar que el sistema de flujo de permeabilidad y que
el sistema de piezómetros se halle libres de aire y estén trabajando
satisfactoriamente, para ello se debe realizar lo siguiente:
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a. Llene el tubo de admisión con agua proveniente del tanque de carga constante,
abriendo ligeramente la válvula del filtro del tanque.
b. Conecte el tubo de admisión a la válvula del permeámetro, y abra ligeramente la
válvula y las válvulas de salida de los piezómetros.
c. Conecte los tubos piezométricos de agua con las salidas de los piezómetros, y
llene con agua para remover el aire.
d. Cierre la válvula de admisión y abra la de desagüe, para que el agua alcance en
los tubos piezométricos un nivel estable con carga cero.
4.1.5. Instrumentos y Componentes:

Permeámetro de compactación para suelos cuyo tamaño máximo de partículas sea
menor o igual a 3/8” diámetro.

Permeámetro de compactación para suelos cuyo tamaño máximo de partículas sea
menor 3/4” diámetro.

Tanque de carga constante con indicador de nivel de agua constante, orificios de
ingreso del agua.

Piedras porosas.

Termómetro con aproximación a 0.1°C.

Cronómetro.

Cinta métrica o huincha.

Probeta graduada de 250 ml.

Recipientes, bandejas de mezclado
aproximación a 1gr y a 0.1gr.
y
herramientas
(varias).
Balanza
con
4.1.6. Procedimiento:
1. Abra la válvula de admisión del tanque de carga constante, hasta que la carga de
agua sea estable.
2. Determine y anote la carga h, definida como la diferencia entre los niveles de los
piezómetros.
3. Determine la cantidad (Q) de agua recolectada en una probeta graduada de 250 ml,
que fluye en un tiempo determinado (t).
4. Determine la temperatura a la cual está el agua del ensayo (°C).
5. Repita el proceso variando la altura de carga en incrementos de 5 mm.
6. Al concluir el ensayo de permeabilidad, drene y examine la muestra para establecer
si era esencialmente homogénea.
74
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4.1.7. Cálculos
Los Datos previos al cálculo anotarlos en el Formato N°10.
Calcule el coeficiente de permeabilidad k, según la Ecuación 21.
Ecuación 21
Dónde:
K= Coeficiente de permeabilidad, cm/s. (Ver Nota 10)
Q= Cantidad de agua de descarga, cm3
L= Altura de la muestra, cm.
A= Área de la sección transversal de la muestra, cm2.
t= Tiempo total de desagüe, s.
H= Diferencia de carga (altura) sobre los piezómetros, cm.
NOTA 10: Reportar el coeficiente de permeabilidad a 20°C Multiplicando el resultado de
K por el factor de corrección Rt (Tabla N°7).
4.1.7 Observaciones y Conclusiones:




La permeabilidad no es más que la mayor o menor facilidad con que el agua
atraviesa la sección del suelo.
La permeabilidad depende principalmente de la granulometría de un suelo.
La magnitud del coeficiente de permeabilidad depende de la viscosidad del líquido,
tamaño, área y forma de los conductores en la cual fluye el agua.
La permeabilidad es una propiedad mecánica del suelo.
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Tabla Nª 7
TABLA PARA REALIZAR LAS CORRECCIONES DE K DE ACUERDO A LA TEMPERATURA DEL
AGUA DE ENSAYO
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FORMATO N° 10
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