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• Lidia Nuñez Mamani

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MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS DE SUELOS Y MEMORIA DE CÁLCULO

GRANULOMETRIA 1

REFERENCIAS.

AASHTO T87-70 (Preparación de muestras) AASHTO T88-70 (Procedimiento de prueba) ASTM D422-63

2

OBJETIVO.

Introducir al estudiante al método para hacer el análisis granulo métrico mecánico de un suelo y a la forma de presentar los resultados obtenidos Determinar la distribución por tamaños de las partículas mayores a 0.075 mm. De una muestra de suelo Obtener datos por medio de los cuales se puedan determinar las siguientes constantes de los suelos:

       3

Coeficiente de uniformidad Coeficiente de curvatura Porcentaje de gravas Porcentaje de arenas Porcentaje de finos Clasificación de los suelos según el SUCS Curva granulométrica

FUNDAMENTO TEÓRICO.

El análisis granulométrico consiste en la separación de las partículas de suelo por rangos de tamaños, haciendo uso de mallas o tamices con aberturas cuadradas. Mediante procesos de agitado se lleva a cabo la separación de las partículas en porciones, las cuales se pesan expresando dicho retenido como porcentajes en peso de la muestra total y aunque se considera físicamente imposible determinar el tamaño exacto de cada partícula, la prueba de granulometría si permite agruparlas por rangos de tamaño. Universalmente se ha establecido la malla No. 200 (0,075mm) como medida divisoria en la clasificación de suelos; finos y gruesos. Finalmente a través de una curva de distribución, donde el eje de la abscisa corresponde al diámetro de las partículas y el eje de las coordenadas corresponde al porcentaje retenido, se muestra con un alto porcentaje de aproximación a lo real, la variedad de tamaños de partículas que componen el suelo en estudio. Se considera que una gráfica con las características de la Figura 4.a presenta homogeneidad, lo que en términos de geotecnia y comportamiento ingenieril no es bueno y que una gráfica con las características de la Figura 4 .b presenta heterogeneidad en sus partículas, lo que se considera favorable en términos geotécnicos.

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Todos los sistemas de clasificación utilizan el tamiz No 200 como un punto divisorio; las clasificaciones se basan generalmente en términos de la cantidad retenida o la cantidad que pasa a través del tamiz No. 200. Ocasionalmente es deseable conocer la escala aproximada de partículas de suelo menores que el tamiz 200. Cuando se presenta esta necesidad (como en el caso de los laboratorios universitarios para lograr la familiarización del estudiante con el procedimiento), el método del siguiente proyecto "análisis granulométrico -método del hidrómetro", es comúnmente utilizado.

El análisis se hace en 2 etapas:

I. II.

Por medio de una serie de tamices para tamaños grandes y medianos de las partículas Por medio de un proceso de vía húmeda para granos finos.

El análisis mecánico húmedo se basa en el comportamiento del material granular en suspensión, dentro de un líquido, al sedimentarse. Los métodos de análisis húmedo consisten especialmente una serie de mediciones en la suspensión del suelo, hechas durante el proceso de sedimentación (método hidrómetro) El análisis por tamices se hace:

a) Con la muestra integra, o b) Con una fracción de ella, dependiendo de las características del material fino en la muestra. Cuando los finos consisten especialmente en arcillas, el análisis de tamices se hace con el material al cual se le quietan los finos por medio de lavado. Con los tamices se hace la separación de partículas desde 0.074mm. de diámetro (malla 200) hasta granos mayores de 2”, al preparar la muestra, se separa y pesa la fracción mayor que la malla N° 4 con la diferencia que los tamices usados serán: 3”,2”,1 ½”, 1”,3/4”, ½” y 3/8” La cantidad de suelo requerido para el ensayo de la fracción que pasa la malla N° 4, depende de la cantidad de fino que contenga: Suelos arcillosos y limosos………………………………….. 200 a 500 gr.

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS DE SUELOS Y MEMORIA DE CÁLCULO Suelos arenosos……………………………………………….500 a 1000 gr

La información obtenida del análisis granulométrico se presenta en forma de curva. Para poder comparar suelos y visualizar más fácilmente la distribución de los tamaños de granos presentes, y como una masa de suelos a típica puede tener partículas que varíen entre tamaños de 2.00 mm y 0.075 mm las más pequeñas (tamiz No. 200), por lo cual sería necesario recurrir a una escala muy grande para poder el mismo peso y precisión de lectura a todas las medidas, es necesario recurrir a una representación logarítmica para los tamaños de partículas. Los procedimientos patrones utilizan el porcentaje que pasa (también llamado porcentaje más fino) como la ordenada en la escala natural de la curva de distribución granulométrica.

A partir de la curva de distribución, se pueden obtener diámetros característicos tales como el D10 D30 D60 etc., donde D es el diámetro del grano aparente y el subíndice de nota el porcentaje del material.

Una indicación de la variación del tamaño de los granos es obtener mediante el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de concavidad o curvatura es una medida de la forma de la curva entre el D60 y el D10

Fórmula para el coeficiente de uniformidad

Cu = D60 / D10 4

Fórmula para el coeficiente de curvatura 2 = 30 / 10x 60

Cc D

D D

MATERIAL Y EQUIPO    



Juego de tamices. N° 4, 10, 20, 40, 60, 80, 100, 200, fondo y tapa Balanza: debe tener una capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente donde se va pesar, la precisión debe ser de 0.01 gr. Para muestras menores a 1000 gr. De 0.1 gr de aproximación para muestras mayores a 1000 gr. Horno de secado: con capacidad para mantener temperaturas constantes de 110 ± 5°c. Recipientes de muestreo: los recipientes deben tener características especiales como son: su material preferiblemente aluminio, que soporte altas temperaturas y sea resistente a la corrosión por el contacto con la humedad de las muestras. Deben estar marcados con un código que facilite su identificación. Aparato agitador: un agitador mecánico que permita realizar el proceso de tamizado.

Nota: en caso de no contar con agitador, el proceso se puede realizar manualmente, cuidando que se produzca escape de material debido a los movimientos efectuados por el operador. Los intervalos de agitado Csu tamaño de orificio.

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PREPARACION DE LA MUESTRA.

Homogenice cuidadosamente el total de la muestra de terreno en estado húmedo; luego reduzca por cuarteo, para obtener una muestra representativa, pese una cantidad ligeramente superior a la esipulada en la siguiente tabla , de acuerdo al tamaño máximo absoluto, seque la muestra obtenida a una temperatura de 110 ± 5°C.C Tamaño máximo Cantidad mínima de Cantidad mínima Absoluto (mm.) muestra a extraer en de muestra para el terreno (kg) el ensayo (kg) 5 10 20 25 50 80 100 150

6

2 8 20 40 60 80 120 160

0.5 2 5 10 15 20 30 40

PROCEDIMIENTO.

1. Secar la muestra al medio ambiente o en horno a una temperatura aproximadamente de 105±5°C.

(Muestra del suelo)

(Horno)

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2. Desmenuzar las partículas grumosas del suelo hasta llegar a sus partículas sólidas elementales.

MORTERO Y MANO DE MORTERO 3. Tamizar el suelo durante unos 15 minutos aproximadamente.

TAMICEZ

TAMIZADOR MECANICO

4. Pesar las muestras retenidas de cada tamiz.

Balanza Digital

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS DE SUELOS Y MEMORIA DE CÁLCULO NOTA

Cuando menos del 10% al 15% que pasa el tamiz N°100 no es recomendable aplicar el método del lavado sino que se lo hace cuando pasa más del 5 al 10% el Tamiz N0 100. Si pasa más del 12% el Tamiz N0 200 hacer el ensayo del hidrómetro.

La curva granulométrica se halla trazada, en forma completa, en el ensayo correspondiente al hidrómetro.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS: Porcentaje Retenido:

Donde: Mr: Masa retenida en el tamiz 𝑀𝑇: Masa total - Porcentaje Retenido Acomulado:

% 𝑅𝑒𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝐴𝑐𝑜𝑚𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 = 𝑆𝑢𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒𝑠 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑜 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠 - Porcentaje que pasa:

Coeficiente de Uniformidad:

Donde:

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS DE SUELOS Y MEMORIA DE CÁLCULO 𝐷60 : Tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al 60 %. 𝐷10: Tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al 10 %.

- Coeficiente de Curvatura:

Donde: 𝐷60: Tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al 60 %. 𝐷10: Tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al 10 %. 𝐷30: Tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al 30 %. Se maneja el siguiente criterio para valores de Cu y Cc :

-

-

Curva Granulométrica

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-

INFORME

En el informe debe presentar la siguiente información: - Nombre del proyecto, localización, número de sondeo, apique o trinchera, número de muestra y profundidad. - Descripción y Clasificación del Suelo - Equipos utilizados durante el ensayo.

df

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HIDROMETRO 7

REFERENCIAS. AASHTO T87-70 ASTM D421-58

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AASHTO T88-70 ASTMD422-63

OBJETIVO.

Familiarizar al estudiante con un método para obtener aproximadamente la distribución granulométrica de suelos en los cuales existe una cantidad apreciable de partículas inferiores al tamiz N°200.

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FUNDAMENTO TEÓRICO.

El análisis del hidrómetro es un método ampliamente utilizado para obtener un estimado de la distribución granulométrica de cuya particularidad es la de tener partículas que se encuentran desde el tamiz No. 200 (0.075 mm.), hasta 0.001 mm. Los datos son representados en la curva granulométrica a continuación del material grueso.

El principal objetivo del análisis del hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No.200 no se utiliza como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de partícula.

El análisis del hidrómetro se utiliza la relación entre la velocidad de caída entre las esferas de un fluido, el diámetro de la esfera, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido, en la forma expresada por la ley de Stokes.

Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeño porcentaje de un agente dispersante para formar una solución de 100 cm^3 se obtiene una solución con una gravedad especifica ligeramente mayor que 1.0 a 4 grados centígrados. El agente dispersante o defloculante se añade a

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS DE SUELOS Y MEMORIA DE CÁLCULO la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas del suelo, que a menudo tienen carga negativa.

El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión AGUA - SUELO en el centro del bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentran aún en suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro del bulbo y la superficie del agua), abran caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad especifica de la suspensión en el centro del volumen del hidrómetro. Además es obvio que como el hidrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad especifica de la suspensión aumenta la distancia L. Es preciso recordar también, que la gravedad especifica del agua varia con la temperatura, esto ocasiona un hundimiento mayor del hidrómetro dentro de la suspensión. Calibración del hidrómetro: Puesto que el hidrómetro se conserva sumergido solo durante el tiempo que se requiere para hacer una lectura la profundidad del centro de volumen del bulbo requiere una corrección debido a que cuando el hidrómetro se sumerge se produce un movimiento en el nivel del agua, resultado de desalojar un volumen igual al volumen del bulbo e inversamente proporcional al área del cilindro de sedimentación usada. La calibración de un hidrómetro consiste en la determinación de la distancia efectiva de caída en función de la lectura del hidrómetro.

-

Equipo usado en la calibración:  hidrómetro calibrado en gr./lb. Y divisiones de gramo en gramo.  Probeta de 500 c.c.  Probeta de 1000 c.c.  Escala de acero en milímetros.  Balanza de 0.01 gr. de aproximación

-

Procedimiento de calibración:  Determinar el volumen del bulbo del hidrómetro  Se determina el área A de la probeta de 1000 c.c. midiendo la distancia entre 2 graduaciones, el área A es el cociente que resulta de dividir el volumen, incluido entre las graduaciones, por la distancia medida.  Se afora la probeta de 500 c.c. hasta 420 c.c. con mucho cuidado  Se sumerge el hidrómetro lentamente hasta que el agua desalojada sea igual a la mitad del volumen del hidrómetro determinado.  Se hace una lectura 𝑅𝐻 en la escala del hidrómetro , se mide la distancia L, de la regla al nuevo nivel del agua.  “L” de la distancia del centro de volumen hasta la lectura 𝑅𝐻 efectuada en la escala. Para conocer las distancias ene le hidrómetro para cualquier otra lectura a partir de la 𝑅𝐻 conocida y se suma o se resta, según sea la lectura mayor o menor.

-

Corrección de la distancia Efectiva de Caída: 

A las lecturas anteriores hay que hacer la corrección debida al desalojamiento del agua producido por la inmersión del hidrómetro. La suspensión que está al

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nivel del centro de volumen y que es la que determina la lectura del hidrómetro. La suspensión que está al nivel del centro de volumen y que es la que determina la lectura del hidrómetro

10 MATERIAL Y EQUIPO   



   

Balanza – Debe tener una capacidad suficiente y una sensibilidad de 0.1%. Juego de Tamices – De 4.75 mm (No.4), de 425 µm (No 40) y de 75 µm (No.200). Hidrómetro – Conforme a los requisitos para los hidrómetros 151 H o 152 H de la norma ASTM E 100, graduado para leer, de acuerdo con la escala que tenga grabada, la gravedad específica de la suspensión o los gramos por litro de suspensión. En el primer caso, la escala tiene valores de gravedad d específica que van de 0.995 a 1.038 y estará calibrado para leer 1.00 en agua destilada a 20° C (68° F). Este Hidrómetro se identifica como 151 H. En el otro caso la escala tiene valores de gramos de suelo por litro (g/l) que van de - 5 á+ 60. Se identifica como 152 H y está calibrado para el supuesto que el agua destilada tiene gravedad específica de 1.00 a 20° C (68° F) y que el suelo en suspensión tiene una gravedad específica de 2.65. Las dimensiones de estos hidrómetros son las mismas; sólo varían las escalas. (Ver Figura). Cilindro de vidrio para sedimentación (PROBETA) – De unos 460 mm (18") de alto, y 60 mm (2.5") de diámetro y marcado para un volumen de 1000 ml a 20° C (68° F). El diámetro interior debe ser tal que la marca de 1000ml esté a 360 ± 20mm (14±1.0”) desde el fondo, en el interior del cilindro. Termómetro de inmersión – Con apreciación de 0.5° C (0.9° F). Cronómetro o reloj. Horno – capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta 110° ± 5° C (230° ± 9° F). Varilla de vidrio – Una varilla de vidrio apropiada para agitar la muestra de prueba.

11 PREPARACION DE LA MUESTRA. Separar la muestra a través del tamiz No. 200 (0,075mm) mediante lavado, teniendo cuidado de retener en un recipiente toda la suspensión producto del proceso Introducir la suspensión al horno, a una temperatura de 110±5º C por un periodo de 16 h. Utilizando el mortero disgregar la muestra de suelo que pasó el tamiz No. 200 hasta separar en granos todas las partículas del suelo teniendo el cuidado de no fracturar las partículas.

12

PROCEDIMIENTO.

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       



Del peso total de suelo que pasa la malla No. 200, se pesan 50 gramos de este suelo totalmente seco. Se mezclan conjuntamente la muestra del suelo y el agua. Esta mezcla se transfiere a la probeta y se procede a dejarla moviendo con una varilla. teniendo mucho cuidado de no desperdiciar absolutamente nada del suelo la mezcla en general A esta probeta se le agrega más agua para que el nivel llegue a 1000 ml. Teniendo ya la probeta graduada como se indicó, se tapa con la mano y se agita vigorosamente por 60 segundos aproximadamente hasta que no quede nada del suelo asentado en el fondo de esta. En el momento que se introducen los hidrómetros en la probeta se enciende el cronómetro. Se comienzan a tomar las lecturas del hidrómetro en el momento en que el hidrómetro no presenten movimientos fuertes. Se mira el tiempo en el que se toma la primera lectura y a partir de este se toman las siguientes lecturas aumentando al doble el tiempo, es decir a 1 minuto, luego a 2, luego a 4 y así sucesivamente. También se debe tomar la temperatura de la mezcla, teniendo cuidado de no mover el hidrómetro

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS: 

Lectura Real del hidrómetro

𝐻𝑟 = [(1.050 − 𝑅𝑟 ) ∗ 1000 ∗ 0.184] + 7.4 Dónde:

𝑅𝑟 = Lectura Real del Hidrómetro 𝐻𝑟 = Altura efectiva del Hidrómetro (𝑐𝑚)



Determinación del Porcentaje más Fino del suelo “𝑵𝒊 ”

𝑁𝑖 = Dónde:

𝐺𝑠 𝑉 ∗ ∗ 𝛾 ∗ (𝑅𝑟 − 𝑅𝑤 ) ∗ 100 𝐺𝑠 − 1 𝑊𝑠 𝑤

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS DE SUELOS Y MEMORIA DE CÁLCULO 𝑁𝑖 = Porcentaje más fino 𝐺𝑠 = Gravedad específica 𝑉 = volumen de solución = 1000 (𝑐𝑚3 ) 𝑊𝑠 = Peso de la muestra seca = (50 – 60 gr) 𝑔𝑟

𝛾𝑤 = Densidad del agua a la temperatura especificada = 1 𝑐𝑚3 𝑅𝑟 = Lectura del Hidrómetro 𝑅𝑤 = Lectura del Hidrómetro a 20 °𝐶= 1.00



Formulación del porcentaje que pasa del suelo fino

%𝑄. 𝑃. =

 

%𝑄. 𝑃. 𝑡𝑧 𝑁°200 ∗ 𝑁𝑖 100

Clasificación del tipo de suelo Triángulo de WHITNEY % ARENA = 100% − %Q. P. (tamiz N°200) % LIMO = %Q. P. (tamiz N°200) − %Q. P. (20 micras) % ARCILLA = %Q. P. (20 micras)

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GRAVEDAD ESPECIFICA 1

REFERENCIAS.  

AASHTO T100-70 ASTM D854-58

2 OBJETIVO. Este método de ensayo tiene como propósito obtener datos por medio de los cuales se pueda determinar la gravedad específica de los suelos.

3

FUNDAMENTO TEÓRICO.

Es necesario antes de definir la gravedad específica, mencionar que las partículas sólidas de un suelo son partículas minerales o partículas de suelo de características semejantes que han sido originadas por procesos naturales y que son difícilmente o no solubles en el agua. El método descrito en el presente capitulo es aceptable para suelos cuyo tamaño de partículas sean pasa tamiz número No. 4 (4,75mm). De contar con suelos con partículas de tamaño mayor se procederá bajo otros lineamientos de ensayo. El valor de la gravedad específica en el campo de la geotecnia es utilizado para determinar la relación de vacíos de los suelos y en las ecuaciones de relación de agua, aire y solidos de un suelo. Los rangos de gravedad especifica son los siguientes:

El valor de la gravedad especifica se determina mediante la siguiente ecuación:

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𝑮𝒔 =

𝜸𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍 𝜸𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒂 𝟒°

Donde: Gs: Gravedad especifica Para la Calibración del picnómetro:

W a (A T X ) =

Densidad del agua a T X * W a (a T i ) - W f Densidad del agua a T i

Donde: Wa = Peso del picnómetro con agua hasta la marca calibración en gramos. Wf = Peso del picnómetro en gramos Ti = Temperatura del agua en grados centígrados Tx = Cualquier otra temperatura en grados centígrados.

4

MATERIAL Y EQUIPO 

  





 

Picnómetro o Frasco Volumétrico: se debe contar con un picnómetro cuya capacidad mínima sea de 250 ml. Según sea el tamaño de la muestra a ensayar, se debe manejar un picnómetro con capacidad de 2 a 3 veces mayor al volumen total de agua + muestra. Bomba de vacío para extracción de aire. De no contar con bomba de vacío se puede utilizar un mechero o cualquier dispositivo que permita hervir el contenido del picnómetro. Horno de secado: debe trabajar y mantener una temperatura de 110º ± 5ºC. Balanza: debe trabajar con aproximación de 0,01 g y capacidad mínima de 1kg. En función de la capacidad del picnómetro y de la acción a realizar se determinara la capacidad de la balanza. Termómetro: con capacidad suficiente para registrar temperaturas desarrolladas en el ensayo. Debe contar con precisión de 0,1 °C, profundidad de inmersión de 1 a 3 pulgadas y aportar resultados de error máximo 0.5 °C. Embudo: el embudo debe tener una superficie totalmente lisa y su cuello debe tener un diámetro inferior al cuello del picnómetro, así como superior al diámetro de las partículas (Pasa tamiz N°4). Tamiz N° 4 (4,75 mm). Recipientes: Necesarios para determinar el contenido de humedad y cuyas características cumplan la norma.

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5

PREPARACION DE LA MUESTRA.

Una vez se haya recibido el material a ensayar, separar aproximadamente 5000 g y llevarlo al horno de secado. Una vez secado y disgregado el material es tamizado y dividido en dos fracciones; Material pasa tamiz N°4 y Material retenido en tamiz N°4. Como se mencionó anteriormente este procedimiento es aplicable solamente a material pasa tamiz N°4. Por medio del método del cuarteo se selecciona aproximadamente 500 g de material para realizar el ensayo. (Puede ser menos dependiendo el tamaño del Picnómetro).

CALIBRACIÓN DEL PICNÓMETRO

Previo a la realización del ensayo se debe calibrar el equipo a emplear para la determinación de la Gravedad Específica del material que pasa el tamiz N°4 y para ello se recomienda seguir los siguientes pasos:

- Lavar las superficies interiores del picnómetro, asegurándose que las mismas queden libres de grasa e impurezas y escurrir perfectamente hasta eliminar cualquier residuo de agua existente. - Determinar la masa del Picnómetro (Wf). - Se llena hasta el aforo con agua destilada y previamente desaireada y se deja reposar por algunos minutos.

Nota: para desairear el agua se hace uso del equipo que se tenga disponible. Bien sea bomba de vacío o hirviendo el agua. Previo a empezar el ensayo y la calibración del Picnómetro el agua destilada debe estar dentro de la caja aislante.

- Una vez lleno el picnómetro hasta el aforo se realizan mediciones de temperatura del agua a diferentes profundidades, verificando que estas sean uniformes y que no exista una variación mayor a 0,2 °C. - Con el objetivo de alcanzar el equilibrio térmico se llevan dentro de la caja aislante el Picnómetro, el termómetro y la pipeta. - Se seca el picnómetro y se registra su peso lleno de agua (Wa) con una aproximación de 0,01 g. - Se registra la temperatura del agua en ese momento con el termómetro previamente dispuesto en la caja aislante, obteniendo así Ti con una aproximación de 0,1 °C. - Se realiza el mismo procedimiento para cada uno de los Picnómetros que hayan sido dispuestos en la caja

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aislante, para luego dejarlos allí mismo y esperar que se lleve a cabo de nuevo el equilibrio térmico. Nota_ se deben obtener por lo menos 5 mediciones de temperatura y pesos para cada uno de los Picnómetros.

- Se calcula el volumen de cada Picnómetro mediante la siguiente ecuación:

Donde: VP: Volumen del Picnómetro. Wa: Peso Picnómetro lleno de agua a la temperatura de calibración. Wf: Masa Picnómetro vacío. 𝞺wTi: Densidad del agua a la temperatura de calibración.

6

PROCEDIMIENTO. - Se lleva la muestra al horno a una temperatura de 110º ± 5ºC. Se deja enfriar a temperatura ambiente y se disgrega eliminando terrones en el material. -

Con la ayuda de un embudo se vierten las partículas sólidas en el picnómetro asegurándose que ninguna de ellas quede adherida a las paredes del embudo.

Nota_ Cuando se presenten partículas adheridas a las paredes, estas se lavaran con agua desaireada hasta que la totalidad se deposite en el fondo del picnómetro. -

Se agrega un volumen de agua desaireada aproximado a un 1/3 del volumen del Picnómetro y se bate en forma circular hasta formar una lechada, la cual debe estar libre de aire o burbujas. Para esto se hace uso de la bomba de vacío o se lleva la lechada hasta la temperatura de ebullición y se mantiene mínimo dos (2) horas.

- Una vez se haya desaireado la mezcla se llena el picnómetro hasta su línea aforo.

de

Se recomienda usar una manguera de diámetro pequeño cuyo extremo de salida este ligeramente sumergido en la lechada, con el fin de evitar la aparición de burbujas. Además de lo anterior se debe garantizar que el agua agregada se mantenga libre de turbidez.

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-

Con una aproximación de 0,01 g se registra la masa del picnómetro más mezcla (Wb) y con una aproximación de 0,1 °C se registra la temperatura de la mezcla dentro del Picnómetro (Tx).

Nota: es importante que las medidas que se registren durante el ensayo, sean tomadas con los mismos aparatos de medida con los cuales se calibro el picnómetro. -

Se transfiere la lechada a un recipiente de masa conocida, lavando las paredes del picnómetro con agua destilada hasta tener la seguridad que la totalidad de los sólidos han sido depositados en el nuevo recipiente.

-

Se lleva el recipiente junto con la lechada al horno de secado (110º ± 5ºC) y una vez se tenga masa constante se deja enfriar sin permitir que este absorba humedad del ambiente de secado.

-

Se registra con una aproximación de 0,1g la masa seca del suelo más recipiente. La masa seca de suelo será Ws.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS: Según tabla obtenemos los siguientes valores. γw°C = de tabla γw

Factor de corrección (K = γ

w°C

)

Se tiene:

”=

Ws ( Poa - Poas ) + ( Pos - Po )

 20”C

𝑾𝑾 = (𝑷𝑺𝑼𝑬𝑳𝑶 𝑺𝑬𝑪𝑶 + 𝑷𝑴𝑨𝑻𝑹𝑨𝒁+𝑨𝑮𝑼𝑨 ) − 𝑷𝑴𝑨𝑻𝑹𝑨𝒁+𝑨𝑮𝑼𝑨+𝑴𝑼𝑬𝑺𝑻𝑹𝑨

𝑽𝑾 =

𝑾𝑾 𝜸°𝑪

𝜸" =

𝑾𝑺 𝑽𝒘

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𝑮𝑺 =

𝜸" 𝜸𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒂 °𝑪

Resultados Anotar el resultado de la Gravedad especifica: 𝑮𝑺 = ¿ ?

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LIMITES DE ATTERBERG ASSAACONSISTENCIA LIMITE LIQUIDO Y PLASTICO

1

REFERENCIAS. AASHTO T 89-02 ASTM D 4318- 00

2

OBJETIVO. Este ensayo tiene como objetivo el de:  Conocer el grado de cohesión de las partículas del suelo.  Poder conocer la resistencia de un suelo a esfuerzos exteriores que tienden a deformar o destruir su estructura.

3

FUNDAMENTO TEÓRICO.

Albert Mauritz Atterberg definió los límites de consistencia de los suelos finos, con el fin de caracterizar su comportamiento. Estos límites son: Límite de Cohesión, Límite de Pegajosidad, Límite de Contracción, Limite Plástico y Limite Líquido. El Límite Líquido se define como el porcentaje de humedad del suelo, por debajo del cual se presenta un comportamiento plástico. Cuando los suelos alcanzan porcentajes de humedad mayores al límite líquido, su comportamiento será el de un fluido viscoso

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4

MATERIAL Y EQUIPO        

5

Aparato de Casagrande Balanza (precisión 0.01 gr.) Juego de tamices (Tamiz Nº 40) Agua destilada o potable Espátula Taras Probeta graduada Accesorios

PREPARACION DE LA MUESTRA.

Las muestras de donde se tome el material de ensayo, deben ser muestras representativas y su humedad natural se debe mantener hasta el momento inmediatamente anterior al ensayo. Teniendo en cuenta la Norma para la determinación de Limite Liquido se requiere material que pase el tamiz Nº40 (425 µm) en una cantidad de por lo menos 150 g.

6

PROCEDIMIENTO.

1. Se pesan unos 100 gramos de suelo que pasa por el tamiz Nº40, esta muestra puede ser curada 24 a 48 horas antes del ensayo. En caso contrario se mezcla con aproximadamente 25% de agua, removiendo y amasando continuamente con la ayuda de una espátula, hasta obtener una pasta. 2. Se coloca la pasta de suelo en la cazuela, y se divide en dos partes con el ranurador. Una vez cortada la muestra, se procede a hacer girar la manivela, hasta que la ranura se cierre 12,7 mm. Contando a la vez el número de golpes hasta producirse dicho cierre.

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3. De la pasta se toma una pequeña muestra para determinar el contenido de humedad. Este procedimiento se lo repite por lo menos en 5 ensayos similares, pero, incrementando la cantidad de agua en uno a dos por ciento.

4. Se recomienda que los golpes se encuentren distribuidos por debajo y por encima de los 25 requeridos. Esto para obtener mediante una gráfica el porcentaje de humedad por los 25 golpes.

5. Ya obtenidos los datos se procede a graficar. En el eje de las ordenadas se estiman los porcentajes de humedad, mientras que en el eje de las abscisas, en escala logarítmica se estima los números de golpes, la gráfica corresponde a una recta. La intersección de esta recta con la de los 25 golpes nos determina el porcentaje de humedad que corresponde al límite líquido.

6. Realizar la limpieza de todos los accesorios empleados.

7. REGISTRO DE DATOS

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(ADJUNTADOS EN ANEXOS)

7. CÁLCULOS: Contenido de Humedad de cada una de las muestras tomadas

Donde: w: Contenido de Humedad Ww: Peso de agua presente en la masa de suelo Ws: Peso seco de los solidos

- Curva de Fluidez. Contenido de Humedad vs Número de Golpes

Limite Líquido Se determina el Limite Liquido como el Contenido de Humedad en Porcentaje correspondiente al corte de la línea de tendencia en los 25 golpes.

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LIMITE PLASTICO

1

OBJETIVO. Este método de ensayo tiene como propósito obtener datos por medio de los cuales se puedan determinar las siguientes constantes de los suelos: - Limite Plástico. - Índice de Plasticidad. .

2

FUNDAMENTO TEÓRICO.

El límite plástico fue definido por Atterberg como la frontera que existe entre los estados plástico y semisólido del suelo. En términos de laboratorio este límite es definido como el momento en términos de contenido de humedad, en que rollitos de aproximadamente 3 mm de diámetro empiezan a presentar desmoronamiento y agrietamiento. Es importante resaltar que el diámetro de los rollitos fue propuesto por Terzaghi, dado que Atterberg nunca especifico este parámetro.

El índice de plasticidad es la diferencia entre los valores de Limite Liquido y Limite Plástico. Un Índice de plasticidad bajo, significa que un pequeño incremento en el contenido de humedad del suelo, lo transforma de semisólido a la condición de líquido, es decir resulta muy sensible a los cambios de humedad. Por el contrario, un índice de plasticidad alto, indica que para que un suelo pase del estado semisólido al líquido, se le debe agregar gran cantidad de agua.

3

MATERIAL Y EQUIPO -

4

Placa de vidrio esmerilado: debe ser lo suficientemente grande para realizar sin problema los rollos de suelo. Espátula: debe ser de hoja flexible con una longitud que oscile entre 75-100 mm y un ancho de 20 mm. - Capsula para Evaporación: preferiblemente de porcelana. Capsulas para determinar el contenido de humedad Balanza: debe trabajar con aproximación de 0,01 g Horno: debe trabajar y mantener una temperatura de 110º ± 5ºC. Calibrador : debe trabajar con aproximación de 0,1 cm

PREPARACION DE LA MUESTRA.

Del suelo preparado para la realización del ensayo del límite líquido se toma un porción de mínimo 15 g. A continuación se lleva su estado de humedad hasta que el material permita formar rollos y el mismo no se pegue al ser manipulado con las manos. La reducción de humedad, se puede realizar por moldeo con espátula o exponiendo la muestra a corrientes de aire.

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PROCEDIMIENTO.

5

Se selecciona una porción de aproximadamente 1,5 – 2,0 g, de la muestra previamente preparada.

-

-

-

Se hace rodar la porción de muestra entra la palma de la mano o los dedos y la placa de vidrio esmerilado, aplicando una presión constante y no superior a la necesaria para formar rollos. Se debe formar un rollo de diámetro uniforme en la totalidad de la longitud, hasta que este alcance un diámetro de aproximadamente 3,2 mm. Nota_La velocidad de la operación debe oscilar entre 60 y 90 ciclos por minuto. Un ciclo se refiere al recorrido de la mano hacia adelante y hacia atrás. Esta operación se debe realizar en un tiempo no mayor a dos minutos.

Si al alcanzar este diámetro el rollo no presenta agrietamiento y desmoronamiento, se tiene un material con humedad superior a su límite plástico. En tal caso se junta de nuevo todo el material formando una esfera, manipulándola con las manos, produciendo así su pérdida de humedad Se repiten los pasos anteriores hasta lograr que una vez el material alcance el diámetro de 3,2 mm, se produzca un agrietamiento y desmoronamiento del mismo. Se colocan en un recipiente de masa conocida y se registra el peso de muestra más recipiente.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS:  Obtención del Peso muestra seca: 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑁º = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜 + 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎) − (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜)  Obtención del Peso del agua: 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎𝑁º = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜 + 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑎) − (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑙𝑜 + 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎)  Obtención del Porcentaje de Humedad:

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%𝑊 =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 ∗ 100 𝑃𝑚𝑠

𝐿𝑃 =

𝛴% 𝑑𝑒 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑛

LIMITES DE CONTRACCION 1

REFERENCIAS. AASHTO T92-68

2

ASTM D427-61

OBJETIVO. Este procedimiento proporciona la información necesaria para la determinación de las siguientes características de un suelo: a) Límite de contracción. b) Relación de contracción. c) Cambio volumétrico. d) Contracción lineal. e) Determinar el contenido de humedad por debajo del cual no se presente cambio adicional en el volumen de una masa de suelo.

3

FUNDAMENTO TEÓRICO. RELACIÓN DE CONTRACCION. La relación de contracción de un suelo es el cociente entre un cambio de volumen dado y el correspondiente cambio en el contenido de humedad por encima del límite de contracción. Con los valores obtenidos al determinar la contracción volumétrica, la relación de contracción, R, se calculará mediante la siguiente fórmula: 𝐑=

𝐖𝐨 𝐕𝐨

CONTRACCIÓN VOLUMETRICA. La contracción volumétrica de un suelo es la disminución de volumen que experimenta la masa de suelo cuando su contenido de humedad se reduce de un porcentaje dado al límite de contracción. El cambio volumétrico, Vc se calculará de la siguiente manera: Vc= (W1 - S) R

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W1= Contenido de humedad dado. Si se desea calcular el cambio volumétrico, considerando la humedad equivalente de campo, se utilizará la siguiente relación: Vc = (FME - S) R FME = Humedad equivalente de campo , determinada según el método Standard para la Determinación de la Humedad Equivalente de campo de los Suelos (AASHO Designación : T-93).

CALCULO DE CONTRACCION LINEAL. La contracción lineal de un suelo se define como la disminución, en una dimensión, de la masa de un suelo, cuando su contenido de humedad se reduce de un porcentaje dado al límite de contracción. La contracción lineal LS puede determinarse por medio de la siguiente relación: 3 100 LS = 100 (1 - Vc + 100) O por medio de la curva indicada en la figura INDICE DE CONTRACCIONES. Es la diferencia entre el Límite Plástico y el Límite de Contracción, o sea: SI = Lp – Lc

4

MATERIAL Y EQUIPO El equipo consistirá de lo siguiente: 

Escudilla.- Una escudilla de porcelana de 4 ½ pulgadas de diámetro (115) y otra de 6 pulgadas (150mm) de diámetro, aproximadamente.



Espátula.- Una espátula que tenga una hoja de 3 pulgadas (76mm) de largo y 3/4 de pulgada (19mm) de ancho, aproximadamente.



Molde.- Un vaso de porcelana, o metálico, con fondo plano, de 1 3/4 pulgadas (45mm) de diámetro, por ½ pulgada (12,7mm) de alto, aproximadamente.

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5



Regla.- Una regla metálica de 12 pulgadas (300 mm) de largo, aproximadamente.



Vaso de vidrio.- Un vaso de vidrio de 2 pulgadas (50mm) de diámetro por 1 pulgada (25 mm) de altura, cuyos bordes superiores sean paralelos a su base.

PROCEDIMIENTO. 1. La muestra se colocará en la escudilla de porcelana que tiene 4 ½ pulgada de diámetro, mezclándola debidamente, añadiendo agua en cantidad suficiente para llenar por completo los vacíos del suelo, y obtener así una masa de suelo suficientemente pastosa como para llenar el molde de porcelana sin inclusión de burbujas de aire. En suelos friables, la humedad requerida para producir la consistencia deseada es igual o ligeramente mayor que el límite líquido. En suelos plásticos, la humedad necesaria para producir la consistencia deseada puede exceder el límite líquido en un 10%. 2. Las paredes interiores del molde de deberán estar cubiertas con una delgada capa de vaselina, u otro tipo de grasa pesada, a fin de prevenir la adherencia de suelo a sus paredes. Una cantidad de suelo húmedo, aproximadamente igual a una tercera parte del volumen del molde, se colocará en el centro de éste, golpeándolo ligeramente sobre una superficie firme, a fin de que la masa del suelo se extiende hacia los bordes del molde. 3. Para suavizar la superficie sobre la cual se golpea el molde, es conveniente colocar encima de ella varias hojas de papel secante, u otro material.

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4. Una cantidad de masa de suelo, aproximadamente igual a la primera porción, se añadirá nuevamente, golpeando ligeramente el molde, hasta que el suelo se halle debida y uniforme distribuido y todas las burbujas de aire sean llevadas a la superficie. Luego, se volverá añadir mayor cantidad de suelo, golpeando otra vez el molde, hasta que quede completamente lleno y se observe que la masa de suelo rebasa sus bordes. El exceso de suelo deberá ser removido, utilizando la regla metálica, limpiando las partículas de suelo adheridas a las paredes exteriores del molde. 5. Una vez llenado el molde con la muestra, enrasada que haya sido su superficie y limpias sus paredes exteriores, se pesará inmediatamente y se registrará este peso, como el correspondiente al del molde más el suelo húmedo. La masa de suelo deberá ser secada al aire, a temperaturas ambiente, hasta que su color cambia de oscuro a claro. Luego, se secará la muestra, a peso constante, en un horno a 110 – 5°C. Se pesará y registrara el peso del molde vacío y su capacidad en ml, que es además el volumen del suelo húmedo moldeado, se determinará llenando el molde con mercurio. 6. El volumen del suelo seco moldeado deberá determinarse sumergiéndolo en el vaso de vidrio lleno de mercurio. Esta operación se efectúa de la siguiente manera: Se coloca el vaso de vidrio en la escudilla y se lo llena de mercurio hasta que rebase. Se toma la plancha de vidrio que tiene las tres puntas y se presiona la superficie del mercurio sobre los bordes del vaso de vidrio. El mercurio que rebase y se adhiera a las partes externas del vaso de vidrio deberá ser limpiado cuidadosamente. 7. Luego sobre la superficie de mercurio se coloca el suelo seco moldeado. Este se introducirá cuidadosamente en el

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mercurio, utilizando el plato de vidrio que tiene las tres puntas, presionando firmemente sobre los bordes del vaso y evitando la formación de burbujas de aire. 8. El volumen de mercurio que se desplace se medirá en el graduado de cristal y se registrará este volumen, como el volumen Vo, del suelo seco moldeado.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8.CÁLCULOS: -Peso del suelo (Ws) = (PESO DEL PLATO+MUESTRA DE SUELO SECO )-PESO DEL PLATO -Peso del agua (Ww)= (PESO DEL PLATO+MUESTRA DE SUELO HUMEDO)- (PESO DEL PLATO+MUESTRA DE SUELO SECO) 𝑊𝑤 -contenido de humedad (Wo%) = = 𝑊𝑠 ∗ 100 𝐿𝐶 = %𝑤 −

𝑉𝑜 − 𝑉𝑓 ∗ 100 𝑃𝑠

9.

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COMPACTACION 1

REFERENCIAS.

2

OBJETIVO.

3

FUNDAMENTO TEÓRICO.

4

MATERIAL Y EQUIPO

5

PREPARACION DE LA MUESTRA.

6

PROCEDIMIENTO.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS:

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7

REFERENCIAS.

8

OBJETIVO.

9

FUNDAMENTO TEÓRICO.

10 MATERIAL Y EQUIPO 11 PREPARACION DE LA MUESTRA. 12

PROCEDIMIENTO.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS: 13 REFERENCIAS. 14 OBJETIVO.

15 FUNDAMENTO TEÓRICO.

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16 MATERIAL Y EQUIPO 17 PREPARACION DE LA MUESTRA. 18

PROCEDIMIENTO.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS: 19 REFERENCIAS. 20 OBJETIVO.

21 FUNDAMENTO TEÓRICO.

22 MATERIAL Y EQUIPO 23 PREPARACION DE LA MUESTRA. 24

PROCEDIMIENTO.

7. REGISTRO DE DATOS (ADJUNTADOS EN ANEXOS)

8. CÁLCULOS: