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• Orlando Cabanillas Espejo

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CONTENIDO RESUMEN .................................................................................................................... 3 CAPÍTULO I: ASPECTOS PRELIMINARES ................................................................... 4 1.1.

INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 4

1.2.

OBJETIVOS ..................................................................................................... 4

1.1.1.

GENERAL ................................................................................................. 4

1.1.2.

ESPECÍFICOS .......................................................................................... 4

CAPÍTULO II: ENSAYOS RELACIONADOS A LA CLASIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE SUELOS ................................................................................ 5 2.1.

ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS ................................................... 5

2.1.1.

POR TAMIZADO ....................................................................................... 5

2.2.

DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO ............. 10

2.3.

LÍMITES DE CONSISTENCIA......................................................................... 12

2.3.1.

DETERMINACIÓN DEL LIMITE LIQUIDOD .............................................. 13

2.3.2.

DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO (L.P.) .................................... 13

2.3.3.

INDICE DE PLASTICIDAD (I.P.) .............................................................. 14

2.4.

FACTORES DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS ....................................... 14

2.5.

MATERIA ORGANICA EN SUELOS (PERDIDA POR IGNICION) .................... 18

2.6.

PH EN LOS SUELOS ..................................................................................... 20

2.7.

PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CARGA CONSTANTE) ........ 21

2.8.

EVALUAUACIÓN Y DETERMINACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS ............... 23

CAPÍTULO III: ENSAYOS RELACIONADOS A COMPACTACIÓN Y RESISTENCIA DE SUELOS ..................................................................................................................... 26 3.1.

ENSAYO DE COMPACTACIÓN ..................................................................... 26

3.1.1.

POR ENERGIA MODIFICADA (PROCTOR MODIFICADO).......................... 26

3.1.2.

POR ENERGIA ESTANDAR (PROCTOR ESTANDAR) ................................ 29

3.2.

MEDICIONES DE LA PRESION DE POROS .................................................. 31

3.3.

ENSAYO DE CORTE DIRECTO ..................................................................... 33

3.4.

ENSAYO DE COMPRESION UNIAXIAL ......................................................... 37

3.5.

ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL .......................................................... 42

3.6.

ENSAYO CBR................................................................................................ 45

CAPÍTULO IV: ASPECTOS FINALES .......................................................................... 49 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 49 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 49

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1. Modelo de llenado para clasificación de suelos por tamizado. (Ministerio de Transportes, 2016) ......................................................................................................... 9 Ilustración 2. Cubrimiento de envase con vaselina (derecha) y adición de la muestra (izquierda). (Ministerio de Transportes, 2016) ............................................................... 15 Ilustración 3. Eliminación del Exceso de Material y Enrasado del Recipiente (Ministerio de Transportes, 2016) ....................................................................................................... 16 Ilustración 4: Peso de la Muestra y Secado de la Muestra a Temperaturambiente (Ministerio de Transportes, 2016) ................................................................................. 16 Ilustración 5. Muestra colocada en el Horno y Muestra extraída del Horno (Ministerio de Transportes, 2016) ....................................................................................................... 17 Ilustración 6. Llenado de envase con emrcurio (izquierda) y muestra enrasada con mercurio (derecha). (Ministerio de Transportes, 2016) ................................................... 17 Ilustración 7. Equipo para ensayo de corte directo. (Ministerio de Transportes, 2016) ..... 21 Ilustración 8. esquema del aparato de corte directo. (Ministerio de Transportes, 2016) ... 34 Ilustración 9. Gráficos para la aplicaicón de esfuezos normales. (Ministerio de Transportes, 2016) ....................................................................................................... 37 Ilustración 10. Lectura de la Altura Inicial y Lectura del Diámetro. (Ministerio de Transportes, 2016) ....................................................................................................... 39 Ilustración 11. Velocidad de Aplicación de la Carga y Probeta Deformada (Ocurrencia de falla). (Ministerio de Transportes, 2016) ........................................................................ 40

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. serie de tamices. (Ministerio de Transportes, 2016)............................................ 5 Tabla 2: cantidad mínima de muestra para granulometría según tamaño máximo absoluto del suelo. (Ministerio de Transportes, 2016) .................................................................... 6 Tabla 3. Modelo de tabla de laboratrio para llenar datos. (Ministerio de Transportes, 2016) ................................................................................................................................... 11 Tabla 4. Nos indica cuanto debe ser la muestra representativa para el ensayo según su granulometría. (Ministerio de Transportes, 2016)........................................................... 11 Tabla 5. Grado expansión de los suelos.. (Ministerio de Transportes, 2016) ................... 23 Tabla 6. límites de consistencia y potencial de cambio volumétrico (pcv). (Ministerio de Transportes, 2016)....................................................................................................... 24 Tabla 7. clasificación de suelos segun ensayo CBR (Ministerio de Transportes, 2016) ... 45

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RESUMEN En el presente trabajo trataremos acerca de los ensayos de laboratorio para suelos su definición, materiales, su procedimiento, cálculos. Siendo estos de gran importancia pues para realizar cualquier proyecto de ingeniería se debe conocer las propiedades físicas de los materiales, y con estos datos poder proyectar la estructura que queremos realizar, lo que usualmente se verifica es la capacidad portante del suelo y sus asentamientos, ya que, si el suelo soporta más del peso que puede tener, el suelo fallara y la estructura también, presentándose asentamiento excesivo y peligro para los usuarios de la estructura. Dentro de estos ensayos tenemos ensayos relacionados a la clasificación y caracterización de suelos, así como también ensayos relacionados a compactación y resistencia de suelos

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CAPÍTULO I: ASPECTOS PRELIMINARES 1.1. INTRODUCCIÓN El desarrollo de la Mecánica de Suelos y así mismo el desarrollo de la infraestructura que se está teniendo, hace que cada día se preste mayor atención a cada uno de los procedimientos de la Ingeniería con el fin de desarrollar proyectos que cumplan con las necesidades de los usuarios y presten servicios óptimos, seguros y confiables. Las características geológicas, topográficas y geomorfológicas del territorio peruano, lo convierten en un reto diario para el Ingeniero Geológo. La variedad de suelos y rocas que existen en el país que están relacionados al marco téctonico hacen del campo de la Geotecnia un lugar donde el factor error es muy reducido y obligan a que cada parte del proceso de los análisis de estabilidad, de los diseños de cimentaciones, de los estudios de remoción en masa, de las obras de infraestructura y por supuesto la exploración del subsuelo, se hagan con la mayor precisión, profesionalismo y bajo metodologías comprobadas y aprobadas. Por eso es necesario tener en cuenta los principales ensayos de suelos que se realizan en laboratorio para tener datos más exactos a comparación de ensayos tomados en campo, cumpliendo todas las normas necesarias. Pues conocer las propiedades físicas, químicas, parámetros de resistencia y parámetros de deformación de los suelos es la base para todo proyecto. 1.2. OBJETIVOS 1.1.1. GENERAL 

Explicar ensayos de laboratorio que se realizan en suelos.

1.1.2. ESPECÍFICOS 

Describir ensayos que se aplican en los suelos para determinar su clasificación y parámetros físicos.



Describir ensayos que se aplican en los suelos para determinar su compactación.



Describir ensayos que se aplican en los suelos para determinar su resistencia.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica CAPÍTULO II: ENSAYOS RELACIONADOS CARACTERIZACIÓN DE SUELOS

A

LA

CLASIFICACIÓN

Y

2.1. ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS 2.1.1. POR TAMIZADO Este método permite, mediante tamizado, determinar la distribución por tamaños de las partículas mayores que 0,075 mm, de una muestra de suelo. Equipos y Materiales  Balanza Debe tener una capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente donde se va a pesar; la precisión debe ser de 0,1 g para muestras menores que 1.000 g y de 1 g para muestras mayores que 1.000 g.  Tamices Deben ser tejidos, de alambre, abertura cuadrada, tensados. Los tamaños nominales de las aberturas pertenecen a la serie que se indica en la Tabla S0302_1.

Tabla 1. serie de tamices. (Ministerio de Transportes, 2016)

Nota 2: Cuando no se cuente con tamices de aberturas nominales en mm, los tamaños nominales de los tamices pueden ser los correspondientes a ASTM.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Marcos Metálicos y suficientemente rígidos y firmes para fijar y ajustar las telas de alambre, a fin de evitar pérdidas de material durante el tamizado y alteraciones en la abertura de las mallas.  Depósito Receptor  Tapa  Horno  Mortero Preparación de la Muestra Homogenice cuidadosamente el total de la muestra de terreno en estado húmedo; luego reduzca por cuarteo, para obtener, cuando esté seca, una cantidad de material ligeramente superior a la estipulada en Tabla, de acuerdo al tamaño máximo absoluto. Luego suelte el fino adherido a la grava y arena, si es necesario con agua, y deshaga los terrones con los dedos. Seque la muestra obtenida hasta masa constante a una temperatura de 110 ± 5°C; si detecta la presencia de trumaos o materia orgánica, seque la muestra en el horno a 60 ± 5°C. Tabla 2: cantidad mínima de muestra suelo. (Ministerio de Transportes, 2016)

para granulometría según tamaño máximo absoluto del

Procedimiento  Pese toda la muestra con aproximación a 1 g y registre como A.  Corte todo el material en el tamiz correspondiente al Tamaño Máximo Absoluto especificado; determine la masa de las fracciones sobre y bajo dicho tamaño con aproximación a 1 g y regístrelas como B y Z, respectivamente.  Mida y registre el Tamaño Máximo Absoluto del material de la fracción B, determinada en el paso anterior.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Corte todo el material registrado como Z en tamiz 4,75 mm (Nº 4) y determine las masas, con precisión a 1 g, de la fracción que pasó y de la que quedó retenida en dicho tamiz. Regístrelas como C y D respectivamente.  Coloque el material retenido en 5 mm (D) en un recipiente de lavado y agregue agua potable en cantidad suficiente para cubrir la muestra. Proceda a lavar el material siguiendo los pasos que se indican a continuación: a) Agite la muestra con el agua de modo de separar el material fino, dejándolo en suspensión o en disolución. b) Vacíe inmediatamente el agua con el material fino (en suspensión o en disolución) en los tamices Nº 4 (4,75 mm) y Nº 200 (0,075 mm), dispuestos en forma decreciente. c) Agregue nuevas cargas de agua y repita la operación hasta que el agua agitada con la muestra permanezca limpia y clara. d) Reúna el material retenido en los tamices con el material decantado en el recipiente de lavado. e) Seque el material reunido hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5°C. f) Pese y registre la masa lavada y seca como D’.  Tamice el material registrado como D’ a través de la serie de tamices 150 mm (6’’), 100 mm (4’’), 75 mm (3’’), 50 mm (2’’), 37,5 mm (1 ½’’), 25 mm (1’’), 19 (3/4’’),9,5 mm (3/8’’) y 4,75 mm. Efectúe este tamizado en dos etapas; un tamizado inicial, que podrá ser manual o mecánico, y un tamizado final que deberá ser manual. a) Tamizado Inicial. Vacíe el material registrado como D’ sobre el tamiz superior de la serie de tamices y cúbralo con la tapa y fondo. Agite el conjunto de tamices durante un lapso mínimo de 5 min. Aproximándose a la condición que se establece en ítem b) del punto 13. b) Tamizado Final. - Retire el primer tamiz provisto de depósito y tapa. - Sosténgalo con las manos, manteniéndolo ligeramente inclinado.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica - Agítelo con movimientos horizontales y verticales en forma combinada, girando el tamiz en forma intermitente. Esta operación durará al menos 1 min. - Pese y registre el material retenido sobre el tamiz. - Traslade el material contenido en el depósito al tamiz siguiente. - Repita las operaciones descritas en los pasos anteriores hasta completar todos los tamices. - Pese y registre la masa final del residuo contenido en el depósito. Del material bajo 5mm, tome por cuarteo una muestra de 500 a1.000 g, y registre su masa como C’. Lave cuidadosamente con agua potable el material sobre tamiz 0,075 mm (Nº 200); vacíe a un bol el material retenido en tamiz 0,075 mm (Nº 200) y seque hasta masa constante a 110 ± 5°C.  Pese y registre el material lavado y seco como C”, aproximando a 0,1 g.  Tamice el material preparado, según procedimiento descrito en a) y b), a través de la serie de tamices: 2 mm (Nº 10), 0,425 mm (Nº 40) y 0,075 mm (Nº 200).  Determine la masa final del material retenido en cada tamiz y del material que pasa por el tamiz 0,075 mm (Nº 200), recogido en el depósito. Registre como Mi con aproximación a 0,1 g.  La suma de todas las masas no debe diferir en más de 3% para el material bajo 5 mm, ni en más de 0,5% para el material sobre 5 mm, respecto de las masas registradas como C’’ y D’, respectivamente. En caso contrario, repita el ensayo. Cálculos Calcule el porcentaje de sobre tamaño, de acuerdo a la expresión: Calcule el porcentaje de sobre tamaño, de acuerdo a la expresión: ST =

𝐵 𝐴

. 100%

Donde: B = masa del material sobre el tamaño máximo absoluto especificado. A = masa de la muestra total

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica Calcule el porcentaje retenido en el tamiz i del material sobre 4,75 mm, de acuerdo a la expresión: Ri =

𝑀𝑖 𝐶+ 𝐷

. 100%

Mi = Masa retenida en el tamiz i del material sobre 4,75mm. C = masa de la fracción bajo 4,75mm. D = masa de la fracción sobre 4,75mm. Calcule el porcentaje retenido en el tamiz i del material bajo 4,75 mm, de acuerdo a la expresión: Ri =

𝐶 𝑋 𝑀𝑖 𝐶 ′(𝐶+ 𝐷)

. 100%

Mi = Masa retenida en el tamiz i del material sobre 4,75mm. C = masa de la fracción bajo 4,75mm. D = masa de la fracción sobre 4,75mm. C´ = masa de la muestra reducida por cuarteo de la fracción sobre 4,75mm.

Ilustración 1. Modelo de llenado para clasificación de suelos por tamizado. (Ministerio de Transportes, 2016)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica 2.2. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO El contenido de humedad o agua del material se define como la relación, expresada en porcentaje, entre la masa de agua que llena los poros o "agua libre", en una masa de material, y la masa de las partículas sólidas de material. Este método no da resultados verdaderamente representativos para suelos que contengan cantidades significativas de haloisita, montmorillonita, o minerales de yeso; suelos altamente orgánicos o materiales en los cuales el agua de los poros contiene sólidos disueltos (como sales en el caso de depósitos marinos). Equipos y Materiales:  Horno de secado: Horno de secado termostáticamente controlado, de preferencia uno del tipo tiro forzado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 ºC.  Balanzas: De capacidad conveniente y con las siguientes aproximaciones: De 0,01 g para muestras de menos de 200 g De 0,1 g para muestras de más de 200 g.  Recipientes.  Desecador (opcional). Procedimiento:  Escójase una muestra de ensayo representativa de acuerdo con la tabla N°….  Colóquese la muestra húmeda en un recipiente limpio, seco, de peso conocido.  Remuévase la tapa y colóquese el recipiente con el material húmedo en un horno, manteniendo la temperatura a 110 ± 5°C (230 ±9°F) y séquese hasta obtener peso constante.  Después que el material se haya secado a peso constante, remuévase el recipiente del horno y colóquese la tapa. Permítase que el material y el recipiente se enfríen a la temperatura ambiente. Determínese el peso del recipiente y de la muestra secada en el horno usando la misma balanza.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica Cálculos: Tabla 3. Modelo de tabla de laboratrio para llenar datos. (Ministerio de Transportes, 2016)

PROCEDNCIA Fecha

USO

N° de

N° de

Peso de

Envase + Suelo

Suelo

Peso de

Contenido de

Ensayo

Envase

Envase (g)

Húmedo (g)

Seco (g)

Agua (g)

Humedad (%)

𝑾=

𝑴𝑪𝑾𝑺−𝑴𝑪𝑺 𝑴𝑪𝑺−𝑴𝑪

× 𝟏𝟎𝟎 =

𝑴𝑾 𝑴𝑺

× 100

Donde: W = es el contenido de humedad, (%) Mcws = es el peso del contenedor más el suelo húmedo, en gramos. Mcs = es el peso del contenedor más el suelo secado en horno, en gramos. Mc = es el peso del contenedor, en gramos. Mw = es el peso del agua, en gramos. Ms = es el peso de las partículas sólidas, en gramos.

Tabla 4. Nos indica cuanto debe ser la muestra representativa para el ensayo según su granulometría. (Ministerio de Transportes, 2016)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica 2.3. LÍMITES DE CONSISTENCIA Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados, dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado líquido. Para lo cual nos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse. Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo. 

Límite de cohesión: Es el contenido de humedad con el cual las particulas de suelo son capaces de pegarse una a otras.



Límite de pegajosidad: Es el contenido de humedad con el cual el suelo comienza a pegarse a las superficies metálicas tales como la cuchilla de la espátula.



Límite de contracción: Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo.



Límite líquido: Cuando el suelo pasa de un estado semilíquido a un estado plástico y puede moldearse. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de Casagrande.



Límite plástico: Cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado semisólido y se rompe.



Límite de retracción o contracción: Cuando el suelo pasa de un estado semisólido aun estado sólido y deja de contraerse al perder humedad.

Para lo cual nos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto límite sin romperse.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica 2.3.1. DETERMINACIÓN DEL LIMITE LIQUIDOD Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado en que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la Cuchara de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela, hasta que la zanja que previamente se ha recortado, se cierra en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre la zanja es 25, la humedad del suelo (razón peso de agua/peso de suelo seco) corresponde al límite líquido. Dado que no siempre es posible que la zanja se cierre en la longitud de 12 mm exactamente con 25 golpes, existen dos métodos para determinar el límite líquido: - trazar una gráfica con el número de golpes en coordenadas logarítmicas, contra el contenido de humedad correspondiente, en coordenadas normales, e interpolar para la humedad correspondiente a 25 golpes. La humedad obtenida es el Límite Líquido. - según el método puntual, multiplicar por un factor (que depende del número de golpes) la humedad obtenida y obtener el límite líquido como el resultado de tal multiplicación.

2.3.2. DETERMINACION DEL LIMITE PLASTICO (L.P.) Esta propiedad se mide en laboratorio mediante un procedimiento normalizado pero sencillo consistente en medir el contenido de humedad para el cual no es posible moldear un cilindro de suelo, con un diámetro de 3 mm. Para esto, se realiza una mezcla de agua y suelo, la cual se amasa entre los dedos o entre el dedo índice y una superficie inerte (vidrio), hasta conseguir un cilindro de 3 mm de diámetro. Al llegar a este diámetro, se desarma el cilindro, y vuelve a amasarse hasta lograr nuevamente un cilindro de 3 mm. Esto se realiza consecutivamente hasta que no es posible obtener el cilindro de la dimensión deseada. Con ese contenido de humedad, el suelo se vuelve quebradizo (por pérdida de humedad) o se vuelve pulverulento. Se mide el contenido de humedad, el cual corresponde al Límite Plástico. Se recomienda realizar este procedimiento al menos 3 veces para disminuir los errores de interpretación o medición.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica 2.3.3.

INDICE DE PLASTICIDAD (I.P.)

El índice de plasticidad se expresa con el porcentaje del peso en seco de la muestra de suelo, e indica el tamaño del intervalo de variación del contenido de humedad con el cual el suelo se mantiene plástico. En general, el índice de plasticidad depende sólo de la cantidad de arcilla existente e indica la finura del suelo y su capacidad para cambiar de configuración sin alterar su volumen. Un IP elevado indica un exceso de arcilla o de coloides en el suelo. Siempre que el LP sea superior o igual al LL, su valor será cero. El índice de plasticidad también da una buena indicación de la compresibilidad. Mientras mayor sea el IP, mayor será la compresibilidad del suelo. Es un parámetro físico que se relaciona con la facilidad de manejo del suelo, por una parte, y con el contenido y tipo de arcilla presente en el suelo, por otra: Se obtiene de la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico: IP = LL – LP > 10 plástico. IP = LL – LP < 10 no plástico. Valores Menores de 10 indican baja plasticidad, y valores cercanos a los 20 señalan suelos muy plásticos. DONDE: IP= índice de plasticidad del suelo, % LL = límite liquido del suelo, %; y LP = límite plástico del suelo, %. 2.4. DETERMINACION DE LOS FACTORES DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS Este método establece el procedimiento para determinar el límite de contracción de los suelos. El límite de Contracción es la humedad máxima de un suelo para la cual una reducción de la humedad no causa disminución de volumen. Equipos y Materiales  Plato de evaporación

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Espátula o cuchillo con hoja  Regla de enrase  Taza de vidrio  Placa de vidrio Placa con tres puntas para sumergir la muestra en el mercurio.  Probeta Debe tener una capacidad de 25 ml y graduada a 0,2 ml.  Balanza con una precisión de 0,01 g.  Mercurio El suficiente para llenar la taza de vidrio.  Horno Preparación de la muestra  La muestra por ensayar debe tener un tamaño en masa de aproximadamente 30 g.  Si sólo requiere determinar el límite de contracción, tome la muestra de ensaye del material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz de 0,425 mm (Nº 40).  Coloque la muestra en el plato de evaporación y mezcle completamente con agua destilada en una cantidad suficiente para llenar completamente los huecos del suelo y dejarlo suficientemente pastoso para colocarlo en el molde sin inclusión de burbujas de aire. Procedimiento  Recubra el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo, vaselina o aceite de silicón), para prevenir la adherencia del suelo al molde.  Coloque una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la capacidad del molde en el centro de éste y extiéndalo hasta los bordes, golpeando el molde contra una superficie firme recubierta con papel secante o similar.

Ilustración 2. Cubrimiento de envase con vaselina (derecha) y adición de la muestra (izquierda). (Ministerio de Transportes, 2016)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Agregue una porción similar a la primera y golpee el molde hasta que el suelo esté completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie.  Agregue material y compacte hasta que el molde esté completamente lleno y con exceso de suelo por sobre el borde.  Enrase con la regla y limpie posibles restos de suelo adherido al exterior del molde.

Ilustración 3. Eliminación del Exceso de Material y Enrasado del Recipiente (Ministerio de Transportes, 2016)

 Inmediatamente después de enrasado, pese el molde con el suelo compactado; reste la masa del molde determinando la masa de suelo húmedo (mh). Registre aproximando a 0,01 g.  Deje secar lentamente al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se despegue de las paredes del molde o hasta que cambie de color oscuro a claro.

Ilustración 4: Peso de la Muestra y Secado de la Muestra a Temperaturambiente (Ministerio de Transportes, 2016)

 Seque en horno a 110 ± 5°C hasta masa constante.

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Ilustración 5. Muestra colocada en el Horno y Muestra extraída del Horno (Ministerio de Transportes, 2016)

 Pese el molde con el suelo seco y reste la masa del molde, determinando la masa de suelo seco (ms). Registre aproximando a 0,01 g. Determinación del Volumen de la Muestra Determine el volumen de la pastilla de suelo seco.  Llene la taza con mercurio hasta que desborde; enrase presionando con la placa de vidrio y limpie los restos de mercurio adheridos al exterior de la taza.

Ilustración 6. Llenado de envase con emrcurio (izquierda) y muestra enrasada con mercurio (derecha). (Ministerio de Transportes, 2016)

 Coloque la taza llena de mercurio sobre el plato de evaporación, coloque el trozo de suelo sobre la superficie del mercurio y sumérjalo cuidadosamente mediante las puntas de la placa de vidrio hasta que ésta tope firmemente contra el borde de la taza (es esencial que no quede aire atrapado bajo el trozo de suelo ni bajo la placa de vidrio).

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Mida el volumen de mercurio desplazado por el trozo de suelo por pesada y divídalo por la densidad del mercurio (= 13,55 g/cm³); registre como volumen del trozo de suelo seco (Vs), aproximando a 0,01 cm³, (0,01 ml). Cálculos Calcule la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 0,1%: W=

𝑚ℎ−𝑚𝑠 𝑚𝑠

. 100

Donde: w : humedad del suelo en el momento que fue moldeado. mh: masa del suelo húmedo ms: masa del suelo seco Calcule el límite de contracción de 1 suelo de acuerdo con la fórmula siguiente aproximado al 1 %: Ws = w-

𝑚(𝑣ℎ−𝑣𝑠)𝑥 𝑝𝑤 𝑚𝑠

. 100

Donde: Ws: limite de contracción %. w : humedad del suelo en el momento que fue moldeado. Vh: volumen de la pastilla de suelo húmedo. Vs: volumen de la pastilla de suelo seco. pw: densidad del agua ms: masa del suelo seco.

2.5. MATERIA ORGANICA EN SUELOS (PERDIDA POR IGNICION) El método de "pérdida por ignición" para la determinación del contenido orgánico es más aplicable a aquellos materiales identificados como turbas, lodos orgánicos y suelos que contengan materia vegetal relativamente no descompuesta ni deteriorada o materiales de plantas frescas como madera, raíces, pasto o materiales carbonáceos como lignito, carbón, etc.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica Este método sirve para determinar la oxidación cuantitativa de materia orgánica en tales materiales y proporciona una estimación válida del contenido orgánico. El método de la "Combustión Húmeda" (AASHTO T194), se recomienda cuando se desea determinar el material orgánico (del tipo humus) fácilmente oxidable para suministrar información relacionada con la adecuabilidad de un suelo para cultivo. Equipos y Materiales:  Horno, que pueda mantener temperaturas de 110 ± 5°C (230 ±9°F).  Balanza, de 1200 g de capacidad y con una precisión de 0,01 g.  Mufla, que pueda mantener una temperatura continua de 445 ±10°C (833 ± 18°F), y que tenga una cámara de combustión donde se pueda acomodar el recipiente designado con la muestra.  Crisoles o platos de evaporación  Desecadores, de tamaño adecuado.  Recipientes, a prueba de moho, de metal, porcelana, vidrio o recubiertos de plástico.  Suministros misceláneos. Tamiz Nº 10 Procedimiento:  Escójase una muestra que pese aproximadamente de 10 a40 g, colóquese en crisoles tarados o en platos de evaporación de porcelana y pésese, con aproximación a 0,01 g.  Colóquese el crisol o el plato que contiene la muestra dentro de la mufla durante 6 horas a 445 ± 10°C.  Remuévase la muestra enfriada del desecador y pésese con aproximación a 0,01g.  El contenido orgánico deberá expresarse como un porcentaje del peso del suelo secado en el horno y deberá calcularse así:

% 𝑫𝒆 𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂 𝒐𝒓𝒈á𝒏𝒊𝒄𝒂 =

𝑨−𝑩 × 𝟏𝟎𝟎 𝑩−𝑪

Donde: A = Peso del crisol y del suelo seco al horno antes de la ignición. B = Peso del crisol y del suelo seco después de la ignición. C = Peso del crisol, con aproximación a 0,01 gramos.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica 2.6. PH EN LOS SUELOS La escala de pH se utiliza como un indicador de la concentración de los iones hidrógeno en el suelo. El pH se mide en una escala logarítmica y representa el logaritmo negativo de la concentración de los iones hidrógeno en la solución suelo, expresado en moles/L (pH = - log [H+]). Por ejemplo, un pH de 2 representa una concentración de 1 x 10 -2 moles/L de iones H+, y un pH 8 representa una concentración de 1 x 10 -8 moles /L de iones H+. Cuando el suelo presenta una alta concentración de iones hidrógeno, se considera ácido y cuando presenta una baja concentración se considera básico. Un pH 7 se considera neutro. La escala de pH se encuentra en un rango de 1 a 14, siendo 1 extremadamente ácido y 14 extremadamente básico. El pH controla muchas de las actividades químicas y biológicas que ocurren en el suelo y tiene una influencia indirecta en el desarrollo de las plantas. Según el pH del suelo la disponibilidad de ciertos elementos nutritivos puede favorecerse, así por ejemplo, en los suelos de pH ácido se tratará de subir el pH por la adición de cal u otra enmienda alcalinizante para mejorar disponibilidad de los elementos nutritivos que se fijan a un pH ácido como ocurre por ejemplo con el fósforo. El pH del suelo representa aspectos del clima, vegetación e hidrología del lugar donde el suelo se ha formado. El pH de un horizonte del suelo es afectado por el material parental, la naturaleza química de la lluvia, las prácticas de manejo del suelo y las actividades de los organismos (plantas, animales y microorganismos) que habitan en el suelo. Por ejemplo, las acículas de pino son altamente ácidas, y éstas pueden bajar el pH de algunos suelos húmedos. Los suelos generalmente presentan valores de pH entre 4 y 10. Para la determinación del pH en laboratorio se sigue los siguientes pasos:  Pesar cierta cantidad de muestra de suelo (recomendable 10g)  Agregar 20m de agua destilada a una muestra de 10 gramos de suelo.  Agitar el vaso durante 1 minuto.  Dejar en reposo 10 min.  Medir el pH mediante un potenciómetro previamente calibrado y Puntar los datos en un cuadro.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica 2.7. PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES (CARGA CONSTANTE) La permeabilidad de un suelo es la capacidad del mismo para permitir el flujo de un fluido, líquido o gas, a través suyo. En el campo de la Geotecnia se estudia el flujo de agua. Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de ellos. Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una diferencia de presión hidráulica. Equipo: El aparato para el ensayo de permeabilidad con carga variable consta básicamente de:  Celda del permeámetro  Depósito de agua desaireada y destilada o des-ionizada.  Tanque de inmersión con desborde.  Termómetro.  Cronómetro.

Ilustración 7. Equipo para ensayo de corte directo. (Ministerio de Transportes, 2016)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica Procedimiento  Ensamblado del aparato con los elementos arriba mencionados.  Preparación de la celda: Se debe verificar que la celda esté limpia y seca y determinar su peso, diámetro y altura. Además verificar la estanqueidad de la misma.  Preparación de la muestra: En todos los casos la muestra debe calzar perfectamente en la célula sin dejar cavidades en su perímetro. Si se desea obtener la permeabilidad vertical la muestra deberá prepararse considerando éste eje. , Si se busca la permeabilidad horizontal o paralela al sentido de los estratos se tomará el eje horizontal como guía. Se debe pesar la muestra y determinar la humedad. Si se tratan de muestras recompactadas, el suelo a humedad requerida es compactada en el molde para llegar a la densidad buscada. En éste caso también se deberá pesar y determinar humedad. Se colocará una piedra porosa en la base de la muestra y otra en contacto con su cara superior.  Saturación de la muestra: Haciendo vacío saturar la muestra el tiempo que sea necesario Aplicar una succión baja hasta verificar la saturación y la ausencia total de burbujas de aire en la muestra.  Permitir el paso de agua, abriendo la llave correspondiente, verificando que no quede aire entrampado en las conexiones con cada uno de los tubos.  Realización del ensayo propiamente dicho: Permitir el paso del agua a través de la muestra. Cuando el caudal sea uniforme, iniciar la recolección de agua en el depósito graduado. Cronometrar el tiempo de ensayo.  Informe de resultados: El k medido es multiplicado por un factor de corrección que tiene en cuenta la temperatura. De ensayo y permite expresar el coeficiente k a la temperatura normal de 20 º C. Debería indicarse además peso de la muestra, humedad, relación de vacíos, gravedad específica de los sólidos y una descripción completa de la muestra incluyendo fisuras, estratificaciones, método de obtención y preparación de la muestra y su orientación. Cálculos 𝑲=

𝑽∗𝑳 𝑯∗𝑨∗𝑻

Donde:

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica K = coeficiente de permeabilidad V = Vol. de agua recolectado a la salida L = longitud de la muestra H = diferencia de nivel A = área transversal de la muestra t = tiempo de ensayo

2.8. EVALUAUACIÓN Y DETERMINACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS Este método se usa para determinar si un suelo es potencialmente expansivo, así como a los métodos para predecir la magnitud del hinchamiento que se pueda producir. El potencial de expansión de un suelo puede determinarse mediante los límites de Atterberg y la succión natural del suelo. Empleando los Métodos normales se determinan el Límite Líquido (LL) Índice de Plasticidad (IP) y la succión del Suelo (nat.) según la AASHTO T-273. Usando estas propiedades índices y con la ayuda de la siguiente tabla, se puede determinar cualitativamente el potencial expansivo del suelo.

Tabla 5. Grado expansión de los suelos.. (Ministerio de Transportes, 2016)

Mediante el aparato de expansión desarrollado por Lambe, puede medirse la presión de expansión desarrollada por el espécimen de suelo, después de 2 horas de inmersión, para predecir en forma preliminar su Potencial de Cambio Volumétrico (PCV), así:

Puede también definirse el PCV, a partir del Índice de Plasticidad y del Límite de contracción de acuerdo con los valores de la Tabla Nº 2 según Holts y Gibs (1956).

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica Tabla 6. límites de consistencia y potencial de cambio volumétrico (pcv). (Ministerio de Transportes, 2016)

Finalmente, se puede obtener indicación del carácter expansivo del suelo, a partir de la expansión lineal medida en especímenes sumergidos para el ensayo de CBR. Determinación de la Magnitud de la Expansión La magnitud de la expansión que puede esperarse en una capa de suelo, se determina mediante uno de los métodos que se describen enseguida.  Prepárese una muestra inalterada para el ensayo de consolidación de acuerdo con el Método S0407, teniendo cuidado de evitar la pérdida de humedad durante su preparación. De los recortes de la muestra, determínese la humedad en el terreno y el peso específico del suelo.  La humedad natural se determina como un porcentaje del peso del suelo secado al horno:  Después de colocada la muestra en el consolidómetro, se le aplica una carga igual a la sobrecarga existente en el terreno, la cual deberá mantenerse hasta cuando el dial del extensómetro indique que ha cesado cualquier ajuste, por la carga aplicada.  Durante la aplicación de esta carga y durante el período de ajuste, debe tenerse cuidado de evitar el secamiento. Es extremadamente importante que no se pierda humedad en la muestra, lo cual puede lograrse cubriendo el consolidómetro con algodón húmedo. Este procedimiento de carga hace retornar la muestra, en cuanto es posible, a la relación de vacíos de campo, real y a la condición en el terreno, ya que la extrusión permite que las muestres inalteradas reboten inmediatamente en forma elástica.  Las condiciones reales en el terreno están definidas por el punto (1). En seguida, se inunda la muestra y se le deja alcanzar equilibrio como se indicó anteriormente. Esta condición se define, entonces, con el punto (2). La muestra se descarga luego mediante las disminuciones de carga normalmente empleadas en el laboratorio, hasta la presión deseada, obteniéndose en esta forma una curva de expansión

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica desde el punto (2) hasta el (3). A partir de este último punto, se prosigue con un ensayo normal de consolidación.  Las curvas de carga-expansión forman aproximadamente líneas rectas en un gráfico semilogarítmico; la presión que no implica cambio de volumen, se determina entonces extrapolando las curvas de expansión entre los puntos 2 y 3, hasta intersectar la relación de vacíos en el terreno, representada por el punto (4). Esta se determina en la siguiente forma:

Cálculos La magnitud de la expansión que puede esperarse en un estrato, se calcula de la siguiente manera: La magnitud de la expansión que puede esperarse en un estrato se calcula de la siguiente manera:

S=

𝛥𝑒 𝐻 𝑙+𝑒𝑓

Dónde: S = expansión en cm. 𝛥𝑒 = diferencia de la relación de vacíos, a la presión de sobrecarga. H = espesor de capa en cm. ef = relación de vacíos en las condiciones de esfuerzos existente en el terreno.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica CAPÍTULO III: ENSAYOS RELACIONADOS A COMPACTACIÓN Y RESISTENCIA DE SUELOS 3.1. ENSAYO DE COMPACTACIÓN Cuando los suelos tienen características y/o propiedades no adecuadas para la construcción, como pueden ser: alta permeabilidad, baja capacidad de soporte y otros, se puede recurrir a algunos medios para mejorar dichas propiedades y características, tales casos son denominados como estabilización. La compactación es un método de mejoramiento de suelos que consiste en ejercer una acción mecánica de relativamente corta duración sobre una masa de suelo a un estado parcialmente saturado, para reducir su volumen (disminuyendo sus vacíos) y aumentar su densidad. En general, la compactación es la densificación del suelo por remoción de aire, lo que requiere energía mecánica. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su densidad en estado seco. En el campo generalmente se aplica a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques y terraplenes en carreteras. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, lo que se realiza por medio de equipos denominados compactadores, que consiguen no solo aumentar la resistencia y disminuir la capacidad de deformación volumétrica de la masa de suelo (mejorar estabilidad volumétrica), sino que también se disminuye su permeabilidad y así por ende mejorar su durabilidad.

3.1.1. POR ENERGIA MODIFICADA (PROCTOR MODIFICADO) La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en cinco capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas (56 para el Método C) con un pisón de 4,5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 45,7 [cm]. Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce Estabilización del suelo al transferirle energía al mismo. Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea contra parteo comparable al ensayo de impacto en el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurre en el caso de

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio Que encuentran su contraparte en los rodillos pata de cabra, vibro-compactadores, de ruedalisa, etc.). No obstante, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón Proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde el comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sin número de pliegos de obras. Procedimiento  Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos.  Se pesan los cilindros y las latitas para las muestras de suelo.  Se llenan las probetas con agua según el porcentaje con cual se trabaja.  Se tamizo la muestra de suelo con el tamiz #4 eliminando todo agente orgánico.  Se virte el suelo que paso por el tamiz #4 en la balanza para obtener un peso representativo que según norma puede ser 3,5,7,12 kilogramos.  Se coloca la muestra de suelo pesada en la bandeja de alumino, se satura el suelo con el porcentaje de humedad deseado.  La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en tres (3) capas, llenándose en cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa. De la siguiente forma: Se coloca el pistón de compactar con su guía, dentro del molde; se eleva el pistón (2.5 Kilogramos) hasta que alcance la parte superior y se suelta permitiendo que tenga una caída libre de 30 centímetros. Se cambia de posición la guía, se levanta y se deja caer nuevamente el pistón. Se repite el procedimiento cambiando de lugar la guía de manera que con 25 golpes se cubra la superficie. Esta operación de compactación se repite en las tres capas del material.  Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su peso. (Peso del material + cilindro).  Se extrae la muestra de suelo con la ayuda del extractor de muestras y se enraza con la ayuda de una espátula. Se procede a partir la muestra por el centro para obtener una muestra del centro del suelo compactado luego se coloca en la latita es pesada.  Se coloca la muestra al horno y se deja secar.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Repita los pasos del 1 al 10 con los porcentajes de humedad deseados hasta obtener un número de resultados que permitan trazar una curva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima De ello se puede calcular los siguientes datos:

Cálculos  Peso volumétrico húmedo

Donde: h: peso volumétrico húmedo Wm: peso de la muestra compactada We: peso del molde cilíndrico Vc: volumen del cilindro Vme: peso de la muestra compactada +peso del cilindro

 Contenido de humedad (%)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica Donde: Ww: peso del agua Ws: peso del suelo  Peso volumétrico seco

Donde: d: peso volumétrico seco W: Contenido de humedad al tanto por uno  Peso volumétrico de la curva de saturación

Donde: Dz: peso volumétrico del suelo saturado Ss: peso específico de los solidos W: peso específico del agua

3.1.2. POR ENERGIA ESTANDAR (PROCTOR ESTANDAR) Establecer el Método de Ensayo para la Compactación del Suelo en Laboratorio utilizando una Energía Estándar (600 kN-m/m3 (12 400 pie-lbf/pie3)). Este método de ensayo cubre los procedimientos de compactación en el laboratorio que se utilizan para determinar las relaciones entre el contenido de agua y el peso unitario seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde con un diámetro de 101,6mm (12 400 pielbf/ pie3). Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% ó menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 19,0 mm (¾” pulg).

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% ó menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 19,0 mm (¾” pulg). Para relaciones entre Peso Unitario y Contenido de Humedad de suelos con 30% ó menos en peso de material retenido en la malla 19,0 mm (3/4 pulg) a Pesos Unitarios y contenido de humedad de la fracción que pasa la malla de 19,0 mm (¾ pulg), ver ensayo ASTM D 4718. Se proporciona 3 métodos alternativos. El método usado debe ser indicado en las especificaciones del material a ser ensayado. Si el método no está especificado, la elección se basará en la gradación del material. Metodo "A"  Molde: 101,6 mm de diámetro (4 pulg)  Material: Se emplea el que pasa por el tamiz 4,75 mm (Nº 4).  Número de capas: 3  Golpes por capa: 25  Uso: Se utiliza cuando el 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz 4,75 mm (Nº 4).  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"  Molde: 101,6 mm (4 pulg) de diámetro.  Materiales: Se emplea el que pasa por el tamiz de 9,5 mm (⅜ pulg).  Número de Capas: 3  Golpes por capa: 25  Usos: Cuando más del 20% del peso del material es retenido en el tamiz 4,75 mm (Nº 4) y 20% ó menos de peso del material es retenido en el tamiz 9,5 mm (⅜ pulg).  Otros Usos: Si el método no es especificado, y los materiales entran en los requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando Método C. Metodo "C"  Molde: 152,4mm (6 pulg) de diámetro.  Materiales: Se emplea el que pasa por el tamiz 19,0 mm (¾ pulg).

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Número de Capas: 3  Golpes por Capa: 56  Uso: Cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz 9,5 mm (⅜ pulg) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz 19,0 mm (¾ pulg).  El molde de 152,4 mm (6 pulg) de diámetro no será usado con los métodos A ó B. Cálculos  Calcule el Peso Unitario Seco y Contenido de Agua para cada espécimen compactado, de este ensayo Plotee los valores y dibuje la curva de compactación como una curva suave a través de los puntos. Plotee el Peso Unitario Seco con aproximación 0,2 kN/m3 (0,1 lbf/pie3) y contenido de agua aproximado a 0,1%.  Plotear la curva de saturación al 100%. Los valores de contenido de agua para la condición de 100% de saturación puede ser calculadas como se explica en 7.1.5 de este ensayo error en la gravedad específica, en las mediciones, en los cálculos, en procedimientos de ensayo o en el ploteo. 𝑊𝑠𝑎𝑡 =

(𝑔𝑤)(𝐺𝑠) − 𝑔𝑑 × 100 (𝑔𝑑)(𝐺𝑠)

Donde: Wsat = Contenido de agua para una saturación completa (%). gw = Peso unitario del agua 9,807kN/m3 ó (62,43 lbf/ pie3). gd = Peso unitario seco del suelo. Gs = Gravedad específica del suelo.

3.2. MEDICIONES DE LA PRESION DE POROS El método consiste en la instalación de dispositivos para medir la presión de poros en un punto señalado del suelo, a partir de un conocimiento detallado de las condiciones del terreno y de la evaluación de las necesidades. Las medidas de presión de poros pueden efectuarse determinando la presión de poros total en el punto o la presión de

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica poros diferencial en ese punto con relación al nivel freático normal circundante. Estos datos generalmente se reducen a la presión de poros en exceso o sea a la diferencia entre la presión de poros medida y la presión de poros normal bajo el nivel freático general para el área en el momento de la lectura. La interpretación de las mediciones de la presión de poros en el campo es complicada por la variabilidad que se presenta en los suelos, tanto vertical como horizontalmente. Por esto, la interpretación de cualquier medida de presión de poros puede ser engañosa si no se conoce adecuadamente el perfil completo del suelo, la historia de las cargas y los parámetros detallados del suelo. Sistema abierto: Puede usarse el siguiente equipo para obtener la presión de poros en suelos de permeabilidad relativamente alta, aun cuando también es satisfactorio para suelos de permeabilidad baja.  Un pozo sencillo de observación abierto, consistente en un agujero sostenido, si fuere necesario, por revestimiento plástico o metálico.  Una instalación normal de punta coladora (Wellpoint), la cual consiste en una punta con una malla coladora colocada en el extremo de un tubo normal. Existen diferentes longitudes de malla y de aberturas, para emplear en situaciones diferentes.  El piezómetro hidráulico abierto tipo Casagrande, el cual consiste en una celda porosa conectada a un tubo elevador de diámetro pequeño, rodeado de arena normalizada, que pase 100% por el tamiz de 850 μm (No.20), y que quede retenida 100% en el tamiz de 425 μm (No.40), sellada en la base y que se coloca en el fondo de un agujero perforado. Las celdas pueden conseguirse en diferentes tamaños y porosidades y pueden elaborarse de piedra cerámica de filtro, de plástico poroso o de metales porosos. El tubo elevador debe ser de plástico y, por conveniencia para la lectura, debe tener un diámetro interior no menor de 6.35 mm (1/4") Sistemas cerrados: Pueden emplearse los siguientes equipos para obtener las presiones de poros en suelos de baja permeabilidad, pero son también son satisfactorios para suelos de permeabilidad elevada.  Piezómetro cerrado tipo Casagrande: Consiste de una punta porosa sellada dentro de una capa de suelo, conectado a la superficie del terreno mediante un(os) tubo(s)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica lleno(s) con un fluido y a su vez conectado (s) a un medidor. La punta porosa se instala en el fondo de un agujero perforado, rodeada por arena normalizada (que pase 100% por el tamiz de 850 μm (No.20), y que quede completamente retenida en el tamiz de 425 μm (No.40)). El tubo puede ser de 6.35 a 12.7 mm (1/4 a 1/2") o de mayor diámetro, de plástico o de metal flexible. Deberá emplearse agua limpia para llenar el tubo. Deberá utilizarse un manómetro compuesto Bourdon de tipo tubo (de capacidad suficiente para registrar el cambio esperado en la presión de poros). El manómetro deberá calibrarse para las condiciones bajo las E - 149 – 3 cuales será usado (posición, temperatura, etc.). Este tipo de sistema mide la presión diferencial del agua entre el nivel freático circundante del terreno y la presión dentro del sistema de suelo.  Piezómetro Neumático: Puede consistir en un transductor (comunicador de presión neumático), confinado en una caja de plástico o de acero inoxidable provista de una abertura porosa (cerámica, plástica o de metal) que permita que el agua de los poros alcance el diafragma del transductor. Dos pequeñas conexiones para aire, de diámetro pequeño y de plástico, están conectadas al transductor. Se necesita un suministro de aire comprimido, tomado de una instalación o de botellas individuales, (limpio y sin humedad) para operar el transductor. Es igualmente necesario un manómetro de presión de aire con capacidad suficiente para registrar la presión existente a la profundidad donde se encuentre la punta del piezómetro, más la presión de aire esperada. 3.3. ENSAYO DE CORTE DIRECTO La finalidad del ensayo de corte directo es determinar la resistencia de una muestra de suelo, sometida a fatigas y/o deformaciones que simulen las que existen o existirán en terreno producto de la aplicación de una carga. 3.3.1. CLASIFICACIÓN DE ENSAYOS DE CORTE DIRECTO A. Ensayos no consolidados – no drenados El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (vertical). Si el suelo es cohesivo, y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial no consolidado – drenado.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica B. Ensayo consolidado – no drenado Se aplica la fuerza normal, se observa el movimiento vertical del deformímetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado – no drenado y consolidado – drenado. C. Ensayo consolidado – drenado La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica a continuación la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la muestra.

Ilustración 8. esquema del aparato de corte directo. (Ministerio de Transportes, 2016)

Equipo necesario. 

Máquina de corte directo, capaz de sujetar la probeta entre dos rocas porosas, medir las cargas normales, medir cambios de espesor, medir desplazamientos y permitir el drenaje a través de las piedras porosas.



Cajas de corte, normalmente son cuadradas de 10 o 6 cm. de lado, o bien cilíndricas de 6, 10 ó 16 cm. de diámetro, con sus respectivas piedras porosas.



Dos balanzas, una de 0,1 gr. de precisión; la otra de 0,01 gr.



Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantenerse en 110º ± 5º C.



Cámara húmeda.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica 

Equipo para compactar las probetas remoldeadas, diales de deformación, agua destilada, espátulas, cuchillas, cronómetro, regla metálica, recipientes para determinar humedad, grasa.

Procedimiento  Método para suelos no cohesivos. Se pesa una muestra de arena (seca o de humedad conocida) suficiente para hacer tres ensayos a la misma densidad. Se ensambla la caja de corte, se obtiene la sección (A) de la muestra y se coloca la arena en la caja junto al pistón de carga y la piedra porosa. Se aplica la carga vertical (Pv) y se coloca el dial para determinar el desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistón de carga y la mitad superior de la caja de corte en el peso Pv). En ensayos consolidados se comienza cuando el asentamiento se ha detenido; en suelos no cohesivos esto puede hacerse a partir de la aplicación de Pv. Se separa la caja de corte, se fija el bloque de carga y se ajusta el deformímetro para medir el desplazamiento cortante (en ensayos saturados se debe saturar la muestra el tiempo necesario). Luego se comienza a aplicar la carga horizontal midiendo desde los deformímetros de carga, de cambio de volumen y de desplazamiento cortante. Si el ensayo es del tipo deformación controlada se toman esas lecturas a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser del orden de 0,5 a no más de 2 mm/min. y deberá ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos. Se repite el procedimiento por lo menos en dos muestras utilizando un valor distinto de carga vertical.  Método para suelos cohesivos. Se moldean 3 o 4 probetas de una muestra de suelo inalterada, utilizando un anillo cortante para controlar el tamaño. Se ensambla la caja de corte, se saturan las piedras porosas y se mide la caja para calcular el área (A) de la muestra. Se colocan la muestra en la caja de corte, las piedras porosas y el pistón de carga sobre el suelo, la carga normal Pv y se ajusta el deformímetro vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro ve rtical igual que en el ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado. Luego, se separan las mitades de la cajas de corte dejando una pequeña separación y se empalma la cabeza de carga, asegurando que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica carga y la mitad superior de la caja de corte. Se acopla el deformímetro de deformación cortante y se fija en cero tanto el deformímetro horizontal como vertical (en ensayos saturados se llena la caja con agua y se espera la saturación de la muestra). Aplicar la carga de corte tomando lecturas del deformímetro de carga, de desplazamientos de corte y verticales (cambios de volumen). En ensayos de deformación controlada, las lecturas se toman a desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 o 20 unidades. La tasa de deformación unitaria debe ser la misma que en el caso anterior (no más de 2 mm/min.) y tal que falle entre 5 a 10 minutos, a menos que el ensayo sea consolidado drenado. La velocidad de deformación para este último, debería ser tal que el tiempo para que ocurra la falla (t f) sea: tf =50*t50 , donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación bajo la carga normal Pv. Al finalizar el ensayo, se remueve el suelo y se toman muestras para determinar el contenido de humedad. El procedimiento se repetirá para las muestras adicionales. Cálculos Los siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.  Se grafican en escala natural las curvas de deformación, donde la ordenada será la deformación horizontal y la abscisa el tiempo necesario de las distintas probetas. Se obtiene la máxima deformación horizontal. Con los valores de carga vertical y tangencial se calcula la tensión tangencial y la tensión normal. Gráficamente se pueden obtener el esfuerzo cortante (𝜏) y el esfuerzo normal ( σn ), mediante las siguientes expresiones: 𝜏 = Ph / A ( kgs/cm 2) y σn = Pv / A ( kgs/cm 2) donde: Pv = carga vertical aplicada (kgs.) Ph = carga horizontal aplicada (kgs.) A = área nominal de la muestra (cm 2)  Con los datos de 𝜏 y σn de cada una de las probetas, se traza la recta intrínseca y de ella se obtiene c y φ , donde c es la ordenada de la recta hasta el eje de las abscisas y φ el ángulo que forma la horizontal con la recta intrínseca. Es posible

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica trazar además la curva de deformaciones verticales, donde se llevan en ordenadas las deformaciones (asentamiento hinchamiento) y en abscisas el tiempo.

Ilustración 9. Gráficos para la aplicaicón de esfuezos normales. (Ministerio de Transportes, 2016)

3.4. ENSAYO DE COMPRESION UNIAXIAL El objeto de este método es indicar la forma de realizar el ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos bajo condiciones inalteradas o remoldeadas, aplicando carga axial, usando cualquiera de los métodos de

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica resistencia controlada o deformación controlada. Este ensayo se emplea únicamente para suelos cohesivos, ya que en un suelo carente de cohesión no puede formarse una probeta sin confinamiento lateral. Resistencia a la compresión inconfinada, es la carga por unidad de área a la cual una probeta de suelo, cilíndrica o prismática, falla en el ensayo de compresión simple. Equipos y Materiales  Aparato de Compresión  Extractor de muestras  Un torno con motor o tallador de probetas de muestras inalteradas con accesorios (sierra de alambre, cuchillos, caja de ingletes, etc.).  Moldes para preparar probetas de suelo amasado o compactado.  Aparatos para determinar la humedad de la muestra según se indica en el Método S0301.  Un cronómetro, si el control de la prensa es manual.  Un calibrador con nonio capaz de medir las dimensiones físicas de la probeta con precisión de 0,1 mm.  Balanzas que den el peso de la muestra con una precisión del 0,1 % de su peso total.  Horno capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C (230° ± 9 °F). Preparación de la Muestra  Dimensiones y limitaciones de la probeta La probeta debe ser de sección aproximadamente constante, circular o cuadrada, y eje perpendicular a dicha sección. Su diámetro o lado no debe ser inferior a 35 mm (1.4") y en suelos que presentan discontinuidades se recomienda que sea de mayor tamaño. La mayor partícula contenida en su interior debe ser, como máximo, igual a 1/10 del diámetro o lado. Si, una vez terminado el ensayo, se encuentran partículas mayores que dicho tamaño, se hará constar esto, junto con los resultados. a) El término probeta se aplica a la muestra ya tallada. b) La dimensión longitudinal de la probeta cortada debe coincidir con la dirección vertical de la muestra original.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica  Probetas inalteradas Si se trata de muestras de tubo, hay que manejarlas con gran cuidado para evitar su alteración, cambios en la sección transversal o la pérdida de humedad.  Probetas Remoldeadas Si se desea ensayar una muestra de arcilla saturada "remoldeada", por ejemplo, para determinar la sensibilidad, se procede del siguiente modo: se amasa perfectamente el suelo de modo que se destruya completamente su estructura anterior. Si se desea conservar la humedad que tenía la muestra original, es conveniente envolver el material en una membrana de caucho fino durante esta operación.  Probetas compactadas También puede compactarse una muestra en un molde a una humedad y peso unitario prefijado. Después que la probeta se haya formado, se le cortan extremos perpendiculares al eje longitudinal, se extrae del molde y se determinan su peso y dimensiones. La experiencia indica que es difícil manejar, compactar y obtener resultados válidos con probetas que tienen un grado de humedad superior al 90 % de la saturación de la muestra de suelo. Instrumentos necesarios para preparación de muestras para el ensayo. Procedimiento  Se miden la altura y el diámetro o lado de la probeta, con una precisión de 0,1 mm mediante un calibrador con nonio o un objeto análogo.

Ilustración 10. Lectura de la Altura Inicial y Lectura del Diámetro. (Ministerio de Transportes, 2016)

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica En probetas de gran tamaño puede adoptarse una precisión menor y proporcional al tamaño de la muestra.  Se pesa la muestra.  Se coloca la probeta en la prensa de modo que quede perfectamente centrada. Se acciona el dispositivo de avance lo estrictamente necesario para que la probeta toque a la placa superior de la prensa. Se pone en cero el indicador de deformaciones. El ensayo podrá hacerse controlando la deformación o controlando la carga.  Para el caso de la deformación controlada, se acciona la prensa de modo que la velocidad de deformación unitaria de la probeta esté comprendida entre ½ % y 2% por minuto. Se toman medidas de las deformaciones y de las cargas cada 30 segundos hasta que las cargas comiencen a disminuir o hasta llegar a una deformación axial del 20% (lo que antes suceda). Se escogerá una velocidad en que la rotura ocurra en un lapso entre 1 y 10 minutos.  En el caso de materiales muy blandos que exhiben deformaciones mayores a la falla, deberán ensayarse a una tasa mayor de deformación y lo inverso para los materiales duros o quebradizos.

Ilustración 11. Velocidad de Aplicación de la Carga y Probeta Deformada (Ocurrencia de falla). (Ministerio de Transportes, 2016)

 Cuando se empleen esfuerzos controlados, se aplicará la carga para que produzca una deformación axial a una tasa de ½ % a 2% por minuto y se registrarán los esfuerzos y las deformaciones cada 30 seg.

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica La tasa de deformación se regulará en tal forma que la falla de probetas sin refrentar nunca sobrepase de 10 minutos. La carga deberá proseguirse hasta que decrezcan los valores de la carga con el aumento de sección que se produce en la probeta durante la rotura, lo cual se traduce en una disminución del esfuerzo aplicado.  Hágase un esquema de la forma de rotura. Si la rotura se produce a través de un plano inclinado, es conveniente medir el ángulo de inclinación de dicho plano.  De la parte de la probeta en donde se ha producido la rotura se toma una pequeña muestra en el recipiente y se determina su humedad. También se determina la humedad de toda probeta, anotando los pesos y haciendo las operaciones que se indican en la hoja de cálculos. Cálculos La deformación unitaria, se calculará con la siguiente fórmula: E = 𝞓L/ Lo Donde E = deformación unitaria axial para la carga dada. 𝞓L = Cambio de longitud de la muestra, igual al cambio entre la lectura inicial y final del indicador de deformación. Lo = longitud de la muestra. Calcúlese la sección transversal promedio de la muestra, A, para una carga dada así: A = Ao / (1-E) Donde: E = deformación unitaria axial para la carga dada. Ao = área inicial promedio de la probeta. Ao = (At + Am +Ab)/4 At = área en la parte superior de la probeta. Am = área en la parte media de la probeta. Ab = área en la parte inferior de la probeta.

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Es útil preparar un gráfico que dé para cada deformación el área corregida correspondiente, de acuerdo con los diámetros iniciales de las muestras que se empleen en el ensayo. Calcúlese el esfuerzo, c:

Donde: P = carga aplicable dada. A = área de la sección promedio correspondiente.

3.5. ENSAYO DE COMPRESION TRIAXIAL El ensayo triaxial es utilizado habitualmente para determinar las propiedades resistentes y deformaciones de un suelo, cuando éste está sometido a un estado de tensiones tal que dos de las tensiones principales son iguales y donde los ejes principales de tensiones no giran. El ensayo se realiza en una célula de pared transparente sobre muestras cilíndricas que, salvo que se adopten precauciones especiales, tienen una altura igual a dos veces su diámetro, colocadas dentro de una membrana de látex. Esta membrana va sujeta a dos cabezales sobre los que se apoyan las bases de la probeta, por medio de dos piedras porosas que permiten el drenaje del suelo. Para realizar el ensayo se aplica una tensión, 1, en la dirección del eje del cilindro de suelo, lo cual se hace por medio de un motor que acciona el cabezal inferior en el que apoya la probeta. Simultáneamente se ejerce una presión hidrostática por medio de un fluido que llena la célula (generalmente agua), de tal forma que las otras dos tensiones principales, 2 y 3, permanezcan iguales. El procedimiento habitual consiste en aplicar la presión de célula isotrópica y constante y provocar la rotura de la muestra aumentando la tensión axial mediante el desplazamiento del cabezal inferior. Para

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica completar el ensayo se rompen, al menos, tres probetas de terreno de las mismas características, con valores diferentes de 3.

En los ensayos se miden los siguientes parámetros Presión de cámara: 3. Tensión desviadora: 1-3. Deformaciones verticales y horizontales (estas últimas con menor frecuencia). Volumen de líquido (en ensayos drenados). Presión de poro (en ensayos no drenados).

Habitualmente se aplica una sobrepresión inicial al líquido intersticial (presión de cola), para favorecer la saturación de la muestra y conseguir que las presiones intersticiales sean siempre positivas, ya que si no, en los suelos con dilatancia positiva dichas presiones disminuirían y podrían llegar a ser negativas. En general, el ensayo puede emplearse para el estudio de cualquier tipo de suelo, siempre que sea posible obtener o preparar muestras homogéneas. El tamaño máximo de las partículas no debe exceder 1/6 del diámetro de la muestra. Los tipos de ensayo que pueden realizarse son: Consolidado-drenado (Ensayo CD) Consolidado-no drenado (Ensayo CU) No consolidado-drenado (Ensayo UD) No consolidado-no drenado (Ensayo UU)

La rotura de la muestra se puede alcanzar de dos maneras:  Imponiendo una trayectoria de tensiones, lo que supone realizar una aplicación de cargas por incrementos, hasta producir la rotura de la muestra.  Imponiendo una trayectoria de deformaciones a velocidad constante y midiendo las tensiones axiales resultantes en el cabezal superior. ensayo triaxial consolidado-drenado (CD) la muestra previamente saturada y con el drenaje impedido se somete a compresión isotrópica (3), con lo que la presión de

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica poro aumenta (uc). Posteriormente se abre el drenaje de manera que comience la disipación de la presión de poro (y por lo tanto la consolidación de la muestra). La presión de poro tenderá a cero y el cambio de volumen de suelo debido a la consolidación será igual al volumen drenado de agua. Tras la consolidación isotrópica y con el drenaje abierto se procede a incrementar progresivamente la tensión desviadora (d). La velocidad del ensayo debe ser calculada previamente de manera que u ≈ 0 en todo momento. Puesto que de esta manera las presiones de poro durante el ensayo se disiparán completamente, tenemos que: Presión de cámara total y efectiva = 3 = 3‘ Tensión axial total y efectiva = 3 + d = 1 = 1‘ ensayo consolidado-no drenado (CU), el suelo saturado previamente también se consolida isotrópicamente. Una vez disipado por completo el exceso de presión de poro que se hubiera generado en la etapa anterior, se cierra la válvula de drenaje y se incrementan las tensiones desviadoras hasta la rotura de la muestra. Dado que ahora estamos impidiendo el drenaje, produciremos incrementos en las presiones de poro,

ud. Por lo tanto, el estado tensional será, en cualquier instante: Componente principal mayor de la tensión total = 3 + (d) = 1 Componente principal mayor de la tensión efectiva = 1 - (ud) = 1‘ Componente principal menor de la tensión total = 3 Componente principal menor de la tensión efectiva = 3 - (ud) = 3‘ Con lo que resulta evidente que: 1 - 3 = 1‘ - 3‘ Ensayo sin consolidación y sin drenaje (UU) En este tipo de prueba no se permite en ninguna etapa la consolidación de la muestra. La válvula de comunicación entre el espécimen y la bureta permanece siempre cerrada impidiendo el drenaje. En primer lugar, se aplica al espécimen una presión hidrostática y de inmediato, se falla el suelo con la aplicación rápida de la carga axial. Los esfuerzos efectivos en esta prueba no se conocen bien. El ensayo UU es usualmente llevado a cabo sobre especímenes de arcilla, enmarcando la realización del ensayo dentro del concepto de resistencia para suelos cohesivos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Geológica saturados, en donde se expresan los resultados en términos de esfuerzos totales. La envolvente de falla para los criterios de Mohr del esfuerzo total se convierte en una línea horizontal, con una condición de φ = 0° (ángulo de fricción) y τf = Cu, siendo Cu la resistencia al cortante no drenada, la cual es igual al radio de los círculos de Mohr. 3.6. ENSAYO CBR

El ensayo CBR (la ASTM denomina el ensayo simplemente un ensayo de relación de soporte) mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas. El ensayo permite obtener un número asociado a la capacidad de soporte. El CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria (por pulgada cuadrada) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración dentro de la muestra de suelo compactada a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturado. En forma de ecuación, esto se puede expresar como: CBR =

carga unitaria del ensayo ∗ 100(%) carga unitaria del ensayo

Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido dehumedad óptimo para el suelo determinado utilizando el ensayo de compactación estándar (o modificado). Tabla 7. clasificación de suelos segun ensayo CBR (Ministerio de Transportes, 2016)

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Equipo necesario.  Equipo de CBR:  Molde de compactación (con collar y base)  Disco espaciador  Martillo de compactación  Aparato para medir la expansión con deformímetro de carátula con precisión de 0.01 mm  Pesos para sobrecarga  Máquina de compresión equipada con pistón de penetración CBR capaz de penetrar a una velocidad de 1.27 mm/min Procedimiento  Preparar una muestra de suelo de grano fino (en cantidad suficiente para hacer 6 probetas) menor que el tamiz # 4, al contenido de humedad óptima del suelo  determinado con el ensayo de Proctor Modificado.  Antes de compactar el suelo en los moldes, tomar una muestra representativa para determinar su contenido de humedad (por lo menos 100 g si el suelo es de grano fino).  Pesar los moldes sin su base ni el collar.  Para cada molde ajustar el molde a la base, insertar el disco espaciador en el molde y cubrirlo con un disco de papel filtro.  Fabricar 6 probetas de 5 capas cada una: 2 de 12 golpes por capa, 2 de 26 golpes por capa y 2 de 56 golpes por capa; dejar saturando una muestra de 12, de 26 y de 56 golpespor capa.  Para cada molde retirar la base, el collar y el disco espaciador, pesar el molde con el suelo compactado y determinara el peso unitario total del suelo.  Colocar un disco de papel filtro sobre la base, invertir la muestra y asegurar el molde a la base de forma que el suelo quede en contacto con el papel filtro. Para muestras no saturadas, llevar a cabo los pasos 8 a 10:

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 Colocar suficientes pesas ranuradas (no menos de 4.5 kg) sobre la muestra de suelo para simular la presión de sobrecarga requerida.  Colocar la muestra en la máquina de compresión y sentar el pistón sobre la superficie de suelo utilizando una carga inicial no mayor de 4.5 kg. Fijar el cero en los deformímetros de medida de carga y de penetración (o deformación).  Hacer lecturas de deformación o penetración y tomar las respectivas lecturas del deformímetro de carga. Extruir la muestra del molde y tomar dos muestras representativas adicionales para contenido de humedad. Para muestras no saturadas:  11. Colocar la placa perforada con el vástago ajustable sobre el suelo compactado y aplicar suficientes pesas para obtener la sobrecarga deseada, cuidando que no sea inferior a 4.5kg. Asegurarse de usar un disco de papel filtro entre la base perforada del vástago y el suelo para evitar que el suelo se pegue a la base del vástago.  Sumergir el molde y las pesas en un recipiente de agua de forma que el agua tenga acceso tanto a la parte superior como a la parte inferior de la muestra y ajustar el deformímetro de carátula (con lecturas al 0.01 mm) en su respectivo soporte; marcar sobre el molde los puntos donde se apoya el soporte de forma que pueda removerse y volver a colocarlo sobre el molde en el mismo sitio cuando se desee hacer una lectura.  Ajustar el cero del deformímetro de expansión y registrar el tiempo de comienzo del ensayo. Tomar las lecturas a 0, 1, 2, 4, 8, 12, 24, 36, 48, 72 y 96 horas de tiempo transcurrido; el ensayo de expansión puede terminarse después de 48 horas si las lecturas en el deformímetro de expansión se mantienen constantes por lo menos durante 24 horas.  Al final de las 96 horas de inmersión, sacar la muestra y dejarla drenar por espacio de 15 min; secar completamente la superficie superior de la muestra con toallas de papel.  Pesar la muestra sumergida incluyendo el molde.

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 Realizar los pasos 8 al 10 para cada muestra.  Tomar muestras para contenido de humedad de las muestras saturadas de la siguiente forma: o 2 dentro de los 3 cm superiores del suelo o 2 dentro de los 3 cm inferiores del suelo o 2 en el centro de la muestra de suelo. Cálculos Dibujar una curva de resistencia a la penetración en libras por pulgada cuadrada (psi) o kPa versus la penetración en pulgadas o mm. En un mismo gráfico las muestras secas y en otro las muestras saturadas. Dibujar posteriormente estas

curvas

en un mismo gráficocomparando las

resistencias secas y saturadas. Calcular el CBR para una penetración de 0.01 pulgadas (carga patrón 3000 psi) para los ensayos; dibujar en un mismo gráfico la curva CBR (%) versus densidad seca (kg/cm3), una curva para las muestras secas y otro para las muestras saturadas. Realizar otro gráfico con las mismas características para una penetración de 0.02 pulgadas (carga patrón 4500 psi).

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CAPÍTULO IV: ASPECTOS FINALES

CONCLUSIONES 

En el estudio de los suelos resulta de gran importancia los ensayos realizados en laboratorios, ya que nos permiten conocer su clasificación y sus parámetros físicos como pueden ser permeabilidad, porosidad, resistencia, entre otras.



Entre los ensayos para determinar la compactación de suelos tenemos ensayo de compactación y medición de la presión de poros.



Los ensayos para determinar la resistencia en suelos tenemos ensayos de corte directo, ensayo de compresión uniaxial y triaxial.

BIBLIOGRAFÍA 

Ministerio de obras públicas y comunicaciones. (2011). Manual de ensayos en laboratorio. Lima.



Ministerio de Transportes. (2016). Manual de Esnayos de Materiales. Lima.



Apuntes de Ingeniería del Terreno II. M. Melis (2000). ETSICCP. Universidad de A Coruña.



Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 3. K.H. Head (1988). John Wiley & Sons, Inc.



Engineering Properties of Soils and their measurements. J.E. Bowles (1992). Mc Graw-Hill International Editions. Civil Engineering Series.



Soil Mechanics Laboratory Manual. B.M. Das (1992). 5th Edition. Engineering Press. Austin, Texas.

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