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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA Norte de la Universidad Peruana

“PRIMER INFORME DE ENSAYOS DE LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS”

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL ESTUDIOS DE PREGRADO

CURSO

: MECÁNICA DE SUELOS I

PRESENTADO POR : GUEVARA RODRIGUEZ, Jhonatan Paul CÁTEDRA

: Ing. MARCO W. HOYOS SAUCEDO

FECHA

: Julio de 2019

CAJAMARCA - PERÚ INGENIERIA CIVIL

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Mecánica de Suelos I “Primer Informe de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos”

Ciclo 2019 - I

2019, Universidad Nacional de Cajamarca. “El presente trabajo ha sido elaborado en base a los resultados obtenidos en los diferentes ensayos estándar de Mecánica de Suelos, realizados en el laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad Nacional de Cajamarca, queda foto tomada por el autorizado para ser producido en su totalidad o en parte de este, como fuente de referencia metodológica y con fines estrictamente académicos”. El autor.

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Mecánica de Suelos I “Primer Informe de Ensayos de Laboratorio de Mecánica de Suelos”

ÍNDICE DE CONTENIDO

Ciclo 2019 - I

Pág.

1.

RESUMEN: .................................................................................................................................. 6

2.

OBJETIVOS: ............................................................................................................................... 7

3.

2.1.

Objetivo general:.............................................................................................................. 7

2.2.

Objetivos Específicos: ...................................................................................................... 7

MARCO TEÓRICO. ................................................................................................................... 8 3.1.

Ingeniería geotécnica ....................................................................................................... 8

3.2.

Mecánica de suelos ........................................................................................................... 8

3.3.

El suelo .............................................................................................................................. 8

A)

Origen de los suelos.......................................................................................................... 9

B)

Tipos de suelos. ............................................................................................................... 10

C)

Relaciones volumétricas y gravimétricas de suelos. (Propiedades índice). ............... 11

a)

Relaciones Volumétricas. ................................................................................................ 11

b)

Relaciones Gravimétricas. ............................................................................................... 11

D)

Clasificación ingenieril de los suelos............................................................................. 12

a)

Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). .................................................. 12

b)

Asociación Americana de Oficiales de Carreteras Estatales y Transportes (AASHTO). 12

3.4.

Descripción de la zona de estudio ................................................................................. 13

3.5.

Ensayos de Laboratorio................................................................................................. 13

DENSIDAD DEL SUELO ............................................................................................................. 13 DENSIDAD NATURAL DEL SUELO POR EL MÉTODO VOLUMÉTRICO. .................... 13 A)

Importancia. ................................................................................................................... 13

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 13

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 19

D)

Procedimiento................................................................................................................. 20

E)

Cálculo y expresión de resultados. ............................................................................... 22

DENSIDAD DEL SUELO MEDIANTE EL MÉTODO DEL CONO CON ARENA. ............ 22 A)

Importancia. ................................................................................................................... 22

B)

Alcances. ......................................................................................................................... 23

C)

Materiales. ...................................................................................................................... 24

D)

Respecto a las características de la arena. ................................................................... 24

E)

Equipos. .......................................................................................................................... 30

F)

Procedimiento..................................................................................................................... 32

G)

Cálculo y expresión de resultados. ............................................................................... 35

CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO. ....................................................................... 37 FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Ciclo 2019 - I

A)

Importancia. ................................................................................................................... 37

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 37

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 37

D)

Muestra. .......................................................................................................................... 37

E)

Procedimiento................................................................................................................. 40

F)

Cálculo y expresión de resultados. ................................................................................... 41

PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS. .................................................................................. 42 A)

Importancia. ................................................................................................................... 42

A.1) EN GRAVA O PIEDRA. ................................................................................................... 42 A.2) EN ARENA GRUESA Y GRAVA (Hormigón) .............................................................. 43 A.3) EN MATERIAL FINO (Limo o/con Arcilla) .................................................................. 45 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICOS POR SEDIMENTACIÓN .............................................. 46 A)

Importancia. ................................................................................................................... 46

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 47

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 47

D)

Muestra. .......................................................................................................................... 47

E)

Procedimiento................................................................................................................. 47

F)

Cálculo y expresión de resultados. ................................................................................... 49

LÍMITES DE CONSISTENCIA .................................................................................................. 53 LÍMITE LÍQUIDO ........................................................................................................................ 53 A)

Importancia. ................................................................................................................... 53

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 53

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 53

D)

Muestra. .......................................................................................................................... 54

E)

Limite Líquido por el método del multipunto. ............................................................ 54 Ajustes de equipos .................................................................................................................. 54 Preparación del espécimen de ensayo. ................................................................................. 54 Procedimiento......................................................................................................................... 54

LÍMITE PLÁSTICO ..................................................................................................................... 56 A)

Importancia. ................................................................................................................... 56

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 56

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 57

D)

Muestra. .......................................................................................................................... 57

E)

Procedimiento................................................................................................................. 57

F)

Cálculo y expresión de resultados. ................................................................................... 58

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Ciclo 2019 - I

PRÓCTOR. .................................................................................................................................... 60 PRÓCTOR MODIFICADO. ........................................................................................................ 60 A)

Objetivo........................................................................................................................... 60

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 61

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 61

D)

Muestra. .......................................................................................................................... 63

E)

Procedimiento................................................................................................................. 63

F)

Cálculo y expresión de resultados. ................................................................................... 64

CBR (CALIFORNIA – BEARING RATIO) ............................................................................... 66 A)

Importancia. ................................................................................................................... 66

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 66

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 66

D)

Muestra. .......................................................................................................................... 67

E)

Procedimiento................................................................................................................. 67

F)

Cálculo y expresión de resultados. ................................................................................... 69

PERMEABILIDAD ....................................................................................................................... 71

4.

A)

Importancia. ................................................................................................................... 71

B)

Materiales. ...................................................................................................................... 71

C)

Equipos. .......................................................................................................................... 71

D)

Muestra. .......................................................................................................................... 71

E)

Procedimiento................................................................................................................. 71

F)

Cálculo y expresión de resultados. ................................................................................... 73

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................................... 74 CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 74 RECOMENDACIONES ............................................................................................................... 75

5.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 77

6.

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................................... 77

ANEXOS ............................................................................................................................................. 78 PANEL FOTOGRÁFICO ................................................................................................................. 84

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Ciclo 2019 - I

1. RESUMEN: El presente informe detalla tanto técnico como práctico a cerca de los ensayos realizados en el laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad Nacional de Cajamarca en el curso de Mecánica de Suelos I. Comenzando con el ensayo de densidad de campo, las muestras de suelo para determinar su peso específico (densidad de campo), por el método volumétrico fueron extraídas de una calicata ubicada en el campus UNC, la prueba de densidad de campo por el método del cono con arena, -cuya densidad de la arena se determina en laboratorio por tres métodos detallados en el apartado materiales del método en cuestión- se realizó en un camino cerca al laboratorio de recursos hídricos de la UNC, el contenido de humedad de ensayó con las muestras anteriores, el peso específico de sólidos se ensayó con hormigón, arena traída del río y unas pequeñas rocas no fracturadas, siendo el promedio de estos, el valor buscado. En partículas finas de suelo que pasan el tamiz N° 40, se realizó el análisis granulométrico por el método del hidrómetro y sifonaje, se determinó los límites de consistencia, tanto líquido como plástico. El ensayo de proctor (compactación) se realizó con material arenoso seco y finalmente, el ensayo de CBR con material granular.

Palabras clave: suelos, peso específico, método volumétrico, método del cono, contenido de humedad, peso específico de sólidos, sedimentación y sifonaje, límites de consistencia, proctor, CBR.

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Ciclo 2019 - I

2. OBJETIVOS: 2.1.

Objetivo general:

Determinar las diferentes propiedades de los suelos mediante los métodos de ensayo estándar, correspondiente al desarrollo del silabo del curso Mecánica de Suelos I, llevado a cabo en el Laboratorio de Mecánica de Suelos de la Universidad Nacional de Cajamarca – Facultad de Ingeniería. 2.2. Objetivos Específicos:  Determinar la densidad del suelo in situ (peso específico de la muestra de suelo) mediante el método del cono con arena y método volumétrico.  Determinar la densidad de arena de río, la cual se utilizará en el método del cono de arena.  Determinar el contenido de humedad de un suelo, por secado.  Determinar el peso específico de los sólidos, en gravas, hormigón y suelo fino.  Determinar el contenido de humedad del suelo en su estado natural.  Determinar la distribución granulométrica de suelos fino por el método del hidrómetro.  Determinar los límites de consistencia de los suelos (LL, LP) y obtener el IP.  Determinar la máxima densidad seca y el respectivo contenido de humedad, mediante el ensayo Proctor Modificado.  Determinar la resistencia al corte con el ensayo de CBR.  Interpretar los resultados obtenidos en laboratorio para reconocer la calidad y sus propiedades índice de los suelos.

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Ciclo 2019 - I

3. MARCO TEÓRICO. 3.1. Ingeniería geotécnica La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil e ingeniería geológica que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, estabilizar taludes, construir túneles y carreteras, etcétera, en base a los resultados de los ensayos requeridos de laboratorio de mecánica de suelos. (Velásquez, 2011) 3.2. Mecánica de suelos La mecánica de suelos es la rama de la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades físicas, mecánicas y los usos del suelo, sus bases especializadas radican en fundaciones de estructuras, bases de autopistas. (Enciclopedia Británica, 2019) La mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o la descomposición química de las rocas, independientemente de que tenga o no materia orgánica. (Terzaghi, 1925, págs. 45 - 46).

3.3. El suelo Desde la perspectiva ingenieril, resulta ser un aglomerado que presenta baja cohesión, está compuesto por minerales, materia orgánica y/o sedimentos que se encuentran por encima del substrato rocoso.

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Ciclo 2019 - I

Para el geólogo, es todo material intemperizado en el lugar en que ahora se encuentra y con contenido de materia orgánica cerca de la superficie (no toma en cuenta el material transportado no intemperizado posteriormente a su transporte). El suelo es algo más que un agregado de partículas orgánicas e inorgánicas, sin organización: es un conjunto con organización definida y propiedades que varían “vectorialmente”. En la dirección vertical generalmente sus propiedades cambian mucho más rápidamente que en la horizontal. Esto implica que el suelo tiene un perfil. (Juárez Eulalio y Rico Alfonso, 2005, pág. 34)

A) Origen de los suelos. Como se sabe, los suelos son procedentes de la desintegración mecánica

(intemperización)

y

descomposición

química

(desintegración), siendo el agua el principal agente de intemperización, mediante los mecanismos de ataque tales como la oxidación, carbonatación e hidratación. Las arcillas son pues, último resultado de la descomposición química. Cabe mencionar, que los suelos son residuales, si están donde ocurrió su formación mediante el proceso antes mencionado, o transportados, si son procedentes de un lugar diferente al que se encuentran actualmente y que fueron transportados por agentes de transporte de la naturaleza.

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Ciclo 2019 - I

B) Tipos de suelos. a) Suelos residuales: Son aquellos que permanecen en el sitio donde fueron formados, producto del intemperismo de las rocas. b) Suelos transportados: Son aquellos suelos formados producto de la alteración de las rocas removidas y depositadas en otro sitio diferente al de su origen, por lo que de acuerdo al medio como fueron transportados, estos suelos pueden ser:  Suelos aluviales: en este tipo de suelos es el agua el agente transportador más importante, el movimiento de las partículas debido a esta influyen en la forma determinante del tamaño y distribución de los acarreos, siendo así el origen de depósitos de suelos gruesos (bancos de grava), de aluviones o suelos finos (limos y arcillas en las llanuras) dependiendo de la velocidad del agua.  Suelos lacustres: estos suelos pueden ser formados por acarreo, cuando un río pierde velocidad en la zona de la desembocadura al llegar a un lago, donde se depositan partículas finísimas.  Suelos eólicos: son aquellos suelos que han sido transportados (por saltación, reptación o suspensión) y depositados por acción del viento, encontramos a los loes, médanos, dunas.  Depósitos de pie de monte: son aquellos suelos que son formados por acción directa de la gravedad, su característica principal es su heterogeneidad, pues están constituidos por

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Ciclo 2019 - I

fragmentos de roca, materiales finos, gravas, arenas, hasta puede presentar materia orgánica. (Arias & Meza, 1999). C) Relaciones

volumétricas

y

gravimétricas

de

suelos.

(Propiedades índice). a) Relaciones Volumétricas.  Relación de vacíos, oquedad o índice de poros (e): es la relación entre el volumen de vacíos y el volumen de los sólidos de un suelo.  Porosidad (n): es la relación entre volumen de vacíos y el volumen total de la masa.  Grado de saturación de agua  G W %  : es la relación entre el volumen de agua y el volumen de vacíos, expresada de manera porcentual.  Densidad relativa  DR %  : expresada en porcentaje, es el grado de compacidad de un suelo referido a su estado más suelto (excavado) y más denso (compactado) que se obtienen siguiendo los procedimientos de laboratorio. b) Relaciones Gravimétricas.  Humedad, contenido de agua o contenido de humedad  ω%  : es la relación entre el peso del agua contenida y el peso de la fase sólida del suelo, expresada de manera porcentual.  Peso específico relativo de los sólidos, gravedad específica o densidad de los sólidos SS  : es la relación entre el peso específico de los sólidos y el peso específico del agua destilada en condiciones especiales (4 °C y a una atmósfera de presión).

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 Peso específico seco o densidad seca  d  : es el peso específico del suelo cuando el grado de saturación de agua sea cero ( G W % = 0).  Peso específico húmedo, peso específico de la muestra o densidad natural  m  : es el peso específico del suelo cuando el grado de saturación de agua sea diferente de cero y de cien

 G W %  100  .  Peso específico saturado  sat  : es el peso específico del suelo cuando el grado de saturación de agua sea cien  G W %  100  .  Peso específico sumergido   sum  : es el peso específico del suelo cuando este se encuentre por debajo del nivel freático. (Juárez & Rico, 2005, págs. 54 - 58) D) Clasificación ingenieril de los suelos. Esta clasificación se basa en la distribución granulométrica que presentan los suelos, para esto debemos hacer el cribado o tamizado (mecánico o automatizado). a) Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Se debe realizar el proceso de tamizado y determinar el coeficiente de uniformidad y curvatura, además el límite plástico e índice de plasticidad, datos necesarios para clasificar de acuerdo a la Tabla N° 04 (Ver anexos). b) Asociación Americana de Oficiales de Carreteras Estatales y Transportes (AASHTO). De manera análoga al sistema anterior, pero en este sistema se utiliza la Tabla N° 05 y 06 (Ver anexos).

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3.4. Descripción de la zona de estudio La zona de estudio se encuentra ubicado en el distrito, provincia y departamento de Cajamarca. Localizada en Ciudad Universitaria de la UNC. (Ver Figura N° 1).

3.5.

Ensayos de Laboratorio.

DENSIDAD DEL SUELO DENSIDAD NATURAL DEL SUELO POR EL MÉTODO VOLUMÉTRICO. A) Importancia. Este método es usado para determinar la densidad de suelos cohesivos y con tamaño de piedras cuyo diámetro no sea mayor que 1/10 del diámetro del cilindro de muestreo, es decir para suelos finos, para que permita el uso del mismo. Se utiliza un cilindro de acero (molde cilindro de muestreo). B) Materiales. Muestra inalterada del estrato en estudio.  DESCRIPCIÓN VISUAL DEL SUELO. Ubicación de la calicata: La calicata se ubica en la explanada del campus universitario de la Universidad Nacional de Cajamarca.

Ubicación Geográfica: Coordenadas: 9206949 N / 776319 S / 2589 m.s.n.m. Fecha: 23/05/18 Profundidad de la calicata: 1.70 m.

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Figura N° 1: Mapa de Ubicación y Localización. Fuente: Adaptado de imágenes extraídas de Google Chrome 2019.

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Figura N° 2: Imagen satelital de la localización de la calicata. Fuente: Adaptado de imágenes extraídas de Google Earth Pro - 2019.

Perfil de suelo. El perfil del suelo está constituido por la sucesión de los horizontes y puede observarse al hacer un corte transversal en éste. Estos horizontes se diferencian por el color, contenido de materia orgánica, tamaño de partículas minerales, etc. y se van denominando con letras mayúsculas. Método para la ubicación de una calicata. Para la ubicación de la calicata se recomienda usar el método de la cuadrícula que consiste en orientarse al norte con la brújula sobre el papel en el área de estudio o ubicar los puntos de muestreo cada 5 a 10 metros de distancia. Luego separa por zonas para posteriormente realizar las excavaciones. Orientación de la calicata. La excavación de una calicata se debe realizar considerando la orientación del sol, para visualizar mejor los estratos (de este a oeste). (Torres Palacios, 2018) FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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CARACTERÍSTICAS OBTENIDAS. Estructura de suelo.  Estructura de grano simple: la presentan los suelos arenosos pobres en materia orgánica (los suelos arcillosos, pesados, ricos en limo) así como el polvo suelto de los caminos. No hay unidades estructurales definidas. La agregación es limitada o nula en suelos con escasa materia orgánica al igual que su poder retentivo.  Estructura laminar y prismática: estas estructuras se encuentran, por lo general, en suelos pesados, pobres en materia orgánica, biológicamente casi inertes. No ofrecen buenas condiciones para el desarrollo de las plantas. El suelo con estructura columnar está muy seco por exceso de aeración, mientras que el de tipo laminar es muy húmedo debido a su mal drenaje.  Estructura granular: los suelos de estructura granular son suaves y sueltos lo que permite una adecuada movilización del aire y del agua. También pueden trabajarse fácilmente. Se originan en suelos ricos en materia orgánica debido a la fuerte actividad del edafón sobre éste y a la sustancia mineral lo que influye notablemente en la fertilidad del suelo. La mejor estabilidad de los agregados contribuye a disminuir la erosión. (FAO, 2018). Plasticidad. La plasticidad es atribuible al contenido de partículas escamosas de tamaño coloidal presentes en los suelos. Las partículas escamosas además son responsables de la alta compresibilidad y la baja permeabilidad de los suelos. (Frankie, 2013). Contracción. El límite de contracción de un suelo se define como el contenido mínimo de agua, por debajo del cual una reducción de la cantidad de FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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agua, no causará una disminución de volumen de la muestra de suelo, pero al cual un aumento en el contenido de agua causará un aumento en el volumen de la masa de suelo. (Gonzales Huanca, 2019). Color de suelos. Se identificará a través de la tabla MUNSELL. Drenaje de suelos. La acumulación de agua en el suelo y formación de freáticas superficiales, pueden tener varias causas: que se genere directamente en el lugar, proceder de zonas topográficamente más altas, o por influencia de la presión artesiana provenientes de acuíferos profundos. (Liota, 2012). OBTENCIÓN DE MUESTRAS.

Figura N° 3: Calicata N° 1 de donde se extrajo muestra para los ensayos de Peso volumétrico y contenido de humedad. Fuente: Adaptado por el autor. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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DESCRIPCIÓN DE LA CALICATA POR ESTRATOS. E1: 0 – 0.55 m Tipo de suelo: Franco Limoso. Estructura: Granular compuesta. Plasticidad: Media. Contracción: Media. Color: Marrón grisado 5YR 3/2. Drenaje: Bueno (Ausencia de napa freática). E2: 0.55 – 1.25 m Tipo de suelo: Franco Limo Arenoso. Estructura: Bloque subangular. Plasticidad: Media. Contracción: Media. Color: Amarillo anaranjado oscuro 10YR 6/5. Drenaje: Bueno. E3: 1.25 – 1.45 m Tipo de suelo: Franco Limo Granoso. Estructura: Bloque angular. Plasticidad: Media. Contracción: Media. Color: Marrón amarillento polvoriento 10YR 2/2. Drenaje: Imperfecto. E4: 1.45 – 1.70 m (de donde se obtuvo la muestra) Tipo de suelo: Arcilloso. Estructura: Bloque angular. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Plasticidad: Alta. Contracción: Alta. Color: Marrón amarillento moderado 10YR 5/4. Drenaje: Malo. C) Equipos.  Balanza con precisión de 0.01 g.  Espátula.  Molde de compactación con anillo toma muestra (cilindro de muestreo cilíndrico con filo biselado).  Recipientes o taras.  Cuchillo.

Figura N° 5: Cilindro de muestreo. Fuente: foto tomada por el autor. Figura N° 4: Espátula. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 6: Taras vacías. Fuente: foto tomada por el autor.

D) Procedimiento. Se determina el peso del cilindro de muestreo vacío  Wt  , y su volumen  Vc  . Por golpeo, se penetra el molde en el suelo en estudio, tratando de no alterar la estructura natural y ayudándose con un cuchillo extraer la muestra inalterada en el cilindro de muestreo. Enrazar la muestra a los bordes del cilindro de muestreo con una espátula. Pesar y registrar dicho valor  Wt +Wmh  . Por diferencias de pesos del cilindro de muestreo en el que incluye el espécimen de suelo menos el peso antes de contenerlo, se obtiene el peso de la muestra en su estado natural  Wmh  . Determinar la densidad del suelo en su estado natural  D mh  , por la fórmula: Dmh 

 Wt +Wmh    Wt  Vc

Se realiza el procedimiento anterior con tres muestras como mínimo, y obtener el promedio aritmético de dichos valores, el mismo que representará la densidad aparente o peso específico de la muestra de suelo  D m  . FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Figura N° 7: Cilindro de muestreo vacío. Fuente: foto tomada por el autor

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Figura N° 8: Peso del cilindro de muestreo vacío. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 9: Cilindro de muestreo con espécimen de suelo. Fuente: foto tomada por el autor. Figura N° 10: Peso de la muestra húmeda contenida en el cilindro de muestreo. Fuente: foto tomada por el autor.

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E) Cálculo y expresión de resultados. Tabla 1: Resultados del ensayo de peso volumétrico por el método volumétrico. Fuente: Elaboración propia.

ENSAYO:

PESO VOLUMÉTRICO MÉTODO VOLUMÉTRICO

MUESTRA: CALICATA

Fondo de calicata. C1

C2

Wt (g)

246.600

245.000

Wt +Wmh (g)

447.000

428.000

Wmh (g)

200.400

183.000

h (cm)

7.500

7.000

Diam (cm)

4.000

4.000

Vol (cm3 )

94.248

87.965

P. Volum. (g/cm3 )

2.126

2.080

P. Volum. promedio

2.103

(g/cm3 )

DENSIDAD DEL SUELO MEDIANTE EL MÉTODO DEL CONO CON ARENA. A) Importancia. Este método es usado para determinar la densidad de suelos compactados -o con suficiente cohesión que permita realizar la prueba-, que se encuentran en el lugar de construcción de terraplenes, capas de rodadura, rellenos de carreteras y estructuras de contención o de depósitos de suelos naturales, agregados, mezcla de suelos u otro material similar, y utilizado como base de aceptación para suelos compactados a una densidad específica o a FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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un porcentaje de densidad máxima determinada por un método de ensayo reglamentado. B) Alcances. Este método de ensayo se aplica a suelos que no contengan una cantidad excesiva de roca o materiales gruesos con un diámetro mayor a 1 ½" (38 mm). También puede utilizarse para determinar la densidad y el peso unitario de suelos inalterados o suelos in-situ, que contengan vacíos naturales o cuando los poros sean lo suficientemente pequeños para prevenir que la arena usada en el ensayo penetre en los vacíos naturales. Cuando los materiales que se van a someter a prueba contengan cantidades considerables de partículas mayores a 1 ½ pulgadas (38 mm), o cuando los volúmenes de los orificios de ensayo son mayores a 0.1 pie 3 (2830 cm3 ), se aplica el Método de Ensayo ASTM D 4914 o ASTM D 5030. Este método está limitado generalmente a suelos en una condición de no saturados, no es recomendable para suelos que sean suaves o desmenuzables (que se deforman o desmoronan fácilmente), o estén en una condición de humedad tal que el agua filtre dentro del hoyo excavado a mano. La precisión resultaría afectada por suelos que se deforman fácilmente o que sufran cambios volumétricos en el hoyo excavado debido a que el personal camine o se detenga cerca del hoyo durante el ensayo. (M.T.C., 2016, págs. 113 - 142).

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C) Materiales. Arena: deberá ser limpia (libre de finos), uniforme, seca, no cementada, durable y que discurra libremente. Tener un coeficiente de uniformidad (Cu=D60/D10) menor de 2 y el tamaño máximo de partículas menor que 2 mm (Malla Nº 10) y menos del 3% (en peso que pase la malla de 250 μm (Malla Nº 60), es decir que se retenga mayor porcentaje en la Malla N° 30. Muestra de suelo: se realizó en un suelo de un camino cerca al laboratorio de Recursos Hídricos de la UNC.

Figura N° 11: Arena tamizada, utilizada como arena de reemplazo. Fuente: foto tomada por el autor.

DESCRIPCIÓN VISUAL DEL SUELO Se trata de un suelo areno arcilloso. D) Respecto a las características de la arena. Son deseable arenas naturales, redondeadas para que sus partículas tengan facilidad de escurrir en caída libre, por lo que partículas en condición “partidas” o trituradas puede causar una acción puente y estructuras inestables lo cual tendría resultados inadecuados y por lo tanto imprecisión en la determinación de la densidad. Para seleccionar la arena de una fuente o cantera potencial se debe FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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efectuar una gradación y cinco (5) determinaciones de la densidad por separado, para cada muestra de arena de acuerdo a lo que se establece en el inciso a) Determinación de la densidad aparente de la arena de reemplazo, siendo aceptable si, la variación de densidadvolumen entre cualquier determinación y el promedio no debe ser mayor de 1% del promedio. En áreas de alta humedad o donde la humedad cambia frecuentemente, la densidad y el volumen pueden necesitar ser determinados en un tiempo mayor a los 14 días de intervalo máximo indicados. a) Determinación de la densidad aparente de la arena de reemplazo. Para evitar esto si fuera posible se debe conseguir la arena de Ottawa, pues es una arena especial cuya densidad aparente es conocida y se facilita el trabajo. 1° MÉTODO: - Requerir una probeta vacía con capacidad volumétrica de 1000 ml, de la que se determina su peso  Pp v  . - Dejar caer suavemente sin apisonar ni agitar la arena hasta completar 1000 ml y obtener el peso de la probeta llena con arena  Pp + a  . - Determinar la densidad de la arena de reemplazo, empleando la fórmula: Da =

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P  - P p+a

pv

1000

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Figura N° 12: Probeta de 1000 ml. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 13: Pesando probeta. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 14: Peso de probeta con arena de reemplazo. Fuente: foto tomada por el autor.

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2° MÉTODO: - Se pesa el equipo de densidad (frasco y embudo) vacío  Pf v  - Se coloca el equipo vacío hacia arriba, sobre una superficie nivelada y firme. Cerrar la válvula y llenar el embudo con arena. - Abrir la válvula y manteniendo el embudo con arena hasta por lo menos la mitad, se va llenando el frasco, luego de lleno se cierra la válvula fuertemente y se vacía el exceso de arena. - Pesar el equipo ya lleno con arena  Pf + a  y se determina el peso neto de la arena, luego por diferencias de pesos del equipo lleno con arena menos el peso del equipo antes de llenarlo, se obtiene el peso neto de la arena. - El volumen del frasco ( Vf = 3850 cm3 ) se determina empleando agua, que por diferencia de pesos después de llenado con agua menos el peso antes de ser llenado se obtiene el peso, y con peso específico conocido (por facilidad se considera 1g/cm3 ). - Se determina la densidad de la arena de reemplazo, empleando la fórmula: Da =

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 Pf + a  - Pf v Vf

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Figura N° 15: Peso del equipo de densidad vacío. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 16: Llenado del frasco con arena. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 17: Peso del equipo de densidad lleno con arena. Fuente: foto tomada por el autor.

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3° MÉTODO: - Obtener el peso  Pmolde  y determinar el volumen interno de un recipiente típico cilíndrico  Vmolde  . - Colocar el equipo de densidad con el frasco lleno con arena sobre y volteado sobre el molde, luego abrir la válvula hasta que llene por completo y cese su salida del frasco. - Retirar el equipo y enrazar, para obtener su peso del molde contenido con arena  Wmolde + a  , luego por diferencia de pesos del molde lleno con arena menos el peso del molde antes de llenarlo, se obtiene el peso neto de la arena. - Determinar la densidad de la arena de reemplazo, empleando la fórmula: Da =

Figura N° 18: Peso del molde vacío. Fuente: foto tomada por el autor.

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 pmolde + a  - pmolde Vmolde

Figura N° 19: Llenado de arena al molde. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 20: Enrazado de la arena a los bordes del molde. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 21: Peso del molde conteniendo arena. Fuente: foto tomada por el autor.

E) Equipos.  Aparato de densidad: está compuesto por un frasco desarmable u otro contenedor de arena que tenga una capacidad de volumen

Figura N° 22: Aparato de densidad. Fuente: foto tomada por el autor. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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que exceda el volumen requerido para llenar el orificio de prueba y el aparato durante la prueba. ESPECIFICACIONES

TÉCNICAS

GENERALES

DEL

APARATO DE DENISDAD. El dispositivo desarmable hecho de un material suficientemente rígido para prevenir la distorsión o cambio de volumen del cono, consiste en una válvula cilíndrica con un orificio de ½" (13 mm) de diámetro, unido a un embudo de metal, un contenedor de arena con terminación en punta conectado a un embudo largo de metal (cono de arena) en el otro extremo. La válvula debe tener un freno (seguro) para prevenir la rotación de una posición completamente abierta a otra completamente cerrada. Las paredes del cono formaran un ángulo de aproximadamente 60° con la base, para permitir un llenado uniforme de la arena. El plato metálico cuadrado o rectangular de 3" (75 mm) como mínimo, más largo que el embudo (cono de arena) con base plana, con un orificio central y un borde para recibir el embudo grande (cono), será lo suficientemente gruesa como para mantenerse rígido, con un espesor de 3/8" a 1/2" (10 a 13 mm). Los detalles del cono descrito se muestran en la Figura N° 25 y representan las dimensiones mínimas aceptables y adecuadas para ensayar suelos que tienen un tamaño máximo de 2" (50 mm) y volumen del orificio de ensayo de aproximadamente 0.1 pie3 (2 830 cm3 ). Se necesitan aparatos y volúmenes del orificio de prueba más grandes cuando prevalecen las partículas mayores que 2" (50 mm).  Balanzas: una balanza de capacidad mínima de 20 kg con una sensibilidad de 5,0 g de lectura es aceptable para determinar la FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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masa de la arena y el suelo excavado cuando se utiliza el aparato con las dimensiones mostradas en los anexos.  Equipo de Secado: controlado termostáticamente, capaz de mantenerse a una temperatura de 110 ± 5ºC, para determinar el contenido de humedad de la muestra extraída del hoyo.

Figura N° 23: Equipo de secado. Fuente: foto tomada por el autor.

 Otros: cuchillo, pico pequeño, cincel, espátula pequeña, destornillador o cucharas para excavar el hoyo del ensayo, cubos con tapa, latas de estaño sin costuras laterales o de aluminio con tapa, costales plásticos u otro recipiente adecuado para retener la arena; termómetro para la determinación de la temperatura del agua, brocha pequeña, calculadora, libreta de apuntes, etc. F) Procedimiento. Se selecciona una ubicación representativa del área que se va a probar y determinar la densidad del suelo in-situ. Se llena el contenedor del cono con la arena condicionada, cuya densidad se ha determinado según el inciso a) Determinación de la

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densidad aparente de la arena de reemplazo, y determine la masa total de la arena antes del ensayo. Con el plato de base, se nivela la superficie del sitio que se va a ensayar, asegurando de que existe contacto con la superficie del terreno alrededor del borde del orificio central y de que no hay movimiento de este, si es necesario utilizando clavos insertados dentro del suelo adyacente al filo del plato, pero sin disturbar el suelo de prueba. En suelos donde la nivelación no es exitosa o la superficie presenta vacíos, el volumen que se expulsa horizontalmente y que está limitado por el embudo, el plato y la superficie del terreno debe determinarse mediante un ensayo preliminar. Se llena el espacio con arena del aparato, determínese la masa de la arena utilizada para llenar el espacio, se rellena el aparato y determina una nueva masa inicial del mismo y de la arena antes de proceder con la prueba. Después de que se complete esta medida, se limpia cuidadosamente con una brocha la arena que queda sobre la superficie preparada. Se excava el hoyo de prueba a través del orificio central en el plato de base, teniendo cuidado de evitar que se disturbe o se deforme el suelo que delimitará el orificio. Los volúmenes del orificio de prueba serán tan grandes como para que sean prácticos y minimicen los errores, y en ningún caso serán más pequeños que los volúmenes indicados en la Tabla 2 para el tamaño máximo de la partícula del suelo removido del orificio de prueba. Los lados del orificio deben mantenerse lo más libre posible de vacíos, salientes y obstrucciones fluidas ya que esto afectaría la exactitud de la prueba. Toda la muestra retirada del hoyo, se coloca en un contenedor hermético que esté marcado para identificar el número de prueba y evitar cualquier FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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pérdida de humedad hasta que se haya determinado el contenido de agua o humedad natural; determinar y registrar la masa de este material húmedo que se extrajo del orificio de prueba. Tabla 2: Volúmenes mínimos del hoyo de ensayo basados en el TM de la partícula. Fuente: Manual de Ensayo de Materiales, 2016, pp. 113 - 142.

Tamaño máximo de la partícula pulgadas mm

Volumen mínimo del orificio del ensayo cm3 pie3

½

12.5

1420

0.05

1

25.0

2120

0.075

2

50.0

2830

0.1

Limpiar el borde del orificio del plato base, voltear el aparato de cono de arena y colocar el embudo del mismo en un orificio rebordeado en la misma posición que se marcó durante la calibración. Abrir la válvula y dejar que la arena llene el orificio y el embudo, tratando de evitar que el aparato se sacuda o vibre mientras la arena está fluyendo, hasta que cese de salir, y se cierra la válvula. La masa de arena utilizada se determina, por diferencia de pesos del aparato de densidad más la arena restante, después del ensayo, menos el peso antes de realizada la prueba, y se registra. Cuando se requiera correcciones del material de mayor tamaño, determine la masa de este material en la malla apropiada y regístrela, teniendo cuidado de evitar pérdidas de humedad. Cuando se requiera, efectúe las correcciones apropiadas para el material de mayor tamaño utilizando la Práctica ASTM D 4718.

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Mezclar el material cuidadosamente y seleccionar un espécimen representativo lo suficientemente grande para determinar el contenido de humedad o, en todo caso, utilice una muestra completa. La masa mínima de la muestra para determinar el contenido de agua es aquélla que se requiere para dar valores del contenido de humedad con 1% de exactitud. G) Cálculo y expresión de resultados. Tabla 3: Densidad de arena de reemplazo, por tres métodos. Fuente: Elaboración propia.

DETERMINACIÓN DE DENSIDAD DE ARENA DE REEMPLAZO 1° MÉTODO: Probeta Ppv (kg) 0.244 Pp+a (kg) 1.550 Pa (kg) 1.306 3 1000.000 Vp (cm ) 3 1.306 Densidad (g/cm ) 2° MÉTODO: Frasco del equipo de densidad Pfv (kg) 0.768 Pf+a (kg) 6.042 Pa (kg) 5.274 3 3850.000 Vf (cm ) 3 1.370 Densidad (g/cm ) 3° MÉTODO: Molde cilíndrico con fondo Pmolde (kg) 2.932 Pmolde+a (kg) 5.384 Pa (kg) 2.452 h (cm) 13.000 Diam (cm) 15.200 3 2358.959 Vmolde (cm ) 3 1.039 Densidad (g/cm ) Dens. Prom. (g/𝐜𝐦𝟑 ) FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

1.238

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Tabla 4: Determinación de contenido de arena dentro del cono. Fuente: Elaboración propia.

DETERMINACIÓN DE ARENA DENTRO DEL CONO Pfv+cono kg 0.768 Pf+cono+a kg 6.042 Pa total kg 5.274 Pf+cono+a…despues kg 5.910 Pa en cono kg 0.132 Tabla 5: Determinación de la densidad natural del suelo – Método cono con arena. Fuente: Elaboración propia.

ENSAYO: DENSIDAD DE UN SUELO MÉTODO DEL CONO CON ARENA MUESTRA: Profundidad (cm) Wfv+c (kg) Wfv+c+a (kg) P arena en cono (kg) Dens. Arena (g/cm3 ) Wfv+c+a ...después (kg) Pmh (kg) Pa total (kg) Pa sobra (kg) Wa hoyo (kg) V hoyo = V arena hoyo (cm3 ) Dens. suelo (g/cm3 )

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Camino 0.14 0.768 6.042 0.132 1.238 2.204 4.064 5.274 1.436 3.706 2.994 1.358

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CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO. A) Importancia. Este método es usado en la mayoría de obras civiles, para determinar el contenido de agua, la humedad o contenido de humedad de un suelo, que es la relación, expresada como porcentaje, del peso de agua en una masa de suelo, al peso de las partículas sólidas que conforman el mismo. El ensayo consiste en determinar el peso de agua eliminada (considerada como el peso del agua que contenía el suelo), secando el suelo húmedo hasta un peso constante en un horno controlado a 110 ± 5 º C, obteniendo así el peso de las partículas sólidas. B) Materiales.  Recipientes o taras.  Utensillos para manipulación de recipientes (para retirar muestras del horno).  Otros: cuchillos, espátulas, cucharas, tela sobre la cual se realizará el cuarteo, divisores de muestras, etc. C) Equipos.  Horno de secado: controlado termostáticamente, capaz de mantenerse a una temperatura de 110 ± 5ºC.  Balanzas: con las siguientes aproximaciones: de 0.01 y 0.1 g para muestras de menos de 200 g y más de 200 g respectivamente. D) Muestra. Las muestras serán preservadas (almacenadas en contenedores herméticos no corrosibles a temperaturas entre aproximadamente 3 y 30 ºC, evitando en lo posible el contacto directo con la luz solar) y transportadas con los cuidados antes mencionados).

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ESPÉCIMEN DE ENSAYO. La cantidad mínima de espécimen de material húmedo seleccionado como representativo de la muestra total, si no se toma la muestra total, será de acuerdo a lo siguiente: Tabla 6: Tamaños máximos de partícula y la masa mínima para contenido de humedad. Fuente: Manual de Ensayo de Materiales, 2016, págs. 113 - 142.

Máximo tamaño de Tamaño de partícula malla estándar (pasa el 100%) 2 mm o menos 4.57 mm 9.5 mm 19.0 mm 37.5 mm 75.0 mm

2.00 mm (N°10) 4.760 mm (N°4) 9,525 mm (3/8”) 19.05 mm (3/4”) 38.1 mm (1 ½”) 76.200 mm (3”)

Masa mínima de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados 0 + 0.1% 0 + 1% 20 g 20 g 100 g 20 g 500 g 50 g 2.5 kg 250 g 10 kg 1 kg 50 kg 5 kg

Para muestras pequeñas (menos de 200 g) que contenga partículas de grava relativamente grandes, no es apropiado incluirlas en la muestra de ensayo, pero serán indicadas en el reporte de resultados. Para muestras que consistan íntegramente de roca intacta, se tomará un espécimen mínimo de 500 g.

SELECCIÓN DEL ESPÉCIMEN DE ENSAYO La forma en que se seleccione el espécimen de ensayo depende del propósito y aplicación del ensayo, el tipo de material que se ensaya, la condición de humedad, y el tipo de muestra (almacenado en bolsa, en bloque). FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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EN MUESTRAS ALTERADAS, se empleará uno de los siguientes métodos listados en orden de preferencia:  Si el material puede ser manipulado sin pérdida significativa de humedad, éste se mezclará y reducirá al tamaño requerido, mediante cuarteo.  Si el material no puede ser mezclado y/o dividido, deberá formarse una pila de material, mezclándolo tanto como sea posible. Se toma por lo menos cinco porciones de material en ubicaciones aleatorias usando un tubo de muestreo, cuchara, o alguna herramienta similar apropiada para el tamaño de partícula máxima presente en el material. Todas las porciones se combinarán para formar el espécimen de ensayo.  Si no es posible apilar el material, se toma tantas porciones como sea posible en ubicaciones aleatorias que representarán mejor la condición de humedad. Todas las porciones se combinarán para formar el espécimen de ensayo. EN MUESTRAS INTACTAS, tales como bloques, tubos, cilindro de muestreo dividido y otros, el espécimen de ensayo se obtendrá por uno de los siguientes métodos dependiendo del propósito y potencial uso de la muestra:  Se desbasta cuidadosamente por lo menos 3 mm de material de la superficie exterior de la muestra para ver si el material está estratificado y para remover el material que esté más seco o más húmedo que la porción principal de la muestra. Luego se desbasta por lo menos 5 mm, o un espesor igual al tamaño máximo de partícula presente, de toda la superficie expuesta o del intervalo que esté siendo ensayado. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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 Se corta la muestra por la mitad. Si el material está estratificado se selecciona un espécimen promedio. Luego se desbasta cuidadosamente por lo menos 5 mm, o un espesor igual del tamaño máximo de partícula presente, de la superficie expuesta de una mitad o el intervalo ensayado. Debe evitarse el material de los bordes que pueda encontrarse más húmedo o más seco que la porción principal de la muestra. E) Procedimiento Se determina y registra la masa de una tara limpia y seca; los especímenes serán seleccionados de acuerdo lo indicado anteriormente. Con la muestra húmeda colocada en el contenedor (tara), se pesa y registrar dicho peso (Wmh + t) usando una balanza seleccionada de acuerdo al peso del espécimen, esta misma sin sacar la muestra, se coloca en el horno, a una temperatura entre 110 ± 5 °C hasta alcanzar peso constante (24 h en promedio), este tiempo variará dependiendo del tipo de material, tamaño de espécimen, tipo de horno y capacidad, y otros factores. La influencia de estos factores, generalmente son establecidos por un buen juicio, y experiencia con los materiales ensayados y aparatos empleados. Luego que el material se haya secado hasta un peso constante, (24 horas) se remueve el contenedor del horno, se deja a temperatura ambiente o hasta que el contenedor pueda ser manipulado cómodamente con las manos y la operación del balance no se afecte por corrientes de convección y/o esté siendo calentado y se pesa y registra el peso del contenedor y el material secado en el horno. Si se presume que el espécimen está absorbiendo humedad del aire antes de la determinación de su peso seco, se utilizará una tapa. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Los cálculos matemáticos para determinar el contenido de humedad son: % =

Wt+sh −Wt+ss Wt+ss −Wt

× 100 =

Ww Ws

× 100

Donde: %: contenido de humedad del suelo (en porcentaje). 𝑊𝑡+𝑠ℎ : peso de la tara más el suelo húmedo (g). 𝑊𝑡+𝑠𝑠 : peso de la tara más el suelo secado (g). 𝑊𝑡 : peso de la tara (g). F) Cálculo y expresión de resultados. Tabla 7: Contenido de humedad de un suelo en estado natural. Fuente: Elaboración propia.

ENSAYO: CONTENIDO DE HUMEDAD DE UN SUELO EN ESTADO NATURAL MUESTRA: CODIGO Gato 1 Gato 2 Gato 3

Fondo de calicata Wt (g) Wt+sh (g) Wt+ss (g) W% 26.600 88.500 82.800 10.142 27.100 104.300 97.100 10.286 27.900 79.500 74.900 9.787

MUESTRA: CODIGO Yonny 1 Yonny 2 Yonny 3

M - camino Wt+sh (g) Wt+ss (g) W% 56.100 49.000 32.569 52.300 46.300 31.414 54.800 48.000 32.227

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Wt (g) 27.200 27.200 26.900

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PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS. A) Importancia. Este ensayo se realizará para determinar el peso específico de los sólidos, que es la relación del peso de las partículas sólidas de determinada masa de suelo (sin incluir vacíos) a su respectivo volumen, este dato es utilizado en el cálculo de las relaciones de fase de suelos, como relación de vacíos y grado de saturación, así como para determinar la gravedad específica o peso específico relativo de los sólidos. La importancia de su determinación se debe a que este valor interviene en la mayor parte de los cálculos relacionados con la Mecánica de Suelos, en forma relativa, con los diversos valores determinados en el laboratorio pueden clasificarse algunos materiales. Este ensayo se realizará con gravas, hormigón y suelos finos, que presenten integridad en sus partículas, es decir no deben estar trituradas para que los resultados sean los correctos. Por lo general el peso específico de los sólidos varía entre 2.60 y 2.80, siendo particular en turbas valores de 1.5 y en metales que alcanza 3 g/cm3 .

A.1) EN GRAVA O PIEDRA. Materiales. Una grava representativa, superficialmente limpia y seca. Agua limpia. Equipos.  Vaso de precipitado o recipiente para contener agua.  Balanza con precisión de 0.01 g. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Procedimiento. Obtener el peso de la grava al aire libre (Wpa) y luego suspendida por un hilo, pero sumergida por completo en agua sin que haya contacto con el fondo ni paredes del recipiente que contiene el agua (Wps). Repetir por tres veces con muestras del mismo material. El peso específico en gravas se determina mediante la expresión matemática: s =

Wpa Wpa −Wps

Cálculo y expresión de resultados. Tabla 8: Peso específico de los sólidos en Gravas. Fuente: Elaboración propia.

ENSAYO:

MUESTRA: MUESTRA Ppa (g) Pps (g) (g/cm3 ) prom. (g/cm3 )

PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS - EN GRAVAS Pequeña roca íntegra Roca 1 Roca 2 34.290 27.510 20.250 16.925 2.4423 2.5990 2.6136

Roca 3 18.925 12.165 2.7996

A.2) EN ARENA GRUESA Y GRAVA (Hormigón) Materiales. Una muestra de hormigón (arena gruesa más grava sin ninguna dosificación). Agua limpia.

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Equipos.  Probeta graduada.  Balanza con precisión de 0.01 g. Procedimiento. Se obtiene el peso de la muestra seca contenida en una tara (Ws), luego se vacía cierta cantidad de agua en una probeta graduada (Vi), finalmente se coloca la muestra dentro de la probeta con agua, tratando de que no se pierda cantidad en el material, y se lee el nuevo volumen (Vf), registrando los datos obtenidos. Se repite por tres veces con muestras del mismo material. El peso específico en este ensayo se determina mediante la expresión matemática: s =

Ws Vf − 𝑉i

Cálculo y expresión de resultados. Tabla 9: Peso específico de los sólidos - en Hormigón. Fuente: Elaboración propia.

ENSAYO: MATERIAL:

PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS - EN HORMIGÓN Hormigón

MUESTRA M1 Wt 33.300 Wt+s 298.000 Ws 264.700 Vo 400.000 Vf 500.050 3 2.646 (g/cm ) 3 2.660 prom. (g/cm )

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M2 33.300 280.800 247.500 300.000 390.000 2.750

M3 33.300 240.000 206.700 350.000 430.000 2.584

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A.3) EN MATERIAL FINO (Limo o/con Arcilla) Materiales. Una muestra de suelo seco (unos 100 gramos). Agua limpia (de preferencia destilada). Equipos.  Bomba de vacíos.  Balanza con precisión de 0.01 g.  Fiola de 500 ml.  Mortero con mango.  Tamiz N° 4. Procedimiento. Se obtiene el peso de la muestra seca pasó el tamiz N° 4 contenida en una tara (Wt+ms), el peso de la tara es Wt. Se coloca 500 ml de agua en una fiola de peso (Wfw), se obtiene y registra su peso. Introducir cuidadosamente la muestra seca en la fiola vacía, y agregar agua hasta cubrir la muestra por completo para luego agitar suavemente con la mano. Someter la fiola a la bomba de vacíos por un lapso de 10 a 15 minutos e ir agitando suavemente la fiola. El cese de salida de burbujas es un indicador que habrá terminado el proceso con la bomba de vacíos. Ahora llenar de nuevo la fiola que está conteniendo la muestra hasta 500 ml, pesar y anotar dicho peso (Wfw+ms). El peso específico en este ensayo se determina mediante la expresión matemática: s =

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Wt+ms − Wt Wt+ms − Wt +Wfw−𝑊fw+ms

=

Wms Wms +Wfw−𝑊fw+ms

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Cálculo y expresión de resultados. Tabla 10: Peso específico de sólidos en Arcilla. Fuente: Elaboración propia.

PESO ESPECÍFICO ENSAYO: DE SÓLIDOS EN ARCILLA MUESTRA: Fondo de calicata Wt (g) Wt+ms (g) Wms (g) Wfv (g) Wfw (g) Pfw+ms (g)  (g/cm3)

28.000 128.000 100.000 142.000 640.000 696.000 2.273

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICOS POR SEDIMENTACIÓN A) Importancia. Con este ensayo se pretende determinar distribución granulométrica de las partículas más finas de un determinado suelo, esto es, la fracción de suelo que pase el tamiz de Nº 200 (74 µm). Este ensayo se basa en la ley de Stokes, la misma que se asume que puede ser aplicada a una masa de suelo con partículas de varias formas y tamaños dispersado en un defloculante. Mediante el hidrómetro, se estima el porcentaje de partículas de suelos dispersados, que permanecen en suspensión en un lapso determinado. Con fines de clasificación y precisión considerable, este ensayo se aplica a partículas de suelos que pasan el tamiz N° 200 (74 µm).

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B) Materiales. Agua limpia. Defloculante necesario para hacer una suspensión al 28% con agua. C) Equipos.  Balanza con sensibilidad de 0.1 g.  Tamiz N° 200 (74 µm).  Agitador mecánico.  Hidrómetro graduado. Ver especificaciones en la Figura N° 23 de los anexos.  Probeta de vidrio con capacidad volumétrica de 1000 ml.  Termómetro con precisión de 0.5 °C.  Reloj o cronómetro.  Estufa, que mantiene temperaturas uniformes y constantes hasta 110 ± 5 °C. D) Muestra. Aproximadamente 100 gramos de suelo fino que pasó el tamiz N° 200 (74 µm). E) Procedimiento. Calibración del hidrómetro. Consiste en determinar la profundidad efectiva (altura de caída Hg) de las partículas de suelo, en función de las lecturas realizadas. Para esto se debe:  Determinar el volumen del bulbo (Vb), sumergiendo el densímetro en una probeta con una cantidad específica de agua, la misma que experimentará un aumento aparente en su volumen, el mismo que corresponde al volumen del bulbo, el volumen del vástago es despreciable para efectos prácticos.

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 Determinar el área interna de la sección transversal de la probeta (Ap), dividiendo el volumen que hay entre dos marcas arbitrarias entre su distancia respectiva.  Medir y registrar la distancia entre los extremos del bulbo (h).  Medir y registrar las distancias (H1 ) desde la marca de calibración inferior del vástago del hidrómetro hasta cada una de las marcas de calibración principales.  Calcular cada Hg por medio de la fórmula matemática: h−

Hg = H1 +

Vb Ap

2

Correcciones.  Corrección por temperatura (CT). Se obtiene de la Tabla N° 11, la misma que fue obtenida en clase. Tabla 11: Factores de corrección por temperatura. Fuente: Guía de prácticas MS I – UNC.

Temperatura Densímetro Calibrado a Temperatura Densímetro Calibrado a (°C) (°C) 15 ° C 20 ° C 15 ° C 20 ° C 10 -0.5 -1.25 21 0.9 0.19 11 -0.4 -0.18 22 1.1 0.37 12 -0.3 -1.10 23 1.3 0.58 13 -0.2 -1.00 24 1.5 0.80 14 -0.1 -0.88 25 1.8 1.02 15 0.0 -0.77 26 2.0 1.28 16 0.1 -0.64 27 2.2 1.51 17 0.2 -0.50 28 2.5 1.77 18 0.4 -0.35 29 2.7 2.05 19 0.5 -0.19 30 3.0 2.33 20 0.7 0.00  Corrección por menisco (Cm). Se utiliza la fórmula: Cm = (Lect. Sup. – Lect. Inf.) 1000

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 Corrección por defloculante (Cd). Se utiliza la fórmula: Cd = (C´d – 1) 1000 Calcular las lecturas corregidas del hidrómetro (R), mediante la fórmula: R = (s – 1) 1000 Completar la tabla de granulometría por el método del hidrómetro y obtener la gráfica de distribución granulométrica en escala semilogarítmica como en el método por tamizado.

F) Cálculo y expresión de resultados. Volumen del bulbo (Vb) Volumen inicial: Vi = 900 ml. Volumen Final: Vf = 921 ml Vb = Vf – Vi = 21 ml Vb = 21 cm3

Área de la probeta (Ap) Volumen: V = 200 ml Distancia entre dos puntos arbitrarios: h = 0.9 cm Ap =

V 200 ml 200 cm3 =  h 0.9 cm 0.9 cm

 Ap  28.98 cm2 Distancia entre los extremos del bulbo: h = 8.4 cm ℎ−

Distancias Hg o altura efectiva de caída a partir de Hg = H1 +

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𝑉𝑏 𝐴𝑝

2

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Tabla 12: Altura efectiva de caída (Hg). Fuente: Elaboración propia. Graduación del Hidrómetro 1.000 1.020 1.040 1.060 1.080 1.100 1.120 1.140 1.160 1.180 1.200

H1

Hg

14.25 12.65 11.35 9.95 8.62 7.39 5.95 4.78 3.55 2.45 1.27

18.088 16.488 15.188 13.788 12.458 11.228 9.788 8.618 7.388 6.288 5.108

CORRECCIONES. Corrección por temperatura (Ct). Se obtiene de la tabla N° 11 dada en clase. En laboratorio se midió 17 °C.  Ct = Corrección por menisco (Cm). Lectura inferior: Li = Lectura superior: Ls = Cm = (Li – Ls) 1000 Cm = Corrección por defloculante (Cd). Lectura inferior: Li = Cd = (Li - 1) 1000 Cd = Calcular las lecturas corregidas (R) del densímetro. R = (s – 1) 1000 R = (2.67 – 1) 1000 R = 674 FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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LÍMITES DE CONSISTENCIA LÍMITE LÍQUIDO A) Importancia. Este ensayo se realiza para identificar el límite líquido de un suelo, que es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo secado en el horno, cuando éste se halla en el límite entre el estado plástico y el estado líquido, esto equivale a decir, es el contenido de humedad con el cual cierra una ranura hecha en el suelo colocado en la copa de Casagrande, tras dejarlo caer 25 veces sucesivas desde una altura de 10 mm. El valor calculado debe expresarse como un número entero aproximado. B) Materiales. Recipiente: una cápsula seca y limpia para batir el material de suelo. Espátula, para empapar la muestra en la copa. C) Equipos.  Copa de Casagrande o cuchara de Casagrande (nombre en honor al ingeniero Arthur Casagrande quien inventara dicho equipo).  Calibrador.

Figura N° 24: Ranurador y calibrador separados. Fuente: Foto tomada por el autor.

 Recipientes o taras. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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 Balanza con 0.1 gramos de sensibilidad.  Estufa para secar la muestra a temperaturas entre 110 + 5 °C (230 + 9 °F). D) Muestra. Una porción muestra de suelo que pese entre 150 y 200 gramos, seleccionada de una muestra de material completamente mezclado que pase el tamiz N° 40 (0.425 mm). E) Limite Líquido por el método del multipunto. Ajustes de equipos Tras inspeccionar el equipo, asegurarse de que esté en buenas condiciones para poder realizar el ensayo, se calibra la altura de caída (H = 10 mm). Preparación del espécimen de ensayo. Al mezclar con agua, el contenido de humedad se ajusta a una consistencia que requiere de 20 a 30 golpes de la copa para cerrar la ranura. Repetir, y si el segundo cierre de la ranura requiere el mismo número de golpes o no más de dos golpes de diferencia. De otro modo mezclar de nuevo todo el espécimen y repetir. Nota: el excesivo secado o inadecuado puede causar variación en el número de golpes.

Procedimiento. Colocada la muestra de suelo en la vasija, mezclar completamente con 15 a 20 ml de agua destilada, agitándola, amasándola y tajándola con la espátula en forma alternada y repetida. Realizar más adiciones 1 a 3 ml de agua, mezclando completamente cada incremento de agua con el suelo, antes de otra adición. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Se coloca una porción de la mezcla en la base de la copa, y comprimiendo hacia abajo, extiéndase el suelo hasta obtener una apariencia enrazada horizontal (con tan pocas pasadas de la espátula como se posible), evitando la inclusión de burbujas de aire dentro de la masa, hasta conseguir una profundidad de 1 cm en el punto de espesor máximo. Se ranura el suelo en la copa de bronce por pasadas firmes del acanalador (hacer hasta 6 pasadas de adelante hacia atrás o viceversa) a lo largo del diámetro y a través de la línea central de la masa del suelo. Ver figura N° 25. (Braja, 1998, pág. 17)

Figura N° 25: Muestra de suelo antes y después de la prueba en la copa de Casagrande. Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, M. Braja Das.

Y comenzar a jalar del pin para dar golpes repetitivos hasta que la ranura cierre, tomando nota del número de golpes. En lugar de fluir sobre la superficie de la copa de Casagrande algunos suelos tienden a deslizarse. Cuando ocurra, deberá agregarse más agua a la muestra y mezclarse de nuevo, se hará la ranura con el acanalador y se repetirá el puto anterior; si el suelo sigue deslizándose sobre la taza de bronce a un número de golpes

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inferior a 25, no es aplicable este ensayo y deberá indicarse que el límite líquido no se puede determinar. Se saca una tajada de suelo, aproximadamente del ancho de la espátula, de donde se unió la ranura y se coloca en una tara, pesando y registrando, luego colocar en la estufa a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) hasta obtener peso constante y vuélvase a pesar tan pronto como se haya enfriado. Amontando este peso, para así calcular el agua evaporada y por ende el contenido de humedad. Se repetirá la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales (multipunto). El objeto de este procedimiento es obtener muestras de tal consistencia que al menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos para cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes intervalos: 25 a 35; 20 a 30; 15 a 25. De esta manera, el intervalo de las tres determinaciones debe ser de 10 golpes. LÍMITE PLÁSTICO A) Importancia. Este ensayo se realiza para identificar el límite líquido de un suelo, que es la humedad más baja con la que pueden formarse pequeños rollitos de suelo de unos 3.2 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin que estos se desmoronen. En la determinación del comportamiento ingenieril del suelo al ser relacionado con otras propiedades

como

la

compresibilidad,

permeabilidad,

compactibilidad, contracción - expansión y resistencia al corte. B) Materiales. Agua limpia. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Espátula, de hoja flexible. Recipiente para almacenaje, de porcelana o similar. Tamiz, de 426 μm (N° 40). Recipientes o taras adecuadas para determinación de la humedad. Vidrio grueso esmerilado utilizado como superficie de rodadura. C) Equipos.  Balanza, con aproximación a 0.01 g.  Horno o estufa, termostáticamente controlado regulable a 110 ± 5 °C. D) Muestra. Se toman unos 20 g de la muestra que pase por el tamiz N° 40, (426 mm) que será 100 gramos aproximadamente, la misma que será preparada para este ensayo, secándola al aire. E) Procedimiento. Tomar un pedazo de muestra preparada y hacer rodar con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presión suficiente y necesaria para formar cilindros delgados (pequeños rollos) de unos 3.2 mm (1/8") de diámetro, a este diámetro la muestra se habrá desmoronado. Si antes de llegar a este diámetro, el suelo no se ha desmoronado, se vuelve a repetir el proceso, hasta que se desmorone con dicho diámetro, aproximadamente. Es variable la longitud a la cual es suelo se desmorona, esto depende del tipo de suelo, siendo en suelos plásticos de menor longitud, respecto a suelos con menor plasticidad. Una vez lograda dicha condición anterior (desmoronamiento), llevar la muestra a pesar y registrar dicho peso, colocar en una tara y colocar proceder al proceso de secado en el horno, para determinar

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su contenido de humedad. Se repite el procedimiento hasta con tres rollitos.

Figura N° 26: Formando rollitos con el suelo. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 27: Finos rollos de arcilla moldeada. Fuente: foto tomada por el autor.

F) Cálculo y expresión de resultados. Esta parte se ha agrupado conjuntamente con los resultados del límite líquido, para luego determinar el índice de plasticidad (IP).

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Laboratorio de Mecánica de Suelos LIMITES DE CONSISTENCIA Realizado por: Grupo “B”

Informe N°: 01

Muestra: Suelo arcilloso - Campus UNC

Profundidad: 1.80 m

LIMITES DE CONSISTENCIA METODO AASHTO T -89/ 90 Y ASTM D -423/ 424 LIMITE LIQUIDO LIMITE PLASTICO TARA LL-1 LL-2 LL-3 LL-4 LP-1 LP-2 LP-3 Wtara (g) 26.9 27.2 26.9 26.6 27.20 27.90 27.00 Wmh+t (g) 31.2 30.9 30.2 30.8 29.10 30.20 29.10 Wms+t (g) 30 29.8 29.2 29.5 28.80 29.80 28.80 Wagua (g) 1.20 1.10 1.00 1.30 0.30 0.40 0.30 Ws (g) 3.1 2.6 2.3 2.9 1.60 1.90 1.80 W% 38.71 42.31 43.48 44.83 18.75 21.05 16.67 NRO. DE GOLPES 31 23 19 15 LP (%) 18.82 LL (%) 40.96 IP (%) 22.14

LIMITE LIQUIDO 50.00 45.00

Límite Líquido

W%

40.96 % 40.00 35.00 30.00 25.00 10

25 NÚMERO DE GOLPES

100

IP= LL – LP IP= 40.96 % – 18.82 % IP = 22.14 % También se puede calcular el índice de liquidez (IL) y el índice de consistencia (IC), mediante las fórmulas que a continuación se indican.

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IL=

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w - LP , Donde: IP

IL: índice de liquidez o índice líquido. w: contenido de humedad del suelo en estado natural. LP: límite plástico. IP: índice de plasticidad. IC=

LL - w , Donde: IP

IC: índice consistencia. LL: límite líquido. w: contenido de humedad del suelo en estado natural. IP: índice de plasticidad.

PRÓCTOR. El ensayo proctor es un método ideal para mejorar las propiedades del suelo para obras viales tales como carreteras, vías ferroviarias, pavimentos, pues se logra reducir los vacíos y expulsar agua, esto se traduce como aumento de la densidad seca, aumento de la capacidad portante del suelo, si se trata de cimentación en arenas sueltas, en el caso de construcción de presas de tierra, diques, muelles, se reduce la permeabilidad. PRÓCTOR MODIFICADO. A) Objetivo. La finalidad del ensayo es obtener la curva de compactación, a partir del contenido de humedad y la densidad seca de los especímenes ensayados, de la cual se determinará el óptimo contenido de humedad, como abscisa, de la máxima densidad seca en las ordenadas del gráfico, tras compactar en un molde estándar, 5 muestras con diferentes contenidos de humedad (5 puntos), FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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compactadas en 5 capas, dando 56 golpes en cada una, con un pisón que se deja caer desde una altura determinada. En conclusión, se determinará la cantidad de agua ideal que debe agregarse al suelo y así predecir la máxima compacidad a tal contenido de humedad óptimo del suelo en el lugar de la obra. B) Materiales. Muestra de suelo que tenga 30% o menos, en peso de sus partículas retenidas en el tamiz ¾" (19.0 mm). (M.T.C., 2016) C) Equipos.  Molde cilíndrico estándar en el cual se va a compactar, cuyo diámetro interior sea 4" o 6", con su respectiva base y una extensión desmontable que se colocará en la parte superior, para una mejor compactación.  Pisón cuyo peso es 10 libras (4.5 kg), que se dejará caer desde una altura de 18" (45.7 cm).  Regla metálica para enrazar al final de la compactación.  Balanza con precisión de 1 y 0.01 gramos, para pesos mayores a 20 y menores a 500 g respectivamente.  Horno o estufa para secado con control termostático, capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5 ºC (230 ± 9 ºF).  Tamiz ¾" para escoger el material a ensayar y trabajar con el que pase dicha malla.  Probeta graduada de 1000 ml.

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Figura N° 28: Base, Molde y extensión para compactación. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 30: Malla N° ¾". Fuente: foto tomada por el autor. Figura N° 29: Pisón de 10 lb de peso. Fuente: foto tomada por el autor.

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D) Muestra. Se requiere material seco al aire hasta ser friable, de preferencia unos 30 kg. E) Procedimiento. Se tamiza el material en la malla N° 4, tener en consideración que el tamaño del molde depende del tamaño máximo de la muestra representativa de suelo, o sea, si más del 20% del material se retiene en esta malla, se procederá a compactar en el molde de 6". Tras asegurarse el buen estado del molde, se pesa, vacío y limpio

 WM  . Se coloca papel filtro en la base para evitar que el material al ser compactado se adhiera a la base, y la extensión en la parte superior del molde para compactar mejor. Se separa la muestra representativa equitativamente en 5 porciones (para obtener 5 puntos de ploteo) y se mezcla con agua, siendo la diferencia porcentual del agua añadida entre cada porción de 1.5 a 2%. Compactar de manera uniforme distribuida en 5 capas (lo que difiere el proctor estándar -tres capas- del modificado), hasta sobrepasar el borde de la extensión. Se retira la extensión y con una regla metálica se enrasa, completando alguna concavidad con el mismo material, luego pesar y registrar el peso

 Wmh + M  . Finalmente, obtener dos muestras representativas de dicho espécimen, de la parte superior e inferior del molde, para obtener su contenido de humedad; el promedio será el contenido de humedad a plotear para obtener la curva de compactación. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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F) Cálculo y expresión de resultados. La densidad húmeda  Dh  será calculada por: Dh =

Wm h , Donde: VM

Wm h : Peso de la muestra húmeda.

VM : Volumen del molde.

La densidad seca  d  será calculada por:

 d  

Dh , Donde: 1+w%

w% : Contenido de humedad a tal densidad seca.

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PROCTOR MODIFICADO NORMA ASTM D 1557 LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS - UNC PESO DEL 2.772 MOLDE MEDIDAS 15.2 DIAMETRO 11.50 ALTURA 2086.7 VOLUMEN 7 Datos Obtenidos

kg cm cm cm^3 3 Unidad

es

CANTIDAD DE AGUA Wm Wm+mh Wmh PESO DE LA TARA Wmh + t Wms + t Ww Wms W%

i j i j i j i j i j i j

W% (promedio) DENSIDAD DEL SUELO HUMEDO DENSIDAD SECO DEL SUELO DENSIDAD SECA MAXIMA CONTENIDO OPTIMO DE HUMEDAD

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1 ml 100 g 2772. 00 g 7256. 00 g 4484. 00 g 26.00 g 28.00 g 120.0 0 g 142.0 0 g 118.6 0 g 140.9 0 g 1.40 g 1.10 g 92.60 g 112.9 0 % 1.51 % 0.97 % 1.24 gr/cm^3 2.15 gr/cm^3 2.12 gr/cm^3 2.195 8.05 %

MUESTRAS 2 3 4 240 360 480 2772. 2772. 2772. 00 7548. 00 7614. 00 7398. 00 4776. 00 4842. 00 4626. 00 26.00 00 26.00 00 26.00 28.00 28.00 26.00 84.00 82.00 82.00 106.0 90.00 100.0 0 0 80.90 79.10 77.70 104.0 86.20 96.40 0 3.10 2.90 4.30 2.00 3.80 3.60 54.90 53.10 51.70 76.00 58.20 70.40 5.65 5.46 8.32 2.63 6.53 5.11 4.14 6.00 6.72 2.22 2.29 2.32 2.13 2.16 2.17

5 600 2772. 00 7774. 00 5002. 00 28.00 22.00 92.00 104.0 0 85.70 97.50 6.30 6.50 57.70 75.50 10.92 8.61 9.76 2.40 2.18

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CURVA DE COMPACTACION DENSIDAD SECA (g/cm^3)

2.20 2.19 2.18 2.17 2.16 2.15 2.14 2.13 2.12 2.11 2.10 0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

CONTENIDO DE AGUA (%)

CBR (CALIFORNIA – BEARING RATIO) A) Importancia. El objetivo de este ensayo es evaluar la capacidad de soporte de los suelos de sub rasante y de las capas de sub - base, base y afirmado. Con este ensayo de determina un índice de resistencia de los suelos (valor de relación de soporte). B) Materiales. Agua suficiente para llenar una poza, donde se sumergirá por completo los moldes. Muestra de suelo extraído de donde se requiere analizar. C) Equipos.  Molde: parecido a la que se utilizó en proctor, de 6" + 0.026" (152.4 mm + 0.66 mm) de diámetro interior.  Tamices: N° 4, ¾" y 2".  Pisón como el utilizado en el ensayo proctor.  Trípode, cuyas patas se apoyen en el borde del molde y lleve modado el deformímetro de 10 vueltas (ver escala y precisión antes de iniciar con el ensayo). FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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 Deflectómetro.  Pesas: una o dos pesas anulares de metal con masa total de 4.54 + 0.02 kg, diámetro exterior de 5 7/8" a 5 15/16" (149.23 mm a 150.81 mm) y diámetro interior de 2 1/8" (53.98 mm).  Disco espaciador, que se coloca en el fondo del molde durante la compactación.  Estufa, que mantenga temperaturas constantes de 110 + 5 °C (230 + 9 °F).  Prensa.  Taras, espátula, regla metálica. D) Muestra. Material que pasa la malla N° ¾", el material retenido en esta malla será reemplazado por igual peso de material que esté comprendido entre las mallas ¾" y ¼". E) Procedimiento. En esta práctica solo se ensayó a suelo cohesivo. Luego de que se tiene el contenido de humedad óptimo y la máxima densidad seca del suelo, obtenido con el ensayo “proctor modificado”, se compacta con este contenido de humedad óptimo en el molde “CBR”, con un pisón de 10 lb, desde una altura de caída 50 cm, tres muestras (13, 27 y 56 golpes por capa en cada muestra - diferentes densidades), en 5 capas cada una. Se sumerge en agua, la muestra compactada en el molde, por 4 días, realizándose lecturas del deflectómetro montado en el trípode, sobre la muestra cada 24 horas. Para luego realizar la prueba de penetración con cargas aplicadas a una velocidad de 0.5" por minuto y obtener las curvas esfuerzo - penetración, densidad seca – CBR,

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para analizarlas, obtener índice de CBR, realizar diseño de pavimentos.

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CBR F) Cálculo y expresión de resultados. NORMA ASTM D 1883 - 16 LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS - UNC ETAPA

:

COMPACTACIÓN

Pison (diam) MOLDE Altura Diámetro Capas Golpes por capa Condicion muestra Pmh + M P_M Pmh Vol. Molde Dens. humeda

pulg código mm cm N° N° a/d g g g cm^3 g/cm^3

ETAPA

:

Ensayo P.mh + t P.ms + t P. agua P. t P.ms w% w% (promedio) Dens. Seca Dens. Seca (prom)

código 1-A Unid. g g g g g % % g/cm^3 g/cm^3

ETAPA

:

Días

1-B 304.3 286.6 17.7 34.2 252.4 7.013 6.66 1.95

1-C 304.9 288.5 16.4 28.1 260.4 6.298

1.96

2-A 258.3 237.5 20.8 29.5 208.0 10.000 10.00 1.97

2-B 305 288.8 16.2 29.2 259.6 6.240 6.186 2.10

2-C 304.3 288.3 16 27.4 260.9 6.133

2.10

3-A 253.6 234.7 18.9 28.1 206.6 9.148 9.15 2.09

3-B 288.6 272.6 16 30.0 242.6 6.595 6.283 2.21

3-C 298.3 282.9 15.4 25.0 257.9 5.971

283.6 267.4 16.2 31.6 235.8 6.870 6.87 2.23

2.22

CARGA - PENETRACIÓN

PENETRACIÓN pulg 0.64 1.00 1.27 1.91 2.54 3.18 3.81 4.45 5.08 6.35 7.62 8.89 10.16 11.43 12.70

después 13210 7770 5440 2286.38 2.38

13 GOLPES 27 GOLPES 56 GOLPES Lectura Hinchamiento Lectura Hinchamiento Lectura Hinchamiento Deformimetro mm % Deformimetro mm % Deformimetro mm % 0 0 0 0.0000 0 0 0.0000 0 0 0.0000 1 0.1 0.1 0.0794 0.2 0.2 0.1587 0.3 0.3 0.2381 2 0.1 0.1 0.0794 0.4 0.4 0.3175 0.7 0.7 0.5556 3 0.1 0.1 0.0794 0.6 0.6 0.4762 0.12 0.12 0.0952 4 0.1 0.1 0.0794 0.8 0.8 0.6349 0.175 0.175 0.1389

:

mm

después 13210 7990 5220 2286.38 2.28

2 3 126 15.2 5 56 antes de empapar 13140 7770 5370 2286.38 2.35

HINCHAMIENTO

0 24 48 72 96

ETAPA

después 12635 7685 4950 2286.38 2.16

2 2 126 15.2 5 27 antes de empapar 13085 7990 5095 2286.38 2.23

CONTENIDO DE HUMEDAD

Tiempo Acumulado Horas

2 1 126 15.2 5 13 antes de empapar 12440 7685 4755 2286.38 2.08

0.025 0.039 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500

13 GOLPES 27 GOLPES 56 GOLPES Esfuerzo Carga Esfuerzo Carga Esfuerzo kg/cm^2 lb/pulg^2 kg kg/cm^2 lb/pulg^2 kg kg/cm^2 lb/pulg^2 0.00 0.000 0.000 0.00 0.000 0.000 0.00 0.000 0.000 140.00 6.907 98.245 150.00 7.401 105.263 60.00 2.960 42.105 280.00 13.815 196.491 380.00 18.748 266.666 160.00 7.894 112.280 460.00 22.696 322.806 560.00 27.629 392.981 330.00 16.282 231.578 670.00 33.057 470.174 960.00 47.365 673.682 540.00 26.643 378.946 780.00 38.484 547.367 1320.00 65.126 926.313 840.00 41.444 589.472 890.00 43.911 624.560 1580.00 77.954 1108.769 1140.00 56.245 799.998 985.00 48.598 691.226 1920.00 94.729 1347.364 1560.00 76.967 1094.734 1000.00 49.338 701.752 2210.00 109.037 1550.873 1980.00 97.689 1389.470 1230.00 60.686 863.155 2780.00 137.160 1950.872 2800.00 138.147 1964.907 1380.00 68.087 968.418 3340.00 164.789 2343.853 3620.00 178.604 2540.343 1500.00 74.007 1052.629 3880.00 191.432 2722.799 4460.00 220.048 3129.815 1640.00 80.915 1150.874 4340.00 214.127 3045.605 5220.00 257.545 3663.147 1820.00 89.795 1277.189 4820.00 237.810 3382.446 5920.00 292.082 4154.374 1985.00 97.936 1392.978 5210.00 257.052 3656.130 6580.00 324.645 4617.530

Carga kg

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PERMEABILIDAD Es la propiedad de los materiales que permite el paso del agua a través de este. A) Importancia. Este ensayo se realiza en obras de agua y saneamiento. En esta práctica se ensayará el método para determinar el coeficiente de permeabilidad (k) por el método directo, utilizando el permeámetro con carga constante (en suelos granulares) y carga variable (en suelos finos). B) Materiales. Agua, piedra porosa, papel filtro, regla, trípode. C) Equipos.  Permeámetro.  Manguera. D) Muestra. Muestra de suelo alterada o inalterada para carga constante (en este ensayo se trabajó con arena que se utilizó para reemplazo en el ensayo de densidad de campo con el cono), suficiente para llenar el permeámetro (unos 800g). Muestra inalterada para carga variable. E) Procedimiento. CON CARGA CONSTANTE. Se determina las medidas del permeámetro donde se colocará la muestra. Se coloca el papel filtro sobre la piedra porosa del fondo del permeámetro, seguido por el resorte, la muestra y la tapa. Se deja caer agua con velocidad constante, y tomar medias: altura superior –carga de agua– (h1), altura inferior –carga de agua– (h2), FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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tiempo inicial (t1), tiempo final (t2), volumen escurrido de agua (Q), temperatura del agua (T). Ahora se puede determinar el área de la sección transversal de la muestra (A), carga hidráulica (h), tiempo transcurrido (t), el coeficiente de permeabilidad a la temperatura del agua  K T  y a 20 °C  K 20  ,con las fórmulas: KT =

 Q L ; K 20  K T  T Aht 20

CON CARGA VARIABLE. Se coloca el papel filtro, la piedra porosa como en el caso anterior. Se coloca la tapa equipada con el tubo capilar vertical. Se coloca agua en el tubo capilar hasta que atraviese la muestra y piedra en la base para ejercer presión. Se cierra la válvula y registra la lectura inicial (hi), inmediatamente iniciar el cronómetro, hasta un tiempo (t) dando lectura (hf). Se mide la temperatura del agua y con estos datos se calcula la sección de la muestra (A), la sección del tubo capilar vertical (a). La altura de ascensión capilar (hc) se determina con h c =

0.3 . Donde “d” es el diámetro del tubo capilar. d

El coeficiente de permeabilidad se calcula con la fórmula:  h1  a×L×Ln    h2  ; donde h1 = hi - hc  h2 = hf – hc. K= A×t

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F) Cálculo y expresión de resultados. CON CARGA CONSTANTE. Permeabilidad mediante carga constante Muestra: M1 Datos unid. Longitud (L) cm 10.20 cm 6.30 Diámetro ( ) Seción (A) cm^2 31.17 Carga inicial (h1) cm 1.25 Carga final (h2) cm 58.50 Carga hidráulica (h) cm 57.25 Tiempo transc. (t) seg. 51.00 Vol. escurrido (Q) ml 940.00 Temp. del agua (T) °C 17.00 Coef. Perm. a T (KT) cm/seg 0.10534 poise 0.01083 Viscosidad agua a T () 0.01005 Viscosidad agua a 20°C () poise Coef. Perm. a 20°C (K20) cm/seg 0.11352 ENSAYO:

CON CARGA VARIABLE.

Permeabilidad mediante carga constante Muestra: M1 Datos unid. Longitud (L) cm 10.20 cm 6.30 Diámetro ( ) Seción muestra (A) cm^2 31.17 Seción tubo capilar (a) cm^2 1.69 Diámetro tubo capilar (d) cm 1.47 Carga inicial (hi) cm 81.70 Carga final (hf) cm 58.40 Ascensión capilar (hc) cm 0.204 Carga inicial correg. (h1) cm 81.50 Carga final correg. (h2) cm 58.20 tiempo transcurrido t seg. 2.60 Temperatura del agua T °C 17.00 Coef. Perm. a T (KT) cm/seg 0.07183 poise 0.01083 Viscosidad agua a T () 0.01005 Viscosidad agua a 20°C () poise Coef. Perm. a 20°C (K20) cm/seg 0.07740 ENSAYO:

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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES De los ensayos realizados se puede concluir que se realizaron con completa normalidad obteniéndose resultados bastante confiables. La densidad de la arena utilizada para reemplazar el material de suelo fue calculada por medio de tres métodos, obteniéndose un peor medio de 1.238 g/cm3 . Mediante el ensayo de densidad de campo por el método volumétrico se obtuvo 2.103 g/cm3 . Por el método del cono con arena, se obtuvo un valor de 1.358 g/cm3 , pues fue un suelo no compactado. Mediante el ensayo de contenido de humedad del suelo se obtuvo valores de 32.569, 31.414, 32.227% en el camino, y de 10.142, 10.286, 9.787 % en la calicata. Con el ensayo de sedimentación por el método del hidrómetro, se reconoce la distribución granulométrica uniforme de las partículas en el suelo fino ensayado. El peso específico de la grava, fue 2.6136 g/cm3 , del hormigón fue2.660 g/cm3 y del material fino fue 2.273 g/cm3 . Los límites de consistencia arrojaron valores lates que: LL=40.96%, LP=18.82 % y el IP=22.14. La densidad máxima seca y el contenido óptimo de humedad obtenido con el ensayo proctor modificado fue 2.195 g/cm3 y 8.05% respectivamente. El ensayo CBR (CALIFORNIA – BEARNING RATIO), fueron datos proporcionados en clase, así como del ensayo de permeabilidad. El ensayo de permeabilidad nos permitió conocer qué facilidad tiene el agua para pasar por la arena.

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RECOMENDACIONES En cuanto al ensayo para determinar la densidad del suelo utilizando el método volumétrico se recomienda que, al momento de tomar la muestra, se debe asegurar que la integridad sea de completo cuidado, pues así se obtendrán mejores y más precisos resultados. El ensayo con el equipo de densidad (frasco, embudo) que requiere arena para reemplazar el volumen de suelo en el hoyo de estudio, se recomienda que dicha arena tenga una densidad y gradación uniforme para evitar la pérdida significativa por segregación durante la práctica; si se desea obtener datos con mayor precisión en este ensayo se recomienda el método del densímetro nuclear. Al momento de levantar el cono tras dejar que llene el hoyo en estudio, se debe tener cuidado que este se haga de manera vertical. El enrazado de arena debe ser con un dispositivo metálico seco para evitar contaminar la arena. En el ensayo de densidad de campo, cuando el material a ensayarse contiene un pequeño porcentaje de partículas extradimensionadas y alargadas, el ensayo debe ser trasladado a una nueva ubicación. Pueden utilizarse aparatos más grandes u otros diseños de proporciones simples, siempre y cuando se observen los principios básicos de la determinación del volumen de arena. Cuando se requieran volúmenes del orificio de prueba mayores a 0,1 pie3 ), (5660 cm3 ), puede utilizarse el método de ensayo ASTM D 4914. Las taras en las que se colocarán las muestras deben estar completamente libre de agua y en buen estado. Al momento de sacar las muestras del horno, no exponerse directamente a este para evitar radiaciones. FI - INGENIERIA CIVIL - UNC

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Se recomienda tener bastante cuidado al momento de registrar los resultados que se obtiene en el laboratorio, para evitar confusiones, pues un buen estudio de suelo conlleva a una infraestructura segura. En cuanto a las unidades de medición, es práctica común en la profesión de ingeniería utilizar corrientemente unidades de medida para representar tanto unidades de masa como unidades de fuerza. Esto implícitamente combina dos sistemas de unidades diferentes, esto es, el sistema absoluto y el sistema gravitacional. Científicamente, no es recomendable combinar el uso de dos clases diferentes de unidades dentro de ensayos. Se recomienda ser críticos y tener una buena precisión cuando se determina los 12 mm que se une el suelo tras los sucesivos golpes de la copa de Casagrande, así evitamos errores o datos confusos. Cuando se mide el contenido de humedad o la cantidad de agua contenido en una muestra de suelo expresado en porcentaje, se recomienda aproximar a centésimos, para mayor exactitud. En estudios minuciosos del límite líquido y plástico del suelo, se tendrá en cuenta que el grado de aceptabilidad de resultados se basará en una desviación estándar establecida según reglamento. En el ensayo proctor, es recomendable evitar dar mayor impulso al pisón al momento de compactar. En el ensayo de CBR, puede haber errores si no se realiza un buen control en el agua añadida. El ensayo de permeabilidad se verá afectado si no se mide bien los tiempos de lectura del tubo capilar.

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5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Arias, C., & Meza, J. (1999). Comportamiento de suelos. Recuperado el 31 de Mayo de 2019, de http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/13270/CO MPORTAMIENTO%20DE%20SUELOS.pdf?sequence=1 Braja, M. (1998). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. México: Cengage Learning. Obtenido de https://es.slideshare.net/ralvmrz/fundamentos-de-ingeniera-geotcnica-braja-m-das Enciclopedia Británica. (22 de Junio de 2019). Obtenido de https://www.britannica.com/science/soil-mechanics FAO. (17 de Mayo de 2018). Obtenido de http://www.fao.org/fishery/static/FAO_Training/FAO_Training/General/x6706s/x6706s Frankie. (2013). Estudios Geotécnicos. Valencia. Recuperado el 22 de junio de 2019, de http://www.estudiosgeotecnicos.info/index.php/descriptores-geotecnicos-5-plasticidadlimites-de-atterberg-y-consistencia/ Gonzales Huanca, S. (2019). Limite de Contracción. Piura. Obtenido de https://es.slideshare.net/sandragonzaleshuanca/limite-de-contraccion Juárez Eulalio y Rico Alfonso. (2005). Fundamentos de la Mecánica de Suelos (8 ed., Vol. 1). México, Distrito Federal: Limusa. Juárez, E., & Rico, A. (2005). Mecánica de Suelos. Liota, M. A. (3 de abril de 2012). EL DRENAJE DE LOS SUELOS AGRICOLAS. ARTÍCULO DE DIVULGACIÓN - Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Recuperado el 22 de junio de 2019, de https://inta.gob.ar/documentos/el-drenaje-de-los-suelos-agricolas M.T.C. (2016). Manual de Ensayo de Materiales M.T.C. E 117. Lima. Terzaghi, K. (1925). Erdbaumechanik. Mecánica de suelos. New York: Jhon Wiley & Sons. Torres Palacios, C. E. (2018). Reconocimiento Estratigráfico del Suelo. Informe de Campo, Cajamarca. Velásquez, F. (2011). Diferencia entre Mecánica de Suelos y Geotécnia. Perú. Recuperado el 22 de Junio de 2019, de https://es.scribd.com/doc/70264904/Diferencia-Entre-Mecanica-deSuelos-y-Geotecnia

6. BIBLIOGRAFÍA Bowles J. E. (1981). Manual de Laboratorio de suelos en Ingeniería Civil. México Distrito Federal: Mcgraw-Hill.

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ANEXOS Tabla 4: Sistema Unificado de Calcificación de Suelos (ASTM D – 2487)

Fuente: Norma ASTM D – 2487. Adaptado por el foto tomada por el autor.

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Tabla 5: Clasificación de suelos Método AASHTO (Material Granular)

Fuente: Braja M. Das. 1998. Principios de Ingeniería Geotécnica.

Tabla 13 Clasificación de suelos Método AASHTO (Material Limo-Arcilloso)

Fuente: Braja M. Das. 1998. Principios de Ingeniería Geotécnica.

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Figura N° 31: Detalles del aparato de densidad. Fuente: Manual de ensayo de materiales MTC E 117.

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Figura N° 32: Dimensiones y términos del hidrómetro. Fuente: Rivera R. Facultad de Ingeniería, UNAM.

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Figura N° 33: Especificaciones dimensionales de copa de Casagrande. Fuente: Manual de ensayo de materiales MTC E 117.

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Figura N° 34: Carta de plasticidad. Fuente: Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, M. Braja Das.

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PANEL FOTOGRÁFICO

Figura N° 35: Proceso de pesaje del equipo de densidad. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 36: Proceso de excavación del hoyo Método del cono con arena. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 37: Colocando la base del aparato de densidad. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 38: Hoyo de prueba. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 39: Proceso de vaciado de arena de reemplazo. Fuente: foto tomada por el autor. Figura N° 40: Proceso de retirado vertical del cono con la arena sobrante. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 41: Proceso de mezclado de la muestra con agua. Fuente: fotos tomadas por el autor.

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Figura N° 42: Proceso de cuarteo de muestra mezclada con agua. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 44: Proceso de montado del deflectómetro - CBR Penetración. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 43: Muestra compactada - Método proctor modificado. Fuente: foto tomada por el autor.

Figura N° 45: Muestra colocada en el permeámetro Permeabilidad. Fuente: foto tomada por el autor.

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Figura N° 46: Prueba de permeabilidad por carga constante. Fuente: foto tomada por el equipo de autor.

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Figura N° 47: Prueba de permeabilidad por carga constante. Fuente: fotos tomadas por el autor.

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