Ensayo de permeabilidad y miniatura de harvard

UNSAAC - FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

MECANICA DE SUELOS I

I. GENERALIDADES

Objetivos:

Determinar el valor del coeficiente de permeabilidad k de un suelo.

Definición:

Permeabilidad de un suelo es la capacidad del mismo para permitir el flujo de un

fluido, líquido o gas, a través suyo. En el campo de la Geotecnia se estudia el flujo de

agua.

Principio del ensayo:

Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre

ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de ellos.

Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de

permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una

diferencia de presión hidráulica. El coeficiente de permeabilidad es expresado en

términos de velocidad. Este fenómeno es gobernado por las mismas leyes físicas en

todos los tipos de suelos y la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipos de

suelos extremos es solo una cuestión de magnitud.

Métodos: Métodos directos: su principal objetivo es la determinación del coeficiente de

permeabilidad.

Pueden dividirse en:

a) Ensayos de laboratorio:

Permeámetro de carga constante: para suelos de alta permeabilidad, como

arenasy gravas.

Permeámetro de carga variable: para suelos de mediana permeabilidad a

bajapermeabilidad, como limos y arcillas.

b) Ensayos de campo.

Métodos indirectos: tienen como finalidad principal la determinación de algún otro

parámetro o propiedad del suelo y se los utiliza cuando es imposible aplicar algún

método directo o como verificación. Hallan el valor del coeficiente de permeabilidad

a partir de la curva granulométrica, del ensayo de consolidación, de la prueba

horizontal de capilaridad y otros.

II. EQUIPO NECESARIO

Partes del aparato:

El aparato para el ensayo de permeabilidad con carga constante consta básicamente

de:

Permeámetro de carga constante

Depósito de agua.

Probeta

Cronómetro.



PERMEAMETRO

TAMIZ # 4 Y PROBETA GRADUADA



III. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO EN PERMEÁMETRO DE CARGA

CONSTANTE

Se deben seguir los siguientes pasos considerando un permeámetro tipo:

Preparar el aparato con los elementos arriba mencionados.

Preparación del permeámetro: Se debe verificar que la celda esté limpia y seca

y determinar su peso, diámetro y altura.

Preparación de la muestra: En todos los casos la muestra debe calzar

perfectamente en el permeámetro sin dejar cavidades en su perímetro. muestra

y determinar la humedad.

Se colocará una piedra porosa en labase de la muestra y otra en contacto con

su cara superior.

Saturación de la muestra: Haciendo vacío saturar la muestra el tiempo que sea

necesario

Aplicar una succión baja hasta verificar la saturación y la ausencia total de

burbujas de aireen la muestra

Permitir el paso de agua, abriendo la llave correspondiente, verificando que no

quede aireentrampado en las conexiones con cada uno de los tubos.

Realización del ensayo propiamente dicho: Permitir el paso del agua a través

de lamuestra.

Cuando el caudal sea uniforme, iniciar la recolección de agua en el

depósitograduado. Cronometrar el tiempo de ensayo.

PREPARANDO LA MUESTRA DE SUELO 1



SATURANDO LA MUESTRA

IV. CÁLCULOS

Se tomo en cuenta la siguiente relación para el cálculo del coeficiente de

permeabilidad

Donde :

V : volumen de agua recolectada

L: longitud de la muestra

A: Area de la sección transversal de la muestra

=altura de carga de la muestra

MEDIDAS DEL PERMEAMETRO A UTILIZAR

(cm)

Altura de Muestra 17.7

Diametro de Muestra

6.4

Altura de Carga 7



DATOS OBTENIDOS DURANTE EL ENSAYO

EXPERIMENTO Nro

volumen (cm3) tiempo (seg)

1 25 25

2 26 25

3 24 23

VOLUMEN PROMEDIO (cm3)= 25

TIEMPO PROMEDIO (seg) = 24.33



ENSAYO DE COMPACTACIÓN POR MINIATURA HARVARD

Este método es idéntico al método de Proctor, Wilson lo desarrollo en la universidad de

Harvard. Tiene ventajas importantes respecto a otros como son:

1.- Se necesita menos tiempo para obtener datos y desarrollar la curva de compactación.

2.- Se necesita menos material que en el caso del ensayo de Proctor.

3.- Solamente se trabaja con material que pasa la malla Nº 4

DATOS:

CAPAS : 5

PRESIONES : 25 POR CAPA

VOLUMEN : 62.4 cm^3

EL RESORTE ESTA CALIBRADO A 20 LIBRAS.

I. PASOS A SEGUIR

Preparar la muestra de 2 a 3 kilos de material de la siguiente manera:

1.- Secar la muestra del ensayo.

2.- Después de secar romper cuidadosamente los grumos.

3.- Tamizar a través de la malla Nº 4.

4.- Dividir el material en 6 porciones representativas.

5.- Añadir progresivamente cantidades de agua para cada posición preparada. El contenido

de humedad elegido será tal que por lo menos 2 porciones que se encuentre en la rama seca

y dos en la rama húmeda, el contenido de humedad elegido deberá normalmente variar en

aproximadamente 1,5 a 2%

II. EQUIPO

SACA MUESTRAS



Molde y collar

Prensa de

sujeción

PISON CON RESORTE

EQUIPO DE

COMPACTACION ARMADO



III. PROCEDIMIENTO:

1. Se Determino el peso del molde de compactación

2. Cada porción del material debe ser compactado como sigue:

Asegurar a la prensa de sujeción el molde y collar.

Colocar la cantidad de material suficiente en el molde ( quinta parte del volumen del

molde ).

Nivelar la superficie a compactar.

Insertar el pisón en el molde y presionar fuertemente hasta que el resorte este

comprimido a la carga total calibrada. ( 20 Libras).

Soltar el pisón y colocar en una nueva posición y así proseguir hasta los 25

presiones.

3.- Repetir el procedimiento hasta completar las 5 capas.

4.-después retirar la muestra compactada



4.- Determinar la masa del molde y suelo compactado

IV. CALCULOS

A continuación se presentan los datos y los resultados de los mismos

obtenidos de la prueba.

Datos para hallar en contenido de óptimo de agua

Cantidad

de

material

Contenido

de agua

Peso del

espécimen

compactado

Volumen

del molde

HARVARD

Desidad

de la

muestra

Espécimen

1

150 gr 15gr 131 gr 61.58 cm3 2.33

Espécimen

2

150 gr 18gr 136.65 gr 61.58 cm3 2.43

Espécimen

3

150 gr 19.5gr 137.4 gr 61.58 cm3 2.44

Espécimen

4

150 gr 20gr 136.1 gr 61.58 cm3 2.42

Espécimen

5

150 gr 23gr 134.5 gr 61.58 cm3 2.39



La densidad seca de la muestra es de 2.17 y corresponde a 19.5 gr de agua

2.02

2.04

2.06

2.08

2.1

2.12

2.14

2.16

2.18

1 2 3 4 5

densidad seca Vs cantidad de agua



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INTRODUCCION

la compactación consiste en un proceso repetitivo, cuyo objetivo es conseguir una:

densidad específica para una relación óptima de agua, al fin de garantizar las

características mecánicas necesarias del suelo. en primer lugar se lanza sobre el suelo

natural existente, generalmente en camadas sucesivas, un terreno con granulometría

adecuada; a seguir se modifica su humedad por medio de aeración o de adición de

agua y, finalmente, se le transmite energía de compactación por el medio de golpes o

de presión. para esto se utilizan diversos tipos de máquinas, generalmente rodillos

lisos, neumáticos, pie de cabra, vibratorios, etc., en función del tipo de suelo y,

muchas veces, de su accesibilidad.

con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo

cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. esto se

traduce en determinar cual es la humedad que se requiere, con una energía de

compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir

para un determinado suelo. la humedad que se busca es definida como humedad

óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de

compactación dada. se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se

consigue para la humedad óptima.

es comprobado que el suelo se compacta a la medida en que aumenta su humedad, la

densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo, cuya humedad es la

óptima.

a partir de este punto, cualquier aumento de humedad no supone mayor densidad seca

a no ser, por lo contrario, uno reducción de esta.

los análisis son realizados en laboratorio por medio de probetas de compactación a las

cuales se agrega agua. los ensayos más importante son el proctor normal o estándar y

el proctor modificado. en ambos análisis son usadas porciones de la muestra de suelo

mezclándolas con cantidades distintas de agua, colocándolas en un molde y

compactándolas con una masa, anotando las humedades y densidades secas

correspondientes. en poder de estos parámetros, humedad/ densidad seca (humedad en

%), se colocan los valores conseguidos en un gráfico cartesiano donde la abscisa

corresponde a la humedad y la ordenada a la densidad seca. es así posible diseñar una

curva suave y conseguir el punto donde se produce un máximo al cual corresponda la

densidad seca máxima y la humedad óptima.

BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN A. AUMENTA LA CAPACIDAD PARA SOPORTAR CARGAS:los vacíos producen debilidad

del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. estando apretadas todas las

partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas

que soportan mejor.

B. IMPIDE EL HUNDIMIENTO DEL SUELO:si la estructura se construye en el suelo sin

afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura

se deforme (asentamientos diferenciales). donde el hundimiento es mas profundo en

un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

C. REDUCE EL ESCURRIMIENTO DEL AGUA:un suelo compactado reduce la penetración

de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

D. REDUCE EL ESPONJAMIENTO Y LA CONTRACCIÓN DEL SUELO:si hay vacíos, el agua

puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. el resultado seria el esponjamiento del

suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación

seca.



E. IMPIDE LOS DAÑOS DE LAS HELADAS:el agua se expande y aumenta el volumen al

congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las

paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua

en el suelo.

DIFERENCIA ENTRE PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO La diferencia básica entre el ensayo proctor normal y el modificado es la energía de

compactación usada. En el normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una

altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el

modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la

tierra en 5 camadas con 50 golpes.

La diferencia básica entre el ensayo proctor normal y el modificado es la energía de

compactación usada. En el normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una

altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el

modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la

tierra en 5 camadas con 50 golpes.



EQUIPO UTILIZADO EN LOS ENSAYOS DE COMPACTACION PROCTOR MODIFICADO Y ESTANDAR

PISONES

PROBETA



I. PROCEDIMIENTO PROCTOR ESTANDAR 1. EL PRIMER PASO FUE SELECCIONAR UNA CANTIDAD DE SUELO QUE SE PROCEDIO A

GOLPEAR CON EL COMBO DE GOMA HASTA LOGRAR UNA CANTIDAD DE SUELO

APROXIMADO A LOS 3 KILOS

2. PASO SEGUIDO SE PROCEDIO A TAMIZAR POR LA MALLA Nº4 POR SER EL ENSAYO DE

PROCTOR ESTANDAR



3. PASO SEGUIDO SE PROCEDIO A AUMENTAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD UN 5%

EN LA PROBETA QUE APROXIMADAMENTE FUE 150ml Y AMAZARLO HASTA

OBTENER UNA CONSISTENCIA HOMOGENEA DEL SUELO

4. POSTERIORMENTE SE TOMA EL PROCTOR ESTANDAR Y EL PISON CORRESPONDIENTE

Y SE FORMARON TRES PORCIONES DE SUELO COMO ESPECIE DE CAMELLONES PARA

COLOCARLOS EN EL PROCTOR Y APISANARLOS EN 3 CAPAS CON 25 GOLPES



5. COLOCACION DE LA PRIMERA CAPA Y SU COMPACTACION CON EL PISON EN FORMA

HOMOGENEA ATRAVES DE TODA LA SUPERFICIE

6. COLOCACION DE LA SEGUNDA CAPA Y LOS 25 GOLPES CORRESPONDIENTES



7. COLOCACION DE LA TERCERA Y APISONAMIENTO Y ENRASADO CON LA CUCHILLA

8. ENRASADO Y EXTRACCION DE MUESTRAS TANTO DE LA PARTE SUPERIOR COMO DE

LA PARTE INFERIOR DEL MOLDE PARA LA OBTENCION DEL CONTENIDO DE

HUMEDAD CORRESPONDIENTE COMO UN PROMEDIO



II. PROCEDIMIENTO ENSAYO PROCTOR

MODIFICADO

1.- Preparar el material consistente en dejar que el material seque al aire y romper

cuidadosamente los grumos para luego tamizarla por la malla respectiva ( Nº 4 y 3/4”

) .

2.- Pesar el molde de compactación (peso sin la base ni el collarín)

3.- Agregar agua para cada punto (los contenido de humedad que se buscarán serán

dos de ellos en la rama seca y otros dos en la rama húmeda.

4.- Colocar una porción de material en el molde de compactación (la quinta parte en el

Proctor modificado).

5.- Realizar la compactación de la capa mediante 56 golpes distribuyendo dichos

golpes en la superficie en forma equidistante.

6.- Repetir el paso Nº 5 hasta completar el número de capas.

7.- Registrar el peso del molde con el material compactado.

8.- Por cada lectura del peso del collarín más la del material compactado se debe

obtener para el contenido de humedad y pesarlo en una balanza electrónica.



“ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO (INSITU)”

CONO DE ARENA.

A. INTRODUCCION:

En la realización de estudios de suelos es necesario determinar la densidad de

suelo en el terreno, para el cual existe dos métodos:

Método del Cono de Arena.

Método del balón de Densidades.

Nos remitiremos solo ha demostrar el método del Cono de Arena.

B. OBJETIVOS DEL ENSAYO:

Determinar el peso especifico de Campo.

Interpretar los resultados del ensayo.

C. EQUIPO NECESARIO:

Equipo del Cono de Arena

Balanza Electrónica y de Plataforma

Cucharón

Bolsas de Plástico

Brochas

Combo y cincel

Cápsulas

Horno



D. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: equipo (compuesto de un frasco, un cono metálico y arena sílica o de Ottawa

que pase la malla #20 y se retenga en la #30

Se mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; después

se pesa el cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca éste sobre las

mariposas del cilindro evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde

con arena hasta que ésta se derrame; se cierra la válvula una vez que ha cesado el

movimiento al interior del frasco y se enraza el cilindro ayudado por un cordel para

evitar ejercer presión, se limpia la base con la brocha y se pesa; por diferencia de

pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el volumen del cilindro nos

proporcionará el peso volumétrico. Se repite el proceso anterior de 3 a 5 veces

dependiendo las variaciones en el peso de la arena.

Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a

hacer lo siguiente: se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una

superficie plana (en este caso la charola), se cierra la válvula y se coloca el

cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando

se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula y,

se pesa el equipo con la arena sobrante.

El siguiente paso es la obtención del peso volumétrico de campo, para ello se pesa

el equipo con arena y la cápsula. En el campo, en el lugar en que se realizará la

prueba se debe nivelar, colocar la placa y trazar el diámetro de ésta, se extrae el

material procurando evitar pérdidas hasta una profundidad de 8 a 10 cm. El material

extraído deberá colocarse en una bolsa de plástico para evitar que pierda agua.

Después se coloca el cono sobre la base, se cierra la válvula y cuando esté listo se

abre la válvula para que fluya la arena dentro de la cala y el cono, cuando se llenen

ambos elementos, se cierra la válvula y se pesa el equipo con la arena restante. Se

pesa el material extraído de la cala y de ahí mismo se obtiene una muestra



representativa que será pesada para obtener el contenido de humedad, con estos

datos se obtiene el peso específico seco máximo de campo y dividiéndolo entre el

peso volumétrico seco máximo de laboratorio nos indica el grado de compactación

de campo.

RESULTADOS OBTENIDOS

Nosotros realizamos 3 veces el procedimiento:

W cilindro +base = 4.332 kg ; diámetro = 10 cm h = 11.60 cm

W equipo = 6.876 kg

A = 0.7854(0.102)=0.007854m²

Vol. = 0.007854(0.1160)=0.000911m³

PESO ESPECÍFICO DE LA ARENA :

Para un primer caso:

W cilindro + base+ arena = 5.655 kg ; hallamos el peso de la arena:

5.655-4.332=1.323 kg

Para un segundo caso:


5.672-4.332=1.34 kg

Para tercer caso:


5.654-4.332=1.322 kg

ɣ = 1.323/0.000911= 1452kg/m³

ɣ = 1.34/0.000911= 1472kg/m³

ɣ = 1.322/0.000911= 1452kg/m³

Por lo tanto el peso específico de la arena es =1452 kg/m³

Ensayo de permeabilidad y miniatura de harvard

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