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Manual de Ensayos de Laboratorio de Geotécnia 2008

Juan Carlos Matos Página 1

MARCO TEORICO I. Ensayo para determinar el Contenido de Humedad en suelos y rocas (ASTM-D-

2216-92)

El contenido de humedad (w) es relación entre el peso de agua libre más la absorbida en la muestra (Mesh) y el peso de la muestra seca al horno (Mesd) a una temperatura constante de aproximadamente 105 ºC ± 5 ºC durante 16 horas. Si el suelo contiene material orgánico la temperatura no debe exceder 60°C para evitar alterar las sustancias que lo constituyen. La temperatura debe ser, por norma, de 110±5 °C. El secado a esa temperatura evapora solo el agua libre más la absorbida en los poros, el agua químicamente ligada permanece en el suelo a esa temperatura lo indica que existe una cantidad apreciable de agua en el suelo después de secado al horno a 100°C. Equipos, instrumentos y materiales utilizados:

1. Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error).

2. Taras, pesadas y numeradas. Las taras de muestreo

deben estar fabricadas con materiales resistentes a la corrosión y no deben ser sensibles a cambios de peso o pérdida del material constituido

3. Pinzas

4. Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105ºC – 110ºC.



Procedimiento del Ensayo:

1- Se toma el peso de la tara (Me). 2- Se toma el peso de la muestra con la tara (Mesh + Me). 3- Se seca la muestra en la estufa a 105 ºC ± 5 ºC por 16 horas. 4- Luego de haber secado la muestra en la estufa durante el tiempo reglamentario, se

saca la muestra de la estufa con las pinzas y se deja enfriar a temperatura ambiente.

5- Se pesa el contenido de la muestra seca (Mesd). 6- El contenido de agua (%w), se calcula de la siguiente manera:

7- Adicionalmente, se debe reportar lo siguiente: • Identificación de la muestra. • Contenido de humedad con precisión de 0,1%. • Tamaño máximo de las partículas de suelo. • Indicar si la masa es menor que el mínimo indicado. • Indicar si la muestra contiene más de un tipo de material. • Indicar si algún material ha sido excluido de la muestra (tamaño y cantidad)

Peso mínimo de las muestras (sin gravas)

II. Análisis por tamizado de agregados finos y gruesos - Ensayo de

Granulometría por Tamizado (Estándar ASTM-C-136-96a; ASTM-C-136-01)

Los ensayos granulométricos tienen por finalidad determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas del suelo de acuerdo a su tamaño para poder clasificarlo, sacudiendo las muestras de suelo, con partículas de tamaño superior a 0.075 mm, a través de un conjunto de tamices normalizados que tienen aberturas progresivamente más pequeñas.

100MM

MM%eesd

esdesh ×−

−=w



Equipos, instrumentos y materiales utilizados:

1- Muestra de suelo, previamente secadas en estufa y pesada

2- Juego de tamices calibrados y certificados. Tamizadora mecánica

3- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error).


1- Preparación de la muestra: • La muestra será tomada según la práctica ASTM-D-75-97 con cantidad cuatro

veces la requerida para el ensayo. • Se mezcla la muestra y se reduce a una porción representativa según

procedimiento ASTM-C-702-98 PESO DE LA MUESTRA

Material <75μm (#200) Agregado Fino

Agregado grueso y mezcla de grueso con fino Tamaño Máximo ≤

12,5 mm (½”) Tamaño Máximo ˃

12,5 mm (½”) Tamaño nominal Máx

mm (in) Tamaño de la

muestra Kg (lbs)

Cantidad de muestra determinada por el ensayo ASTM-C117-95

Peso seco mínimo de 300 g

9,5 (3/8) 1 (2)

12,5 (½) 2 (4)

19,0 (3/4) 5 (11)

25,0 (1) 10 (22)

37,5 (1½) 15 (33)

50 (2) 20 (44)

63 (2½) 35 (77)

75 (3) 60 (130)

90 (3½) 100 (220)

100 (4) 150 (330)

125 (5) 300 (660)



2- Se seca la muestra a 110±5ºC y se determina la masa con precisión de 0,1% en peso. 3- Seleccionar los tamices adecuados requeridos para cubrir

las especificaciones del material ensayado. Se puede usar tamices adicionales para obtener cualquier otra información, aunque se recomienda usar toda la secuencia de tamices cuando se calculen índices granulométricos(Te, Cu, Cc, etc)

4- Ordenar los tamices en orden decreciente de tope a base

5- Verter la muestra en los tamices, previniendo la

sobrecarga de material en un mismo tamiz, cuarteando la muestra en dos o más porciones, tamizando cada porción individualmente y combinado los resultados. Alternativamente, la porción ˃ 4,75 mm (#4), puede ser reducida cuarteándola de acuerdo a la norma ASTM-C-702-98, tamizada y extrapolada a la muestra original, de acuerdo a la expresión: MRT= (MMT/MMR)*MRR, donde, MRT= Masa retenida de la muestra total, MMT= Masa de la muestra total, MMR= Masa de la porción de muestra reducida a tamizar y MRR= Masa retenida de la porción de muestra reducida tamizada. No debe sobrepasar 1 Kg para los tamices tamaño grava y no más de ½ Kg para los tamices tamaño arena.

6- Agitar los tamices en la tamizadora mecánica por 10 minutos como máximo ó manualmente, golpeando el tamiz con una mano y girándolo con la otra en períodos 150 veces por minuto, girando el tamiz 1/6 de revolución cada 25 golpes.

7- Determinar la masa del retenido en cada tamiz con apreciación de 0,1 % de la masa total de la muestra seca

8- Si la muestra ha sido ensayada previamente por el método ASTM-C-117-95, incluir

la masa de los más finos de 75 μm (#200) a los cálculos de los análisis de tamizado



9- La masa total después del tamizado, debe revisarse con la masa de muestran en cada tamiz. Si las cantidades difieren más de 0,3 % basados de la masa seca original, el ensayo debe ser repetido

10- Con los datos obtenidos después del pesado individual por tamiz, se calcula el porcentaje total de material pasante en cada tamiz, donde: %Pasante i = 100% - ∑ %Retenido i

11- El porcentaje total de material retenido en cada tamiz, se obtiene mediante la fórmula: %Retenido i = (Masa retenida en tamiz i / Masa total)*100

12- Porcentaje de material retenido entre consecutivos tamices

13- Se grafica la curva granulométrica y se calculan los coeficientes granulométricos.

IV. Ensayo para materiales más finos que 75μm (tamiz #200) por método de lavado - Pasa 200 (ASTM-C-117-95)


1- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 2- Juego de tamices calibrados y certificados. 3- Agente dispersante - desfloculante (Hexametafosfato de Sodio ó Polifosfato de Sodio). 4- Agua destilada. 5- Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105ºC – 110ºC. 6- Beakers ó vaso de precipitado. 7- Agitador de vidrio.


1- Secar la muestra en la estufa a 110±5ºC por 24 horas, y determinar la masa. 2- Se colocan los tamices en forma ascendente, empezando por una bandeja hasta

terminar, preferiblemente con el tamiz # 10, para separar la grava de la arena, y tamiz # 100 para el fino. La masa de la muestra seca, deberá ser como indica la tabla:

TAMAÑO MAXIMO NOMINAL MINIMA MASA (g) 4.75 mm (#4) ó más pequeño 300

9.5 mm (3/8 in) 1000 19.00 mm (3/4 in) 2500 37.5 mm (1½ in) 5000

3- Se vierte la muestra en el tamiz superior y se enciende la tamizadora mecánica por un

máximo de 10 minutos.



4- Se pesa la masa de lo que queda en cada tamiz. 5- Se toma de 100 a 200 g del material pasante por el tamiz 100, colocándolo en un vaso

de precipitado con agua destilada y un desfloculante en proporción de 40 g por litro, dejándolo reposar por 24 horas. Se debe indicar en los resultados si se utilizó algún desfloculante y el tipo.

6- Se agita la solución vigorosamente con una varilla de vidrio hasta crear una suspensión de partículas.

7- Se pasa la solución por el tamiz # 200 y se lava con agua limpia las veces que sea necesaria hasta que el agua salga limpia.

8- Se regresa todo el material retenido en el tamiz al plato para secarla en la estufa a

110±5ºC por 24 horas y se determina la masa. 9- Se calcula el material pasante 200 (%Mfinos), con precisión de 0,1 %, de la siguiente

manera: Donde M1= Masa original seca en g y M2= Masa seca después del lavado en g.

En cuanto a la tolerancia, la variabilidad de los resultados obtenidos en los ensayos según el tamaño de grano analizado, se resume en la siguiente tabla:

RANGOS ACEPTABLES DE DOS RESULTADOS (%)

AGREGADO GRUESO OPERADOR SIMPLE 0.28

MULTIPLES LABORATORIOS 0.62 AGREGADO FINO

OPERADOR SIMPLE 0.43 MULTIPLES LABORATORIOS 0.82

( ) 100%1

21 ×−

=M

MMM finos



V. Ensayo para la determinación de los Límites de Consistencia (Límites de Atteberg) (ASTM-D-4318-00)

Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para caracterizar el comportamiento de los suelos finos. El nombre de estos es debido al científico sueco Albert Mauritz Atterberg. (1846-1916). Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir 4 estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg. Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de 3mm de espesor con el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites:

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

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

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

Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices: Índice de plasticidad: Ip ó IP = wl - wp Índice de fluidez: If = Pendiente de la curva de fluidez Índice de tenacidad: It = Ip/If

Índice de liquidez (IL ó IL), también conocida como Relación humedad-plasticidad (B): IL = (Wn - Wp) / (Wl-Wp) (Wn = humedad natural)

Límite Líquido (LL): El límite líquido se define como el contenido de humedad con el cual una masa de suelo colocada en un recipiente de bronce en forma de cuchara (Aparato de Casagrande), de 200±20g, se separa con una herramienta patrón, con mango de calibre de 1 cm (ranurador), se deja caer desde una altura de 1 cm y experimenta un cierre en la ranura de 1 cm después de 25 golpes de la cuchara contra una base de caucho duro.

http://es.wikipedia.org/wiki/Suelo

http://es.wikipedia.org/wiki/Atterberg

http://es.wikipedia.org/wiki/Laboratorio

http://es.wikipedia.org/wiki/Cohesi%C3%B3n_del_terreno

http://es.wikipedia.org/wiki/Humedad

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuchara_de_Casagrande

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuchara_de_Casagrande



Casagrande (1932), determinó que el límite líquido es una medida resistencia al corte del suelo a un determinado contenido de humedad, y que cada golpe necesario para cerrar el surco, corresponde a un esfuerzo cortante cercano a 1 gr/cm2. Equipos, instrumentos y materiales utilizados:

1- Aparato o Cuchara de Casagrande. 2- Ranurador. 3- Espátula flexible de acero. 4- Envase para preparación de la muestra. 5- Piceta con agua destilada o desmineralizada, de

conductividad ˂70µs. 6- Taras, pesadas y numeradas. 7- Recipientes herméticos. 8- Plato de evaporación de porcelana de Φ 120 mm. 9- Probeta de 25 ml. 10- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 11- Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105ºC – 110ºC. 12- Tamiz #40 (425µm).


1- Determinar si la muestra presenta materia orgánica. La presencia de esta puede afectar los resultados.

2- Secar la muestra a 60 ºC. 3- Pulverizar la muestra sin triturar las partículas, retirando las más grandes

manualmente. 4- Utilizar de 150 a 200 g de muestra, pasándola por el tamiz #40. 5- Si la muestra tiene ˃50% de gruesos, se debe tamizar por lavado no más de 0,5Kg de

muestra a la vez, recogiendo el pasante en un recipiente y reducir el contenido de agua por exposición al ambiente, con secador de aire caliente, decantación ó filtración.

6- Se humedece la muestra con poco agua destilada ó desmineralizada. 7- Mezclar la muestra e ir ajustando el agua, hasta obtener una pasta homogénea. 8- Se cubre la muestra y se deja reposar por 16 horas. 9- Se puede ensayar la muestra por dos procedimientos distintos:



a) Método A: Multipunto:

i.- Remezclar la muestra reposada.

ii.- Ajustar la caída de la cuchara con el extremo del ranurador (1 cm de caída).

iii.- Colocar la muestra en la cuchara de manera rasante evitando burbujas de aire.

iv.-Realizar la ranura con la herramienta estándar (ranurador).

v.- Girar la manivela, dos golpes por segundo, contando

el Nº de golpes (N), hasta que la ranura cierre 13mm. Si se cuentan más de 35 golpes y no cierra la ranura, se debe sacar la muestra de la cuchara y agregar un poco de agua destilada con la piceta, mezclando hasta homogenizar la muestra y repetir el ensayo hasta que cierre 13mm por primera vez.

vi.- Se debe tener 3 mezclas con distintas humedades para M1 de 15 a 25 golpes, M2 de 20 a 30 golpes y M3 de 25 a 35 golpes.

vii.- Determinar el contenido de humedad de M1, M2 y M3 de inmediato, según la norma ASTM-D-2216-92.

b) Método B: Un solo Punto:

i.- Ajustar la humedad de la muestra para 20 a 30 golpes. ii.- Repetir los pasos i. a vi. Del método A (Multipunto) dos veces. iii.- Si N1-N2 ≤ 2 golpes, determinar la humedad de la muestra, según la

norma ASTM-D-2216-92. 10- Para el método A, multipunto, se grafica la curva de plasticidad con los puntos M1, M2

y M3, correspondientes al % de humedad con respecto al Nº de golpes (N), interpolándose luego para 25 golpes el %w correspondiente, que determinará el límite líquido.



11- Para el método B, un solo punto, el límite líquido se calcula mediante las ecuaciones:

ó

Donde: LL = % Límite Líquido, N = Número de golpes, w = humedad de la muestra y K = Factor dado por la tabla de relación entre el Nº de golpes y LL.

Tabla de relación entre el Nº de golpes (N) y el Límite Líquido (LL)

N (Número de Golpes) K (Factor para el Límite Líquido)

20 0.973 21 0.979 22 0.985 23 0.990 24 0.995 25 1.000 26 1.005 27 1.009 28 1.014 29 1.018 30 1.022

12- Para materiales con sales solubles, usar solo el método A ó B en la reducción de

líquido.

1210

25

.NwLL

= wKLL ×=



Límite Plástico (LP): El Límite Plástico, se define como el contenido de humedad del suelo, en el cual, un cilindro con diámetro de aproximadamente 3,2 mm, se rompe ó resquebraja al amasado. Este ensayo, es bastante subjetivo, ya que depende del “ojo clínico” ó experiencia deloperador, el cual debe ayudarse con el pasador de la Cuchara de Casagrande, que mide aproximadamente el diámetro requerido, para hacer la comparación al momento de hacer los rollitos de suelo y observar el momento se resquebrajan, presentando el diámetro especificado. Equipos, instrumentos y materiales utilizados:

1- Placa de vidrio esmerilado ó mármol, como superficie de amasado. 2- Patrón de comparación de 3 mm de diámetro. Puede usarse el pasador de

la Cuchara de Casagrande. 3- Espátula flexible de acero. 4- Envase para preparación de la muestra. 5- Piceta con agua destilada o desmineralizada, de conductividad ˂70µs. 6- Taras, pesadas y numeradas. 7- Recipientes herméticos 8- Plato de evaporación de porcelana de Φ 120 mm. 9- Probeta de 25 ml 10- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 11- Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105 ºC – 110ºC. 11- Tamiz #40 (425µm)


1- Se puede utilizar 20 g o más de la muestra utilizada para el límite líquido, de consistencia moldeable, de lo contrario, se deben repetir los pasos de 1 al 8 del procedimiento para límite líquido.

2- Se toma 1,5 a 2 g de la muestra 3- Amasar y rodar en una superficie lisa de vidrio

esmerilado o mármol, para moldear cilindros uniformes de hasta Φ 3,2 mm. No se debe tomar más de 2 minutos en este procedimiento.



4- Repetir el paso anterior, hasta que se comience a agrietar la muestra o no se puedan formar cilindros de Φ 3,2 mm por segunda vez.

5- Se colocan los restos en un envase de masa conocida.

6- Se repite el procedimiento desde el principio, hasta completar 6 g en el envase. 7- Se determina el contenido de humedad (w) de los cilindros, según la norma

ASTM-D-2216-92. 8- El procedimiento se debe repetir completo dos veces 9- El límite plástico es el promedio redondeado entre w1 y w2 10- Se debe repetir el ensayo si (w1 - w2) ˃ 1,4 % 11- El Indice de Plasticidad, se calcula mediante la sustracción: IP = LL - LP

Al efectuar los ensayos de Límite Líquido y Límite Plástico, se debe reportar las siguientes especificaciones:

• Identificación de la muestra. • Proceso o criterio de selección utilizado en la muestra. • Cuantificar los LL, LP e IP. • Reportar como suelo No Plástico (NP) si LP ≥ LL. • Estimar el % de muestra retenida en el tamiz # 40. Identificar el tipo de

procedimiento utilizado para LL si es distinto al Método A, Multipunto.

VARIABILIDAD ACEPTABLE EN LOS RESULTADOS OBTENIDO EN LOS ENSAYOSSEGUN EL TIPO DE SUELO ANALIZADO

TIPO DE SUELO RANGO DE PUNTOS PORCENTUALES DE DIFERENCIA

ACEPTABLE EN DOS ENSAYOS REALIZADOS LL LP IP

CH 6 7 9 CL 2 4 4 ML 4 3 5



VI. Ensayo para la determinación del Peso Específico (ASTM-D-854-92)

El peso específico ó gravedad específica (Gs) es la relación del peso unitario de un cuerpo, referida a la densidad del agua, en condiciones de laboratorio, a una temperatura de 20 ºC. Este parámetro es necesario para determinar las relaciones peso/volumen de los suelos. El ensayo se realiza en picnómetros o también en frascos volumétricos, existiendo dos procedimientos, para especímenes secados al horno, para especímenes húmedos (caso de suelos orgánicos o suelos finos altamente plásticos). El peso específico de los suelos varía comúnmente entre los valores 2,5 a 2,8. Los suelos orgánicos tienen valores bajos. El peso específico se emplea para determinar la Porosidad y la Relación de vacíos, entre otros. Este ensayo es realizado por dos métodos, el método del frasco de gas ASTM D-5550 y el método del picnómetro ASTM D-854. Equipos, instrumentos y materiales utilizados:

1- Picnómetro ó Balón Aforado de por lo menos 100 ml, calibrado con anticipación al ensayo

2- Campana y bomba de vacío (Dependiendo del método a utilizar)

3- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 4- Termómetro con apreciación de 0,1 ºC 5- Hornilla eléctrica ó mechero 6- Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105ºC – 110ºC. 7- Piceta con agua destilada o desmineralizada, de conductividad ˂70µs. 8- Pipetas 9- Pinzas de laboratorio 10- Agitador de vidrio




1- La muestra puede estar secada en estufa o húmeda. Debe ser representativa, según la norma ASTM-C-702-98, de toda la muestra.

2- La cantidad mínima seca, debe ser como indica la tabla

Tamaño máx de las partículas

Tamaño del tamiz

Peso min de la

muestra Suelos cohesivos

2 mm # 10 20 g Suelos no cohesivos

4.75 mm # 4 100 g

3- Antes del ensayo, se debe realizar la calibración del Picnómetro

• Se pesa el Picnómetro, limpio y seco • Se llena con agua destilada hasta el aforo y se pesa • Se toma la temperatura con el termómetro, y se construye una tabla

experimental, o se calcula el peso del picnómetro + agua, en gramos, para las distintas temperaturas registradas, mediante la siguiente fórmula:

Donde, Mf = Peso del Picnómetro, Ma = Peso del picnómetro + agua, Ta = Temperatura observada y Tx = Temperatura deseada. Con estos datos, se construye la curva de calibración.

4- Si la muestra está húmeda, se debe dispersar según la norma ASTM-D-422-63 5- Se seca la muestra y se deja enfriar a temperatura ambiente. 6- Se coloca la muestra en el Picnómetro, se determina la masa y se resta el peso

del Picnómetro, para obtener el peso de la muestra (Mo). 7- Se llena con agua destilada y se deja reposar por 12 horas. 8- Se debe retirar el aire atrapado en la muestra con alguno de los siguientes

procedimientos: • Hirviendo el contenido lentamente por 10 minutos, agitando

ocasionalmente, ó • Conectando el picnómetro a una bomba de vacío por 30 minutos.

Mf+)Mf-)(aTa aM(×Ta a agua del densidadTx a agua del densidad

=)xT a( Ma



9- Se deja reposar la muestra ambientalmente, hasta que la temperatura sea uniforme.

10- Se completa el aforo con agua destilada a temperatura ambiente, evitando la

formación de burbujas al verter el agua y se enrasa el Picnómetro. 11- Se determina el peso y la temperatura del Picnómetro, con suelo y agua.

El peso específico, se calcula mediante la fórmula siguiente:

Donde: G = Peso Específico, Mo = Peso de la Muestra, Ma = Peso del Picnómetro + Agua, Mb = Peso del Picnómetro + Muestra + Agua y Tb = Temperatura de la medición. La muestra debe estar debidamente identificada y se debe reportar el valor del Peso Específico a 20 ºC, de lo contrario, se debe especificar la temperatura a la cual se calculó. También se debe indicar el tamaño máximo de las partículas de suelo. VII. Ensayo para determinar la Densidad del Suelo

De los suelos cohesivos, pueden tomarse muestras en terreno, con el fin de determinar su densidad y peso unitario en el laboratorio. Para otros suelos sin cohesión, o con partículas que no permitan el recorte de una muestra representativa, deben aplicarse otras metodologías de ensayo. Resumidamente, el ensayo consiste en

• Pesar una probeta de suelo cohesivo • Cubrir su contorno con un material impermeable: parafina fundida • Determinar su volumen mediante diferencias entre el peso de la probeta al aire y

sumergida • Determinar su contenido de humedad, para calcular la densidad seca

)]Mb-Ma(+Mo[Mo

=)(aTb G



La Densidad relativa ó Compacidad Relativa, indica si un suelo está cerca o lejos de los valores máximo y mínimo de densidad que se puede alcanzar, estando estos valores comprendidos entre 0 y 1, siendo el suelo más resistente cuando está compacto ≈ 1, y menor cuando está suelto ≈ 0. La densidad relativa del suelo, está relacionada con el peso unitario seco del suelo, la relación de vacíos y la porosidad. El ensayo se basa en el principio de Arquímedes, donde, un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto


1- Parafina ó papel parafilm. 2- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 3- Balanza hidrostática calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de

error). 4- Hornilla eléctrica ó mechero


1- Se toma la muestra inalterada, recuperada en la perforación o se talla del monolito extraído de la calicata.

2- Se pesa la muestra antes de impermeabilizarla.

3- Se impermeabiliza la muestra con parafina líquida, calentando la parafina previa mente en la hornilla eléctrica ó mechero, y se cubre totalmente la muestra con ésta, sin dejar espacios vacíos en la superficie de la muestra.

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza

http://es.wikipedia.org/wiki/Peso



4- Luego de que la muestra esté parafinada y enfriada a temperatura ambiente se pesa en la balanza, para determinar el peso de la parafina, sustrayendo el peso de la muestra parafinada menos el peso de la muestra sin parafinar.

5- Se pesa la muestra parafinada hidrostáticamente. La diferencia con el peso de la muestra, cubierta con parafina, al aire, representa su volumen por el peso unitario del agua desplazada. La densidad de la parafina es conocida: ρ Parafina = 0,81 g/cm3. Vmuestra = peso de la muestra parafinada - Peso hidrostático.

Para efectos de cálculo, determinamos la Densidad Relativa (DR), de acuerdo a la fórmula:

Para conocer la densidad aparente dividimos el peso calculado al inicio por su volumen. VIII. Ensayo para el análisis de las partículas de suelo (Sedimentación Hidrometría)

(ASTM-D-422-63)

El ensayo de hidrometría establece un procedimiento para la determinación cuantitativa de la distribución de los tamaños de partículas en los materiales finos, no posible mediante el ensayo de tamices. El cedazo de menor abertura que se puede utilizar en el laboratorio es el # 200, cuyas separaciones entre hilos de 0.074 mm permiten el paso de toda la arcilla y el limo y hasta algo de arena fina, sin que podamos diferenciar sus cantidades presentes en el suelo. Para obviar estas dificultades se emplea un análisis basado en la medición de la velocidades de sedimentación de una esfera en un medio fluido, estudiadas por el físico G.G. Stokes en 1850, que permite determinar el rango de diámetros correspondientes a las partículas que se sedimentan en un instante dado.

Peso hidrostático –(Peso parafinado / ρ Parafina)

Peso de la Muestra sin parafina= DR




1- Hidrómetros 152-H ó 151-H 2- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 3- Dispersador eléctrico de alta revolución 4- Cilindros graduados 5- Juego de tamices desde el # 10 al # 200 6- Beaker de 250 ml 7- Cilindro graduado de 1000 ml 8- Agitador de vidrio 9- Termómetro con apreciación de 0,1 ºC 10- Piceta con agua destilada o desmineralizada, de conductividad ˂70µs. 8- Agente dispersante - desfloculante (Hexametafosfato de Sodio ó

Polifosfato de Sodio). Procedimiento del Ensayo:

1- Se seca la muestra en la estufa 2- Se toma una muestra representativa, según la norma ASTM-702-02 y se

pesa. 3- Antes de realizar el ensayo, se debe realizar la calibración del hidrómetro

para aplicar la corrección compuesta: • Por uso del desfloculante(Cd). • Variación de la temperatura (CT). • Apreciación del menisco (Cm). Se toman las lecturas en solución con dispersante y sin dispersante, y se grafica la curva de calibración con las lecturas del hidrómetro respecto a las temperaturas correspondientes, donde la distancia vertical entre ambas curvas determinará el factor de corrección (C). • Para el hidrómetro 151-H → Cc = C + 1, y • Para el hidrómetro 152-H → Cc = C La humedad higroscópica (ωh), absorbida por el ambiente, es igual a la masa secada en la estufa dividida entre la masa secada ambientalmente.

4- En el Beaker de 250 ml se dispersa la muestra con 125 ml de solución de hexametafosfato de sodio ó polifisfato de sodio al 4% en peso (40 g en 1 L de agua destilada, como máximo un mes de preparado). Se remueve y se deja reposar por 16 horas

5- Se agrega la muestra reposada con agua destilada en el vaso del agitador



mecánico de alta revolución y se agita por 1 minuto como máximo, para garantizar la rotura en los enlaces de las partículas y asegurar la dispersión de la muestra.

6- Se vierte la muestra dispersada en el cilindro graduado y se completa el volumen con agua destilada.

7- Se tapa el cilindro y se voltea repetidamente por 1 minuto, completando aproximadamente 60 veces el procedimiento.

8- Se realizan las lecturas con el hidrómetro, tomando también la temperatura de la solución con el termómetro al cabo de:

• 0.5 minutos • 1 minuto • 2 minutos • 5 minutos • 15 minutos

• 30 minutos • 60 minutos • 120 minutos • 360 minutos y • 1440 minutos

Se debe sumergir el hidrómetro 20 ó 25 segundos antes de tomar la lectura en un cilindro con agua destilada o desmineralizada. Cada vez que se realiza una medición, se le suma a la lectura el valor de la corrección

9- Luego de haber concluido el proceso de lectura con el hidrómetro y el termómetro, se hace pasar la solución por lavado con el tamiz 200

10- Se seca en la estufa a 110±5°C y se tamiza la porción retenida según los requerimientos del material.

El análisis hidrométrico se concluye con los cálculos correspondientes a:

• MASA SECA = MASA ENSAYO * ωh • % SUSPENSION (152h) = [(R * α) / MASA SECA] * 100 * PASANTE #10 • DIAMETRO DE PARTICULAS = [(L * K) / TIEMPO]½

Donde: ωh = Corrección por humedad higroscópica. R = Lecturas del hidrómetro. α = Corrección por diferencia en el peso específico del suelo, obtenido por tablas para tal fin.



L = Profundidad efectiva del hidrómetro (cm), obtenido por tablas para tal fin, dependiendo del modelo de hidrómetro. K = Coeficiente que depende de la temperatura de la solución y del peso específico del suelo, obtenido por tablas para tal fin.

Se debe reportar en el análisis: • Tamaño máximo de las partículas. • Porcentaje o retenido en cada tamiz, el cual debe ser representado en un gráfico. • Gravedad Específica. • Alguna variación en la elaboración y/o utilización de la solución dispersante a lo

expresado en la norma. • Las fracciones de materiales ensayados, llamadas por especificaciones, deben ser

reportadas. IX. Próctor Modificado (ASTM D-1557)

El objeto de este ensayo, es de terminar en un suelo la relación entre la densidad seca y la densidad húmeda, y definir la densidad seca máxima y la humedad óptima, que alcanza un suelo a una energía de compactación determinada Históricamente, el primer método, respecto a la técnica que se utiliza actualmente, es el debido R.R. Próctor y que es conocido como Prueba Próctor estándar. La compactación en el Próctor Estándar (ASTM D-698.), es la densificación del suelo debido a la eliminación del aire por medio de energía mecánica para así obtener del suelo mayor resistencia, menor deformación y permeabilidad. El grado de compactación se mide en términos del peso unitario seco del suelo. Al compactar se añade agua, el peso unitario seco que se obtiene de la compactación viene dado por el contenido de humedad óptimo que es diferente para cada tipo de suelo.

Al igual que el ensayo de compactación Próctor Estándar, el Próctor Modificado nos permite determinar el peso unitario seco máximo de compactación y el contenido de humedad óptimo, con la diferencia que el peso unitario seco que se obtiene es mayor para un contenido de humedad óptimo menor ya que se emplea para ello mayor energía de compactación. Equipos, instrumentos y materiales utilizados:

1- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 2- Balanza de 20 Kg 3- Escudillas ó cápsulas de 200 g de capacidad. 4- Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105ºC – 110ºC. 5- Cucharones. 6- Espátulas.



7- Martillos con mazo de goma. 8- Saca muestras. 9- Tamices # 4, 3/8” (9,5 mm), ¾” (19 mm).

10- Moldes cilíndricos de metal de 4” y 6” con base y collar.

11- Moldes cilíndricos de metal, pisones para compactar el suelo de 18· de altura y 10 lbs de peso ó compactadora mecánica

12- Recipientes para mezclar. 13- Escudillas ó cápsulas para la determinación de la humedad. 14- Cilindro graduado de 1000 ml. 15- Frasco lavador.

El ensayo se puede realizar mediante tres métodos, utilizando ciertos criterios para la selección de cual usar:

• Método A: Cuando el material a usar retiene 20% del material o menos en el tamiz #4. • Método B: Si más del 20% del peso del material se retiene en el tamiz #4 y el 20% o

menos se retiene en el tamiz 3/8”. • Método C: Si más del 20% del material es retenido en el tamiz 3/8” y menos del 30%

es retenido en el tamiz ¾”. Procedimiento del Ensayo:

1- El peso de la muestra para los Métodos A y B es aproximadamente 16 Kg y para el Método C, es de 25 Kg de suelo seco

2- Si el material está excesivamente húmedo, se debe secar a temperatura ambiente ó en estufa a 60 ºC

3- Al estar seca la muestra, se desmenuzan los terrones con el mazo de goma.



4- El material se separa en porciones comprendidas entre los tamices, según el método A, B ó C, pesando 5 porciones de 3 Kg para los procedimientos A y B, y 6 Kg para el procedimiento C.

5- Se pesa el molde con la base 6- Una vez colocada la muestra en el recipiente de mezclado, se le agrega un

cierto volumen de agua, el cual se calculará respecto al peso total de la muestra.

7- Determinado el volumen de agua a usar, se le agrega al suelo y se distribuye uniformemente.

8- Luego del mezclado, se coloca una cierta cantidad de suelo húmedo en el molde, de forma tal, que una vez compactado, produzca una capa cuyo espesor sea igual a la quinta parte de la altura del molde sin collarín.

9- Se compacta la capa de suelo con el pisón, cierto número de golpes previamente especificado según el método a usar.

10- Antes de colocar la siguiente capa, se debe escarificar y rasar el molde para que el contacto entre capas sea más efectivo.

11- De igual forma se compactan las capas subsiguientes. El plano superior de

la última capa, debe estar a 1,3 cm por encima del molde y el collarín, para poder enrasarlo y medir el volumen del molde exacto del suelo compactado.

12- Al retirar el collarín del molde, se enrasa el material excedente sobre la parte superior del molde

13- Para lograr una superficie plana y horizontal, es conveniente colocar en el tope del molde, cierta cantidad de material pasante por el tamiz # 4.

14- Se limpia el molde y la base del excedente de suelo enrasado y se procede



a pesar en la balanza de 20 Kg, anotando el peso del molde más suelo húmedo.

15- Con un saca muestras, se extrae el suelo compactado del molde. 16- Se coloca la muestra en un recipiente limpio y se disgrega para luego tomar

una muestra representativa, a la cual se le determina la humedad del suelo compactado.

17- La compactación se prosigue, aumentando la humedad correspondiente a las porciones restantes del material, donde el incremento de agua debe ser del 2 %, siguiendo el mismo procedimiento anterior.

18- Se puede utilizar el mismo material para obtener varios puntos de la curva de compactación, excepto cuando las partículas son muy frágiles o si se trata de arcillas muy frágiles

19- Generalmente, con tres puntos en la rama ascendente y otros dos en la descendente, son suficientes para definir la curva.

20- Para determinar la humedad correspondiente, es recomendable comenzar por la humedad menor y continuar aumentando esta a intervalos de 1% y 3% de humedad, según el tipo de suelo a ensayar.

Los cálculos a realizar, son los siguientes:

• Contenido de humedad del suelo compactado (W%) W% = (Ww/ Ws) *100 Donde: Ww = Peso del agua y Ws = Peso del suelo.

• Peso del suelo húmedo compactado (Wh) Wh = (Wh + Wm) – Wm Donde: Wm = Peso del molde y Wh + Wm = Peso del molde + Peso del suelo húmedo.

• Densidad Húmeda (Dh) Dh = Wh / V Donde: Wh = Peso del suelo húmedo compactado y V = Volumen del molde

• Densidad seca (Ds) Ds = Dh / (1+w/100) Donde: Dh = Densidad húmeda y w = Humedad de compactación.

Preparación de las curvas de compactación: • En el papel aritmético, se colocan en el eje de las ordenadas los valores de la

Densidad Seca en Kg/m3 y en el eje de las abscisas los valores de humedad en % de suelo compactado. Según la tendencia de los puntos, se traza la curva de compactación.

Preparación de la curva de saturación:



• Con los valores de la humedad de saturación y densidad de saturación, se construye sobre la rama húmeda de la curva de compactación. La curva de compactación corresponde al 100%.

Densidad de Compactación (Ds) • Ds = Gs / (1 + e) • e = Gs * (% wSAT / 100) Donde: Gs = Gravedad Específica, % wSAT = Humedad de saturación y e = Relación de vacíos.

Los niveles de tolerancia, están basados en los datos experimentales, donde:

• Si los valores de dos resultados obtenidos por el mismo operador, sobre la misma muestra, en el mismo laboratorio, empleando el mismo aparato y en días diferentes, deberá considerarse dudoso si difiere en más del 10 % en su contenido medio óptimo de humedad y en 35.2 Kg/m3 la densidad máxima.

• Los valores obtenidos de dos resultados, por operadores diferentes, en laboratorios diferentes, deberán considerarse dudosos, si difieren en más del 15 % de su valor medio óptimo para el contenido de humedad y 72 Kg/m3 para la densidad máxima.

CARACTERISTICAS DEL ENSAYO DE COMPACTACION

METODO MOLDE Nº DE CAPAS GOLPES POR CAPA

PESO DEL MARTILLO

CAIDA DEL

MARTILLO

TAMAÑO DEL

MATERIAL

A 4” 5 25 10 lbs 18” PASA #4 B 4” 5 25 10 lbs 18” PASA 3/8” C 6” 5 56 10 lbs 18” PASA ¾”

X. California Bearing Ratio (CBR) (ASMD-D-1883 / AASHTO-T-193)

La finalidad del CBR, es determinar la resistencia a la penetración de un suelo compactado bajo condiciones controladas de humedad y densidad y que se expresa como una relación de soporte porcentualmente la carga unitaria del suelo y la carga unitaria patrón de la piedra picada, establecida por la penetración a una misma profundidad de un pistón de penetración. El método de California fue propuesto por el Ingeniero O.J. Portere en 1929 y adoptado por el Departamento de Carreteras del Estado de California y otros organismos técnicos de carreteras, así como por el cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de Norteamérica. Equipos, instrumentos y materiales utilizados:

1- Prensa de carga con una capacidad mayor o igual a 44,5 KN capaz de aplicar una

http://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/elorigest/elorigest.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/esun/esun.shtml



fuerza uniformemente a una rata de 0.05 in/min (1,27 mm/min) para hacer penetrar el pistón dentro del espécimen.

2- Moldes cilíndricos de metal con diámetro interno de 6?0,26 in (152 ± 0,66 mm) y una altura de 7? 0,018 in (177,8±0,46 mm). Acoplados con collar (collar de extensión) metálico no menor de 2" (50,8 mm) de altura y con base cilíndrica metálica perforada con vástago graduado, que puede acoplarse en ambos extremos del molde.

3- Disco espaciador metálico de diámetro no menor de 5 15/16" (150,8±0,8 mm) y 2,416±0,005 in (61,37±0,127 mm) de altura.

4- Martillos de compactación de acuerdo a los ensayos Próctor Standard (ASTM D698) ó Próctor Modificado (ASTM D1557).

5- Aparatos medidores de expansión, un plato 15 perforado de diámetro 5 1/8” a 15/16” (149,23 a150,81 mm) y huecos uniformemente espaciados sobre el plato con una barra metálica ajustable colocada perpendicular al plato.

6- Un trípode de metal para colocar el reloj comparador, para medir la cantidad de expansión durante la inmersión.

7- Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105ºC – 110ºC. 8- Una o dos pesas (para cada espécimen) teniendo una masa total de 4,54±0,02 kg.

La pesa anular debe estar entre 5 7/8” a 5 15/16” (149,23 a 150,81 mm) de diámetro y el agujero central aproximadamente 2 1/8” (53,98 mm) de diámetro.

9- Pistón de penetración. Un pistón de metal de 1,954±0,005” (49,63±0,13 mm) de diámetro y mayor a 4” (101,6 mm) de largo.

10- Reloj comparador de 0,001” (0,015 mm) con una apreciación de 0,2 mínimo. 11- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 12- Balanza de 20 Kg 13- Bandejas 14- Cucharas 15- Papel de filtro 16- Balanzas 17- Tanque para inmersión de moldes


1- Los especímenes se preparan conforme a lo especificado en los métodos de ensayos para compactación ASTM D-6 9 8 ó D 1557 (ver Manual Visualizado para PRÓCTOR FLNV -MVS 12) con molde de Fi = 6” (152,4 mm), excepto cuando:

• La gradación del material pasa completamente por el tamiz ¾”, se prepara el espécimen para la compactación usando todo el material sin modificación.

• Si hay material retenido en el tamiz ¾”, se remueve el material retenido y se remplaza por una cantidad igual que pasa por el tamiz ¾” y es retenido en



el tamiz # 4, usando el material que no se ha usado en otros ensayos 2- Para un solo contenido de humedad:

• Al material preparado como se indico anterior mente, añadir la cantidad de agua necesaria para obtener la humedad optima de mezclado que fue calculada previamente en el ensayo de compactación (D698 ó D1557).

• La Densidad Seca Máxima (DMS) obtenida en el ensayo de compactación, empleando un molde de Fi = 4” (101 ,6 mm) puede ser ligeramente superior a la DMS que se obtiene compactando el material en un molde de Fi = 6” para de CBR.

• Para casos donde el CBR se desea al 100% de la DMS y a humedad óptima (w op), compactar el suelo de acuerdo al ensayo de compactación realizado previamente (D 698 ó D1557) y a contenido de humedad entre ? 0,5 % de la w op.

• Donde la DMS fue determinada en un molde de compactación de Fi = 4” (10 1,6 mm), puede ser necesario compactar el espécimen usando 75golpes por capa ó más , para obtener una densidad i.

• Cuando se desea el CBR a la humedad óptima y algún porcentaje de la DMS, compactar tres especímenes de suelo preparados entre 0,5 % de la w op y utilizando el método de compactación realizado previamente (D 698 ó D1557) compactar a diferentes Nº de golpes cada espécimen.

• El número de golpes por capa varía lo suficiente para preparar especímenes que tengan densidades por encima y por debajo de la deseada. Típicamente, si se requiere el valor de CBR al 95% de la DMS, se preparan especímenes compactados con 56, 25 y 10 golpes por capa, que son satisfactorios. Se realiza luego el ensayo de penetración a cada espécimen.

3- Para un rango de humedades: • Preparar los especímenes de manera similar a 5.1, excepto que cada

espécimen utilizado para determinar la curva de compactación se debe penetrar.

• Adicionalmente se debe hacer la curva de compactación para las otras energías de compactación (Nº de golpes) y los especímenes también deben ser penetrados. Las compactaciones antes indicadas se realizaran en el molde de CBR.

• Nota: una gráfica semi-logarítmica de Densidad Seca vs Energía de Compactación (f t-lb/f t3) ( generalmente es una línea recta cuando se coloca en la escala log la energía de compactación este tipo de gráfico es muy útil para establecer la t energía de compactación y el Nº de golpes por capa que se necesitan para relacionar una Densidad Seca requerida y un rango de contenido de agua (% w ).



4- Para obtener el CBR se requiere realizar los ensayos siguientes: • Compactación preparar tres (3) especímenes, los cuales compactaran en

moldes de 6” (152,4 mm) a la misma humedad (Humedad de mezcla) y a tres (3) diferentes energías (Nº de golpes).

• Expansión mediante la inmersión y saturación de los especímenes. • Penetración de cada uno de los especímenes, compactados a diferentes

energías de compactación (Nº de golpes).

5- Se pesa el molde de CBR con la base sin collarín en la balanza y apreciación de ? 1 g (0,002 lb ), anote valor en la hoja de registro, (peso molde).

6- Se Inserta el disco espaciador dentro del molde y se ensambla el collarín al cuerpo del mismo.

7- Se coloca encima un disco de papel de filtro grueso en sustitución del disco de malla Nº 200 (0,074 mm)

8- A cada espécimen agregue un volumen de agua equivalente a la humedad de mezclado, normalmente corresponde a w op del ensayo de compactación. Si el espécimen está húmedo, determinar la humedad higroscópica y determinar el agua a añadir.



9- Se mezcla el agua con el material usando cucharón y guantes de goma hasta lograr una repartición uniforme de la humedad.

10- Se introduce cada uno de los tres especímenes de suelos dentro de bolsas

plásticas y se guarda por un periodo no menor de 12 horas, para lograr una redistribución uniforme de la humedad, especialmente si se trata de suelos finos.

11- Después del período de curado se toma una porción representativa de cada

espécimen, se procede a determinar su contenido de humedad y a anotarla en la planilla del ensayo como % de humedad de compactación. Los valores de la humedad, esencialmente para suelos finos, no deben variar en ± 0 ,5 % de la humedad de mezclado. Si no es así deben descartarse los especímenes y preparar otras. Ejemplo: Humedad de Mezclado: 12% Rango de Humedades : 12,5 % ---1 1,5%

12- Se coloca una porción del espécimen dentro del molde de CBR y se tapa la porción restante con un paño húmedo para evitar la pérdida de humedad.

13- Se debe compactar con martillo en la periferia y centro, distribuyendo el número de golpes en cada capa



14- Cada espécimen se elaborará con igual número de golpes por capa, preparando

tres especímenes con diferentes números de golpes. Normalmente el Nº de golpes elegido es 56, 25 y 10. Sin embargo si el ensayo de compactación se realizó en un molde de 4” (101,6 mm) es posible que sea necesario aumentar el número de golpes de 56 a 75, u otro Nº de golpes para lograr la DMS requerida. El número de capas y las dimensiones del martillo de compactación corresponde al método de compactación realizado previo a este ensayo (ASTM D698 - Próctor Standard - o ASTM D1557 - Próctor Modificado). Cuando se usa un molde de compactación de 101,6 mm (4”) para el ensayo de compactación, la densidad puede ser ligeramente mayor a la obtenida usando el molde de 6” (152, 4 mm), por lo que puede ser necesario compactar la capa con valores mayores a 56 golpes, digamos 6 5 golpes u otros valores hasta lograr densidades mayores a la requerida. El espécimen compactada tiene 11 6,43 mm (4, 53”) de altura.

15- Se repite el proceso hasta lograr compactar las cinco capas de iguales espesores. El proceso se repite para las otras dos especímenes que se compactaran respectivamente con 25 golpes y 10 golpes del martillo. El plano superior de la última capa estará a 13 mm por encima de la unión del molde con el collarín para facilitar el enrasado del espécimen.

16- Se retira el collarín y se procede a enrasar con la regla metálica el material excedente sobre la parte superior del molde. En caso de quedar irregularidades en la superficie se rellenarán con material sobrante pasante tamiz # 4.

17- Se retira el disco espaciador y se coloca en la base un disco de papel de filtro grueso de 6” (152,4 mm) de diámetro en sustitución de la malla # 200.



18- Se Invierte el molde de modo que la superficie enrasada quede hacia abajo y ensamble a la base o plato perforado

19- Se procede a pesar el conjunto e n una balanza de 20 kg y 1 g de apreciación y anote resultado en una hoja de registro (peso molde + Suelo húmedo inicial).

20- Si es necesario se coloca otro disco de papel de filtro grueso (diámetro 6'), sobre la superficie libre del espécimen y se deja reposar unos 30 minutos.

21- Se coloca el disco perforado y vástago ajustado sobre el espécimen y luego las pesas para producir una sobrecarga similar a la producida por la estructura del pavimento a construirse. La sobrecarga mínima a emplear es de 4,54 kg (10 lb).



22- Se ensambla el collarín y se coloca el trípode sobre el molde y el extensómetro sobre el vástago graduable. Moviendo la parte graduable del vástago se coloca el reloj comparador en una lectura convenida.

23- Se retira el trípode y extensómetro y se

sumerge cada uno de los tres moldes en el tanque de saturación apoyados sobre rejilla metálica o plástica y no directamente sobre el fondo del tanque para que circule el agua por debajo de los moldes. Para que los especímenes se saturen completamente se mantendrá el nivel de agua unos 25 mm por encima del nivel superior de cada espécimen (dentro y fuera del molde).

24- Se coloca el trípode con el extensómetro en la parte superior del molde y anote la lectura inicial en la hoja de registro (Lectura Hora o minutos). Cada 24 horas y por un periodo de 9 6 horas (4 días) se tomaran y anotaran lecturas de reloj comparador. Algunos suelos arenosos poco plásticos pueden necesitar per iodos más cortos de saturación en cambio ciertos suelos arcillosos pueden requerir períodos mayores de 4 días para estabilizar su expansión.

25- Tomada la última lectura se retira trípode y extensómetro y se saca cada uno de los moldes y cuidadosamente póngalos a drenar durante 15 minutos sin perturbar los especímenes



26- Se debe secar bien el molde para eliminar el agua adherida y retire pesas, disco perforado, papel de filtro y collarín y se pesa el molde y el espécimen en una balanza de 20 kg y 1 g de apreciación y se anota el resultado en hoja de registro (peso Molde + Suelo Húmedo Final).

27- Se coloca el mol de en la prensa con las mismas pesas de sobrecarga usadas para la inmersión. Para evitar que el desplazamiento del suelo blando obstruya el agujero de las pesas se instala primero la pesa anular de 5 lb (2,27 kg) e inmediatamente se asienta el pistón en la prensa sobre el espécimen aplicando una carga no mayor de 10 lb (4,54 kg), Se coloca el resto de las pesas alrededor del pistón. Se lleva a cero el dial del reloj comparador que mide la deformación (penetración) y el del que mide la carga aplicada después de aplicar la carga de asentamiento.

28- Se aplica la carga del pistón a una rata de 0,05 pulg /min (1,27 mm/min) y se registra en la planilla de ensayo las cargas para cada una de las siguientes penetraciones: 0,025" (0,64 mm); 0,050" (1,27 mm); 0,070" (1,91 mm); 0,100" (2,54 mm); 0.200" (5,08 mm); 0,300" (7 ,62 mm); 0,400" (10,16mm) y 0,500" (12,70 mm)



29- Se descarga la prensa, se baja el molde y se remueve las pesas y base, y se procede a sacar el espécimen del molde con extracción

30- Se toma una porción de suelo a unos 1" (25 mm) por debajo del tope del núcleo y

determine % de humedad. Se registra este valor en la hoja de ensayo (% de Humedad en Inmersión). Si desea mayor precisión se debe tomar otra muestra en la base y determinar la humedad promedio.

Para los cálculos, gráficos y resultados, se procede de la siguiente manera:

i) Para la Compactación • Volumen de Agua de Mezclado (V )

ü Espécimen seco Vw = (Ws * wh)/ Row, (cm3) (1)

ü Espécimen húmedo Vw = (Wh/(1 + w h)) * ((w m - w h)/ Row), (cm3) (2)

Donde: wm = Humedad de mezclado en centesimal (%wm /100), generalmente

corresponde a la humedad óptima del ensayo de compactación (wop/100) wh = Humedad higroscópica, en centesimal Ws = Peso seco (g) Wh = Peso espécimen húmedo (g) Row = Densidad de agua 1g/cm3

• Densidad Húmeda ( GAMMAh)

ü Gammah = (Wh/Vm) * 1000, kg/m3 (3) Donde:

Wh = Peso húmedo (g) Vm = Volumen molde (cm3)



• Humedad (W) ü Humedad de Compactación (wc) wc = ((Wh – Ws)/Ws) * 100 (4) ü Humedad después de la Inmersión

ws = ((Wh – Ws)/Ws) * 100 (5)

• DENSIDAD SECA (GAMMAS) DE COMPACTACION ü GAMMAs = ((Gammah)/ (1 + wc / 100)) , (kg /m3 ) (6) ü wc = (%wc)/100

ii) Para La Expansión ó Hinchamiento • La expansión porcentual del espécimen (%Exp.) es la relación entre su variación de

altura (Lf - Li) durante la inmersión y su altura inicial.

ü % Exp. = ((Lf – Li)/H) * 100 (7) Donde: Lf = Lectura final del extensómetro Li = Lectura inicial (al empezar el período) H es la Altura del espécimen compactado

iii) Para la Penetración • Esfuerzo De Deformación o de Penetración

Normalmente las cargas aplicadas se miden en anillos dinamométricos los cuales son calibrados (hojas de calibración) para transformar la lectura del reloj comparador (mm o pulg.) en kilogramo fuerza o libra fuerza. Esta relación debe ser una línea recta por la que se puede obtener un factor de conversión (Fc) expresado en kg/mm o lb/in . El área del pistón es constante (1935 mm 2 = 3 in2). Se puede definir una constante (K) para cada anillo (K = Fc/A) que multiplicada por cada lectura del reloj comparador permite obtener los esfuerzos de deformación (Sigma). Para cada uno de los tres ensayos de penetración se representa en un gráfico una relación entre la resistencia a la penetración (psi o MPA) en el eje de las ordenadas contra la penetración (pulg. o mm) en el eje de las abscisas resultando en vez de una recta que es el comportamiento de dicha representación, una curva a causa de asentamientos y ajustes del material u otras causas al comienzo del ensayo, con una apreciable inflexión o curvatura en la parte inicial. Si esta inflexión es hacia arriba (curvas 2 y 3) se requiere corregir los esfuerzos de penetración tanto para 0,1" (2,54 mm) como para 0.2" (5,08 m).



Para corregir la curva se trazará una tangente al punto de inflexión (punto. Máximo pendiente) que se prolonga hasta interceptar el eje de las abscisas, que representará el nuevo origen, los nuevos valores corregidos se efectuaran sobre la curva original desplazando las deformaciones de Fi, 1” y 2”.

iv) Curva de Esfuerzo – Deformación (Resistencia a la Penetración –

Profundidad de Penetración)

El CBR se define como una relación porcentual entre la carga unitaria del suelo (a esfuerzo de penetración) y la carga unitaria de una piedra triturada y bien gradada (carga unitaria patrón). Por norma el valor del CBR se establece para penetraciones o deformaciones de 0,1" (2,54 mm) y 0,2" (5,08 mm). Para estos valores el esfuerzo unitario patrón es respectivamente de 1000 psi (70,49 kg/cm2) y 1500 psi (105,68 kg/cm 2) luego:



Ejemplo: ü % CBR 0,1 = ((Sigma 0,1”, (psi))/ 1000 psi) * 100 (8) ü % CBR 0,2 = ((Sigma 0,2” (psi))/ 1500 psi) * 100 (9)

Se calculan estos valores para cada una de los tres especímenes compactadas a distintas energías de compactación y se anotan en la hoja de registro (Valores de CBR).

v) Capacidad soporte CBR

• CBR Para un Contenido de Humedad

Con los datos obtenidos de los tres especímenes, graficar el CBR vs Densidad Seca, relacionándolos como se observa en la grafica 2. Determinar el valor del CBR al porcentaje a la densidad seca que se requiera.

• CBR para un rango de humedades

Graficar los datos de las tres energías de compactación (Nº de golpes) como se muestra en la figura. Los datos así graficados representan la respuesta del suelo en el rango de humedad (% w) deseada. Seleccionar el CBR como valor más bajo entre el contenido de agua (% w) deseado y que tenga una Densidad Seca mínima requerida y Densidad seca alcanzada por la compactación en el rango de humedades.



XI. Corte Directo (ASTM –D-3080 / N.L.T. 202)

El objeto de este ensayo es determinar los parámetros de resistencia a los esfuerzos cortantes de un suelo como lo son el ángulo de fricción interna (FI) y la cohesión (c). El Principio básico de la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos radica en producir un estado de esfuerzos lo mas sencillo posible. Uno de los métodos más comunes usados para determinar estos esfuerzos es el ensayo de Corte Directo La ejecución del ensayo es simple. Una probeta de suelo se rompe a esfuerzo cortante bajo el efecto de un esfuerzo normal vertical y una fuerza cortante horizontal, estando impedidas las deformaciones laterales. Generalmente se ensayan tres probetas bajo tres esfuerzos normales diferentes, para poder establecer una relación entre la resistencia al esfuerzo cortante y los esfuerzos normales. El ensayo de Corte Directo es utilizable para la determinación de la máxima resistencia al corte y además la resistencia residual a lo largo de planos conocidos de baja resistencia en el material. El método de corte directo tiene la particularidad de que los recorridos para el drenaje a través



de la muestra de ensayo son cortos y permiten mejor y más rápidamente la disipación de las presiones de poros. Este ensayo puede realizarse sobre todo los tipos de suelos, con muestras imperturbadas y remoldeadas. El procedimiento rápido tiene una duración de 3 días. Definiciones de Términos Específicos de este Ensayo:

Desplazamiento Lateral relativo: Es el desplazamiento horizontal y a velocidad constante que ocurre entre los marcos en los cuales esta dividido la caja de corte. Rotura: Es la condición de esfuerzo al corte para un espécimen de ensayo. La rotura a menudo corresponde al esfuerzo máximo de corte, o al es fuerzo de corte al 15% 0 20% del desplazamiento lateral relativo.

MUESTRA ANTES Y DESPUES DEL ENSAYO

Dependiendo de la conducta del suelo y la aplicación en el campo, puede usarse otro criterio conveniente. Corte Directo: Método de ensayo que consiste en poner un espécimen de prueba en la maquina de corte directo, mientras aplicamos un esfuerzo normal predeterminado, manteniendo saturado o drenado el espécimen de prueba, o ambos, consolidamos el espécimen bajo el esfuerzo normal, abriendo los marcos que sostienen el espécimen de prueba, y aplicando un desplazamiento horizontal a una velocidad constante y midiendo el esfuerzo de corte y las deformaciones horizontales mientras el espécimen se va cortando.


1- Maquina de corte , con anillo de carga y control de velocidades.



2- Caja de corte y anillo con sus piezas. 3- Estufa eléctrica con control de temperatura regulable105ºC – 110ºC. 4- Balanza calibrada con sensibilidad de 0.01gr. (± 2 décimas de error). 5- Dos micrómetrosde deformación de 0.01 mm de apreciación para medir las

deformaciones (horizontal y vertical) 6- Vernier 7- Cronómetro 8- Cápsulas para determinar humedad 9- Piedras porosas


1- La muestra usada para la realización de la probeta, debe ser lo suficientemente grande para preparar como mínimo 3 especimenes iguales. Se debe preparar los especimenes en un cuarto húmedo para evitar perturbaciones o pérdidas por humedad.

2- Deben tomarse precauciones en la preparación de los especimenes para evitar alteración en su estructura normal.

3- Se debe determinar el peso inicial de la muestra para el cálculo posterior del contenido de humedad y densidad seca.

4- El diámetro mínimo de las muestras circulares o el ancho mínimo para muestra rectangulares debe ser alrededor de 50 mm, o no menos de 10 veces el tamaño máximo de las partículas internas. La altura mínima de la muestra será de 12 mm, pero no menos de un sexto del tamaño máximo de las partículas de suelo. La relación mínima diámetro -espesor o ancho espesor, según la muestra debe ser 2:1. Si después de realizar un ensayo con una muestra imperturbada, se observa que en su interior hay partículas mayores que la permitida, se anotara esta observación en la planilla de registro y en el informe.

5- Las muestras imperturbadas a usar en el ensayo de corte puede ser proveniente de monolitos, perforaciones o cualquier otro tipo de muestreo que provea muestras imperturbadas. Dichas muestras hay que manejarla cuidadosamente para evitar alteraciones, cambios en la sección transversal o pérdida de humedad. Cuando se deban tallar muestras deberá realizarse siempre que sea posible en cuarto húmedo para prevenir la perdida de humedad. Cuando los extremos de la probeta queden irregulares debido a la existencia de gravilla o desmoronamiento de las muestras se deberá rellenar las oquedades con materiales provenientes del tallado.

6- Las probetas remoldeadas o compactadas se



pueden preparar probetas remoldeadas o compactadas en un molde de corte cilíndrico o cuadrado de dimensiones conocidas y que cumpla con los requisitos exigidos para la realización del ensayo, el material a utilizar se compacta a una humedad y densidad determinada. Después de que las probetas han sido compactadas se extrae del molde y se determina su peso y dimensiones.

INSTRUMENTOS PARA LA

PREPARACION DE LAS MUESTRAS

7- Medir la altura inicial de la probeta

8- Medir el diámetro inicial de la muestra. (Si la muestra es cuadrada mida sus lados)

9- Pesar la probeta en la balanza con sensibilidad de 0.01 gr. (Peso de la Muestra + anillo) – Peso del anillo)

10- Inmediatamente se debe colocar la muestra en la

caja de corte, con los marcos alineados. La muestra se debe colocar dentro de la caja de Corte en el siguiente orden: Fondo, disco perforado, piedra porosa, muestra, piedra porosa, disco perforado y bloque aplicador de carga, debiendo quedar igual a como se ilustra en



la figura

11- Seguidamente se instala la caja de corte en la maquina de corte directo

12- Se debe colocar el puente de carga sobre la muestra y ajustar el micrómetro de deformación vertical

13- Se debe saturar la muestra adicionando agua hasta que cubra la piedra porosa superior (por un lapso no menor de una hora.

14- Se coloca la carga de consolidación (Esfuerzo normal), sin liberar la carga

15- Una vez colocada la carga se debe ajustar el micrómetro de deformación vertical o de consolidación en cero



16- Se debe liberar la carga de Consolidación y tomar la lectura final del tiempo de consolidación. (En el ensayo rápido se estima un tiempo mínimo de una hora).

17- Después de realizada la Consolidación retire los alfileres de alineamiento de los marcos de corte

18- Se debe ajustar el micrómetro de deformación horizontal hasta que haga contacto con la caja de corte

19- Se debe colocar el cero del dial de carga o rotura

20- Para el ajuste del dial de carga se debe colocar en cero el dial de deformación horizontal.



21- Ajustar el dispositivo de control de velocidad para comenzar el ensayo

22- Finalmente, se toman las lecturas del micrómetro de carga y del dial de deformación horizontal y registrarlas

23- El ensayo se da por terminado cuando la muestra ha llegado a la falla o cuando se tenga un desplazamiento horizontal del 15% de la longitud o diámetro de la muestra, y al haber determinando las lecturas de deformación

24- Posteriormente al final del ensayo, se debe desmontar la muestra de la misma forma que se realizo el montaje



25- Se debe tomar una porción de la muestra, colocarla en un envase tarado y tomar el peso del suelo húmedo, luego se introduce en el horno y se espera a que este seca, para posteriormente volverla a pesar para determinar por diferencia la humedad de la misma

Para los cálculos, gráficos y resultados, se procede de la siguiente manera:

i) Area de la Probeta (A) • Para muestras cilíndricas se calculará usando la formula del área del cilindro:

A = D2 * Pi /4 (1) Donde: D = Diámetro promedio de la probeta Pi /4 = 0.7854

• Para muestras rectangulares o cuadradas se debe usar la siguiente formula: A = Largo x Ancho (2)

ii) Volúmen de la Probeta (V) • El volumen será igual al área multiplicada por la altura de la muestra:

V= A * h (3) Donde: A = Área de la muestra. h = Altura de la muestra.

iii) Esfuerzo al Corte (t Thao) • Es la relación entre la carga aplicada a la muestra para producir el corte y el área

de la muestra. t = F /A (4) Donde: F = Carga aplicada a la muestra para producir el corte.



A = Área de la muestra.

iv) Esfuerzo Normal (s Sigma ) • Es la relación entre la carga axial o vertical aplicada a la muestra para producir

la consolidación y el área de la muestra. s = N / A (5) Donde: N = Carga aplicada a la muestra para producir la consolidación A = Area de la muestra

v) Carga de Corte (F) • Calcular la carga de corte multiplicando la lectura del dial de carga por el

factor del anillo. F = La * Fa Donde: La = Lectura del dial del anillo de carga Fa = Factor del anillo

vi) Gráficos • Para el cálculo de Corte Directo es conveniente realizar dos gráficos:

ü Un gráfico donde se coloque la Deformación Unitaria en el eje de las

ordenadas y el Esfuerzo al Corte en el eje de las abcisas para cada uno de los esfuerzos Normales usados.

ü Un gráfico donde se coloque el esfuerzo Normal en el eje de las

ordenadas y el Esfuerzo Cortante en el eje de las abcisas.

vii) Cálculo de la Cohesión y Angulo de Fricción • De la curva Esfuerzo Normal – Esfuerzo Cortante, trazar una recta que una

los dos puntos y extenderla hasta que haga contacto con el eje de las abcisas (Envolvente de Mhor). ü La Cohesión (c) será el valor que arroje este nuevo punto.

ü El Angulo de Fricción (Φ), será la pendiente o inclinación de esta recta

respecto al eje de las ordenadas.



viii) El informe debe incluir lo siguiente: • Identificaron y descripción visual de la muestra, incluyendo la clasificación del

suelo. • Tipo de muestra: Imperturbada, remoldeada o compactada. • Información sobre la obra, como localización, numero de muestra, profundidad,

etc. • Densidad seca, humedad inicial y final. • Caja de corte: Cuadrada o redonda y dimensiones. • Medidas iniciales de la muestra, (inicial y final). • Esfuerzo normal, Esfuerzo de corte, velocidad de deformación y asentamiento o

consolidación. • Gráfico Esfuerzo Corte - Deformación Lateral. • Gráfico Esfuerzo Normal – Esfuerzo de Corte. • Cohesión y Angulo de Fricción.(Obtenido del grafico Esfuerzo Normal - Esfuerzo de

Corte). • Cualquier otro dato que pueda influir en los resultados del ensayo.

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