Manual de Mecanica de Suelo

M a nu a l de 7 mo S eme s tre

[MANUAL DE MECÁNICA DE

2 Facultad de Ingeniería civil |

ÍNDICEPRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS.................. 7

1.1 OBJETIVO ...................................................................................................................... 7

1.2 CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA .................................................... 7

1.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS .................. 9

1.3.1 Suelos gruesos ....................................................................................................... 9

1.3.2 Suelos finos........................................................................................................... 12

1.4 CLASIFICACIÓN DE CAMPO................................................................................... 13

1.4.1 Clasificación de campo de fragmentos de roca .............................................. 13

1.4.2 Clasificación en campo de suelos ..................................................................... 14

1.4.3 Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos ......... 20

1.5 CONCLUSIONES ........................................................................................................ 24

PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL USO DE MALLAS ........................................................................................... 25

2.1 OBJETIVO .................................................................................................................... 25

2.2 EQUIPO Y MATERIAL ............................................................................................... 26

2.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................................... 27

2.4 PROCEDIMENTO DE LA PRUEBA ......................................................................... 29

2.5 PROCEDIMENTO DE CÁLCULO............................................................................. 34

2.6 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 36

2.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 38

2.8 CONCLUSIONES ........................................................................................................ 41

PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Y CONTRACCIÓN LINEAL .......................................................................................................... 42

3.1 OBJETIVO .................................................................................................................... 42

3.1.1 Plasticidad ............................................................................................................. 42

[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11,


3.2 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO .............................................................. 44

3.2.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 44

3.2.2 Preparación de la muestra.................................................................................. 45

3.2.3 Procedimiento de la prueba................................................................................ 46

3.2.4 Procedimiento de cálculo .................................................................................... 49

3.2.5 Procedimiento por el método simplificado ....................................................... 49

3.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO .......................................................... 51

3.3.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes .................................... 51


3.3.3 Cálculos y resultados .......................................................................................... 53

3.4 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO .......................................................... 53


3.5 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL ............................................ 54

3.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 54



3.6 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA............................. 56

3.6.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes .................................... 56


3.6.3 Expresión de resultados...................................................................................... 59





3.9 CONCLUSIONES ........................................................................................................ 64



PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA O PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS SÓLIDOS .......................................................................... 65

4.1 INTRODUCCIÓN......................................................................................................... 65

4.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 67


4.3.1 Suelos arcillosos o cohesivos ............................................................................ 68

4.3.2 Suelos arenosos o no cohesivos ....................................................................... 68

4.4 CALIBRACIÓN DEL MATRAZ .................................................................................. 69

4.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA MALLA

N° 4 71


4.6 PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO EN LA MALLA N°4 73


4.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA MALLA N° 474




4.10 CONCLUSIONES .................................................................................................... 81

PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR ............................................ 85

5.1 OBJETIVO .................................................................................................................... 85

5.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 85


5.4 PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 87





5.7 CONCLUSIONES ........................................................................................................ 96

PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER ESTÁNDAR ......................... 97

6.1 OBJETIVO .................................................................................................................... 97

6.1.1 Generalidades. ..................................................................................................... 97

6.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 98

6.3 PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 99

6.4 CÁLCULOS ................................................................................................................ 103

6.5 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 104

6.6 EJEMPLO DE CÁLCULO......................................................................................... 106

6.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA .......................................................................... 107

6.8 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 108

PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (VRS) ....................... 109

7.1 OBJETIVO .................................................................................................................. 109

7.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR....................................................................... 109

7.3 PROCEDIMIENTO .................................................................................................... 109

7.4 CÁLCULOS ................................................................................................................ 113

7.5 EJEMPLO DE CÁLCULO......................................................................................... 113


7.7 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 116

PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO ............ 117

8.1 OBJETIVO .................................................................................................................. 117

8.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR....................................................................... 117

8.3 PROCEDIMIENTO .................................................................................................... 117



8.4 EJEMPLO DE CÁLCULOS ...................................................................................... 120


8.6 CONCLUSIONES ...................................................................................................... 122

REFERENCIAS.......................................................................................................................... 123



PRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS

1.1 OBJETIVOClasificar los materiales para terracerías, que pueden ser fragmentos de

roca o suelos, mediante pruebas índice, que permiten estimar algunas de las propiedades físicas y mecánicas del material y, con base en éstas, determinar su tipo de acuerdo con un sistema de clasificación de fragmentos de roca y suelos.

1.2 CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCALos fragmentos de roca son todos aquellos cuyo tamaño está comprendido entre

7.5 cm (3”) y 200 cm. Según su tamaño se clasifican como se señala en la

Tabla 2.

Forma

RedondeadaSubredondeada Angulosa LajeadAcicular

TexturaLisaRugosaMuy rugosa

Grado de alteraciónSanosAlteradosMuy alterados

Tabla 1. Características de los fragmentos de roca.



Tipo Subtipos Identificación Símbolode grupo

Frag

men

tos

de

roca

(tam

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m)

Gra

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es

(mayore

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m y

Men

ore

s d

e 2

m)

Fragmentos grandes, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fg

Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos,

predominando losgrandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo.

Fgm

Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos, predominando los

grandes,con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo.

Fgc

Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos y chicos,

predominandolos grandes sobre los medianos y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de

Fgmc

Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos y medianos,

predominandolos grandes sobre los chicos y éstos sobre los medianos, con menos del 10% desuelo.

Fgcm

Med

ian

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M

en

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s d

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cm)

Fragmentos medianos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fm

Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes,

predominando losmedianos sobre los grandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de

Fmg

Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos,

predominando losmedianos sobre los chicos, con menos del 10% de fragmentos grandes o de

Fmc

Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes y chicos,

predominandolos medianos sobre los grandes y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de

Fmgc

Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos y grandes,

predominandolos medianos sobre los chicos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% desuelo

Fmcg

Ch

icos

(mayore

s d

e 7

.5cm

y

Men

ore

s d

e 2

0

cm)

Fragmentos chicos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fc

Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes, predominando los

chicos,con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo.

Fcg

Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos, predominando los

chicos,con menos del 10% de fragmentos grandes o de suelo.

Fcm

Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes y medianos,

predominandolos chicos sobre los grandes y éstos sobre los medianos, con menos del 10% de suelo

Fcgm

Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos y grandes,

predominandolos chicos sobre los medianos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% desuelo

Fcmg

Tabla 2. Clasificación de los fragmentos de roca.


10 Facultad de Ingeniería |

1.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS

Los suelos son materiales con partículas de tamaño menor de 7.5 cm (3”). Se clasifican como se indica en la Tabla 3 de este manual y se explica a continuación, con base en su composición granulométrica y en sus características de plasticidad, representada por los límites de consistencia.

Los suelos se clasifican como suelos gruesos cuando más del 50% de sus partículas son de tamaño mayor que 0.075mm (malla N° 200) y como suelos finos cuando el 50% de sus partículas o más, son de tamaño menor.

1.3.1 Suelos gruesosLos suelos gruesos se clasifican como grava cuando más del 50%

de las partículas de la fracción gruesa tienen tamaño mayor que 4.75 mm (malla N° 4) y como arena cuando el 50% de las partículas o más de la fracción gruesa, son de tamaño menor.

La grava se identifica con el símbolo G (Gravel) y la arena con el

símbolo S (Sand). Ambas a la vez se subdividen en 8 subgrupos:

Grava o arena bien graduada (GW o SW). Si el material contiene hasta

5% definos, cuando se trate de una grava cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es mayor de 4 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como grava bien graduada y se identifica con el símbolo GW. Cuando se trate de una arena cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es mayor de 6 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como arena bien graduada y se identifica con el símbolo SW.

Grava o arena mal graduada (GP o SP). Si el material contiene hasta 5% de finos y sus coeficientes de uniformidad y curvatura, no cumplen con lo indicado en el párrafo anterior, se clasifica como grava mal graduada o arena mal



graduada, según corresponda y se identifica con los símbolos GP o SP,respectivamente.

Grava o arena limosa (GM o SM). Si el material contiene más del 12% de finos y estos son limo, se clasifica como grava limosa o arena limosa, según corresponda y se identifica con los símbolos GM o SM, respectivamente.

Grava o arena arcillosa (GC o SC). Si el material contiene más del 12% de

finosy estos son arcilla, se clasifica como grava arcillosa o arena arcillosa, según corresponda y se identifica con los símbolos GC o SC, respectivamente.

Grava o arena bien graduada limosa (GW-GM o SW-SM). Si el material contiene entre 5% y 12% de finos y estos son limo, se trate de una grava bien graduada limosa y se identifica con el símbolo GW-GM. Cuando se trate de una arena, se clasifica como arena bien graduada limosa y se identifica con el símbolo SW- SM.

Grava o arena mal graduada limosa (GP-GM o SP-SM). Si la grava o la arena son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son limo, se clasifican como grava mal graduada limosa o arena mal graduada limosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GP-GM o SP-SM, respectivamente.

Grava o arena bien graduada arcillosa (GW-GC o SW-SC). Si la grava o la arena cumplen con los requisitos de bien graduadas, excepto que contienen entre 5 y12% de finos y estos son arcilla, se clasifican como grava bien graduada arcillosa o arena bien graduada arcillosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GW-GC o SW-SC, respectivamente.

Grava o arena mal graduada arcillosa (GP-GC o SP-SC). Si la grava o la arena son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son arcilla, se clasifican como grava mal graduada arcillosa o arena mal graduada arcillosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GP-GC o SP-SC, respectivamente.


part

ícul

as


S I S T E M A UNI F I C A DO D E C L A S IFI C A CI Ó N D E S U E LOS ( S . U.C . S .)

INCLUYENDO IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN Tabla

3

DIVISIÓN MAYOR NOMBRES TÍPICOS CRITERIO DE CLASIFICACIÓN EN EL LABORATORIO

SUE

LO

S D

E P

AR

TÍC

UL

AS

GR

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SM

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GR

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fin

as GW Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de

finos

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**

COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Cu: mayor de 4. COEFICIENTE DE CURVATURA Cc: entre 1 y 3.

Cu = D60 / D10 Cc = (D30)2 / (D10)(D60)

GP

Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena con poco o

nada de finosNO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE

GRADUACIÓN PARA GW.

GR

AV

A C

ON

FI

NO

S

Can

tida

d ap

reci

able

de

* GM

dGravas limosas, mezclas de

grava, arena y limo

LÍMITES DE ATTERBERG ABAJO DE LA “LÏNEA A”

O I.P. MENOR QUE 4.

Arriba de la “línea A” y con

I.P. entre 4 y 7 son casos de

frontera que requieren el uso

de símbolos dobles.

u

GC Gravas arcillosas, mezclas de gravas, arena y arcilla

LÍMITES DE ATTERBERG ARRIBA DE LA “LÏNEA A”

CON I.P. MAYOR QUE 7.

AR

EN

AS

Más

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AR

EN

A L

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A

Poc

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ícul

as f

inas

SWArenas bien graduadas, arena con gravas, con poca o nada de finos.

Cu = D60 / D10 mayor de 6 ; Cc = (D30)2 / (D10) (D60) entre 1 y 3.

No satisfacen todos los requisitos de graduación para SWSP Arenas mal graduadas, arena con gravas, con poca o nada de

finos.

AR

EN

A C

ON

FIN

OS

C

anti

dad

apre

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le d

e

* SM

dArenas limosas, mezclas de

arena y limo.

LÍMITES DE ATTERBERG ABAJO DE LA “LÏNEA A”

O I.P. MENOR QUE 4.

Arriba de la “línea A” y con

I.P. entre 4 y 7 son casos de

frontera que requieren el uso

de símbolos dobles.

u

SC Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla.

LÍMITES DE ATTERBERG ARRIBA DE LA “LÏNEA A”

CON I.P. MAYOR QUE 7.

SUE

LO

S D

E P

AR

TÍC

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AS

FIN

AS

Más

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LIM

OS

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RC

ILL

AS

Lím

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or

de 5

0

ML

Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o arcillosos

ligeramente plásticos.

G – Grava, S – Arena, O – Suelo Orgánico, P – Turba, M – Limo C – Arcilla, W – Bien Graduada, P – Mal Graduada, L – Baja Compresibilidad, H – Alta Compresibilidad

CL

Arcillas inorgánicas de baja o media plasticidad, arcillas con

grava, arcillas arenosas, arcillas limosas, arcillas pobres.

OLLimos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad.

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

Lím

ite

Líq

uido

May

or

de 5

0

MHLimos inorgánicos, limos micáceos o diatomáceos, más elásticos.

CH Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas

OH

Arcillas orgánicas de media o alta plasticidad, limos orgánicos

de media plasticidad.

SUELOS

ALTAMENTE ORGÁNICOS P Turbas y otros suelos altamente orgánicos.

** CLASIFICACIÓN DE FRONTERA- LOS SUELOS QUE POSEAN LAS CARACTERÍSTICAS DE DOS GRUPOS SE DESIGNAN CON LA COMBINACIÓN DE LOS DOS SÍMBOLOS; POR EJEMPLO GW- GC, MEZCLA DE ARENA Y GRAVA BIEN GRADUADAS CON CEMENTANTE ARCILLOSO. TODOS LOS TAMAÑOS DE LAS MALLAS EN ESTA CARTA SON LOS U.S. STANDARD.* LA DIVISIÓN DE LOS GRUPOS GM Y SM EN SUBDIVISIONES d Y u SON PARA CAMINOS Y AEROPUERTOS UNICAMENTE, LA SUB-DIVISIÓN ESTA BASADA EN LOS LÍMITES DE ATTERBERGEL SUFIJO d SE USA CUANDO EL L.L. ES DE 28 O MENOS Y EL I.P. ES DE 6 O MENOS. EL SUFIJO u ES USADO CUANDO EL L.L. ES MAYOR QU E 28.



1.3.2 Suelos finosLos suelos finos se clasifican según sus características de plasticidad, en:

Limo (M). El suelo fino se clasifica como limo cuando su límite líquido (LL) y su índice plástico (LP), definen un punto ubicado en las zonas I o III de la Carta de Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el símbolo M (del sueco mo y mjala). Si dicho punto se aloja en la zona I, el material se clasifica como limo de baja compresibilidad y se identifica con el símbolo ML; si se ubica en la zona III, se clasifica como limo de alta compresibilidad y se identifica con el símbolo MH.

Si el material contiene una cantidad apreciable de materia orgánica y el punto definido por su límite líquido y su índice plástico se ubica cercano y por debajo de la línea A de la Carta de Plasticidad, se clasifica como limo orgánico de baja compresibilidad si su límite líquido es menor de 50% y se identifica con el símbolo OL, o como limo orgánico de alta compresibilidad si su límite líquido es mayor y se identifica con el símbolo OH.

Arcilla (C). El suelo fino se clasifica como arcilla cuando su límite líquido y su índice plástico, definen un punto ubicado en las zonas II o IV de la Carta de Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el símbolo C (Clay). Si dicho punto se aloja en la zona II, el material se clasifica como arcilla de baja plasticidad y se identifica con el símbolo CL, si se ubica en la zona IV, se clasifica como arcilla de alta plasticidad y se identifica con el símbolo CH.

Altamente orgánicos (Pt). El suelo se clasifica como altamente orgánico cuando se identifica por su color, olor, sensación esponjosa y frecuentemente por su textura fibrosa; se le denomina turba y se identifica con el símbolo Pt.


[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008

IV

II

7 III

4I

Fig. 1 Carta de plasticidad.

1.4 CLASIFICACIÓN DE CAMPO

La clasificación de los fragmentos de roca y de los suelos en campo se realiza en forma visual, por lo que se requiere experiencia para clasificar los diferentes materiales. La experiencia se obtiene mediante la enseñanza de quien ya la tiene y comparando las clasificaciones hechas en campo con las obtenidas en el laboratorio.

1.4.1 Clasificación de campo de fragmentos de rocaSe estiman los porcentajes de tamaños de los fragmentos de roca,

tomando en cuenta la dimensión mayor de los fragmentos, se la siguiente manera:

Según su tamaño los fragmentos se agrupan como se indica en la Tabla 4.



Se determinan en forma aproximada los porcentajes, en volumen, de cada uno

de los grupos indicados en el párrafo anterior con relación al volumen total y con ellosse clasifican los fragmentos de acuerdo con lo indicado en la Tabla 2 de este Manual.Se estima en los fragmentos de los diferentes grupos, la forma, textura de la superficie y grado de alteración, utilizando para describirlos los adjetivos indicados en la Tabla 1 de este Manual.

Designación Grupo de tamaños (Mayor dimensión delas partículas en cm.)

Chico 7.5 a 20

Mediano 20 a 75

Grande 75 a 200

Tabla 4. Clasificación de campo de fragmentos de roca.

1.4.2 Clasificación en campo de suelos

La clasificación de los suelos en campo, se hace considerando su granulometría,

plasticidad, color y olor, como sigue:

1.4.2.1 GranulometríaSe extiende una muestra seca del material con tamaño menor de 7.5 cm,

sobre una superficie plana con el propósito de estimar, en forma aproximada, los porcentajes de los tamaños de las partículas, forma y composición mineralógica. Para distinguir la grava de la arena se usa el tamaño de 5 mm como equivalente a la malla N° 4 y para los finos basta considerar que las partículas del tamaño correspondiente a la malla N°200 son aproximadamente las más pequeñas que pueden distinguirse a simple vista. Para esto se procede como sigue:

a) Se determina el tamaño de la partícula mayor, que se considera como tamaño máximo.



b) Según su tamaño las partículas de material se agrupan en:

Partículas mayores de 5 mm (grava) Partículas comprendidas entre las de menor tamaño que pueda

observarse a simple vista y 5 mm (arena)

Partículas del menor tamaño que se pueda observar a simple vista (finos) c) Se determinan en forma aproximada los porcentajes de cada uno de los grupos mencionados en el punto anterior con relación al volumen total y con ellos se clasifica el suelo como grava, arena,

fino o sus mezclas, de acuerdo con elcriterio indicado en la Tabla 6 de este Manual.

d) Cuando se aprecia que las partículas de menor tamaño del que puede observarse a simple vista constituyen menos del 5% del volumen total, se estima la graduación del material, como bien graduada cuando se observe una amplia gama de tamaños y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios, y como mal graduada cuando se observe la predominancia de un tamaño o de un rango de tamaños, faltando algunos intermedios.

e) Cuando se aprecia que las partículas de menor tamaño que pueden observarse a simple vista constituyen más del 12% del volumen total, para identificar el grupo fino del material, se toma la fracción del material que pasa la malla N° 40 (0.425 mm); si no se dispone de esta malla, el cribado puede sustituirse por una separación manual equivalente y se procede como se indica en los párrafos de Dilatancia, Tenacidad, Resistencia en estado seco, Color y Olor.

1.4.2.2 Dilatancia

a) De la fracción que pasa la malla No 40 se toma una porción de aproximadamente 10 cm³ y se deposita en la mano donde se le agrega agua en cantidad tal que, al amasarla se obtenga una mezcla de consistencia suave que no presente flujo. Si al efectuar esta operación se excede la cantidad de agua

Fi



agregada, la mezcla se extiende en la mano y se forma con ella una capadelgada que permita la pérdida por evaporación del exceso de agua.

b) Una vez que la mezcla ha obtenido la consistencia deseada, se forma con ella una pastilla como se muestra en la Figura 2.

c) Con la palma de la mano ligeramente contraída se sujeta suavemente la pastilla y se sacude en dirección horizontal, golpeando varias veces y en forma vigorosa la mano que la contiene contra la otra mano, a fin de provocar la salida del agua al a superficie, lo cual queda de manifiesto cuando dicha superficie toma una apariencia lustrosa. Al ocurrir esto, se presiona ligeramente la pastilla con los dedos para provocar que el agua desaparezca de la superficie y ésta pierda su lustre.

d) Se estima la rapidez con que la superficie de la pastilla toma la apariencia lustrosa al golpear, así como la rapidez con que desaparece ese lustre al presionarla. Se reporta la dilatancia como:

Rápida Lenta Nula

Una dilatancia rápida es típica de arena fina y de arena limosa (SM) no plástica, así como de algunos limos inorgánicos (ML). Una dilatancia extremadamente lenta o nula es típica de la arcilla (CL o CH).

Fi



1.4.2.3 Tenacidad

a) De la pastilla a que se refiere el punto b) del párrafo anterior, se toma una porción y se rola con la mano hasta formar un pequeño rollo de aproximadamente 3 mm. de diámetro. Se reamasa el material y se forma nuevamente el rollo, repitiéndose esta operación varias veces para que el material pierda el exceso de agua y el rollo se fragmente, como se ve en la Figura3, lo que indica que el suelo ha alcanzado un contenido de agua similar al dellímite plástico.

b) Se estima el tiempo necesario para que el material alcance el contenido de agua correspondiente al límite plástico, así como la resistencia que opone a ser comprimido el rollo. La tenacidad se reporta como:

Nula (tiempo corto y resistencia muy pequeña) Media (tiempo medio y resistencia media) Alta (tiempo largo y resistencia alta)

Una tenacidad alta es típica de la arcilla (CL o CH), mientras más alta sea la tenacidad, el material será más compresible. Una tenacidad media o nula es típica de limo y limo orgánico.



1.4.2.4 Resistencia en estado seco

a) De la fracción que pasa la malla N° 40 se toma una porción de material, y se forma una pastilla de aproximadamente 4 cm de diámetro y 1 cm de espesor, como la mostrada en la Figura 4.

b) La pastilla se coloca en un medio adecuado para que pierda lentamente su contenido de agua, hasta que se aprecie visiblemente seca; posteriormente se rompe y se desmorona con los dedos. Si al romper la pastilla se observa que aún contiene agua, se continúa con el secado del material y posteriormente se rompen y desmoronan las fracciones.

c) Se estima la dificultad que presenta la pastilla a romperse y desmoronarse; de acuerdo con lo anterior se reporta la resistencia en estado seco como:

Nula Media Alta

Una alta resistencia en estado seco es característica de una arcilla de alta plasticidad (CH). Una resistencia en estado seco nula es típica de un limo (ML o MH).

Figura 4



1.4.2.5 ColorEl color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los distintos

estratos y para identificar tipos de suelo, cuando se posee experiencia. Existen algunos criterios relativos al color, por ejemplo, el color oscuro suele ser indicativo de la presencia de materia orgánica o de su naturaleza básica (ferro magnesiano), y los colores claros y brillantes son más bien propios de suelos ácidos (sílices). En la Figura 5 se muestra una clasificación por color.

Arcilla Arena Limo

Figura 5

1.4.2.6 Olor

Los suelos orgánicos (OL y OH) tienen por lo general un olor distintivo, que puede usarse para su identificación. El olor es particularmente intenso si el suelo está húmedo y disminuye con la exposición al aire, aumentando, por lo contrario, con el calentamiento de la muestra húmeda. Los suelos altamente orgánicos (Turba) prenden estando secos.



1.4.3 Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos

Con toda la información obtenida como se indica en los incisos 1.4.1 y 1.4.2, y anotada en el formato que se muestra en la Tabla 5, se procede a clasificar el material en su conjunto, conforme a los criterios contenidos en las Tablas 2 y 6 de este Manual.

CLASIFICACIÓN DE CAMPO DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS

Obra: Fecha:

Localización: Laboratorista:

Muestra: Fragmentos de roca (Vf):

Sondeo: Profundidad: Suelos (Vs):

FRAGMENTOS DE ROCA

CaracterísticasT a m a ñ o s

Chicos(de 7,5 a 20

cm)

Medianos(de 20 a 75 cm)

Grandes(de 75 a 200

m)

Porcentaje(en volumen)

Forma(Redondeada,

subredondeada, angulosa, lajeada, acicular)

Textura superficial(lisa, rugosa, muy rugosa)

Grado de alteración(sano, alterado o muy alterado)

Clasificación de los fragmentos:(con base en la Tabla 1 de este Manual)



SUELO

Tamaño máximo: (mm) Dilatancia (rápida, lenta o nula):

Grava: (% en masa) Tenacidad (alta, media o nula):

Arena: (% en masa) Resistencia en el estado seco (alta, media o nula):

Finos: (% en masa) Color:

Olor:

Clasificación de finos:

Clasificación del suelo:(con base en la Tabla 6 de este Manual)

Clasificación del material:• Los porcentajes en volumen de los diferentes fragmentos de roca que contenga un material, se determinará en forma estimativa

Tabla 5. Reporte de clasificación de

campo.



Tipos de suelos Símbolode suelo[1]

Denominación común

SU

ELO

S D

E P

AR

TIC

ULA

S G

RU

ES

AS

[2]

Más

de l

a m

itad

del m

ate

rial es

de t

am

añ

o m

ayor

qu

e e

l m

ínim

o q

ue s

e p

ued

e

ob

serv

ar

a s

imp

le v

ista

GR

AV

A

Más

de la m

itad

de la f

racc

ión

gru

esa

es

mayor

de 5

mm

(m

alla

N

° 4

)[3]

Menos del 50% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista

Amplio rango en los tamaños de las partículas y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios.

GWGrava bien graduada, Mezclas de grava y arena, con poco o nada de finos.

Predominio de un rango de tamañoscon ausencia de algunos tamañosintermedios

GP Grava mal graduada, Mezclasde grava y arena, con poco o nada de finos.

Más del 12% respecto altotal son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista

Fracción fina no plástica (paraidentificación véase grupo ML, abajo)

GM Grava limosa, mezclas degrava, arena y limo, mal graduada.

Fracción fina plástica (paraidentificación véase grupo CL, abajo)

GC Grava arcillosa, mezclas degrava, arena y arcilla, mal graduada.

AR

EN

A

Más

de la m

itad

de la f

racc

ión

gru

esa

es

menor

de 5

mm

(m

alla

N°

4)[

3]

Menos del 5% respecto altotal son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista.

Amplio rango de los tamaños departículas y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios

SW Arena bien graduada, arenacon grava y poco o nada de finos.

Predominio de un tamaño o un rangode tamaños con ausencia de algunos tamaños intermedios.

SP Arena mal graduada, arenacon grava y poco o nada de finos.

Más del 12% respecto altotal son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista

Fracción fina no plástica ( paraidentificación véase grupo ML, abajo)

SM Arena limosa, mezclas dearena, grava y limo.

Fracción fina plástica ( paraidentificación véase grupo CL, abajo)

SC Arena Arcillosa, mezclas dearena, grava y arcilla.

SU

ELO

S D

E P

AR

TIC

ULA

S F

INA

S[4

]

Mas

de la m

itad

del m

ate

rial es

son

part

ícu

las

men

ore

s q

ue e

l ta

mañ

o m

ínim

o q

ue s

e p

ued

e

ob

serv

ar

a s

imp

le v

ista

Identificación de la fracción que pasa la malla N° 40 (0.425 mm)

LIM

O Y

AR

CIL

LA

Dilatancia Tenacidad Resistencia enestado seco

Rápida Nula Nula ML Limo y arena muy fina, polvode roca, arena fina limosa.

Lenta Media Nula MH Limo de alta compresibilidad,limo micáceo o diatomáceo

Lenta a nula Media Media CL Arcilla de baja o medianacompresibilidad, arcilla con grava, arcilla arenosa

Nula Alta Alta CH Arcilla de alta compresibilidad

Rápida Media Media OL Limo orgánico de bajacompresibilidad

Rápida a Lenta Media Media OH Limo orgánico de altacompresibilidad

Suelo altamente orgánico Fácilmente identificables por su color, olor, sensación esponjosa yfrecuentemente por su textura fibrosa.

Pt Turba

Tablas 6. Clasificación aproximada.[1] Tratándose de suelos con partículas gruesas, en que él % en masa que pasa la malla N° 200 queda comprendido entre casos de frontera que requiere el uso de símbolo doble, como por ejemplo GW-GC que corresponde a una mezcla de grava y arena bien graduada con arcilla, o SW-SM que corresponde a una arena bien graduada limosa. [2] Las cantidades y porcentajes que se manejan son en volumen.[3] Puede considerarse 5 mm como equivalente a la abertura de la malla N°4.[4] Se estima que las partículas más pequeñas apreciables a simple vista corresponden al tamaño de 0.075 mm (malla N° 200).



Cuando se trate de materiales constituidos por mezclas de fragmentos de roca y suelo, una vez que se han clasificado individualmente como se indica en el párrafo anterior de este Manual, se clasifican dichos materiales combinando los símbolos que corresponden a las porciones que los integran de acuerdo con lo que se indica a continuación:

Cuando los fragmentos de roca contengan más del 10% de suelo, el material se clasificará con símbolo doble.

Si el volumen de suelo es mayor del 50%, el símbolo de éste se antepondrá al de los fragmentos de roca; si el volumen de suelo está comprendido entre 10 y50%, su símbolo se colocará enseguida del símbolo de los fragmentos de roca, como se ejemplifica a continuación:

Ejemplo 1 Ejemplo 2

Un material contiene: Un material contiene:

60% de GC 40% de Fm

40% de Fgm 30% de SM

20% de Fc10% de Fg

Su símbolo será: Su símbolo será:

GC – Fgm Fmcg – SM



1.5 CONCLUSIONES



PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL USO DE MALLAS

2.1 OBJETIVOEl objetivo de esta prueba consiste en separar por tamaños las partículas

de suelo, pasando a través de una sucesión de mallas de aberturas cuadradas y pesar las proporciones que se retienen en cada una de ellas, expresando dicho retenido como porcentajes en peso de la muestra total.

La sucesión de tamaños obtenida mediante el empleo de mallas, da una idea de la composición granulométrica únicamente en dos dimensiones, por lo que las curvas resultantes solo serán representativas de materiales constituidos por partículas de forma equidimensional, si las partículas de un material tienen forma laminar o acicular, es decir, de lajas o agujas, respectivamente, los resultados que se obtengan no serán representativos de los tamaños reales del material, y en consecuencia, de su comportamiento.

La prueba tiene dos variantes, el análisis granulométrico estándar y el análisis granulométrico simplificado, los cuales se describen a continuación.

El análisis granulométrico estándar consiste esencialmente en separar y clasificar por tamaño las partículas que componen el suelo.



2.2 EQUIPO Y MATERIAL Balanza de 20 kg de capacidad y 1 gr de aproximación. Balanza de 2 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación. Charola de lámina. Cucharon de lámina. Horno con termostato para mantener una temperatura constante de 105 ± 5 °C. Cepillo de cerdas. Cepillo de alambre delgado. Desecador de cristal.

Juego de mallas de las siguientes designaciones:

Fra

cció

n

Malla Variación permisible de la

abertura promedio con respecto a la

denominación de la malla

Abertura máxima

permisible para no más del 5%

de las aberturas de la malla

Abertura máxima

individual permisible

Diámetro nominaldel alambre[1]

Designación Abertura nominal

Gra

vas

3” 75.0 ±2.2 78.1 78.7 5.80

2” 50.0 ±1.5 52.1 52.6 5.05

1 ½” 37.5 ±1.1 39.1 39.5 4.59

1” 25.0 ±0.8 26.1 26.4 3.80

¾” 19.0 ±0.6 19.9 20.1 3.30

½” 12.5 ±0.39 13.10 13.31 2.67

3/8” 9.5 ±0.30 9.97 10.16 2.27

¼” 6.3 ±0.20 6.64 6.78 1.82

N° 4 4.75 ±0.15 5.02 5.14 1.54

Are

na c

on

fin

os

N° 10 2.0 ±0.070 2.135 2.215 0.90

N° 20 0.850 ±0.035 0.925 0.970 0.51

N°40 0.425 ±0.019 0.471 0.502 0.29

N° 60 0.250 ±0.012 0.283 0.306 0.18

N°100 0.150 ±0.008 0.174 0.192 0.11

N° 200 0.075 ±0.005 0.091 0.103 0.053

Tablas 7. Juego de mallas.

[1] El diámetro promedio de los alambres que forman cualquier malla, considerados separadamente en cada una

de sus dosdirecciones, no varía de los valores nominales en más de lo

siguientes: 5% para mallas con aberturas mayores de 0.6 mm 7.5 % para mallas con aberturas de 0.6 mm a 0.125 mm 10% Para mallas con aberturas menores de 0.125 mmNota: Todas las medidas están dadas en milímetros.



Tapa y fondo para el juego de mallas. Vaso de aluminio de 1 litro. Agitador de varilla metálica de 6 milímetros de diámetro y 20 cm de longitud. Agitador metálico del tipo Ro-tap. Cloruro de calcio anhidro.

2.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

1. Se obtiene por cuarteo (Figura 6) una porción representativa con peso aproximado de 15 kg, el cual se determina y se anota como Wm (Peso de la muestra), con aproximación de un gramo.

Fig. 6. Cuarteo de la muestra representativa.

2. Cuando se requiere conocer con mayor exactitud el porcentaje de

material que pasa la malla No 200 o bien, en el caso de estudios

especiales, la muestra seca

y disgregada obtenida como se indico en el paso 1, se someterá a un

lavado previo, colocándola en un recipiente provisto de vertedero y

aplicándole una corriente de agua en forma continua y de tal manera

que derrame sobre la malla



Núm. 0.075 convenientemente colocada; durante este proceso la muestra seremoverá en forma adecuada para propiciar el arrastre de la fracción fina, suspendiendo el lavado cuando el agua que salga del vertedero este clara; se dejara escurrir la muestra y a continuación se seca en el horno a peso constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C; posteriormente se saca del horno, se deja enfriar a la temperatura ambiente y se determina su peso registrándolo como W’m (Peso de la muestra después del lavado), con aproximación de 1 gramo. La diferencia entre Wm y W’m (Peso de la muestra antes del lavado) es el peso de la fracción que pasa la malla N° 200.

3. Una vez preparada la muestra como se indicó en los pasos 1 y 2, se criba el material por la malla N° 4, como se muestra en la Figura 7, para separarlo en dos fracciones; se determina el peso de ellas, se anota como Wm1 el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75 y como Wm2 a la fracción que pasa esta malla, ambos con aproximación de 1 gr.

Fig. 7. Muestra el cribado a través de la malla N° 4.

4. Cuando al preparar la muestra no se le haya sometido a un proceso de

lavadocomo se indicó en el paso 2, se corrige el peso de la fracción que pasa la malla No 4, determinando su contenido de agua y se anota como W2. Generalmente no es necesario determinar la humedad W1 de la fracción retenida en la malla N° 4,



secada al sol, debido a que este valor es relativamente pequeño y puededespreciarse sin introducir error de importancia.

Fig. 8. Muestra el secado en el horno para la obtención de la humedad.

2.4 PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA

1. Se criba en forma manual el material retenido en la malla N° 4, a través de las mallas Núm. 75.0, Núm. 50.0, Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5, Núm. 9.5 y Núm. 4.75, comenzando por la mayor abertura y siguiendo el orden en que se indicaron, como se muestra en la Figura 9. Para efectuar esta operación deberá imprimirse a las mallas un movimiento vertical y horizontal, para mantener al material en constante movimiento para que los tamaños menores pasen a través de las aberturas correspondientes. El volumen del material que se coloque en cada malla, deberá ser menor que la capacidad de la misma, con el fin de evitar pérdidas y facilitar el cribado. El paso de las partículas a través de las aberturas de las malla deberá efectuarse libremente. El cribado en una malla deberá suspenderse cuando se estime que el peso de material que pase dicha malla durante 1 minuto no es mayor de 1 gr. Se verificara que las partículas que queden retenidas y que tengan forma de laja o

ig. 10. Muestra la forma de pesar el material retenido en



forma de aguja pueden pasar a través de cada malla, sin forzarlas,acomodándolas con la mano según su dimensión menor, y las que queden atoradas en las tramas, deberán incorporarse a la porción retenida en la malla correspondiente.

Fig. 9. Muestra el cribado del material retenido en la malla N° 4.

2. Se pesan los materiales retenidos en cada una de las mallas Figura 10, se

anotan

los pesos retenidos como Wi, en

gramos.

F las mallas.

3



3. La fracción que pasa la malla N° 4 se cuartea, para obtener el equivalente a 200

gramos de material seco; dicha cantidad se determina previamente aplicando la

siguiente fórmula: ( )

Donde:

Wh = Es el peso de la muestra húmeda equivalente a 200 gr de material seco.

2 = es el contenido de agua del material que pasa la malla Núm. 4.75, expresado

en formadecimal.

4. Se coloca esta muestra en el vaso metálico y se agrega 500 centímetros cúbicos de agua (Figura 11) aproximadamente, dejándose en reposo durante 12 horas, como mínimo.

Fig. 11. Agregando 500 cm (Aproximados) de agua al material.

5. Después de transcurrido este lapso de tiempo, se lava la muestra a través de la malla Núm. 0.075 (N° 200). El lavado se hará agitando el contenido del vaso con la varilla durante 15 segundos, moviéndola en forma de 8 y dejando reposar dicho contenido durante 30 segundos. Inmediatamente después se decanta la suspensión sobre la malla Núm. 0.075 (N° 200), como se muestra en la Figura 12.

ues a la o ma de decan a la suspensión a avés de la



Para facilitar el paso de las partículas final a través de la malla, deberá aplicarsesobre esta un chorro de agua a baja presión.

Fig. 12. M tr f r t r tr 0.

6. Se repite la operación de lavado indicada en el paso 5, hasta que

el aguadecantada salga clara.

7. A continuación se regresa al vaso metálico el material que se haya retenido en la malla Núm. 0.075 (N° 200). utilizando un poco de agua, la que se decantara del vaso al final de la operación, cuidando que no haya arrastre de partículas.

Fig. 13. Muestra la forma de devolver al vaso el material retenido en la malla N° 200.



8. Se seca el material en el mismo vaso metálico, dejándolo en el horno

un lapsono menor de 16 horas, a una temperatura de 105 ± 5 °C, hasta peso constante;



a continuación se saca del horno y se deja enfriar en el desecador de cristalhasta que la muestra tenga una temperatura cercana a la ambiental.

9. Se superponen las mallas a partir de la charola de fondo, en el siguiente orden, Núm. 0.075, Núm. 0.150, Núm. 0.250, Núm. 0.425, Núm. 0.850 y Núm. 2.0. Se vierte el material sobre la malla superior, se coloca la tapa, y se efectúa la operación de cribado, imprimiendo al juego de mallas un movimiento vertical y horizontal, durante 5 minutos; en esta operación es conveniente utilizar el agitador mecánico.

Fig. 14. Muestra la forma de colocar las mallas para efectuar el cribado de material que paso la malla N°4.

10. Se quita la tapa, se separa la malla Núm. 2.0 y se agita sobre una

charola. Hastaque se estime que el peso del material que pase dicha malla durante 1 minuto, no sea mayor de 1 gr. Se vierte sobre la malla Núm. 0.850 el material que pasó la malla Núm. 2.0 y se deposita en la charola. Se repite este procedimiento del cribado adicional con cada una de las mallas restantes. Las partículas que hayan quedado atoradas deberán regresarse a las porciones retenidas correspondientes, cepillando las mallas por al revés. A continuación se pesan los materiales retenidos en cada una de las mallas y se anotan los pesos respectivos como Wj.



2.5 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO

1. Los pesos Wi de las porciones retenidas en cada una de las mallas Núm. 50, Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5, Núm. 9.5 y Núm. 4.75, se expresaran en % del peso de la muestra seca Wd, anotándolos como retenidos parciales y designándolos como “i”. El peso de la muestra seca se determina por medio de la siguiente fórmula:

Dónde:

Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicado en el

paso 1 de la

preparación de la muestra en

gramos.

Wd1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en

gramos, o sea la suma de los pesos Wi; en el caso de que no se lave la muestra, Wd1

se considerara igual a Wm1, en virtud de no haberse tomado en cuenta la humedad

de la fracción gruesa.

Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra seca,

en gramos.

Wm1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75, de la muestra seca,

cuando no se

efectúa la operación de lavado, en

gramos.

Wm2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra húmeda,

en gramos.

2 = Es la humedad de la porción que pasa la malla Núm. 4.75, expresada en

fracción decimal.

Los valores de los retenidos parciales “i” en %, se registran considerándolos hasta el primer decimal. La suma de los pesos Wi mas el de la fracción Wd2 será igual a Wd y la suma de estos pesos, expresados en %, será el 100%, aproximadamente. En el caso de que la muestra haya sido previamente lavada, la suma de los pesos Wi + Wd2 mas el peso del material que pasa la malla Núm.



0.075 (Wm –W’m) debe ser igual a Wd y la suma de estos pesos

expresada en %

con relación a Wd deberá ser aproximadamente igual al 100%;

cuando esteúltimo valor en ambos casos no se obtenga, podrán efectuarse ajustes en formaproporcional para lograrlo.



2. El retenido parcial correspondiente a la malla Núm. 50.0, deberá restarse de

100, para calcular el % de partículas que pasan dicha malla.

3. Después deberán hacerse sustracciones sucesivas, restando el valor inmediato anterior, el % parcial retenido en la malla que le sigue en abertura inferior, con lo cual se irán calculando los % que pasan en cada una de las de las mallas, hasta llegar a la malla Núm. 4.75.

4. A continuación deberá dividirse los pesos Wj, en gramos, retenidos en

cada unade las mallas Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425, Núm. 0.250, Núm. 0.150 y Núm. 0.075, entre el peso de 200 gramos de la muestra seca previamente lavada, después de lo cual deberán multiplicarse los cocientes anteriores por él

% que pasa la malla Núm. 4.75, para obtener los % retenidos parciales

“j”, aproximándolos hasta la primera decima. La suma de los pesos

Wj, restada de

200 gramos, dará el peso del material que pasa la malla Núm.

0.075, el que

deberá expresarse también en % respecto al peso total Wd de la

muestra seca. Estos % se calcularan empleando la formula siguiente:

( )Dónde:

j = Es el retenido parcial en cada malla desde Núm. 2.0 a la Núm. 0.075 y el que pasa la malla

Núm. 0.075 del material seco, en gramos.

Wj = Es el peso del material seco retenido parcialmente en cada malla y el de la

fracción que pasa la malla Núm. 0.075 del material seco, en gramos.

200 = Es el peso en gramos de la muestra seca, obtenida del material que pasa la

malla Núm.

4.75.= Es la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, en %.

Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en gramos.



Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicada en el

paso 1 de la preparación de la muestra, en gramos.



5. Se calcula en forma análoga a la citada en el paso 3, los valores

correspondientes a los % que pasan la malla Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425, Núm. 0.250, Núm. 0.150 y Núm. 0.075, y se dibuja la gráfica correspondiente.

6. Para fines de clasificación de suelos deberá calcularse los coeficientes de uniformidad Cu, y de curvatura Cc, que se emplean para juzgar la graduación del material, por medio de las fórmulas siguientes.

( )Dónde:

Cu= Coeficiente de uniformidad del material, número abstracto.

Cc= Coeficiente de curvatura del material, número abstracto.

D10, D30 y D60 representan los tamaños de las partículas del suelo en milímetros,

que en la

gráfica de la composición granulométrica corresponden al 10 %, 30% y 60%

que pasa, respectivamente. Es decir, D10, D30 y D60 son las abscisas, de la

gráfica de la composición

granulométrica, correspondiente a las ordenadas de 10%, 30% y 60%,

respectivamente.

2.6 EJEMPLO DE CÁLCULOPrácticamente lo que se hará en el ejemplo, será la forma del llenado delformato, la cual se muestra en seguida:



ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DATOS DE LA OBRA

FECHA: 26 de Junio del 2008 OBRA: Alcantarillado sanitario

OPERADOR: Guillermo Arévalo C. LOCALIZACIÓN: Morelia Mich.

CALCULISTA: Guillermo Arévalo C. TRAMO: Km 0+000 a Km 100+000

REVISÓ: Dr. Carlos Chávez N. SUBTRAMO: Km 0+000 a Km 50+000

MATERIALES PARA: Terraplén ORIGEN: Poza rica

MUESTRA TOMADA DE: Banco PRUEBA N°: 1

MUESTRA N°: 1

Masas: De la muestra Wm: 15 290

De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1): 5 850

De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2): 9 440

CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLAN° 4

Masa de:

Recipiente N° 12

Recipiente mas muestra húmeda (W1): 95.03

Recipiente mas muestra seca (w2): 90.43

Recipiente (wt): 19.70

Masa del agua (ww=w1-w2): 4.60

Masa muestra seca (ws=w2-wt): 70.73

Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt): 6.50 %

Material que pasa la malla N°4Malla N° Peso del suelo

retenidoPorcientoretenido parcial

Porciento quepasa

Malla N° Peso del sueloretenido

Porcientoretenido parcial

Porciento quepasa

gr % % gr % %3” 0.00 10 54.0 16.2 44.02" 0.00 20 39.0 11.7 32.31 1/2" 157 1.1 98.9 40 40.4 12.2 20.1

1" 395 2.7 96.2 60 17.8 5.4 14.73/4" 563 3.8 92.4 100 19.5 5.9 8.81/2" 1179 8.0 84.4 200 13.7 4.1 4.73/8" 649 4.4 80.0 Pasa N° 200 15.6 4.7 0N° 4 2910 19.8 60.2 SUMA 200 60.2Pasa N° 4 8864 60.2

SUMA 14714 100

% q

ue p

asa,

en

º



GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN

100100 10

Diámetro en (mm) 1

0.8 mm0.1 0.01

90

80

70

60

50

40

30

20

10

02" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200

Fig. 15. Curva de clasificación.

Nota: en la gráfica de la granulometria se muestra con las las flechas la

forma dede obtener los diametros carateristicos, para el ejemplo mostrado se

obtubo un D30=

0.80 mm.

DIÁMETROS

CARACTERISTICOS

COEFICIENTES DE

UNIFORMIDAD

CLASIFICACIÓN DEL

MATERIAL

CANTIDAD EN %

= 0.17 = 28.0 >De 3” 0.0

= 0.80 = 0.79 G 39.8

= 4.75 S 55.5

F 4.7

Pasa la malla N° 4 20.1

2.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICAEn seguida se muestra el formato para la realización de la práctica por los



alumnos.



ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DATOS DE LA OBRA

FECHA: OBRA:

OPERADOR: LOCALIZACIÓN:

CALCULISTA: TRAMO:

REVISÓ: SUBTRAMO:

MATERIALES PARA: ORIGEN:

MUESTRA TOMADA DE: PRUEBA N°:

MUESTRA N°:

Masas: De la muestra Wm:

De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1):

De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2):

CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLAN° 4

Masa de:Recipiente N°

Recipiente mas muestra húmeda (W1):

Recipiente mas muestra seca (w2):

Recipiente (wt):

Masa del agua (ww=w1-w2):

Masa muestra seca (ws=w2-wt):

Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt):

Material que pasa la malla N°4Malla N° Peso del suelo

retenidoPorcientoretenido parcial

Porciento quepasa

Malla N° Peso del sueloretenido

Porcientoretenido parcial

Porciento quepasa

gr % % gr % %3” 10

2" 20

1 1/2" 40

1" 60

3/4" 100

1/2" 200

3/8" Pasa N° 200

N° 4 SUMA

Pasa N° 4

SUMA

% q

ue p

asa,

en



GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN

100100 10 1Diámetro en (mm) 0.1 0.01

90

80

70

60

50

40

30

20

10

02" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200

DIÁMETROS

CARACTERISTICOS

COEFICIENTES DE

UNIFORMIDAD

CLASIFICACIÓN DEL

MATERIAL

CANTIDAD EN %

= = >De 3”

= = G

= S

F

Pasa la malla N° 4



2.8 CONCLUSIONES



PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Y CONTRACCIÓN LINEAL

3.1 OBJETIVOTiene como objeto conocer las características de plasticidad de la

porción de suelo que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuyos resultados se utilizan principalmente en edificación y clasificación de los suelos.

3.1.1 PlasticidadLos tres estados de la materia que se identifican son: el sólido, el

líquido y el gaseoso. El estado sólido se identifica por su impenetrabilidad, el líquido y el gaseoso se reconocen porque son estados fluidos. Sin embargo, existe un cuarto estado conocido como estado plástico, caracterizado porque a la materia se le puede dar la forma que uno quiera, esto es que puede ser moldeada; ésta es la consistencia que adquiere la masa para hacer pasteles cuando el panadero la trabaja. En los suelos para lograr ese estado es necesario hacer un “remoldeo” del suelo con espátulas y agregarle o quitarle agua hasta lograr la consistencia plástica; de hecho existe un rango de humedades para las cuales el suelo se comporta plásticamente. Incluso se puede hablar de estado intermedios de la materia tales como el semisólido o el semilíquido dependiendo del contenido de agua del suelo remoldeado. Esto se explica esquemáticamente en la Figura 16, para los distintos estados de la materia:

ESTADO SÓLIDO SEMI SÓLIDO PLÁSTICO SEMI LÍQUIDO LÍQUIDO

FRONTERA LC LP LLFig. 16. Estados de un suelo remoldeado haciendo variar su contenido de agua.

NOTA: Como podemos ver dependiendo del contenido de agua, los suelos pueden estar en alguno de los siguientes

cinco(5) estados de consistencia.

1. Estado líquido: es el que presentan los suelos cuando manifiestan las propiedades de una suspensión.



2. Estado semilíquido: cuando los suelos tienen el comportamiento de un fluido

viscoso.3. Estado plástico: en el cual los suelos presentan las propiedades de

plasticidad mencionadas anteriormente.4. Estado semisólido: en el que la apariencia de los suelos es de un

sólido; sin embargo, al secarse disminuye su volumen.5. Estado sólido: en el que el volumen de los sólidos no varía aun cuando se le

someta a secado.

Las fronteras entre los estados de consistencia mencionados anteriormente, fueron establecidas por Atterberg bajo el nombre general de límites de consistencia, los cuales se describen a continuación.

1. LL Límite Líquido: frontera superior entre el estado plástico y el semilíquido.2. LP Límite Plástico: frontera inferior entre el estado plástico y el semisólido.

3. LC Limite de contracción: frontera entre los estados semisólido y sólido

A la diferencia aritmética entre el límite líquido y el límite plástico, se le conoce

como índice plástico (IP). La contracción lineal de un suelo es la reducción de volumen del

mismo, medida en una de sus dimensiones y expresada como porcentaje de la dimensión original, cuando la humedad se reduce desde la correspondiente al límite líquido o hasta la del límite de contracción.

Para conocer las características de plasticidad de los suelos se utilizan el límite líquido, el índice plástico, y la contracción lineal.

Para la determinación del límite liquido de un suelo por el método estándar, se emplea el procedimiento de Casagrande, según el cual se define como limite liquido el contenido de agua de fracción de suelo que pasa la malla N° 0.425 (40), cuando al ser colocada en la copa de Casagrande y efectuar en ella una



ranura trapecial de dimensiones especificas, los bordes inferiores de la mismase ponen en contacto en una longitud de 13.0 mm , después de golpear la copa25 veces, dejándola caer sobre una superficie dura de características especiales, desde una altura de 1 centímetro y a una velocidad de 2 golpes por segundo. En el método estándar el límite líquido se determina de manera gráfica mediante la curva de fluidez, la que se obtiene uniendo los puntos que representa los contenidos de agua correspondientes a diferentes números de golpes, para los cuales la ranura se cierra en la longitud especificada.

3.2 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO

3.2.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro. Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm

de ancho, con punta redonda. Cuenta gotas. Copa de Casagrande calibrada para una altura de caída de 1 cm,

provista de ranuradores, uno plano y otro curvo, con las características que se indican en la norma M-MMP-1-07/07.

8mm 50 mm

20 mm

13 mm

10 mm

5 mm

Vidrio de

reloj.

110 mm

Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación. Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ±5 °C. Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro. Vaso de 0.5 litros de capacidad.

Fig. 17. Muestra el equipo necesario para la llevar a cabo

Fig. 18 P epa ación de la mues a.



Paño absorbente.

3.2.2 Preparación de la muestraEn la preparación de la muestra para determinar los limites de consistencia y la contracción lineal, se emplean 250 gr de material previamente cribados por la malla Núm. 0.425 (Nº 40). La muestra se coloca en un recipiente apropiado, se le agrega agua en la cantidad necesaria para que tome el aspecto de material saturado y se deja en reposo durante 24 horas aproximadamente, en un lugar fresco, cubriendo el recipiente con un paño que se mantendrá húmedo a fin de reducir al mínimo las pérdidas de agua por evaporación.

. r r tr

Fig. 19. Muestra el material homogenizado.

Fig. 20. Muestra el material extendido en la copa de



3.2.3 Procedimiento de la prueba1. Se toma una muestra de 150 gr, aproximadamente, del material

preparado de acuerdo a lo anterior explicado, este material se coloca en una cápsula de porcelana y se procede a homogenizar la humedad con la espátula.

2. Logrado lo anterior se coloca en la copa de Casagrande, previamente calibrada, una cantidad suficiente de material para que una vez extendido con la espátula se tenga un espesor de 8 a 10 milímetros en la parte central de la muestra colocada. Para extender el material se procede del centro hacia los lados, sin aplicarle una presión excesiva y con el número mínimo de pasadas de la espátula.

Fig. 21. Muestra la forma de ranurar el suelo.



3. Se efectúa una ranura en la parte central del material que contiene la copa, con

una pasada firme del ranurador, como se muestra en la Fig. 21, manteniéndolo siempre normal a la superficie del la copa. Si el material se desliza sobre la copa cuando se use el ranurador curvo, podrá darse hasta 6 pasadas profundizando paulatinamente la ranura, de manera que solamente en la última pasada el ranurador toque el fondo de la copa.

4. Se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa, a razón de 2 golpes por segundo y se registra el número de golpes necesarios para que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 mm.

13mm

Fig. 22. Muestra la unión de 13 mm.



5. Una vez logrado lo anterior se toma aproximadamente 10 gr del material de la

porción cerrada de la ranura y se coloca en un vidrio de reloj, para proceder de inmediato a obtener su contenido de agua.

Fig. 23. Muestra la una porción de material para la obtención de la humedad.

6. A continuación y una vez que se ha tomado la muestra para la

determinación de la humedad, se regresa a la cápsula de mezclado lo

que contiene la copa, se lavan y secan tanto la copa como el

ranurador.

7. Enseguida se agrega agua con el cuenta gotas al material contenido en la

cápsula, se homogeniza el material y se vuelven a realizar las etapas anteriores.



Fig. 24. Muestra la forma de agregar agua con él cuenta gotas.



8. La cantidad de agua agregada al material deberá ser en tal forma que las cuatro

determinaciones efectuadas, quedan comprendidas entre 10 y 35 golpes, siendo necesario obtener 2 valores arriba y 2 debajo de 25 golpes. Para consistencias menores de 10 golpes es difícil identificar el momento de cierre de la ranura en la longitud especificada, por otra parte y para más de 35 golpes, se dificulta la ejecución de la prueba.

3.2.4 Procedimiento de cálculoSe dibujan los cuatro puntos correspondientes a cada determinación en

un papel semilogarítmico cuyas abscisas representa en la escala logarítmica, el número de golpes y en las ordenadas, en escala aritmética, los respectivos contenidos de agua. A continuación se traza la línea recta que pase lo más cerca posible de cuando menos tres de los puntos obtenidos; la curva así trazada se denomina curva de fluidez, cuya ordenada correspondiente a 25 golpes, se reporta como límite líquido del suelo, expresado como contenido de agua en por ciento y redondeado al número entero más cercano.

3.2.5 Procedimiento por el método simplificadoEl límite líquido de un suelo por el método simplificado, se determina

conociendo un solo punto de su curva de fluidez. Este método es más sencillo que el método estándar, pero puede ser menos preciso, por lo cual cuando se juzgue necesario se recomienda verificar sus resultados con el método estándar.

3.2.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientesEl equipo es el mismo que para el método estándar.

3.2.5.2 Preparación de la muestra y procedimiento de la pruebaLa prueba se efectúa en términos generales de la misma forma que la

estándar, excepto porque en ésta solo se determina una sola determinación, verificando con dos cierres de ranura y aplicando un número de golpes que este comprendido entre



20 y 30, tomando la muestra correspondiente para la obtención de su contenido deagua.

3.2.5.3 Procedimiento de cálculo

El límite líquido se obtiene empleando el método descrito a continuación.

1. Aplicando la siguiente fórmula.

Donde:

( ⁄ )LL= Es el límite líquido del suelo, expresado como contenido de agua, en porciento.WN= Es el contenido de agua de la muestra respectiva, a la cual le fue aplicado un número N de golpes en la prueba, en porciento.N= Es el número de golpes necesarios para lograr que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 milímetros.

En la siguiente tabla se dan los valores del factor( ⁄ ) , para distintos

valores de

N.

N ( ⁄ ) N ( ⁄ )20 0.974 26 1.005

21 0.979 27 1.009

22 0.985 28 1.014

23 0.990 29 1.018

24 0.995 30 1.022

25 1.000Tabla 8. Factores del límite líquido



3.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO

El limite plástico en el suelo se define como el mínimo contenido de agua de la fracción que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), para que se puedan formar con ella cilindros de 3 mm, sin que se rompan o se desmoronen.

3.3.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes

Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro. Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm

de ancho, con punta redonda. Placa de vidrio con dimensiones mínimas aproximadas de 40 cm de lado y 0.6

cm de espesor. Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación. Alambre de acero, de 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud. Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C. Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro.

3.3.2 Procedimiento de la prueba

1. Se toma una muestra de material preparado de acuerdo con la prueba de LL, a la cual se le da la forma de una pequeña esfera de aproximadamente 12 mm de diámetro, que deberá moldearse con los dedos para que pierda la humedad y se forma un cilindro manipulándolo sobre la palma de la mano, aplicando con los dedos la presión necesaria para tal fin.

2. A continuación, se rola el cilindro con los dedos de la mano sobre la placa de vidrio, dando la presión requerida para reducir su diámetro hasta que este sea uniforme en toda su longitud y ligeramente mayor de 3 mm, la velocidad de rodado deberá ser de 60 a 80 ciclos por minuto, entendiéndose por ciclo un



movimiento completo de la mano hacia adelante y hacia atrás, hasta volver a laposición de la partida.

3. Si al alcanzar dicho diámetro el cilindro no se rompe en varias secciones simultáneamente, su humedad es superior a la del límite plástico. En ese caso se debe juntar todo el material, se forma nuevamente una pequeña esfera, manipulándola con los dedos para facilitar la pérdida de agua y lograr una distribución uniforme de la misma.

4. Se repiten los pasos 1 hasta el 3 hasta lograr que el cilindro se rompa en varios segmentos precisamente en el momento de alcanzar el diámetro de 3 mm. Dicho diámetro se verifica comparándolo con el alambre de referencia.

Fig. 25. Muestra cuando el cilindro se rompe al llegar a un diámetro de 3 mm.

5. En seguida se colocan en un vidrio de reloj todos los fragmentos en

que se halla dividido el cilindro y se efectúa la determinación del

contenido de humedad correspondiente.

Fig. 26. Muestra los fragmentos para determinar la humedad.



6. Para mayor seguridad en los resultados de la prueba, se deberá llevar a cabo

por lo menos 3 determinaciones sucesivas del límite plástico, en cada muestra.

7. Los suelos con lo que no es posible formar cilindros del diámetro especificado, con ningún contenido de agua, se consideran como no plásticos.

3.3.3 Cálculos y resultados

Se reporta como límite plástico del suelo, el promedio de las humedades que concuerden entre sí, dicho promedio se redondea al número entero más cercano.

3.4 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO

El índice plástico en suelo mide el intervalo de variación de la humedad dentro del cual el suelo presenta una consistencia plástica, de acuerdo con los conceptos expresados anteriormente. Los límites líquido y plásticos corresponden a las fronteras superior e inferior de dicha consistencia, respectivamente.

El índice plástico, se define como la diferencia aritmética entre los límites líquido y plástico, se calcula mediante la fórmula siguiente.

Dónde:IP= Es el índice plástico del suelo, en por ciento. LL= Es el límite líquido del suelo, en por ciento. LP= Es el límite plástico del suelo, en por ciento.


Se reporta como índice plástico, el resultado de la ecuación anterior, exceptuando los siguientes casos.

1. Cuando el suelo sea muy arenoso y no pueda determinarse el límite plástico, se reporta el límite plástico y el índice plástico como NP (no plástico).



2. Cuando el límite plástico sea igual o mayor que el límite liquido, se reporta el

índice plástico como NP (no plástico).

3.5 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL

La contracción lineal de un suelo se define como la reducción en la mayor dimensión de un espécimen de forma prismática rectangular, elaborado con la fracción de suelos que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuando su humedad disminuye desde la correspondiente al límite líquido hasta la del límite de contracción, expresada como un porcentaje de la longitud inicial del espécimen.

Para esta determinación se utilizará una muestra preparada como la utilizada para determinar el límite líquido, o bien se aprovechará el material húmedo que haya sobrado de la determinación del límite líquido.


Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro. Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm

de ancho, con punta redonda. Moldes de lamina galvanizada del Nº 16, con sección de 2 por 2 cm y de 10 cm

de longitud.

Calibrador con vernier del tipo Máuser. Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C Grasa grafitada.


1. Se agrega a la muestra agua o material menos húmedo tomando de la porción preparada, hasta lograr que la humedad sea la correspondiente a la del límite líquido, lo cual se verifica empleando la copa de Casagrande y cumpliendo con



la condición de que la ranura se cierre en una longitud de 13 mm precisamentea los 25 golpes.

2. Con el material preparado en las condiciones indicadas se procede a llenar el molde de prueba, al cual se le habrá aplicado previamente una capa delgada de grasa en su interior para evitar que el material se adhiera a sus paredes.

El llenado del molde se efectúa en 3 capas, utilizando la

espátula y golpeándolo después de la colocación de cada capa

contra una superficie

dura; para esto último, deberá tomarse el molde por sus extremos,

procurandosiempre que el impacto lo reciba en toda su base, lo cual se logra conservando paralelismo entre dicha base y la superficie sobre la cual se golpea. En cada caso las operaciones de golpeo deberán prolongarse lo suficiente para lograr la expulsión del aire contenido en la muestra colocada, lo que se pone de manifiesto cuando ya no aparecen burbujas en su superficie.

Fig. 27. Muestra el molde enrazado.

3. A continuación se enrasa el material en el molde utilizado con la

espátula y sedeja orear a la sombra hasta que cambie ligeramente su color, después de lo cual se pone a secar en el horno por un periodo de 18 horas, aproximadamente, a una temperatura de 105 ± 5 °C.



4. Se extrae del horno el molde con el espécimen, se deja enfriar a la temperatura ambiente y a continuación se saca del molde la barra.



5. Finalmente, se mide con el calibrador la longitud media de la barra del material

seco y la longitud interior del molde, con aproximación de 0.01 cm.


La contracción lineal se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula.

Donde:CL= Es la contracción lineal aproximada al decimo más cercano, en %.Li= Es la longitud inicial de la barra de suelo húmedo, que corresponde a la longitud interior del molde, en cm.Lf= Es la longitud media de la barra de suelo seco, en cm.

3.6 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA

El límite de contracción es la frontera entre los estados semi-sólido y sólido, quedando definido como el contenido de agua mínimo para el cual el suelo no retrae su volumen aún cuando pierda o se evapore agua. Observando una gráfica de volumen del suelo en función de su contenido de humedad, observaríamos que todo suelo llega a un punto donde su volumen no decrece aún cuando el contenido de humedad siga disminuyendo. Es este punto, el contenido de humedad que deseamos cuantificar.


Plato de evaporación de porcelana, de aproximadamente 140 mm de diámetro. Espátula o cuchillo, con una hoja flexible de aproximadamente 76 mm

de largo por 19 mm de ancho. Molde cilíndrico, metálico o de porcelana, con el fondo plano y de

aproximadamente 44 mm de diámetro y 12 mm de altura.

Regla de enrase de acero, de aproximadamente 150 mm de largo.



Taza de vidrio de aproximadamente 57 mm de diámetro y 31 mm de altura, con

su borde superior pulido y esencialmente paralela a la base. Placa de vidrio con 3 puntas para sumergir la muestra en el mercurio. Probeta con una capacidad de 25 ml y graduada a 0.2 ml. Balanza con una precisión de 0.01 gr. Mercurio suficiente para llenar la taza de vidrio.

Nota: el mercurio es una sustancia peligrosa que puede causar enfermedad y muerte. La inhalación del vapor del mercurio es un serio riesgo de enfermedad, el mercurio también puede ser absorbido por la piel. El efecto del mercurio es acumulativo.

Las precauciones que se deben tomar para evitar la inhalación del

vapor, es trabajar en un área bien ventilada, así como evitar el contacto

con la piel, usar guantes de látex todo el tiempo. Limpiar los derrames

inmediatamente usando un

procedimiento explícito para el mercurio. Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C.


1. Recubrir el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo,

vaselina o aceite de silicón para prevenir la adherencia de suelo al molde).

2. Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la capacidad del molde en el centro de éste y extenderlo hasta los bordes, golpeando el molde contra una superficie firme recubierta con papel secante o similar.

3. Agregar una porción similar a la primera y golpear el molde hasta que el suelo

este completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie.

4. Agregar material y compactar hasta que el molde este completamente lleno y con exceso de suelo sobre el borde.

5. Enrasar con la regla y limpiar posibles restos de suelo adherido al

exterior del molde.



6. Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el suelo compactado. Restar

el peso del molde determinando el peso del suelo húmedo (Wh). Registrar aproximando a 0.01 gr.

7. Dejar secar lentamente al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se despegue de las paredes del molde o hasta que cambie de color oscuro a claro.

Nota: Se recomienda efectuar el ensaye, hasta el inicio del secado,

en cámara húmeda. Si no se cuenta con este dispositivo se

deben tomar todas las

precauciones necesarias para reducir la

evaporación.8. Secar en horno a 110 5 °C hasta masa constante.

Nota: El secado en horno a 110 5 °C no entrega resultados fiables en suelos que contienen yeso u otros minerales que pierden fácilmente el agua de hidratación o en suelos que contienen cantidades significativas de materia orgánica. En estos casos es recomendable el secado en horno a aproximadamente 60 °C.

9. Pesar el molde con el suelo seco. Restar el peso del molde determinando el peso del suelo seco (Ws). Registrar aproximando a 0.01 gr.

10. Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco.11. Llenar la taza con mercurio hasta que desborde, enrasar

presionando con la placa de vidrio y limpiar los restos de mercurio adheridos al exterior de la taza.

12. Colocar la taza llena de mercurio sobre el plato de evaporación, colocar la pastilla de suelo sobre la superficie del mercurio y sumergirlo cuidadosamente mediante las puntas de la placa de vidrio hasta que ésta tope firmemente contra el borde de la taza (Es esencial que no quede aire atrapado bajo la pastilla de suelo ni bajo la placa de vidrio).

13. En seguida, obtener el volumen de mercurio desplazado por la pastilla de suelo, para esto se pesa y se divide por la densidad del mercurio (γHg = 13.55 g/cm³), registrarlo como volumen de la pastilla de suelo seco (Vs), aproximando a 0.01cm³ (0.01ml).



3.6.3 Expresión de resultados14. - Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de

acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 0.1 %

( )

Donde:W = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %. Wh = Peso del suelo húmedo, gr.Ws= Peso del suelo seco, gr.

15. - Calcular el límite de contracción, del suelo de acuerdo con la fórmula

siguiente, aproximando al 1 %.

( )( )Donde:Wc = límite de contracción, %.W = Humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %. Vh = Volumen de la pastilla de suelo húmedo, cm3 (ml).Vs = Volumen de la pastilla de suelo seco, cm3 (ml).γw = Densidad del agua, gr/cm3

(gr/ml). Ws = Peso del suelo seco, gr.

3.7 EJEMPLO DE CÁLCULO



OBRAS: Físico Matemáticas FECHA: 03 de Julio del 2008

LOCALIZACIÓN: Ciudad Universitaria OPERADOR:

SONDEO N°: ENSAYE N°:

MUESTRA N°: PROF.: CALCULÓ:

DESCRIPCION: Arcilla negra

LÍMITE LÍQUIDOPRUEBAN°

CAPSULAN°

N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO

PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)

------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr %

100 16 35.71 25.97 9.74 8.31 17.66 55.1

42 21 36.35 26.61 9.74 8.58 18.03 54.0

43 33 36.37 26.78 9.59 8.37 18.41 52.1

LÍMITE PLÁSTICOPRUEBAN°

CAPSULAN°


PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)

------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr %

4 ------ -------- -------- 16.34 14.72 1.62 8.12 6.60 24.5

HUMEDAD NATURALPRUEBAN°

CAPSULAN°


PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)

------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr %

CONTRACCIÓN LINEALPRUEBA N° CAPSULA N° LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL CONTRACCION LINEAL

………………………. ………………………. cm cm %

38 10.00 8.33 16.7

CONTRACCIÓN VOLUMETRICAPRUEBAN°

CAPSULAN°

VOLUMENES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO

PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)Vi Vf CV

------------ ------------ Cm3 Cm3 Cm3 ---- gr gr gr gr %

8 17.69 9.24 5.7 48.85 39.37 9.48 21.34 18.03 52.6

CON

TEN

IDO

DE

AGU

A EN



58

57

56

55 16, 55.1

5453.2

53

21, 54

52 33, 52.1

51

505 6 7 8 9 10 20

NÚMERO DE GOLPES

30 40 50

Nota: en la grafica se muestra la forma de obtener el limite liquido en %.RESULTADOS

W (%) LL (%) LP (%) IP (%) CL (%) CV (%)

53.2 24.5 28.7 16.7 52.6

3.8 FORMATO PARA LA PRÁCTICA



OBRAS: FECHA:

LOCALIZACIÓN: OPERADOR:


MUESTRA N°: PROF.: CALCULÓ:

DESCRIPCION:

LÍMITE LÍQUIDOPRUEBAN°

CAPSULAN°


PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)

------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr %

LÍMITE PLÁSTICOPRUEBAN°

CAPSULAN°


PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)

------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr %

HUMEDAD NATURALPRUEBAN°

CAPSULAN°


PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)

------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr %

CONTRACCIÓN LINEALPRUEBA N° CAPSULA N° LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL CONTRACCION LINEAL

………………………. ………………………. cm cm %

CONTRACCIÓN VOLUMETRICAPRUEBAN°

CAPSULAN°

VOLUMENES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO

PESO CAPSULA+SUE

LO SECO

PESO DEL AGUA

PESO DE LA

CAPSULA

PESO DEL SUELO SECO

CONTENID O DE AGUA

(W)Vi Vf CV

------------ ------------ Cm3 Cm3 Cm3 ---- gr gr gr gr %

CON

TEN

IDO

DE

AGU

A EN



58

57

56

55

5453.2

53

52

51

505 6 7 8 9 10 20

NÚMERO DE GOLPES

30 40 50

RESULTADOSW (%) LL (%) LP (%) IP (%) CL (%) CV (%)



3.9 CONCLUSIONES



PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA O PESO ESPECÍFICO

RELATIVO DE LOS SÓLIDOS

4.1 INTRODUCCIÓNEstas pruebas permiten determinar las relaciones masa-volumen

de los materiales respecto a la relación masa-volumen del agua, así como la absorción de los materiales y se utilizan para calcular los volúmenes ocupados por el material o mezcla de materiales en sus diferentes condiciones de contenidos de agua y el cambio de masa del material debido a la entrada de agua en sus poros, con respecto a su condición en estado seco; las pruebas se realizan de distinta manera en la fracción del material retenida en la malla N°4 (Núm. 4.75 mm) y en la porción que pasa dicha malla.

La determinación de las densidades relativas, así como de la absorción, se hace considerando que, si se representa esquemáticamente una muestra de suelo o una partícula gruesa de material pétreo, parcialmente saturadas, formadas por sus fases sólida, líquida y gaseosa, como se indica en la Figura 28 de este Manual, se establecen las siguientes definiciones:

Volúmenes Masas

Va

Vm Vv

Vw

Vs

Fase gaseosa

Fase líquida

Fase sólida

Ww Wm

Ws

D

onde:

Fig. 28. Esquema me una muestra de suelo.

Vm = Volumen del material. Ww = Masa total del material. Va = Volumen de aire.Vs = Volumen sólidos. WS = Masa de los sólidos. Vw = Volumen de volumen de agua. Vv = Volumen de vacios. WS = Masa del agua.

Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco,

Ssat, es unnúmero abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica del material



saturado a la temperatura del lugar, γsat, y la masa volumétrica del agua destilada a

4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar:

D

onde:

( )( ) ( )Ssat = Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, (adimensional)γsat = Masa volumétrica del material saturado y superficialmente seco, (kg/m3)γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m3)ws = Masa de sólidos, (kg)ww = Masa del agua en condiciones de saturación, es decir, el agua que ocupa todos los vacíos, (kg) Vm = Volumen del material, (m3)Vv = Volumen de vacíos, (m3) Vs = Volumen de sólidos, (m3)

Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, Ss, es un número abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica de la fase sólida del material a la temperatura del lugar, γsol, y la masa volumétrica del agua destilada a

4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar:

( )Donde:Ss = Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, (adimensional)γsol = Masa volumétrica de la fase sólida del material, (kg/m3)γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m3) Ws = Masa de sólidos, (kg)

Vs = Volumen de sólidos, (m3)

Absorción del material es la masa del agua o líquido que penetra en los

espacios entre las partículas de un suelo y en las oquedades de las

partículas gruesas, cuando se le deja sumergido en agua a una

temperatura de 15 a 25°C, durante 24 h; se

expresa en por ciento con relación a la masa de sólidos del material.



4.2 EQUIPO Malla N° 4. Balanzas una con capacidad de 5 kg y aproximación de 0.5 gr; y otra con

capacidad de 1 kg y aproximación de 0.1 gr. Canastilla Recipiente adecuado para sumergir la canastilla en agua y saturar el material. Dispositivo de suspensión. Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5°C. Picnómetro Desecador Lienzo Matraz calibrado. Probeta graduada. Termómetro de 0.1°C de aproximación. Fuente de calor. Bomba de vacío. Batidora Cuenta gota o pipeta. Molde de latón o de acero inoxidable. Pisón metálico. Espátula Capsula de porcelana. Embudo Agua Alcohol Éter sulfúrico. Bicromato de potasio. Ácido sulfúrico.



4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA1. De la muestra del material recibida en el laboratorio, se toman aproximadamente

5 kg, los que se secan, disgregan y criban, para separarlos mediante cribado en dos fracciones: el material que se retiene en la malla N°4 y el que pasa por dicha malla, colocando las fracciones en charolas distintas.

4.3.1 Suelos arcillosos o cohesivos2. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por

cuarteo una porción entre 100 y 500 gr.3. Se deposita este material en una cápsula, se adiciona agua

destilada y se mezcla con la espátula hasta obtener una pasta suave.4. Se coloca la pasta en el vaso de la batidora, se agrega agua destilada

hasta completar aproximadamente 250 cm3 y se hace funcionar el aparato durante un lapso de 15 minutos, aproximadamente, para formar una suspensión uniforme.

5. Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se

obtiene su masa y se registra como Wsat, en gr.

4.3.2 Suelos arenosos o no cohesivos6. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una

porción entre 100 y 500 gr.

7. Se seca el material hasta masa constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C y se

deja enfriar a la temperatura ambiente.

8. Se sumerge el material en un vaso con agua limpia a una temperatura de 15 a

25 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas.

9. Se decanta el agua, se extiende el material sobre una superficie plana no absorbente y se aplica una corriente de aire a la vez que se mueve en forma continua para asegurar un secado uniforme.

10. Se coloca el molde cónico sobre una superficie plana apoyándolo en su base de mayor diámetro y se llena con material parcialmente seco, se le aplican



veinticinco golpes suaves con el pisón y se levanta verticalmente el molde. Si elmaterial contiene agua superficial mantendrá la forma cónica; en este caso, se continúa la operación de secado, repitiendo frecuentemente el procedimiento del cono antes descrito, hasta que al levantar éste, el material no mantenga la forma cónica, lo que indicará que no contiene agua superficial. Si al efectuar la prueba por primera vez, el material no mantiene la forma cónica, se le agrega un poco de agua, se mezcla perfectamente y se deja en reposo en un recipiente cubierto, durante un tiempo mínimo de 30 minutos, para después repetir la operación de secado que se indica en este Párrafo.

11. Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se obtiene su masa y se registra como Wsat, en gr.

4.4 CALIBRACIÓN DEL MATRAZPreviamente al inicio de la prueba, se verificará que el equipo por

emplear para el material que pasa la malla N°4 se encuentre calibrado, considerando lo siguiente:

1. Se lava el matraz con una mezcla crónica para eliminar la grasa adherida en su interior. La mezcla crónica para lavado se obtiene disolviendo en caliente 60 gr de bicromato de potasio en 300 cm3 de agua destilada, a la cual se le adicionan en frio 450 cm3 de ácido sulfúrico comercial.

2. Se enjuaga el matraz con agua destilada y se escurre perfectamente, bañando a continuación su pared interior con alcohol para eliminar los residuos de agua.

3. Para finalizar el lavado se enjuaga nuevamente el matraz con éter sulfúrico y con objeto de facilitar su eliminación, se coloca el matraz en un soporte con la boca libre hacia abajo, durante 10 minutos.

4. Se determina la masa del matraz seco y limpio, se registra como Wf, en

gr.5. Con agua destilada a la temperatura ambiente, se llena el matraz hasta

aproximadamente 0.5 cm debajo de la marca de aforo, dejándola reposar durante unos minutos.



6. Se verifica que la temperatura del agua dentro del matraz sea uniforme, para lo cual se toman lecturas con el termómetro a diferentes profundidades. Si la temperatura no es uniforme y la diferencia es menor de 0.2 °C, se tapa el matraz con la palma de la mano y se voltea lentamente procurando evitar la formación de burbujas; finalmente se mide la temperatura del agua colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz y se registra dicha temperatura como to, en°C.

7. Utilizando el cuentagotas o pipeta, se agrega agua destilada hasta que la parte

inferior del menisco del líquido coincida con la marca de aforo.8. Posteriormente, sin tocar o alterar dicho menisco se seca

cuidadosamente el interior del cuello del matraz con el lienzo absorbente enrollado y se determina la masa del matraz lleno de agua, registrándolo como Po, en gr.

9. Siguiendo los pasos de 6 a 8 de la calibración del matraz, se efectúan otras cuatro determinaciones de masa Po del matraz lleno de agua, a las temperaturas de 5 y 10 °C por abajo y 5 y 10 °C por arriba, aproximadamente, de las temperaturas como t-5, t-10, y t5, t10, respectivamente.

10. Finalmente, sobre un sistema de ejes coordenados, se dibuja una curva de calibración para el matraz de prueba, marcando las temperaturas en las abscisas y las masas en las ordenadas, y se traza una curva suave y continua como se ilustra en la Figura 29.



Fig. 29. Curva de calibración del matraz.

4.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA

MALLA N° 41. Se lava la porción del material retenido en la malla N° 4, con el fin de eliminar

cualquier residuo de polvo o material contaminante que contenga.2. Se seca la porción lavada hasta masa constante a una temperatura entre 105 ±

5 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas.3. Transcurrido este tiempo, se extrae del agua el material y se desliza

sobre el lienzo absorbente ligeramente humedecido para secarla superficialmente; las partículas mas grandes se secan en forma individual. La condición de saturación y superficialmente seco se logra cuando las partículas, no obstante que se noten húmedas, han perdido la película brillante visible de agua. Esta operación se llevara a cabo en forma rápida para evitar cualquier pérdida por evaporación.



4. Se obtiene la masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua y se registra

como WC, en gr.5. Se obtiene la masa del material saturado y superficialmente seco y se

registra como W1, en gr.6. Inmediatamente después se coloca el material dentro de la

canastilla de alambre, se sumergen ambos en agua limpia a 23 ± 2°C y se suspende en el centro del platillo de la balanza, por medio del dispositivo previsto para tal fin. La canastilla se sumergirá a una profundidad adecuada para que ésta y el material queden completamente cubiertos por el agua. Cuando se aprecie que no salen burbujas de la canastilla y material sumergidos, se determina la masa del material con la canastilla y se registra como W2, en gr.

7. Se saca del agua la canastilla con el material, se vierte el material en una charola y se coloca dentro del horno a una temperatura de 105 ± 5°C, para su secado hasta masa constante.

8. Después de secado el material, se deja enfriar dentro del desecador

hasta quealcance la temperatura ambiente y a continuación, se determina su masa comoWS, en g.

9. Se determina la masa del material sumergido en el agua restando a la masa W2,

la masa WC, de la canastilla sumergida y se registra como W3, en gr.


Las densidades relativas y la absorción del material retenido en la malla N°4 se calculan como se indica a continuación.

a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente

expresión:

Donde:Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional)



Ws = Masa del material secado al horno, (gr)W3 = Masa del material saturado y sumergido en agua, (gr), se calcula como:

W2 = Masa de la canastilla conteniendo al material saturado, sumergido en el agua, (gr) Wc = Masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua, (gr)

b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente

expresión:

Donde:Wab = Absorción del material, (%)W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (gr) WS = Masa del material secado al horno, (gr)

4.6 PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO EN LA MALLA N°4

Cuando no se requiere mucha precisión en la determinación de la densidad relativa de sólidos, a que se refiere el inciso a) del procedimiento anterior de esta prueba, el volumen del material, se podrá determinar cómo se indica a continuación.

1. Se coloca el picnómetro sobre una superficie horizontal libre de vibraciones y se llena con agua destilada hasta el nivel de derrame, dejando abierto el grifo de salida. Bajo el grifo, en su extremo, se coloca una probeta graduada vacía.

2. Del material saturado y superficialmente seco, se obtiene su masa y se

registra como W1, en gr, se sumerge el material en el picnómetro y

se recolecta en la

probeta graduada el agua desalojada. Al concluir la inmersión del

material, semide sobre la escala de la probeta graduada el volumen correspondiente y registra como Vm, en cm3.

3. Se extrae el material del picnómetro y se coloca en una charola para secarlo en

el horno a una temperatura de 105 ± 5°C durante 20 horas o hasta masa



constante. Transcurrido este tiempo, el material se saca del horno y de dejaenfriar hasta temperatura ambiente.

4. Una vez enfriado, se determina la masa del material seco y se registra como WS, en gr.

4.6.1 Cálculos y resultadosSe reporta como resultado de la prueba, densidad relativa de sólidos, utilizando la

siguiente expresión.

( )

Donde:SS = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional) W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (g) WS = Masa del material secado al horno, (g)Vm = Volumen total del material, (m3)

4.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA

MALLA N° 4

1. Inmediatamente después de preparar la muestra que pasa la malla N°4, utilizando el embudo, se introduce el material en el matraz previamente calibrado, como se muestra en la Figura 30. Posteriormente se llena el matraz con agua destilada hasta aproximadamente la mitad de su capacidad.

Fig. 31 Mues a como se ap ica la sección



Fig. 30. Muestra como se introduce el material al matraz.

2. Empleando el dispositivo de succión, se aplica vacío al matraz durante

15 min, con objeto de extraer el aire atrapado en la muestra, como

se muestra en la Figura 31. Para facilitar este proceso se agita

cuidadosamente la suspensión con un movimiento giratorio del matraz

alrededor de su eje. La succión máxima que

se aplique no deberá exceder de 100 mm de Hg (0.136 kg/cm3). En

caso de nocontar con el dispositivo de succión, utilizando la parrilla eléctrica o fuente de calor, se pone en ebullición el agua del matraz durante 10 min aproximadamente, moviendo al mismo tiempo el material con el agitador mientras hierve, hasta expulsar el aire atrapado.



. tr l .



3. Se deja enfriar el matraz hasta alcanzar la temperatura ambiente y se adiciona el

volumen de agua destilada necesaria para alcanzar la marca de aforo, como se muestra en la Figura 32, y en su caso, se vuelve aplicar el vacio para asegurar que no haya quedado aire atrapado en la muestra, lo cual ocurriría cuando ya no se observe ninguna variación en el nivel del menisco; si es necesario, se quitara o agregara agua destilada utilizando el cuentagotas, de tal forma que el nivel inferior del menisco coincida con la marca de aforo.

Fig. 32. Muestra el matraz después de llenarlo y su pesado.

4. Se secan cuidadosamente la superficie exterior del matraz y el interior

del cuellodel mismo. Para esta última operación se emplea un lienzo absorbenteenrollado, evitando tocar el menisco.

5. Se obtiene la masa del matraz con el material y el agua, registrándolo como,

Wfsw, en gr.

6. Se tapa el matraz y se invierte varias veces en forma cuidadosa con el fin de uniformizar la temperatura de la suspensión, a continuación se coloca el bulbo del termómetro en el centro del matraz, como se muestra en la Figura 33 y se registra la temperatura, misma que es considerada como la temperatura de la prueba tp.



Fig. 33. Muestra la forma de colocar el termómetro.

7. Hecho lo anterior, se vierte toda la suspensión a una capsula de

porcelana, empleando el agua necesaria para arrastrar todas las

partículas de suelo y se deja reposar durante 24 h. Se elimina el agua

sobrante mediante una cuidadosa decantación y se lleva la

muestra al horno para su secado total a masa

constante, a una temperatura de 105 ± 5°C; se determina y se anota

la masaseca de la muestra, WS, en gr.

8. En caso de suelos arenosos o no cohesivos, el periodo de reposo podrá reducirse hasta que se observe limpio el tirante de agua, continuando la prueba en la forma descrita en el paso anterior.

9. Finalmente, utilizando la curva de calibración del matraz, se obtiene la masa del matraz con el agua, en gr, correspondiente a la temperatura de prueba tp y se registra como Wfw.


Se calcula y se reporta como resultado de la prueba lo siguiente:

a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente

expresión:



Donde:Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional) Ws = Masa del material secado al horno, (gr)Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la curva de calibración del matraz, (gr)Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp, (gr)

b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente

expresión:

Donde:Wab = Absorción del material, (%)W1 = Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g) WS = Masa del material secado al horno, (g)




OBRA: COMUNIDAD AJOLOTE

LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN

SONDEO N°: 1 ENSAYE N°: 774

MUESTRA N°: PROFUNDIDAD: 0.90 m

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL:

FECHA: OPERADOR: Erick Oliver

CALCULÓ: Erick Oliver

DENSIDAD DE SOLIDOS

PRUEBA N°

Matraz N° 2 12

Wfsw (gr) 717.5 708.2

Temperatura (°C) 36 35

Wfw (g) 686.616 679.275

Capsula de evaporación N° 2 4

Peso de la capsula + muestra seca

(gr)

275 270

Peso de la capsula (gr) 225 220

WS (gr) 50 50

Ss (adimensional) 2.616 2.37

Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional):Ws = Masa del material secado al horno, (g)Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la curva de calibración del matraz, (g)Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp, (g)

PRUEBA N°

Matraz N°

Wfsw (gr)

Temperatura (°C)

Wfw (gr)

Capsula de evaporación N°

Peso de la capsula + muestra seca

(gr)Peso de la capsula (gr)

WS (gr)

Ss (adimensional)




OBRA:

LOCALIZACIÓN:


MUESTRA N°: PROFUNDIDAD:

DESCRIPCION DEL MATERIAL:

FECHA: OPERADOR:

CALCULÓ:

DENSIDAD DE SOLIDOS



4.10 CONCLUSIONES



PRUEBAS DE COMPACTACIÓN

Se entiende por compactación la aplicación mecánica de cierta energía, o cantidad de trabajo por unidad de volumen, para lograr una reducción de los espacios entre las partículas sólidas de un suelo, con el objeto de mejorar sus características mecánicas. Al obtenerse un mejor acomodo de las partículas sólidas y la expulsión de aire que contiene el suelo, se produce un aumento de su peso volumétrico o específico. Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a su contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación, su peso volumétrico va aumentando, propiciado por la acción lubricante del agua, hasta que llega un momento en el que el peso volumétrico del material seco, calculado a partir del peso volumétrico del material húmedo y de la humedad, alcanza un valor máximo.

Al contenido de agua con el que se obtiene el mejor acomodo de partículas y el mayor peso volumétrico o específico del material seco, para una determinada energía de compactación, se le denomina humedad óptima y al peso volumétrico correspondiente se le designa como peso volumétrico o peso específico seco máximo.

Cuando a partir de esta condición de humedad óptima y peso volumétrico seco máximo, se incrementa el agua para un mismo volumen, el agua con el aire ocuparían el lugar de algunas partículas de suelo, obteniéndose en consecuencia pesos volumétricos que van siendo menores a medida que el agua aumenta. Si en un sistema de ejes coordenados se sitúan los puntos correspondientes a cada peso volumétrico seco con su respectiva humedad y se unen con una curva, quedará representada la variación del peso volumétrico de un material para diferentes contenidos de agua y una misma energía de compactación; ésta curva adopta aproximadamente la forma de una parábola, siendo más pronunciada su curvatura en el caso de suelos arenosos que en los suelos arcillosos.



El contenido de agua óptimo y el peso volumétrico seco máximo de un suelo, también varían con la energía de compactación; cuando ésta se aumenta, se obtienen mayores pesos volumétricos secos máximos con humedades óptimas menores. A su vez, la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo son función del tipo de suelo; los suelos gruesos, para una misma energía de compactación, tienen en general mayores pesos volumétricos y menores contenidos de agua que los suelos finos.

De acuerdo con la naturaleza de los materiales y con el uso que se les pretenda dar, se han establecido procedimientos de prueba para llevar a cabo la compactación de los suelos en el laboratorio, con objeto de referenciar y evaluar la compactación que se alcanza con los procedimientos aplicados en el campo, para determinar el grado de compactación del material. Tomando en cuenta la forma de aplicar la energía al material, las pruebas de compactación que generalmente se emplean son de los siguientes tipos:

Por impactos, como son las pruebas de: Compactación dinámica AASHTO

estándar, Proctor SOP, AASHTO modificada de 3 y 5 capas y los Métodos deCalifornia y de Texas.

Por carga estática, como es la prueba de compactación Porter.

Por amasado, como es el caso del método de compactación de Hveem.

Por vibración, como es el método de compactación en que se utiliza una mesa

vibratoria.

En este manual se verán las pruebas Porter (prueba de compactación por cargaestática) y compactación Proctor AASHTO con sus diferentes variantes, estas sedescriben a continuación:Cada prueba, según su tipo, se realizara compactando el material con el pisón y en el número de golpes que se indique en la Tabla 9, según la variante de la prueba, las cuales se describen a continuación:



c) Variante A, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior.

d) Variante B, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se

compactan en el molde de 152.4 mm de diámetro interior.e) Variante C, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se

compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior.f) Variante D, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se

compacta en el molde 152.4 mm de diámetro interior.

Tipo de prueba Estándar Modificada

Masa del pisón, kg 2.5±0.01 4.54±0.01

Número de capas del material 3 5

Diámetro del pisón, cm 50.8 50.8

Altura de caída del pisón, cm 30.5±0.1 45.7±0.1

Variante A B C D

Tamaño máximo del material, mm 4.75 (N°4) 19.0 (3/4”)

Tamaño de la muestra de prueba, kg 4.0 7.5 4.0 7.5

Diámetro int. Del molde, mm 101.6±0.4 152.4±0.7 101.6±0.4 152.4±0.7

Numero de golpes por capa 25 56 25 56Tablas 9. Juego de mallas.

La variante por usarse se indicará en la especificación para el material que está siendo

probada. Sininguna variante está especificada se utilizará la variante A.



PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR

5.1 OBJETIVODeterminar el peso volumétrico seco máximo (γdmáx.) y la humedad

óptima delsuelo en estudio (Wópt.).

5.2 EQUIPO Molde de forma cilíndrica, de 101.6 ± 0.4 y/o 152.4 ± 0.7 mm de

diámetro interior, según la variante de la prueba que se vaya a realizar.

Pisón de un peso de 2.5 y/o 4.54 kg, según la variante de la prueba. Charola rectangular de 40X70X10 cm. Cápsulas metálicas, con tapa. Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C. Balanza de capacidad mínima de 15 kg y con aproximación a 5 gr; otra con

capacidad mínima de 2 kg y aproximación a 0.1 gr. Probeta con capacidad de 100 ml y/o 500 ml. Malla N° 4 y/o ¾”. Regla o solera para enrasar. Cucharón. Vaso de aluminio. Agua. Aceite y brocha. Estopa para limpieza del molde.

ig. 34 Mues a la po ción de mate ial c ibado por la malla

Figura



5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

1. Después de su secado y disgregado y cuarteo, se separa una porción representativa (como se muestra en la Figura 34) de aproximadamente 4 kg para las variantes A y C, y de aproximadamente 7.5 kg, para las variantes B y D.

F . tr r r r / ”.

2. En el caso de las variantes A y B, el material se criba a través de la

malla N°4(4.75 mm), mientras que para las variantes C y D se hace a través de la malla¾” (19 mm).

3. Se homogeniza perfectamente el material que constituye la porción de la prueba, como se muestra en la Figura 35.



5.4 PROCEDIMIENTO

1. Se pesan las cápsulas de aluminio y el molde de compactación, anotando estos

datos en el registro correspondiente.

2. Se le incorpora la cantidad de agua suficiente (como se muestra en la Figura 36) para que tenga de un 4 a un 6% abajo de la humedad óptima estimada, se uniformiza la humedad.

Figura 36

3. En caso de que se hayan formado grumos durante la incorporación del

agua, serevuelve el material hasta disgregarlo totalmente. Se mezcla cuidadosamente la porción para homogeneizarla y se divide en 3 partes aproximadamente iguales, en el caso de la prueba estándar y en 5 para la prueba modificada.

4. Se coloca una de las fracciones de material en el molde de prueba

seleccionadode acuerdo a la variante de que se trate, con su respectiva extensión, el cual se apoya sobre el bloque de concreto para compactar el material con el pisón, altura de caída y número de golpes correspondiente según la variante de la prueba. Se escarifica ligeramente la superficie de la capa compactada y se repite el procedimiento descrito para las capas subsecuentes.



Fig. 37 y 38. Muestra la forma de compactar el material en el molde.

5. Terminando la compactación de todas las capas, se retira la extensión

del molde y se verifica que el material no sobresalga en un espesor

promedio de 1.5 cm como máximo; de lo contrario la prueba se

repetirá utilizando de preferencia una nueva porción de prueba con

masa ligeramente menor que la inicial, en caso de

que no exceda dicho espesor, se enrasa el molde y se pesa,

registrándolo como: Peso del molde + suelo húmedo.

Fig. 39 y 40. Muestra el procedimiento del paso 5.



Fig. 41 y 42. Muestra el procedimiento del paso 5.

6. Se saca el material del molde, se corta longitudinalmente (como se

muestra en la Figura 43) y de su parte central se obtiene una porción

representativa para determinar su contenido de humedad.

Figura 43

7. Se vacía el suelo húmedo a la primera cápsula de aluminio que se haya

pesado,hasta completar las ¾ partes de su capacidad, la cual se pesa y se registra como:

(Peso de cápsula + suelo húmedo)Las cápsulas se introducen al horno; esto es con el fin de determinar elcontenido de agua para este ensaye.



8. Se reintegra al resto del material que se encuentra en la charola, se disgrega

hasta dejarlo como estaba inicialmente.9. Se le hace el incremento de agua recomendado, que es de un 2% con

respecto al peso inicial de la muestra (4,000 gr); por lo que la cantidad de agua a agregar es:

Cantidad de agua = 4,000 X 0.02 = 80 gr de agua u 80 ml.10. Se distribuye la humedad en forma homogénea y se repite la

compactación como se describió anteriormente; se compacta las veces necesarias hasta que el peso del molde + suelo húmedo de un valor igual o menor que el inmediato anterior.

11. Es recomendable que esta prueba se logre en un mínimo de 4

ensayes y un máximo de 6, con el fin que se logre definir la parábola

de forma completa.

12. Después de 24 hrs. las cápsulas son extraídas del horno y se

pesan,registrándolas como:Peso de cápsula + suelo seco




OPERADOR: CALCULISTA: FECHA:

OBRA: COMUNIDAD EL AJOLOTE TIPO DE PRUEBA: VARIANTE A

LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN MOLDE N°: 4 VOL: cm3 PESO: 1960 gr

SONDEO: 1 ENSAYE N°: 774 P. MARTILLO: 2.5 K g ALTURA CAIDA: 30.5 cm

MUESTRA N°: PROF: 0.90 m N° DE CAPAS: 3 N° DE G. POR CAPA: 25

PRUEBA N° 1 2 3 4 5 6 7 8

Peso del molde + suelo húmedo

(gr)

3375 3475 3480 3440

Peso del molde (gr) 1960 1960 1960 1960

Peso suelo húmedo (g) 1415 1515 1520 1480

Peso especifico húmedo (T/m3) 1.503 1.609 1.614 1.572

Cápsula N° 1 1 1 1

Peso cápsula + suelo húmedo (gr) 200.2 2

17.24

216 2

16.11Peso cápsula + suelo seco (gr) 1

69.55

178.7 1

75.98

174.6

Peso del agua (gr) 30.65 38.54 40.02 41.51

Peso de la cápsula (gr) 116 116 116 116

Peso suelo seco (gr) 53.55 62.7 59.98 58.60

Contenido de agua (%) 57.24 61.47 66.72 70.84

Peso especifico seco (T/m3) 0.956 0.996 0.968 0.920

Relación de vacios: e

Peso del suelo húmedo.( ) ( )Peso volumétrico húmedo en kg/m

3Donde: V = Volumen del molde, en m



Peso del agua.( ) ( )

Peso del suelo seco ( ) ( )

Contenido de agua., en %

Pesos volumétricos secos.

( ) Se grafican los 2 últimos renglones del registro, de la siguiente forma:

En el eje de las abscisas se indican los contenidos de agua (ω) en % y en el ejede las ordenadas los pesos volumétricos secos (γd).En el punto más alto de la parábola, con la horizontal se obtiene el peso volumétrico seco máximo (γdmáx.) y con la vertical se obtiene la humedad óptima (ωópt).

61 63

Peso

esp

ecifi

co s

eco



1.15

1.1

1.05

γdmáx = 0.99

Curva de Cero vacíos de aire(Ss = 2.8)

1

0.95

0.9

0.85

0.855 57 59 65 67 69 71 73

ω (%)

Figura 44. Muestra la forma de obtener γdmáx y ωópt.




OPERADOR: CALCULISTA: FECHA:

OBRA: TIPO DE PRUEBA:

LOCALIZACIÓN: MOLDE N°: VOL: cm3 PESO: gr

SONDEO: ENSAYE N°: P. MARTILLO:

g

ALTURA CAIDA: cm

MUESTRA N°: PROF: N° DE CAPAS: N° DE G. POR CAPA

PRUEBA N° 1 2 3 4 5 6 7 8

Peso del molde + suelo húmedo

(gr)Peso del molde (gr)

Peso suelo húmedo (gr)

Cápsula N°

Peso cápsula + suelo húmedo (gr)

Peso cápsula + suelo seco (gr)

Peso del agua (gr)

Peso de la cápsula (gr)

Peso suelo seco (gr)

Contenido de agua (%)

Peso especifico seco (T/m3)

Relación de vacios: e

Peso

esp

ecifi

co s

eco



ω (%)



5.7 CONCLUSIONES



PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER ESTÁNDAR

6.1 OBJETIVO

En esta práctica el alumno(a) determinará la compactación por carga estática para calcular el Peso Volumétrico Seco Máximo (γdmáx) y la Humedad Óptima de Compactación en suelos con partículas gruesas empleadas en la construcción de terracerías o en arenas y materiales finos (no cohesivos) que tengan un Índice Plástico menor a 6 (IP<6), a los cuales no es posible someterlos a la prueba Proctor.

6.1.1 Generalidades.

En suelos friccionantes es muy común que las pruebas dinámicas produzcan una curva de compactación con una forma inadecuada para la determinación del Peso Volumétrico Seco Máximo y una Humedad Óptima de Compactación. También, para este tipo de suelos existen otras pruebas de compactación en las que usualmente se define una curva de compactación de forma típica, adaptada para los fines que se persiguen.

Una de estas es la prueba de compactación estática, que introdujo O. J. Porter y que alcanzó su forma definitiva alrededor de 1935. En ella se compacta al suelo colocándolo dentro de un molde cilíndrico de 6" de diámetro, el suelo se dispone en tres capas y se acomoda con 25 golpes de una varilla con punta de bala, lo que no significa una compactación intensa, pues la varilla es ligera y la altura de caída que no está especificada es la mínima utilizable por el operador para la manipulación cómoda.

La compactación propiamente dicha se logra al aplicar al conjunto de tres capas

una presión de 140.6 Kg/cm², la cual se mantiene durante un minuto.

Este método de prueba sirve para determinar el Peso Volumétrico Seco Máximo y la Humedad Óptima de Compactación en suelos con partículas gruesas que se



emplean en la construcción de terracerías; también se puede emplear en arenas y enmateriales finos cuyo Índice Plástico sea menor que 6. El método consiste en preparar especímenes con material que pasa la malla de 1”, a los que se le agregan diferentes cantidades de agua y se compactan con carga estática.

La aplicación más importante de ésta prueba en particular es la fabricación de especímenes de suelo que cumplan con las condiciones antes descritas para determinar su Valor Relativo de Soporte (VRS) y también se emplea en la determinación del Grado de Compactación en los casos en que así se requiera. Sin embargo es necesario mencionar que el Valor Relativo de Soporte (VRS) obtenido de la prueba Porter Estándar únicamente servirá como un dato complementario de la calidad de los suelos, esto se explica de manera más detallada en la práctica siguiente donde es analizado precisamente este parámetro.

6.2 EQUIPO

Molde cilíndrico de compactación de 15.75 cm de diámetro interior y 12.75 cm

de altura, provisto de collarín y una base con dispositivo para sujetar el cilindro.

Máquina de compresión con capacidad mínima de 30 toneladas y aproximación

de 100 kg. Varilla metálica de 19 mm de diámetro y 30 cm de longitud, con punta de bala. Placa circular para compactar, con diámetro de 15.45 cm con dispositivos para

sujetarla en la cabeza de aplicación de la carga. Malla de 1”, abertura 25.4 mm. Balanza con capacidad mínima de 20 kg y aproximación de 5 gr. Calibrador con vernier tipo máuser.



6.3 PROCEDIMIENTO

La preparación de la muestra se efectúa como se indica a continuación:

1. De una muestra obtenida en campo, teniendo cuidado de secar el material únicamente lo necesario para facilitar su disgregación, se toma y criba una cantidad suficiente para obtener una porción de 16 kg de material que pasa la malla de 1”.

Figura 45. Muestra el pesado del material.

2. Se divide mediante cuarteo la porción que pase la malla de 1”, en 4 partes con

pesos aproximadamente iguales.

La prueba se efectúa en la forma siguiente:

3. Se toma una de las 4 partes del material y se le incorpora la cantidad de agua necesaria frotando el material entre las manos, para que una vez repartida uniformemente, presente una consistencia tal que, al ser comprimido en la palma de la mano, la humedezca muy ligeramente. Para favorecer lo anterior en algunos casos será necesario dejar el material húmedo un cierto tiempo en reposo, cubierto con una lona húmeda.



Figuras 46 y 47. Muestran la forma de incorporar el agua al material.

4. Se coloca el material humedecido, dentro del molde con su collarín instalado, en

3 capas del mismo espesor aproximadamente y se le da a cada una de ellas 25golpes con la varilla metálica, distribuyéndolos uniformemente.

Figuras 48 y 49. Muestran la forma de colocar el material en el molde.

5. Al terminar la colocación de la última capa, se toma el molde que contiene el material, se coloca en la máquina de compresión y se compacta aplicando lentamente carga uniforme, hasta alcanzar en un lapso de 3 minutos la presión de 140.6 kg/cm2, equivalente a una carga de 26.5 toneladas, aproximadamente; se mantiene esta carga durante 1 minuto y se hace la descarga en el siguiente minuto. Al llegar a la carga máxima se observa la base del molde y si está ligeramente humedecida, el material tiene la Humedad Óptima de Compactación y ha alcanzado su Peso Específico o Volumétrico Máximo.



Figuras 50 y 51. Muestra la maquina de carga y los medidores de presión.

6. Si al llegar a la carga máxima, no se humedece la base del molde, la humedad con que se preparó la muestra es inferior a la óptima y por lo tanto, se toma otra porción representativa del material y se le adiciona una cantidad de agua igual a la del espécimen anterior, más 80 cm3; se mezcla uniformemente y se repiten en ésta los pasos 4 y 5. Se preparan los especímenes que sean necesarios siguiendo los pasos indicados en este subpárrafo, hasta lograr que en uno de ellos se observe el inicio del humedecimiento de la base del molde con la carga máxima, lo cual generalmente se consigue con menos de 4 especímenes.

Figura 52. Muestra la incorporación del agua.

7. Si antes de llegar a la carga máxima se humedece la base del

molde por haberse iniciado la expulsión de agua la humedad con

que se preparó la



muestra es superior a la óptima y en este caso se procede como se indica en elpaso 6, con la diferencia que en lugar de adicionar 80 cm3 de agua, se disminuyen estos 80 cm3 en cada nueva porción representativa del material, hasta lograr que en una de ellas, con la carga máxima, se observa el inicio del humedecimiento de la base del molde.

8. Terminada la compactación del espécimen preparado con la humedad óptima, se retira el molde de la máquina de compresión y se determina la altura del espécimen, he , restando de la altura del molde, la altura entre la cara superior del espécimen y el borde superior del molde; se registra este valor en centímetros con aproximación de 0.1 mm.

Figura 53. Muestra la medición de la muestra.

9. Se pasa el molde de compactación que contiene el espécimen compactado y se

anota dicho peso Wi, en gr, con aproximación de 1 gr.

10. Se saca el espécimen del cilindro, se corta longitudinalmente y de la parte central se obtiene una muestra representativa y se le determina su contenido de agua, Wo, el cual se anota en la hoja de registro.



Figuras 54 y 55. Muestran pesado y secado del material, para la obtención de la humedad.

6.4 CÁLCULOS

1. El volumen del espécimen compactado con la humedad óptima se calcula por medio de la siguiente fórmula:

Dónde:

V= Es el volumen del espécimen, (cm3)Am= Es el área de la sección transversal del cilindro de compactación, (cm2)he= Es la altura del espécimen, (cm)

2. El peso específico húmedo se calcula por medio de la siguiente fórmula:

Dónde:

m= Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm3 = ton/m3)Wi= Es el peso del espécimen húmedo, más el peso del molde de compactación, (gr) Wt= Es el peso del molde de compactación, (gr)V= Es el volumen del espécimen, (cm3)

3. El peso específico seco máximo, dmax, se calcula mediante la siguiente

fórmula:



Dónde:

dmax = Es el peso específico máximo del espécimen en estado seco, en gr/cm3 = ton/m3. Enseguida se muestra la conversión.⁄ ⁄

⁄ ⁄m = Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm3)Wo = Es la humedad óptima del espécimen, (%)

4. Se reporta el peso específico seco máximo dmax, en kilogramos por metro cúbico y la humedad óptima Wo, en porciento (%), como valores correspondientes al material ensayado.

6.5 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES

1. Antes de colocar el material en el molde es necesario aceitar su interior para evitar que se quede adherido en el mismo, además, deberá aceitarse también la placa con que se aplica la carga en la máquina de compresión. La placa del molde Porter deberá encontrarse perfectamente limpia para poder apreciar la salida del agua.

2. La cantidad de agua necesaria para lograr la consistencia deseada en el material ronda alrededor de los 500 mililitros pudiendo variar de acuerdo a la absorción que presenta. Es preciso señalar que los materiales de origen volcánico requieren en algunas ocasiones un volumen muy por encima de esta cantidad.



Figura 56. Muestran la probeta con los 500 mililitros.

3. Es conveniente valerse de una cuña para mezclar perfectamente el

material y lograr con ello un humedecimiento uniforme ya que usando

solo las manos, el material depositado en el fondo de la charola no

alcanza a recibir parte del

amasado.4. Para obtener la altura entre la cara superior del espécimen y el

borde superior del molde (una vez terminada la compactación) se realizan 4 mediciones en puntos diametralmente opuestos con un calibrador vernier. Para hacer estas mediciones el molde Porter no debe tener puesto el collarín.

5. Las causas más frecuentes de error en esta prueba son las siguientes:

Que la distribución del agua en el material no sea uniforme. Que la carga de compactación no se aplique en la forma especificada. Que para fines de estimación de la humedad óptima se considere

como humedecimiento de la base del molde, un exceso de agua libre expulsada al aplicar la carga de compactación.




Datos generales del molde Porter.

No. Molde = 04

Altura del molde (h1) = 12.72 cm

Área del molde (Am) = 191.10 cm2

Peso del molde (Wt) = 6700 gr

Determinación de la altura del espécimen (he).

Lecturas obtenidas con el vernier:

L1 = 2.39 cm L2 = 2.38 cm L3 = 2.41 cm L4 = 2.35 cm

h2 (Lectura promedio) = (2.39 cm + 2.38 cm + 2.41 cm + 2.35 cm) / 4

= 2.38 cm

he = h1 - h2

he = 12.72 cm – 2.38 cm = 10.34 cm

Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos.

⁄( )( )

⁄




Datos generales del molde Porter.

N° Molde =Altura del molde (h1) = Área del molde (Am) = Peso del molde (Wt) =

Determinación de la altura del espécimen (he).

Lecturas obtenidas con el vernier:

L1 = L2 = L3 = L4 =

h2 (Lectura promedio) =he = h1 - h2

he

=

Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos.

( )



6.8 CONCLUSIONES



PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (VRS)

7.1 OBJETIVO

Determinar si el suelo en estudio, tiene la calidad para ser empleado en las capas:base, sub-base y sub-rasante.Para ésta prueba se utiliza un suelo compactado por medio de la prueba Porter.

7.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR Prensa con capacidad de 5,000 kg. Depósito con agua para saturar el suelo compactado. Papel filtro de 15.2 cm de diámetro. Placa circular perforada de 15.2 cm de diámetro. 2 placas circulares de carga de 15.2 cm de diámetro y de 3 kg de

peso cada una. Un trípode metálico para referencia de mediciones. Pistón de penetración de 4.95 cm de diámetro. Extensómetro con carrera de 2.54 cm y una aproximación de 0.01 mm. Cronómetro o reloj. Calibrador con vernier.

7.3 PROCEDIMIENTO

1. Estando el suelo ya compactado, se pone encima un papel filtro, para que no se

erosione, al momento de introducirlo a inmersión total en agua.



Figura 57. Muestran la colocación del papel filtro.

2. Arriba del papel se coloca una placa circular perforada y encima de

ésta, las 2 placas circulares de carga, sobre la extensión del molde

se coloca el trípode, que servirá como referencia de mediciones de

altura y conocer si el suelo presenta expansión.

Figura 58. Muestran la colocación de todos los instrumentos.

3. Se introduce todo el conjunto al depósito con agua, de tal forma que

el moldequede sumergido, con un tirante de 2 cm arriba del borde superior de la



extensión del molde.



Figura 59. Muestran todo el conjunto en el depósito.

4. Utilizando el vernier, se hace una primera lectura de altura, medida

sobre eltrípode hasta la parte central de vástago de la placa circular perforada; anotando esta lectura como (Li), se verifica cada 24 horas y cuando en dos lecturas sucesivas se observe que no hay diferencia, se anota su valor como lectura final (Lf) con aproximación de 0.01 mm.

El período de saturación generalmente varía de 3 a 5 días.

5. Todo lo descrito en el paso 4, es con el fin de determinar el porcentaje de

expansión que puede tener un suelo y se obtiene con la siguiente fórmula: ( )Dónde:Li y Lf son la longitud inicial y final respectivamente del espécimen antes y después de la expansión.he = Altura del espécimen, (cm)

6. Se retira el molde del agua, se le retira la extensión, el papel filtro y

la placa



circular perforada, colocándose en medio de las placas de carga el pistón de penetración, después se coloca el molde en la parte central de la prensa.



Figura 60. Muestran todo el conjunto en la máquina para aplicar la carga.

7. Se coloca el extensómetro que va a indicar las penetraciones

estandarizadas para esta prueba; estas son:

1.27 mm, 2.54 mm, 3.81 mm, 5.08 mm, 7.62 mm, 10.16 mm y

12.70 mm.

8. Se aplica una precarga de 10 Kg e inmediatamente después, sin retirar la carga, se ajusta el extensómetro en cero, para iniciar la penetración vertical del pistón de penetración.

9. Se aplica carga para que el pistón penetre al espécimen a una velocidad de 1.27 mm/minuto, anotando las cargas necesarias para obtener cada una de las penetraciones descritas anteriormente.



7.4 CÁLCULOS

Los resultados se llevan a la gráfica (penetraciones contra carga), obteniéndose la llamada curva de valor relativo de soporte estándar y se obtiene finalmente el resultado de este con la siguiente fórmula:

Dónde:C2.54 = Carga correspondiente a la penetración de 2.54 mm o cualquier otra en Kg.1360 = Equivale a la carga que presentaría un material de buena calidad, para esa penetración; porejemplo: una caliza triturada.

Dónde:Y = Carga en kg.X = Deformación en la celda de carga.


RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg)

X (mm) Y (kg) VRS

1.27 mm 48 447.32 32.891

2.54 mm 84.56 760.45 55.92

3.81 mm 106.76 950.56 69.89

5.08 mm 130.12 1150.67 84.61

7.62 mm 168.61 1480.34 108.85

10.16 mm 200.79 1756 129.12

12.70 mm 230.46 2010.12 147.80


Carg

a


100%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%5%

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Penetración (mm)

NOTA: El sacar el valor de la carga a los 2.54 mm de penetración, como se muestra con las flechas, solose utiliza cuando resultan curvas raras y se tienen que corregir.

Rangos para la clasificación del material, por medio de la

gráfica.

0 a 5% Sub-Rasante Muy mala PRUEBA DE EXPANSIÓN

5 a 10% Sub-Rasante Mala dudosa Muestra N° Altura Inicial Altura Final Expansión

10 a 20% Sub-Rasante Regular a buena 1 cm 3.45 cm 3.39 cm 0.65 cm

20 a 30% Sub-Rasante Muy buena

30 a 50% Sub-Base Buena calidad

50 a 80% Base de regular calidad

80 a 100% Base de buena calidad

Por lo tanto se trata de un material que se puede utilizar para una base de regularcalidad. Con una expansión de 0.65 cm, lo cual quiere decir que es muy baja.

Carg

a




RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg)

X (mm) Y (kg) VRS

1.27 mm

2.54 mm

3.81 mm

5.08 mm

7.62 mm

10.16 mm

12.70 mm

100%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

5%

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Penetración (mm)



7.7 CONCLUSIONES



PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO

8.1 OBJETIVODeterminar el peso volumétrico seco de campo para determinar el grado de compactación.

8.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR Barreta, pico, pala, cincel, mazo, cuchillo, cuchara de albañil y cucharon de

acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura.

Bascula de 20 kg de capacidad y 5 gr de aproximación y otra con capacidad de

2 kg y 0.1 gr de aproximación. Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C. Bolsa de plástico gruesa, para evitar la pérdida de humedad en las muestras. Arena limpia y seca, con partículas densas y redondeadas, cuyo tamaño estén

entre las mallas No 30 y No 20.

8.3 PROCEDIMIENTO1. En la capa compactada se selecciona el sitio donde se va a realizar la

cala o sondeo el cual consiste en hacer una pequeña excavación cuadrada de aproximadamente 20 cm por lado y en todo es espesor de la capa.


ón de la zona pa a hace la excavac ón.


Figura 61. Muestran la marcaci r r i

2. El material producto de la pequeña excavación se deposita en una

bolsa de plástico colocando dentro de ella una etiqueta que contenga

toda la información del sondeo realizado.

Figura 62. Muestran el material obtenido de la excavación.

3. Se vacía la arena en la cala dejándola caer de una altura de 20 cm

hasta llenar totalmente la excavación, la cual se enraza con una

espátula o regla metálica.



Figura 63. Muestran la forma de llenar el agujero con la arena.

4. Se retira la arena que no se utilizó en el sondeo y se rellena la

excavación de lacapa compactada.

Figura 64. Muestran el rellenado del agujero para del sondeo.

5. Al material que se excavo del sondeo se determina su humedad.

Figura 65. Muestran secado para la obtención de la humedad.



8.4 EJEMPLO DE CÁLCULOS1. Se determina el volumen total de la cala, dividiendo el peso de la arena usada entre su peso volumétrico medio.2. Se hace la determinación de los pesos secos, los pesos volumétricos y el % de compactación,

siguiendo la secuela de cálculos que aparecen el la hoja anexa.

LABORATORIO DE: Mecánica de suelos CIUDAD: Morelia CALLE: ----------------------------------------------

CAPA DE: Suelo para terraplén FECHA: 9 de Septiembre 2008 OBRA: --------------------------- P.V.S.S. ARENA: 1.14 Ton/ m3

UBICACIÓN P.V.S (Ton/m3) HUMEDADES (%) (%)

DE

COMP

AC.

PESO (kg) VOL. SOND (cm3)

PESO

VOL.

HÚM.(Ton/m3)

PESO (kg)

LAB. CAM. LAB. CAM. MAT.HUMEDO

ARENAINICIAL

ARENAFINAL

ARENASOND. HÚMEDO SECO AGUA

C.U. 1.8 1.75 25 32.5 97.2 2.485 2.00 0.385 1.615 1416.6 1.754 0.265 0.200 0.065

( ⁄ ),P.V.H. = Peso volumétrico húmedo, ⍵= Humedad en %, P.V.S.C. = Peso volumétrico seco de campo, = Peso volumétrico secomáximo.




LABORATORIO DE: FRACCIONAMIENTO: CALLE:

CAPA DE: FECHA: OBRA: P.V.S.S. ARENA:

UBICACIÓN P.V.S (Ton/m3) HUMEDADES (%) (%)

DE

COMP

AC.

PESO (kg) VOL. SOND (cm3)

PESO

VOL.

HÚM.(Ton/m3)

PESO (kg)

LAB. CAM. LAB. CAM. MAT.HUMEDO

ARENAINICIAL

ARENAFINAL

ARENASOND. HÚMEDO SECO AGUA



8.6 CONCLUSIONES



REFERENCIAS

Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Métodos de Muestreo y

Prueba de Materiales, Clasificación de fragmentos de Roca y Suelos. M-MMP-1-02/03.

Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Granulometría de

Materiales Compactables para Terracerías. M-MMP-1-06/03.Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Límites de

Consistencia. M- MMP-1-07/03.Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Densidades Relativas y

Absorción. M-MMP-1-05/03.Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Compactación AASHTO.

M-MMP-1-09/06.Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Masas Volumétricas y

Coeficientes de Variación Volumétrica. M-MMP-1-08/03.Brajam M. Das, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Thomson

Learning, Sacramento, California.Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma De chihuahua (1989),

Instructivo para efectuar Pruebas en Suelos, Chihuahua, Chihuahua.

Manual de Mecanica de Suelo

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