Guias Todas de Geotecnia i y II para ensayos de lanoratorio

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1 UNIVERSIDAD DE SUCRE 2011 LABORATORIOS DE GEOTECNIA I Y II LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y PAVIMENTOS. Universidad de Sucre ING.  ALVARO  OROZCO

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UNIVERSIDAD DE SUCRE

2011

LABORATORIOS DE

GEOTECNIA I Y II

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELOS Y

PAVIMENTOS.

Universidad de Sucre

I N G .   A L V A R O   O R O Z C O

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INDICE 

Pg.

Practica No. 1. Determinación del análisis granulométrico de los suelos (método

mecánico)………………………………………………………………………………………………………………………  3

Practica No. 2. Determinación del análisis granulométrico de los suelos (método delhidrómetro……………………………………………………………………………………………………………………….  8

Practica No. 3. Determinación de los limites de consistencia o de atterberg de los suelos…  14

Practica No. 4. Determinación de las relaciones volumétricas de los suelos…………………………  20

Practica No 5. determinación del peso unitario de suelos cohesivos………………………………….…  23

Practica No 6. Determinación de la gravedad específica de los sólidos………………………………..  27

Practica No. 7. Ensayo de compactación de suelos: pruebas proctor “método proctor estándar”

y “método proctor modificado”…………………………………………………………………………  32

Practica No.8. Determinación de la densidad del suelo en el campo (control de compactación decampo). “método del cono de arena”………………………………………………………………………………  38

Prática No. 9. Ensayo de permeabilidad cabeza constante…………………………………………………..  43

Prática No 9.1. Ensayo de permeabilidad cabeza variable …………………………………………….……  48

Prática No. 10. ensayo de consolidación……………………………………………………………………………….  52

Prática No. 11. Ensayo de corte directo. ...............................................................................  56

Práctica No. 12. Ensayo de compresión inconfinada…………………………………………………………….  63

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PRACTICA No. 1 DETERMINACION DEL ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LOS SUELOS (METODO

MECANICO).

ASTM D422-63; AASHTO T 88-70

GENERALIDADES

La variedad en el tamaño de las partículas de suelos, casi es ilimitada; por definición, los granos

mayores son los que se pueden mover con la mano, mientras que los más finos son tan pequeños

que no se pueden apreciar con un microscopio corriente.

Debido a ello es que se realiza el Análisis Granulométrico que tiene por objeto determinar el

tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total, lacantidad de granos de distinto tamaño que el mismo contiene.

La manera de hacer esta determinación es por medio de tamices de abertura cuadrada.

El procedimiento de ejecución del ensayo es simple y consiste en tomar una muestra de suelo de

peso conocido, colocarlo en el juego de tamices ordenados de mayor a menor abertura, pesando

los retenidos parciales de suelo en cada tamiz. Esta separación física de la muestra en dos o más

fracciones que contiene cada una de las partículas de un solo tamaño, es lo que se conoce como

“Fraccionamiento”. 

La determinación del peso de cada fracción que contiene partículas de un solo tamaño es llamado“Análisis Mecánico”. Este es uno de los análisis de suelo más antiguo y común, brindando la

información básica por revelar la uniformidad o graduación de un material dentro de rangos

establecidos, y para la clasificación por textura de un suelo.

Sin embargo, debido a que el menor tamaño de tamiz que se utiliza corrientemente es el 0.074 mm

(Malla No. 200), el análisis mecánico está restringido a partículas mayores que ese tamaño que

corresponde a arenas limpias finas.

Por lo tanto si el suelo contiene partículas menores que ese tamaño la muestra de suelo analizada

debe ser separada en dos partes, para análisis mecánico y por vía húmeda (hidrometría).

Por medio de lavado por el tamiz No. 200 y lo que pase por este tamiz será sometido a un análisis

granulométrico por vía húmeda, basado en la sedimentación.

El análisis por vía húmeda se efectúa por medio del hidrómetro que mide la densidad de una

suspensión del suelo a cierto nivel y se basa en el principio de la ley de Stoke

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OBJETIVOS

  Definir la proporción en que se encuentran los tamaños de granos dentro una masa de

suelo.

  Determinar experimentalmente la distribución cuantitativa del tamaño de las partículas de

un suelo.

 

Realizar la curva de distribución granulométrica del suelo estudiado

  Analizar su graduación con base en los coeficientes de uniformidad (Cu) y Curvatura (Cc).

1. 

EQUIPO

  Juego de tamices ( Deben ordenarse en orden decreciente), tapa y fondo.

  Tamizador mecánico (opcional)

  Balanza de 0.1gr. de sensibilidad

 

Horno con temperatura constante de 100 – 110º C. (estufa eléctrica)

  Taras.

  Fuente de agua

PROCEDIMIENTO

a) Material mayor que el tamiz No. 4

1.El material retenido en el tamiz No. 4, se pasa a través de los tamices, 3”, 2 ½”, 2”, 1½”, 1”, ¾”,

½”, 3/8”, No. 4 y fondo, realizando movimientos horizontales y verticales. 

2. Pese las fracciones retenidas en cada tamiz y anótela en el registro correspondiente.

b) Material menor que el tamiz No. 4

1. Ponga a secar la muestra en el horno a una temperatura de 105 a 110º C por un período de

tiempo de 12 a 24 horas.

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2. Deje enfriar la muestra a temperatura ambiente y pese la cantidad requerida para realizar el

ensaye.

3. Disgregue los grumos (terrones), del material con un pisón de madera para evitar el rompimiento

de los gramos.

4. Coloque la muestra en una tara, agréguele agua y déjela remojar hasta que se puedan deshacer

completamente los grumos.

5. Se vacía el contenido de la tara sobre el tamiz No. 200, con cuidado y con la ayuda de agua, lave

lo mejor posible el suelo para que todos los finos pasen por el tamiz. El material que pasa a través

del tamiz No. 200, se analizará por otros métodos en caso sea necesario.

6. El material retenido en el tamiz No. 200 después de lavado, se coloca en una tara, lavando el

tamiz con agua.

7. Se seca el contenido de la tara en el horno a una temperatura de 100 – 110º C por 24 horas.

8. Con el material seco en el paso anterior, se coloca el juego de tamices en orden progresivo, No.

4, No. 10, No. 40, No. 200 y al final el fondo, vaciando el material previamente pesado.

9. Se agita el juego de tamices horizontalmente con movimientos de rotación y verticalmente con

golpes secos de vez en cuando. El tiempo de agitación depende del la cantidad de finos de la

muestra, pero por lo general no debe ser menor de 15 minutos.

10. Inmediatamente realizado el paso anterior pese las fracciones retenidas en cada tamiz, y

anótela en el registro correspondiente.

ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE DATOS

En el análisis por tamices se obtienen los resultados de pesos parciales retenido en cada uno de

ellos Después se calcula los porcentajes retenidos parciales, los porcentajes acumulativos, los

porcentajes que pasan por cada tamiz.

Además es conveniente presentar resultados en forma gráfica que tabular.

La presentación gráfica se efectúa por medio de la curva granulométrica, que es la curva de los

porcentajes que pasa por cada tamiz, esta curva se gráfica en papel semilogarítmico. En las

ordenadas (escala natural del papel) se anotan los porcentajes que pasa y en las abscisas (escala

logarítmica del papel) se anotan los diámetros de los tamices en milímetros.

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FIG. 1 TAMAÑO DE LAS ABERTURAS DE LOS TAMICES NORMALIZADOS.

A partir de la curva granulométrica se puede deducir en primera instancia el tipo de suelo principal

y los componentes eventuales.

Se puede encontrar el diámetro efectivo de los granos (D10); que es el tamaño correspondiente al

10% en la curva granulométrica y se designa como D10.

Otros tamaños definidos estadísticamente que son útiles incluyen D60; D30.

La uniformidad del suelo se puede definir estadísticamente de varias maneras, un índice antiguo

pero útil, es el coeficiente de Uniformidad Cu que se define.

 

Las Gravas bien graduadas tienen Cu >4

Las Arenas bien graduadas tienen Cu >6

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Para clasificación de suelos es útil definir un dato complementario de uniformidad como es el

coeficiente de curvatura (Cc) definido como

Los suelos bien graduados; CC entre 1 y 3

GUIA SUGERIDA

1.  Es siempre posible determinar el Cu y Cc para todos los tipos de suelo? Explique 

2.  Bajo qué condiciones se podría usar el tamizado húmedo en vez del tamizado seco? 

3.  Como puedes rápidamente verificar el resultado del tamizado seco?

4.  Una masa de cenizas volcánicas con granos altamente quebradizos es llevada al laboratorio.

Qué precauciones tomaría para determinar su distribución de tamaño de granos?

5.  Es posible llevar a cabo un análisis por tamizado de una muestra de arcilla? Explique

REFERENCIAS

  Joseph Bowles, Manual de laboratorio de

  Braja M. Das, Fundamentos de Ingeniería geotécnica,

  Jean Pìerre Bardet, Experimental Soil Mechanics,

  Normas ASTM. (D 421-58 y D 422-63)

  Normas AASHTO (T 88-70 y T 87-70)

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PRACTICA No. 2 DETERMINACION DELANÁLISIS GRANULOMETRICO DE LOS SUELOS (METODO DEL

HIDRÓMETRO.

(ASTM D422-63; AASHT0 T 88-70)

GENERALIDADES:

El método más usado para hacer la determinación indirecta de porcentajes de partículas que pasanel tamiz No. 200 (0.075 mm.), hasta 0.001 mm, es el HIDRÓMETRO basado en la sedimentación deun material en suspensión en un líquido, el hidrómetro sirve para la determinación de la variaciónde la densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del gramode tamaño más grande correspondiente a la densidad media.

El análisis del hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída entre las esferas de unfluido, el diámetro de la esfera, el peso especifico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidaddel fluido, en la forma expresada por la ley de Stokes.

El “tamaño” obtenido en este ensayo, es el de la esfera equivalente, que decanta a la mismavelocidad de las partículas de suelo fino.

OBJETIVO:

  Familiarizar al estudiante con un método para obtener aproximadamente la distribucióngranulométrica de los suelos finos.

  Representar gráficamente la distribución cuantitativa del tamaño de las partículas finas de unsuelo.

  Definir la proporción de arcilla y limos presentes dentro una masa de suelo.

EQUIPO:  Balanza de sensibilidad 0.1 gr

  Probeta de sedimentación de 1000 ml

  Hidrómetro (preferiblemente modelo 152H)

  Agente dispersante (hexametafosfato de sodio)  Recipiente para realizar la dispersión del suelo

  Termómetro

  Cronómetro

PROCEDIMIENTO:

1.  Tomar exactamente 50 gr de suelo secado al horno y pulverizado y mezclarlo con 125 ml desolución al 4% de NaPO3 (Hexametafosfato de sodio).

2.  Colocar la mezcla en el vaso de una máquina batidora y mezclarlo por espacio de 1 minuto

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3.  Transferir el contenido del vaso de la batidora a la probeta de sedimentación, teniendo muchocuidado de no perder material en el proceso. Añadir agua común hasta completar la marca de1000 ml de la probeta. Prepara la probeta patrón de control con agua común y 125 ml de lasolución dispersante al 4% “o la misma que se usó en el paso Nº 1”. Verificar que la temperatura

del agua común sea igual para ambos recipientes, el de sedimentación y el de control.

4.  Tomar un tapón de caucho Nº 12 (usar la palma de la mano si no hay tapón disponible) paratapar la boca de la probeta donde se encuentra en suspensión de suelo y agitarla

cuidadosamente por cerca de 1 minuto. Poner sobre la mesa la probeta, remover el tapón ytomar lecturas a intervalos de tiempo de 1, 2, 3, 4, 8, 15, 30, 60 minutos, y 2, 4, 8, 16, 32, 64, 96,horas

Los intervalos sugeridos de tiempo para la toma de las mediciones después de 2 horas decomenzado el ensayo son solo aproximados, ya que en realidad cualquier tiempo seríaadecuado siempre y cuando sea tomado con suficiente espaciamiento para permitir unadispersión satisfactoria de los puntos en la gráfica.

5.  Colocar el hidrómetro y el termómetro en el recipiente de control (el cual debe encontrarse auna temperatura que no difiera en más de 1ºC de la mostrada por el recipiente con lasuspensión de suelo). Tomar una lectura para la corrección por menisco en el hidrómetro dentro

de la probeta de control

6.  Registrar la temperatura de la suspensión suelo agua con una precisión de 1ºC para cadamedición del hidrómetro.

Entre lectura y lectura del hidrómetro se debe guardar éste y el termómetro en la probeta decontrol (la cual debe estar a la misma temperatura)

ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE DATOS1.  Aplicar las correcciones de menisco a las lecturas del hidrómetro y obtener la altura de caída de

las partículas “L” (tabla 6-5).2.  Si Gs es desconocido, suponer un valor razonable entre 2.68 y 2.74. Con Gs y la temperatura

del ensayo para cualquier lectura del hidrómetro, entrar en la tabla 6-4 para obtener el valorcorrespondiente de K. Con los valores de K, L y el tiempo transcurrido t, para dichas lecturas,calcular los valores para D utilizando la ecuación

3.  Si Gs no es igual a 2.65, es posible calcular una constante a  por la expresión:

4.  Utilizando el valor corregido de Rc=R real  – Corrección de cero + Corrección por temperaturaen la ecuación

Porcentaje más fino=Rc a/Ws x 100 por ciento

Calcular el porcentaje de material más fino correspondiente al diámetro de partícula D del paso 1

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5.  Utilizar los datos de tamaño de partículas “D” y porcentaje más fino para dibujar la curva

correspondiente a la distribución del tamaño de granos, bien sobre el formato en el que sedibujó la curva de distribución granulométrica del método mecánico o sobre un nuevo formatode suelo usado.

GUIA SUGERIDA

  La ley de Stokes se aplicaría a la caída de partículas de una arena gruesa en una probeta desedimentación?

 

El análisis por hidrómetro determina exactamente el tamaño de las partículas de un suelo?  Por qué usted corrige la distancia de caída de las partículas durante el análisis por hidrómetro?

  Qué modificaciones serian requeridas si uno llevara a cabo un análisis por hidrómetro en unaprobeta de 2000 ml en vez de una probeta de 1000 ml

  Qué forma es asumida para las partículas de suelo cuando se interpretan los resultados de unanálisis por sedimentación? Es esta suposición aplicada a las partículas de arcilla?

REFERENCIA

  Bardet, Jean Pierre. Experimental Soil Mechanics

 

Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica,

  Normas ASTM. (D 421-58 y D 422-63)

  Normas AASHTO (T 88-70 y T 87-70)

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PRACTICA No. 3 DETERMINACION DE LOS LIMITES DE CONSISTENCIA ODE ATTERBERG DE LOS SUELOS.

(ASTM D 4318-93 , AASHTO T 89-90 y T 90-87

GENERALIDADES:Las propiedades de un suelo formado por partículas finamente divididas, como una arcilla

no estructurada, dependen en gran parte de la humedad. El agua forma una películaalrededor de los granos y su espesor puede ser determinante del comportamientodiferente del material.

Cuando el contenido de agua es muy elevado, en realidad se tiene una suspensión muyconcentrada, sin resistencia estática al esfuerzo cortante; al perder agua va aumentando

esa resistencia hasta alcanzar un estado plástico en que el material es fácilmente

moldeable; si el secado continúa, el suelo llega a adquirir las características de un sólido

 pudiendo resistir esfuerzos de compresión y tensión considerable.

Arbitrariamente Atterberg marcó las fronteras de los cuatro estados en que pueden

 presentarse los materiales granulares muy finos mediante la fijación de los siguienteslímites: Líquido (L.L),Plástico (L.P.), y de contracción (L.C.) y mediante ellos se puede

dar una idea del tipo de suelo en estudio.

Puede considerarse que los límites de Atterberg son ensayos de laboratorio normalizadosque permiten obtener los límites del rango de humedad dentro del cual el suelo se

mantiene en estado plástico. Con ellos, es posible clasificar el suelo en la Clasificación

Unificada de Suelos (Unified Soil Classification System, USCS) y también en laClasificación de la AASHTO de carreteras. Estos límites son válidos para suelos finos y

 para la porción de finos de suelos granulares.

Para la determinación de estos límites es necesario remoldear la muestra de suelodestruyendo su estructura original, por lo que es absolutamente necesaria una descripción

 previa del suelo en sus condiciones naturales. Para realizar los límites de Atterberg se

trabaja con todo el material menor que la malla Nº 40 (0,42 mm). Esto quiere decir queno sólo se trabaja con la parte fina del suelo (< malla Nº 200), sino que se incluye

igualmente la fracción de arena fina.

Definicionesa) Límite Líquido (wL ó LL): contenido de humedad del suelo en el límite entre el

estado líquido y plástico.

 b) Limite Plástico (wp ó LP): es el contenido de humedad del suelo en el límite entre losestados semi-sólido y plástico.

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c) Índice de Plasticidad (IP): es la diferencia entre los límites líquido y plástico, es

decir, el rango de humedad dentro del cual el suelo se mantiene plástico:

OBJETIVOS  Introducir al estudiante al procedimiento de la determinación de los límites

líquido y plástico de una muestra de suelo.

  Determinar experimentalmente los diferentes límites de consistencia de un suelo

  Establecer las diferencias de consistencia de un suelo a diferentes contenidos de

humedad.

EQUIPO:

 

Aparato de Casagrande, incluyendo la solera plana y el ranuradortrapezoidal.

  Espátulas flexibles.

  Cápsula de porcelana.

  Tamiz No. 40.

  Atomizador.

  Balanza con sensibilidad de 0.01gr.

  Horno con temperatura constante de 100 a 110º C.

  Recipientes de humedad con su tapa

  Lamina de vidrio o acrílico

PROCEDIMIENTO:Tamaño de la muestr a del ensayo.La muestra de ensayo debe tener un tamaño igual o mayor que 100(g) del material

que pasa por el tamiz de 0,425 mm (ASTM Nº 40) obtenido de acuerdo con la

norma AASHTO 387-80.

 Nota: Cuando se efectúa además la determinación del límite de contracción,

aumentar el tamaño de muestra requerida para dicho ensayo.

Ajuste y control del aparato de lími te líqui do.Ajustar la altura de la caída de la taza, se gira la manivela hasta que la taza se eleve

a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10mm (adosado al ranurador), se

verifica que la distancia entre el punto de percusión y la base sea de 10mm

exactamente. De ser necesario, se aflojan los tornillos de fijación y se mueve el

ajuste hasta obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es correcto se escuchará

un ligero campanilleo al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el

calibre o no se escucha ningún sonido debe realizarse un nuevo ajuste.

Verificar periódicamente los aspectos siguientes:

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• Que no se produzca juego lateral de la tasa por desgaste del pasador que la

sostiene;

• Que los tornillos que conectan la taza con el apoyo estén apretados;

• Que el desgaste de la taza no sobrepase la tolerancia de masa.

• Que el desgaste de la base no exceda de 0,1mm de profundidad. Cuando suceda

esto, debe pulirse nuevamente verificando que se mantiene la resilencia.• Que el desgaste de los soportes no llegue al punto de quedar apoyados en sus

tornillos de fijación;

• Que el desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales.

• Previo a cada ensayo se verificará que la taza y la base estén limpias y secas.

Acondicionamiento de la muestraColocar la muestra en el plato de evaporación, agregar agua destilada y mezclar

completamente mediante la espátula. Continuar la operación durante el tiempo y con

la cantidad de agua destilada necesaria para asegurar una mezcla homogénea.

Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida semezclen homogéneamente.

 Nota: en suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. En suelos

de baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede

eliminarse.

Preparación del mater ial .Se utiliza únicamente la parte del suelo que pasa por la malla Nº 40 (0,42mm).

Si la muestra contiene tamaños mayores que 0,42mm, se deben eliminar los tamaños

mayores evitando todo exceso de secamiento de la muestra (sea en el horno o en el

aire). Se procede a agregar o retirar agua según sea necesario, revolver la muestra

hasta obtener una pasta semi-líquida homogénea en términos de humedad.

Para los limos y suelos arenosos con poco contenido de arcilla el ensayo se podrá

realizar inmediatamente después de agregar agua, siguiendo el procedimiento

indicado en el párrafo anterior. Para los limos arcillosos será necesario conservar la

 pasta aproximadamente 4 horas en un recipiente cubierto. Para las arcillas este

tiempo deberá aumentarse a 15 o más horas para asegurar una humedad uniforme de

la muestra.

Determinación del lími te líquido.En la práctica, el límite líquido se determina sabiendo que el suelo remoldeado a w= wL tiene una pequeña resistencia al corte (aproximadamente 0,02 kg/cm2) de tal

modo que la muestra de suelo remoldeado necesita de 25 golpes para cerrar en ½

 pulgada dos secciones de una pasta de suelo de dimensiones especificadas más

adelante.

1)  Se deberá iniciar el ensayo preparando una pasta de suelo en la cápsula de

 porcelana con una humedad ligeramente superior al límite líquido, para lo cual

recibirán indicaciones del instructor

2) 

Desmontar y secar la cápsula de la máquina de Casagrande, asegurándose queella se encuentre perfectamente limpia y seca antes de iniciar el procedimiento,

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3)  Montar la cápsula en su posición para el ensayo,

4)  Colocar entre 50 y 70g de suelo húmedo en la cápsula, alisando la superficie a

una altura de 1cm con la espátula, cuidando de no dejar burbujas de aire en la

masa de suelo,

5) 

Usando el acanalador separar el suelo en dos mitades según el eje de simetría dela cápsula; para una arcilla, el surco se puede hacer de una vez; los limos pueden

exigir 2 o 3 pasadas suaves antes de completarlo, siendo este procedimiento aún

más complejo cuando se trata de suelos orgánicos con raicillas,

6)  Girar la manivela de manera uniforme a una velocidad de dos revoluciones/seg;

continuar hasta que el surco se cierre en ½” de longitud; anotar el número de

golpes, cuando éste sea inferior a 40,

7)  Revolver el suelo en la cápsula de Casagrande con la espátula y repetir las

operaciones 5) y 6).

8)  Tomar una muestra de aproximadamente 5 g de suelo en la zona donde se cerró

el surco y pesarla de inmediato para obtener su contenido de humedad, lo que permitirá obtener un punto en el gráfico semi-logarítmico de humedad v/s

número de golpes que se describe más adelante,

9)  Vaciar el suelo de la cápsula de Casagrande a la de porcelana (que todavía

contiene la mezcla de suelo inicial), continuar revolviendo el suelo con la

espátula (durante el cual el suelo pierde humedad) y en seguida repetir las etapas

(2) a (8),

10) Repetir etapas (2) a (9), 3 a 4 veces, hasta llegar a un número de golpes de 15 a

20.

Cálculo de wL.Sobre un papel semi-logarítmico se construye la “curva de flujo”. Los puntos

obtenidos tienden a alinearse sobre una recta lo que permite interpolar para la

determinación de la ordenada wL para la abscisa N = 25 golpes.

Nota: Método de un punto.Se puede obtener el valor de wL a través de una sola determinación. Este método es

válido para suelos de mismo tipo y formación geológica; se ha observado que tales

suelos tienen curvas de flujo de iguales inclinación, en escala semi-log. Se usa la

fórmula:

en donde: α = inclinación curva de flujo (escala semi-log)

 N = número de golpes

w = contenido de humedad correspondiente a N.

wL= límite líquido.

Determinación del lími te plástico wPEl límite plástico es el contenido de humedad para el cual el suelo se fractura al ser

amasado en bastoncitos de diámetro 1/8” (3 mm) cuando se amasa una pequeña porción de suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa.

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1)  Utilizar una porción del material que queda del ensayo del límite líquido,

2)  En los suelos muy plásticos wP puede ser muy diferente de wL; para evitar

excesivas demoras en el ensayo con los suelos muy plásticos, es necesario secar

el material al aire durante un cierto tiempo extendiéndolo sobre la placa devidrio o amasándolo sobre toalla de papel; se le puede igualmente colocar sobre

el horno (a temperatura baja), al sol, o bien bajo una ampolleta eléctrica; en

cualquier caso es necesario asegurarse que se seque de manera uniforme,

3)  Tomar una bolita de suelo de 1cm3 y amasarla sobre el vidrio con la palma de la

mano hasta formar bastoncitos de 3mm de diámetro,

4)  Reconstruir la bolita de suelo, uniendo el material con fuerte presión de las

 puntas de los dedos y amasar nuevamente un bastoncito hasta llegar al límite

 plástico,

5)  El límite plástico, wP, corresponde al contenido de humedad para el cual un

 bastoncito de 3 mm, así formado, se rompe en trozos de 0,5 a 1cm de largo, si nose está seguro de haber alcanzado wP, es recomendable amasar una vez más el

 bastoncito,

6)  Pesar inmediatamente el bastoncito así formado para determinar su contenido de

humedad,

7)  Realizar 2 o 3 ensayos repitiendo etapas (3) a (6) y promediar; diferencias entre

2 determinaciones no deberán exceder a 2%. 

GUIA SUGERIDA  ¿Cuál es la razón por la cual se recomienda no secar al horno el material que

 pasa bajo la malla Nº 200 al hacer los límites de Atterberg?  Un suelo in situ tiene un contenido de humedad que corresponde a su límite

líquido. ¿podría tener una resistencia al corte superior a 0,02kg/cm2? Explique

  ¿Qué factores considera usted que pueden afectar los valores de límites deAtterberg de un mismo depósito de suelo fino?

  Bajo que condiciones podría usar agua de mar para humedecer una muestra de

arcilla?

  ¿Por qué no deben mezclarse diferentes capas de suelos de una muestraestratificada?

REFERENCIAS  Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

  Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica,

   Normas ASTM. (D 4318-95a)

   Normas AASHTO (T 89 y T 90)

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PRACTICA No. 4 DETERMINACION DE LAS RELACIONES VOLUMÉTRICAS DE LOS

SUELOS

GENERALIDADES:

La determinación de las relaciones volumétricas de los suelos es importantísima, para el

manejo compresible de las propiedades mecánicas de los suelos y un completo dominio de su

significado y sentido físico; es imprescindible para poder expresar en forma asequible los datos

y conclusiones de la Mecánica de Suelos. Su determinación es, en principio muy sencilla pero

se experimenta considerable dificultad cuando se refiere absoluta exactitud, es necesario un

estudio cuidadoso de todos los aspectos y observaciones.

Se entiende por Relaciones Volumétricas, las relaciones de volúmenes como:

a)  Relación de Vacío “e”. Se llama Relación de Vacíos, Oquedad o Índice de poros a la

relación entre el volumen de los vacíos y el de los sólidos de un suelo

 

La cual puede variar de cero hasta infinito, en la práctica no suele hallarse valores menores de

0.25 (arenas muy compactas con finos) ni mayores de 15, en caso de arcillas comprensibles.

b)  b) Porosidad “n”. Es la relación entre su volumen de vacíos y el volumen de su

masa.

Se expresa como porcentaje o al tanto por uno

 

Esta relación puede variar de 0 (en un suelo ideal con solo fase sólida a 100 (espacio vacío). Los

valores reales suelen oscilar entre 20% y 95%

c)  c) Grado de Saturación. Es la relación entre su volumen de agua y el volumen de

sus vacíos. Se expresa en porcentaje o al tanto por uno

 

Varía de cero (Suelo Seco) a 100% (Suelo totalmente saturado).

En las fórmulas anteriores:

Vv : Volumen de vacío

Vw : Volumen de agua

Vs : Volumen de los sólidos

Vm : Volumen de la muestra

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OBJETIVO:

1.  Introducir al estudiante al concepto de pesos unitarios seco, parcialmente

saturado y saturado, relación de vacío, estructura del suelo

2. 

Determinar el valor numérico de las relaciones de volúmenes en base a losdatos de las pruebas de humedad y gravedad específica.

3.  Identificar cuáles son las relaciones volumétricas y gravimétricas que son

constantes en las diferentes fases en las que se encuentre el suelo.

EQUIPO:

  Recipiente de volumen conocido

  Cantidad de grava arenosa secada al horno

 

Balanza de sensibilidad 0.1 gr

  Probeta graduada de 500 ml

PROCEDIMIENTO:

1.  Cada grupo debe pesar cuidadosamente el recipiente vacío y llenarlo con suelo,

enrasar cuidadosamente la superficie y pesar. Si el volumen de suelo cambia debido a

vibraciones en el proceso de pesaje, se introducen cambios en el estado (estructura

del suelo) del material. Añadir suelo adicional, volver a pesar y/o repetir tantas veces

sea necesario para eliminar las vibraciones que causen cambio en el volumen dematerial. Registra el peso final del recipiente con suelo.

2.  Llenar el cilindro graduado con agua del grifo a temperatura estabilizada (dejar correr

el agua del grifo suficientemente hasta que salga agua fría, aproximadamente a 20ºC).

echar agua cuidadosamente en el recipiente de suelo. Llenar el recipiente hasta la

mitad y registrar el volumen de agua utilizado en cada caso (fase parcialmente

saturada).

3.  Colocar el recipiente parcialmente lleno sobre la balanza y registrar el peso de suelo

más agua más recipiente. Comparar la diferencia en peso con los mililitros de agua

añadidos. La diferencia debe ser del orden de 2 a 5 g; si es más que esto se debe

verificar el cilindro graduado y/o las operaciones de peso realizadas.

4.  Llenar el recipiente hasta el nivel superior sin permitir que el agua se desborde y se

pierda, registrar el volumen de agua utilizado (fase saturada).

5.  Colocar cuidadosamente el recipiente lleno sobre la balanza y registrar el peso de

suelo más agua más recipiente. Comparar la diferencia en peso con los mililitros de

agua añadidos. La diferencia debe ser del orden de 2 a 5 g; si es más que esto se debe

verificar el cilindro graduado y/o las operaciones de peso realizadas.

2.  CALCULOS

recipientedel volumen

o suelodel  peso   sec 

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Calcular el peso unitario seco

Calcular el peso unitario saturado

Para calcular la relación de vacíos

Vs (Volumen de los sólidos): Volumen del recipiente – volumen de agua usada fase saturada

Vv (Volumen de vacío): volumen de agua usada fase saturada

GUIA SUGERIDA

1.  Cuales son valores típicos de la gravedad específica de los sólidos?

2.  Cuales son valores típicos de pesos unitarios totales, secos y saturados?

3.  Defina grado de saturación. Es posible para un suelo tener un grado de

saturación de 120%? Explique

4.  Mencione que relaciones son independientes del estado de humedad de un

suelo (fases)

Comente las limitaciones del cálculo de la gravedad específica de los sólidos por este método

REFERENCIAS

Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

recipientedel volumen

 saturado suelodel  peso 

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PRACTICA No.5 DETERMINACIÓN DEL PESO UNITARIO DE SUELOS COHESIVOS

ASTM 2937-94, AASHTO: T-180

GENERALIDADES:

El peso unitario es una propiedad índice de estado de los suelos que se emplea normalmente

en todos los tipos de suelo. Es una de las relaciones gravimétricas de mayor utilidad en la

resolución de problemas en la mecánica de suelos.

El peso unitario tiene gran aplicación en geotecnia debido a las correlaciones que existen con

otros parámetros de ingeniería tales como el ángulo de fricción interno y la resistencia en el

ensayo de penetración estándar.

Por otra parte, muchas fórmulas que permiten estimar los asentamientos posibles de

estructuras fundadas sobre suelos granulares, están basadas en el peso unitario. Existen sin

embargo dificultades para determinar el peso unitario en suelos granulares de grandestamaños. Ya que la obtención de muestras inalteradas en suelos granulares resulta

impracticable, a menos que ellas sean obtenidas por procedimientos tan especiales y costosos

como el congelamiento, el peso unitario adquiere importancia porque permitiría reproducir

esta condición de estado en el laboratorio.

El procedimiento para obtener el peso unitario de suelos cohesivos se basa en el principio de

Arquímedes, a través del cual el volumen de una muestra se determina por el volumen de

agua que desplaza.

Este procedimiento puede utilizarse para obtener el volumen desplazado de cualquier suelocohesivo que no se destruya por estar dentro del agua de 1 a 2 min requeridos para hacer el

ensayo. No es aplicable a material poroso o a suelo muy seco, a menos que se encuentre en un

alto estado de densidad ya que una absorción apreciable de agua por capilaridad o por

cualquier otra forma puede afectar los resultados.

OBJETIVOS:

  Introducir al estudiante al concepto de pesos unitarios de los suelos cohesivos y su

aplicación en la mecánica de suelos.

 

Calcular el peso unitario o densidad aparente de una muestra de suelocohesivo.

  Comprender los alcances y limitaciones del ensayo realizado

  Clasificar el tipo de suelo ensayado con base en el valor del peso unitario

obtenido.

EQUIPO:

  Equipo extractor de muestras inalteradas de suelos cohesivos (opcional)

  Equipo para corte y tallado de las muestras

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  Balanza de sensibilidad 0.1 gr

  Vernier o nonio calibrador

  Recipiente de volumen conocido (Beacker)

 

Cilindro de pared delgada (probeta) graduada.

  Horno para determinación de humedades

PROCEDIMIENTO:

  La superficie que se va a muestrear debe alisarse y limpiarse de partículas sueltas. Se

aplica sobre la superficie interior del cilindro del equipo extractor, una delgada capa de

aceite para motor. Se coloca el cilindro extractor sobre la superficie del suelo y se

realiza el procedimiento para su obtención.

 

Sacar la muestra del cilindro de pared delgada, se enrasa y se talla la muestra hasta

darle una forma cilíndrica. 

  Tomar correspondientes medidas de altura y diámetro de la muestra para la

determinación de su volumen. 

  Tomar el peso de la muestra tallada y enrasada. 

  Tomar un cilindro graduado y llenarlo con agua hasta un volumen de 500 ml.  

  Introducir la muestra en el beacker de volumen conocido (500 ml), llenar rápidamente

el frasco volumétrico y registrar el volumen de agua gastado.

  Descontar este volumen al volumen total para obtener el volumen del suelo.

  Vaciar rápidamente el recipiente volumétrico, retirar la muestra de suelo y secar

superficialmente con toallas de papel y volver a pesar. Si los pesos inicial y final se

encuentran dentro una aproximación de 1 a 2 gramos, el ensayo es satisfactorio.

  Tomar una muestra de suelo, pesarla y llevarla al horno.

  Calcular el peso unitario húmedo y seco del suelo

CALCULOS

Calcular el peso unitario húmedo y seco del suelo como sigue:

)/(807.9   3mkN  x

W total 

humedo   

)/(807.9  3sec

sec   mkN  xV 

W o

o    

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GUIA SUGERIDA

  Que precauciones se deben tener para poder medir el peso unitario de suelos con

muchas bolsas de aire? Podría o no llenarse estos agujeros con cera?

 

Puede usted aplicar la técnica usada en la medición del peso unitario de las arenas?Explique

  Explique si es posible o no usar otro líquido diferente al agua?

REFERENCIA

  Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

  Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

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PRACTICA No.6 DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SOLIDOS

ASTM D-854-92; AASHTO T 100-70

GENERALIDADES:

La gravedad específica es la relación entre la densidad de una sustancia y la de otra, tomada

como patrón. Generalmente para sólidos y líquidos se emplea el agua destilada y para gases, el

aire o el hidrógeno. También llamada peso específico.

La gravedad específica de un suelo se utiliza en el cálculo de las relaciones de fase de los

suelos, en los cálculos de los ensayos de granulometría por sedimentación, compresibilidad y

potencial de expansión.

El término partículas sólidas significa partículas minerales que ocurren naturalmente y no son

solubles fácilmente en agua. En consecuencia la gravedad específica de los materiales que

contengan materias extrañas (como cemento, cal y similares), materia soluble en agua (comoel cloruro de sodio), y los suelos que contengan partículas con una gravedad especifica menor

que uno requieren un tratamiento especial o una definición calificada de su gravedad

específica.

OBJETIVOS 

  Familiarizar al estudiante con el método para obtener la gravedad específica en suelos de

tipo fino y granulares como las arenas.

  Determinar el peso promedio por unidad de volumen de partículas sólidas que constituyen

un suelo

  Clasificar el tipo de suelo ensayado con base en los resultados obtenidos

  Reconocer las limitaciones del ensayo realizado

EQUIPOS.

  Muestra seca de suelo de 50  5 gr.

  Picnómetro de 250 ml (idealmente se requiere de 500 ml)

  Embudo de vidrio de conducto largo

  Termómetro

  Dispositivo de succión neumática, capaz de producir el grado de vacío.

  Platos de evaporación ( o cacerolas para ser sometidas al horno)

  Horno a temperatura constante de 100 a 110º C.

  Balanza de sensibilidad 0.1 g

  Suministro de agua desaireada con temperatura estabilizada

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Figura 6.1. Equipos requeridos para el ensayo de gravedad específica.

3.  PROCEDIMIENTO

  Pesar 50 gr., aproximadamente de suelo previamente secado al horno y enfriado (Ws)

  Pasar la muestra cuidadosamente a un frasco volumétrico seco y limpio, previamente

calibrado.

  Tomar el Picnómetro y llenarlo hasta 1/3 de su capacidad en volumen (83 ml) con agua

destilada, con la precaución de no introducir cantidades notorias de aire y de no

perder material.

  Someter el anterior conjunto a extracción de aire mediante las bombas de vacío

durante un tiempo.

  La aspiración de aire deberá realizarse hasta cuándo se denote la presencia de

aire dentro del Picnómetro. La succión de aire se caracteriza por la presencia

de burbujas dentro del frasco. El tiempo de succión estará determinado por el

tipo de suelo, así, para arenas, el tiempo de succión es cuestión de horas

mientras que para materiales arcillosos la succión puede tomar más de un día.

  Cuando se cumpla totalmente con la aspiración, se apagará el equipo de succión, se

abrirán las válvulas para compensar las presiones y deberá llenarse la botella con agua

destilada hasta 2/3 de su capacidad y se someterá nuevamente a vacío.

  Cuando se haya extraído todo el aire del conjunto anterior enrasar con agua destilada

hasta el aforo.

  Deberá secarse exteriormente el picnómetro y acto seguido se pesará el picnómetro +

agua + muestra. Este peso se denominará (Wfws)

  Tomar la temperatura del agua dentro del picnómetro.

  Retirar la muestra de suelo del picnómetro y depositarla sobre un recipiente para

secado en el horno. Deberá colocarse todo el material junto con el agua, sin que sepierda material. Este peso seco se comparará con el Ws previamente obtenido . 

Campana de vacío

Bomba de

succión de ¼ HP.Picnómetro de

250 ml

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  Pesar el picnómetro + agua hasta el aforo. Este peso se denominará (Wfw).

  Limpiar y secar el equipo

Figura 6.2. Succión de aire en ejecución.

CÁLCULOS

Calcule la gravedad específica con la formula siguiente

Donde;

Ws =Peso seco del suelo

W  fsw  = Peso del frasco + peso del suelo + peso del agua.

W  fw  = Peso del frasco + peso del agua (de la curva de calibración).

Gs = Gravedad específica de las partículas sólidas del suelo.

α =es un factor de corrección de temperatura para corregir el peso unitario del agua 

En la siguiente tabla se muestran algunos valores de  

T ºC   T ºC   T ºC  

16 10.007 22 0.9996 28 0.9982

17 10.006 23 0.9993 29 0.9980

18 10.004 24 0.9991 30 0.9978

19 10.001 25 0.9989 31 0.9976

20 10.000 26 0.9986 32 0.9974

21 0.9997 27 0.9984 33 0.9972

Succión de aire en la

muestra de sueloBomba de

succión en

 fsw s fw

S S 

W W W 

W G

   

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GUIA SUGERIDA 

Puede usted aplicar la técnica descrita para medir la gravedad especifica de un

material más ligero que el agua?

Cuál es el efecto de la temperatura del agua en la determinación de la gravedad

especifica de los suelos?

Por que se utiliza el vacío en la determinación de la Gravedad específica de los suelos?

REFERENCIAS 

Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

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PRACTICA No. 7. ENSAYO DE COMPACTACION DE SUELOS: PRUEBAS PROCTOR

“METODO PROCTOR ESTANDAR” y “METODO PROCTOR MODIFICADO” 

(ASTM D 698-91, AASHTO T 99-90).

GENERALIDADES

Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las

características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Este proceso

implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo

ocurren cambios de volúmenes de importancia, fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire.

La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo

que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce

como humedad óptima.

La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y

mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra.

El propósito de un ensayo de compactación en laboratorio es determinar la curva de compactación

 para una determinada energía de compactación. Esta curva considera en abscisas el contenido dehumedad y en ordenadas la densidad seca. A partir de ella, se podrá obtener la humedad óptima que es

la que corresponde a la densidad máxima del suelo para ese nivel de energía aplicado. Con estos

resultados se podrá determinar la cantidad de agua de amasado a usar cuando se compacta el suelo en

terreno para obtener la máxima densidad seca en función de una determinada energía de

compactación. Para cumplir este propósito, el ensayo de laboratorio debe considerar un tipo de

compactación similar a la desarrollada en terreno con los equipos de compactación a especificar.  

OBJETIVOS

  Familiarizar al estudiante con la teoría de la compactación de los suelos

 

Determinar la relación óptima de humedad versus peso unitario de un suelo compactado en

un molde normalizado para un nivel de energía específico

  Aprender las diferencias entre los ensayos Proctor estándar y Proctor modificado.

  Que el estudiante se encuentre en capacidad de reconocer como influye sobre la estructura

final de un suelo los esfuerzos aplicados sobre su masa.

A) ENSAYO PROCTOR ESTANDAR ASTM D 698

El ensayo Proctor estándar se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo

que ha sido compactado por un procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad. Hay

que agregarle agua cuando sea necesario, y compactar este suelo bien mezclado en un molde en tres

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capas con 25 golpes por capa de un martillo de compactación con una altura de caída definida. Esto

 proporciona una energía nominal de compactación de 593.7kJ/m3.

El ensayo Proctor estándar está limitado a los suelos que pasen totalmente el tamiz No.4 o que comomáximo tenga un retenido del 10% en ese tamiz, pero que pase dicho retenido totalmente por el tamiz

de 3/8”. 

EQUIPOS:

  Un molde de compactación. Constituido por un cilindro metálico de 4” de diámetro

interior por 4 ½ de altura y una extensión de 2 ½ de altura y de 4” de diámetro interior. 

  Un pisón metálico (martillo proctor) de 5.5 lbs. de peso (2.5 Kg) de 5 cm (2”) dediámetro.

  Una guía metálica de forma tubular de 35 cm de largo aproximadamente

 

Una regla metálica con arista cortante de 25 cm de largo.  Una balanza de 29 Kg de capacidad y 1.0 gr. de sensibilidad.

  Una balanza de 500 gr., de capacidad y de 0.01 gr., de sensibilidad.

  Un horno que mantenga una temperatura constante entre 100 –  110º C.

  Charolas metálicas.

  Probetas graduadas de 500 cm3.

  Extractor de muestras.

  Tara para determinar humedad

1. 

PROCEDIMIENTO:Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a

usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos.

  De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte un

 poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad

menor.

  Se revuelve completamente el material tratando que el agua agregada se distribuyauniformemente.

 

Pese el molde cilíndrico y anote su peso.

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34

  La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en tres (3) capas, llenándose en

cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa de la forma

siguiente:

Se coloca el pistón de compactar con su guía, dentro del molde; se eleva el pistón hasta

que alcance la parte superior y se suelta permitiendo que tenga una caída libre de 30 cms,

se cambia de posición la guía, se levanta y se deja caer nuevamente el pistón. Se repite el procedimiento cambiando de lugar la guía de manera que con 25 golpes se cubra la

superficie. Esta operación de compactación se repite en las tres capas del material.

  Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la reglametálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro

  Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su

 peso. (Peso del material + cilindro).

  Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la parte central delespécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se

sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo).

  Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período de 24horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material.

  El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta obtener un

contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior.

  Repita los pasos del 2 al 9 hasta obtener un número de resultados que permitan trazar unacurva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima.

B) ENSAYO PROCTOR MODIFICADO

Para este ensayo se utiliza una mayor energía de compactación. Las características básicas del ensayo

son las mismas del ensayo estándar de compactación. El ensayo de compactación modificado aplicauna energía nominal de compactación al suelo de 2710kJ/m3 lo que representa cerca de 5 veces la

energía de compactación del ensayo estándar produciendo un incremento entre un 5 y un 10% de la

densidad y una disminución en la humedad óptima.

EQUIPOS:

En este caso se hace uso de los equipos anteriormente mencionados para el ensayo de proctor estándar,

 pero con las modificaciones respectivas para el ensayo proctor modificado.

PROCEDIMIENTO:

Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a

usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos.

  De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte un

 poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad

menor.

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35

  Se revuelve completamente el material tratando que el agua agregada se distribuya

uniformemente.

  Pese el molde cilíndrico y anote su peso.

  La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en cinco (5) capas, llenándose en

cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa de la forma

siguiente:  Se coloca el pistón de compactar con su guía, dentro del molde; se eleva el pistón hasta

que alcance la parte superior y se suelta permitiendo que tenga una caída libre de 45.7

cms., se cambia de posición la guía, se levanta y se deja cae nuevamente el pistón.

Se repite el procedimiento cambiando de lugar la guía de manera que con 25 o 56 (según

el método) golpes se cubra la superficie. Esta operación de compactación se repite en las

cinco capas del material.

  Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la regla

metálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro.

  Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su peso.(Peso del material + cilindro)

 

Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la parte central del

espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se

sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo).

  Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período de 24

horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material.

  El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta obtener un

contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior.

  Repita los pasos del 2 al 9 hasta obtener un número de resultados que permitan trazar unacurva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima.

  El cálculo se realiza de la siguiente manera:

 =

 

 

Donde

γh = Peso volumétrico húmedo.

γd = Peso volumétrico seco.

Wm = Peso de la muestra compactada.

We = Peso del molde cilíndrico

Vc = Volumen del cilindro

W = Contenido de humedad al tanto por uno.

Wme = Peso de muestra compactada + Peso del Cilindro

También se puede calcular el peso volumétrico de la curva de Saturación (γ dz), dónde:

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36

 

γ zav =Peso volumétrico del suelo con cero aire en los vacíos.

Gs = Peso específico de los sólidos.

γw= Peso específico del agua

Energía de compactación:

 

GUIA SUGERIDA

  Por qué es importante que el nivel final del suelo compactado este justo sobre el cuerpo del

molde?  Como selecciona usted el contenido de agua para las muestras del ensayo de compactación?

  Podría usted obtener el mismo contenido de agua óptima y densidad seca máxima para losensayos de compactación estándar y modificado? Como esperaría usted que fueran diferenteslos valores?

  Cuáles son las principales diferencias entre el ensayo de compactación estándar y el

modificado?

  Que es la línea de 100% de saturación? Como es esta con relación con la curva decompactación?

  Cuál es la influencia del esfuerzo de compactación sobre la curva de compactación’ 

  Por que se compactan los suelos en la ingeniería civil?

 

REFERENCIA   Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

  Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

  Conferencias Introducción a la Mecánica de Suelos. Tomo I. Alvaro Covo Torres

  Mecánica de Suelos. Lambe

  Ingeniería de Cimentaciones. Peck, Hanson and Thorbourng

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37

Determinación de Peso Unitario

Molde 1 2 3 4

Humedad deseada (%)

Volumen

Contenido de humedad (%)

Peso del suelo más molde (gr)

Peso del molde (gr)

Peso suelo seco en molde(gr)

Peso Unitario Humedad (KN/m3)

Peso Unitario suelo seco (KN/m3)

Determinación del contenido de humedad

Muestra No

Lata No

Peso lata+suelo húmedo

Peso lata+suelo seco

Peso del agua

Peso de la lata

Peso del suelo seco

Contenido de humedad, w 

CONCEPTOMETODO

A B C D

Vol. del molde (cm

3

)Peso del martillo (Kg)

Altura de Caída del martillo (cm)

 Nº de golpes del martillo por capas

 Nº de capas de compactación

Energía de compactación (Kg-cm/cm3)

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38

PRACTICA No.8. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN ELCAMPO (CONTROL DE

COMPACTACIÓN DE CAMPO). “METODO DEL CONO DE ARENA” 

AASHTO T 191-61, ASTM D 1556-90.

GENERALIDADES:Cuando el trabajo de compactación va progresando en el campo, es conveniente saber si el

peso volumétrico especificado se está logrando o no. Esto se conoce como control de

compactación de campo. Esta verificación se logra con varios procedimientos estándares,

nosotros utilizaremos el método más comúnmente usado, “EL METODO DEL CONO DE

ARENA”. 

Básicamente el método consiste en determinar el peso del suelo húmedo de una pequeña

excavación de forma irregular (hueco) hecho sobre la superficie del suelo. Se determina el

volumen de dicho hueco y la densidad húmeda del suelo en el sitio (densidad in situ) ó pesovolumétrico húmedo del campo. Se calcula simplemente como:

 

El método del cono de arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del

agujero. La arena utilizada (a menudo arena de Ottawa) es generalmente material que pasa

el tamiz No. 20 y esta se encuentra retenida por el tamiz No. 30. Aunque el material menor

que el tamiz No. 30 y mayor que el tamiz No. 40 o el material menor que el tamiz No. 30 y

mayor que el tamiz No. 50 puede utilizarse también, generalmente es deseable tener unaarena uniforme o “de un solo tamaño” para evitar problemas de segregación (un volumen

de arena fina puede pesar más que un volumen de arena gruesa, pero un volumen de la

mezcla puede pesar aún mas) de forma que en las mismas condiciones de vaciado puedan

lograrse la misma estructura del suelo y duplicación requerida.

OBJETIVOS:

  Familiarizar al estudiante con el método comúnmente utilizado en el campo para

determinar la densidad del suelo.

 

Determinar la densidad y peso unitario en una superficie de un suelo compactado pormedios mecánicos.

  Determinar la densidad del suelo en el sitio y la humedad del material a consultar.

  Relacionar la densidad seca de campo con la densidad seca máxima obtenida en el

laboratorio, derivadas de los diferentes métodos de compactación de laboratorio.

EQUIPOS:

 Densímetro o Cono de arena.

 Placa base metálica con un círculo hueco.

 Recipiente de plástico ó metal de 4000 cm³ de capacidad aproximadamente.

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39

 Frasco con arena de Ottawa

 Cincel de acero liso de 5/8” de diámetro y una altura de 25 cm de longitud

aproximadamente.

 Cuchara y brocha.

 

Mazo de dos libras y media de peso. Bolsas plásticas para recoger el material del campo

 Taras para el contenido de humedad.

 Balanza con precisión de 0.1 gramo y capacidad de 2.0 kg.

 Balanza con precisión de 1.0 gramo y capacidad de 25 kg.

 Horno con temperatura constante de 110±5 °C.

Fig. 1. Equipo para densidad in situ a través de cono de arena

Fuente Laboratorios de Suelos. Universidad de Sucre.

PROCEDIMIENTO:

Trabajo de laboratorio: Antes de salir al campo a realizar el ensayo deberán tomarse del

equipo las siguientes medidas:

  Calibrar la arena a utilizar, cribándola por los tamices No. 20 y No. 30 desechando lo

que retenga el tamiz No. 20 y lo que pase el tamiz No. 30 y determinar también el pesovolumétrico seco suelto de la arena calibrada.

  Determinar la masa de arena necesaria para llenar el cono sobre una superficie

horizontal. Esta calibración se realiza en la siguiente manera: 

Pese el conjunto Cono + Frasco + Arena, este peso se denominará P1. Seguido arme el

equipo montando el frasco de arena con su cono sobre la base metálica en una superficie

totalmente horizontal y limpia. Abra la válvula de salida y espere a que cese la caída de

arena hacia el cono. Una vez cese la caída de material, pese nuevamente, Pesar el

conjunto Cono + Frasco + Arena restante. Este peso denomínelo P2. En caso que se

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desconozca la densidad de la arena a utilizar deberá igualmente realizarse ensayos de

densidad suelta.

  Pesar el conjunto Cono + Frasco + Arena de cada uno de los equipos que se llevarán al

campo. Este peso se denominará P3.   Se deberá seleccionar el sitio donde se determinará el ensayo (para este efecto el

profesor de la asignatura debe haber explicado al estudiante la variación de los lugares

donde se evalúan las densidades dependiendo del tipo de obra).

  Coloque la bandeja en el suelo. Este sitio deberá ser allanado para que quede

totalmente horizontal y su parte superior coincida con el plano inferior de la base. Ancle

la bandeja al suelo penetrando los ganchos o cinceles en el suelo a través de los orificios

situados para este uso en las esquinas de la base metálica.

  Inicie la perforación de un hueco en el suelo cuyo perímetro será la circunferencia

dentro de la base metálica y hasta una profundidad de 10 a 15 cm. Deberá tener especialcuidado en esta parte del ensayo pues la perforación debe ser lenta, no se debe descuidar

y producir salpicaduras de material que coloquen granos o terrones por fuera de la base.

Todo el material excavado deberá ser recogido minuciosamente sin haber sido mezclado

con materiales ajenos al proceso. Luego se pesará. Este peso se denominará P4.

  Coloque el conjunto cono + cilindro + arena de forma que la parte abierta del cono

quede hacia abajo. El encaje entre este elemento y la base es perfecto. Abra la válvula

que permite la caída de la arena hasta que cese el movimiento de la misma dentro del

frasco. Una vez termine la caída de la arena, retire el conjunto cono + cilindro + arena y

péselo nuevamente en el laboratorio. Este peso se denominará P5.

  Retire el equipo y recoja tanta arena (Ottawa) como sea posible (sin agregarle

materiales extraños) y deposítela en un recipiente aparte, ya que esta arena se lavara y se

volverá a cribar para usarse en otro ensayo.

  Del material extraído del hueco tome muestras diversas para humedad para luego

calcular un promedio.

GUIA SUGERIDA

  Mencione los objetivos y el principio del método del cono de arena

  Por qué es importante no perder nada del suelo tomado del hueco excavado durante

el método del cono de arena?

  Por qué se usa un particular tipo de arena para la prueba del cono de arena? Por qué

no se usa cualquier arena?

  Puede dar el nombre y explicar otros métodos para determinar la densidad de los

suelos en el campo?

 

Podría un suelo en campo mostrar una compactación relativa mayor al 100%. Explique

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41

REFERENCIAS

  Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

 

Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

  Conferencias Introducción a la Mecánica de Suelos. Tomo I Álvaro Covo Torres

  Mecánica de Suelos. Lambe

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42

DATOS INICIALESTipo de arena usada:

Densidad de la arena: gr/cm3

DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

ELEMENTO UNIDADESENSAYOS

1 2Recipiente No.

Peso recipiente grPeso suelo húmedo +recipiente

gr

Peso suelo seco +recipiente

gr

Peso del agua contenida grPeso suelo seco gr

Contenido de humedadcontenido

%

CALCULO DE DENSIDADES

Peso material extraido grPeso de frasco + arena

inicialgr

Peso de frasco + arenafinal

gr

Volumen del hueco cm  

Densidad humeda gr/cmDensidad seca (γseca)

obtenidagr/cm3 

Densidad seca (γseca)

máxima según ensayogr/cm3

Porcentaje de compactación %

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PRACTICA Nº 9. ENSAYO DE PERMEABILIDAD CABEZA CONSTANTE

NORMA TÉCNICA DE REFERENCIA: ASTM D2435-90

Método para el ensayo de las propiedades de consolidación uni-dimensional de los suelos

OBJETIVOS

  Conocer las propiedades hidráulicas de tos suelos

  Medir la permeabilidad en los suelos granulares

  Obtener el coeficiente de permeabilidad K para el suelo en cuestión.

  Relacionar el coeficiente de permeabilidad K con la relación de vacíos del suelo

MUESTRA

La muestra procederá de una zona de canteras arenosas u otro material granular distinto, de

una playa o del lecho de un río (Generalmente se utiliza muestra alterada. Para efectos de la

metodología a implantar se utilizará material granular que pase el tamiz No 20 ( Con este

tamizado se busca despojar materiales vegetales y cuerpos extraños, por lo que puede

reemplazar este tamiz por otro más específico en caso de ser necesario) El material deberá ser

secado al horno con anterioridad de 24 horas. Una vez secado, se tomarán 1500 + 250 gr. El

peso aquí obtenido se denominará P1. Previamente al ensayo se deberá determinar la

gravedad específica del material a ensayar.

EQUIPOS

Existe una gran variedad de equipos para medir permeabilidad en suelos granulares. Desde

sencillos permeámetros hasta sofisticados capilarómetros. El método que aquí se describirá

utiliza cilindros metálicos con cargas hidráulicas a manera de permeámetros para realizar la

prueba. De esta forma se distinguen los siguientes elementos.

  Permeámetro

  Fuente de agua

  Buretas ( aproximación de 0.1 mi)

  Cronómetro

  Flexómetro

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44

Figura 9.1 Permeámetro para ensayos de cabeza constante y variable

PROCEDIMIENTO

5.1 Preparación del cilindro.

5.1.1 Arme primeramente los componentes inferiores del cilindro metálico , teniendo en

cuenta de colocar las piedras porosas y filtros adecuadamente. El instructor deberá guiar al

estudiante en este aparte

5.1.2 Deposite cuidadosamente el material con peso inicial P1 dentro del cilindro metálico no

debe perder material en este aparte) y compacte suavemente con el compactador manual en

capas. Este proceso es para disminuir ( y a la vez variar de ensayo a ensayo) la relación de

vacíos. Una vez haya colmado el recipiente enrase y coloque los elementos superiores del

cilindro. Mida la altura efectiva de llenado, en adelante la denominará L

5.1.3 Pese el material restante. Este peso se denominará P2.

5.2 Saturación de la muestra: Es necesario extraer todo el aire contenido en los intersticios de

la muestra antes de efectuar la prueba.

5.2.1 Coloque una manguera en la boquilla superior del recipiente metálico y lleve el extremo

libre a un recipiente con agua (deberá tener especial cuidado que la altura del agua dentro del

recipiente sea menor a la carga hidráulica del permeámetro)

Almacenamiento de agua

Válvulas de llenado de

capilarómetros

Cilindros para

ensayos

Válvulas de paso a

los moldes

Tablero escalado

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5.5.2 Conecte una manguera en la boquilla inferior del recipiente metálico que contiene la

muestra. Deberá asegurarse que la velocidad de suministro en la manguera sea bastante baja

para que no produzca levantamiento de los granos (ebullición). Este proceso tomará de 2 – 8

horas aproximadamente según sea la relación de vacíos. Nótese la salida de aire en el extremo

libre de la manguera superior una vez se inicia el desalojo del aire atrapado en los poros del

suelo.

5.2.3 La saturación se suspenderá cuando deje de ingresar aire desde la manguera superior al

recipiente con agua. Nunca se deberá iniciar la saturación por la boquilla superior.

5.3 Una vez se sature la muestra deberá cambiar la posición de las mangueras y colocar la

manguera procedente de la fuente en la boquilla superior y la manguera drenante en la parte

inferior.

5.4 Antes de iniciar la prueba, debe establecerse la cabeza hidráulica en el recipiente fuente de

agua, para permitir luego el flujo de agua hasta la muestra. Es decir tratar de mantener

constante la altura del nivel del agua respecto al fondo del recipiente en la medida que se

drena la muestra. Se hace necesario que se garantice a cabalidad el cumplimiento de este

aparte.

5.5 Mida la altura h existente entre el nivel superior del agua del tanque superior y la boquilla

inferior de descarga en el cilindro.

5.6 La altura del agua en el recipiente debe mantenerse constante a lo largo de un ensayo,

para este efecto un estudiante vigilará y maniobrará el flujo de agua desde una red externa.

En el control de las válvulas del permeámetro, la llave de acceso a los tubos permanecerá

cerrada

5.6 Usando una probeta ( en lo posible de 500 mi para tener más precisión en las lecturas)

deberá tomarse el flujo proveniente de la manguera inferior un volumen determinado V

recolectado en un tiempo específico T. Este tiempo debe ser medido con el cronómetro. El

objetivo es tomar volúmenes específicos y medir el tiempo de consecución para tales

volúmenes.

Repita los apartes 5.5 a 5.6 cinco veces para cada suelo en estudio variando la relación de

vacíos.

5.7 Desmonte el equipo cuidadosamente.

CÁLCULOS

6.1 Longitud de la muestra L (cm)= Altura efectiva de llenado. No debe confundirse con la

altura del recipiente, pues a ésta debe restarse el espesor equivalente a las piedras porosas y

al papel drenante.

6.2. h (cm)= Altura medida desde el nivel superior del agua en el equipo fuente hasta la parte

Inferior de la boquilla inferior en el recipiente metálico.

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46

6.3 Caudal Q (cm3 / seg) = Ti

Vi

Tiempo

Volumen

  10.6.3

El subíndice i  indica que se establece para cada vez que se realice una medición de volumen

6.5 Área A (cm2) : Equivale a la sección transversal interior del cilindro y que corresponde a la

de la muestra, resulta ser normal al plano vertical del cilindro que la contiene.

6.6 Gradiente hidráulico  L

hi  

 

6.7 Determinación del coeficiente de permeabilidad K

Terminología según H Darcy

Q = KiA, de donde K corresponde a iA

Q K  

, luego reemplazando 6.3 y 6.6 tenemos

 HAT 

VL

 A L

 H Ti

Vi

 K 

 

El coeficiente de permeabilidad K  será el promedio de los cinco intentos realizados en la misma

muestra.

6.8 Relación de vacíos e. La relación de vacíos será obtenida a partir de variaciones en la

compactación del material al momento de depositarse en el cilindro.

e=   Ws

wVtGs 

 

Donde

Vt es el volumen del recipiente metálico, y Ws = P1-P2 

w es el peso específico del agua.

Gs es el valor correspondiente a la gravedad especifica para la muestra en el ensayo.

6.9 Tabular la relación de vacíos e Vs K para un mismo tipo de suelo

6.10 Graficar e Vs K registrado en el numeral 6.9 con e en el eje de la ordenadas y K en el eje

de las abcisas. Estimar conclusiones a partir de tipo de curva descrita por los datos

PROCEDIMIENTO

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GUIA SUGERIDA

  Qué es la permeabilidad? Qué unidades se usa para expresarla?

  Puede dar alguna relación empírica para medir la permeabilidad de los suelos? Es

aplicable a todos los suelos?

  Cuál es el objetivo del ensayo de permeabilidad de cabeza constante?

  Es el coeficiente de permeabilidad de las arenas influido por la relación de vacíos?

Explique

  Cuál es el valor más pequeño del coeficiente de permeabilidad que puede ser medido en

una prueba de permeabilidad de cabeza constante?

  Qué otras pruebas pueden aplicarse a los suelos con permeabilidades bajas?

  Puede dar usted una expresión que tenga en cuenta los cambios de permeabilidad versus

la relación de vacíos?

  Explique el principio del tanque de presión constante?

  Porque usted debe usar agua desairada en vez de agua del grifo para el ensayo de

permeabilidad?

  Como usted remueve el aire del agua?

 

Las mediciones de la permeabilidad aumentan o disminuyen con el contenido del aire delagua ensayada?

  El coeficiente de permeabilidad aumenta o disminuye con la temperatura? Explique

  Cuál es el rango típico para la permeabilidad de gravas, arenas, limos y arcillas?

  Es necesario remover el aire de la muestra antes de realizar un ensayo de permeabilidad?

Explique

REFERENCIAS

  Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

  Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

  Conferencias Introducción a la Mecánica de Suelos. Tomo I. Alvaro Covo Torres

  Mecánica de Suelos. Lambe

  Ingeniería de Cimentaciones. Peck, Hanson and Thorbourng

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PRACTICA Nº 9. ENSAYO DE PERMEABILIDAD CABEZA VARIABLE

. OBJETIVOS

  Medir la permeabilidad en los suelos finos (arcillas - limos)

 

Obtener el coeficiente de permeabilidad K para el suelo en cuestión.

3. MUESTRA

Para efectos de la metodología a implantar se utilizará material de tipo fino (arcilloso). Se

tomarán 1500  250 gr. El peso aquí obtenido se denominará P1.

4. EQUIPOS

Se utilizará el mismo equipo utilizado en el ensayo No 10.

 

Permeámetro:

  Fuente de agua

  Buretas ( aproximación de 0.1 mi)

  Cronómetro

  Flexómetro

PROCEDIMIENTO

Preparación del cilindro.

El cilindro deberá armarse según se describe en los numerales 5.1 del ensayo No 10

Deposite cuidadosamente el material con peso inicial P1 dentro del cilindro metálico ( no debe

perder material en, este aparte y compacte suavemente con el compactado manual en capas.

Este proceso es para disminuir ( y a la vez variar de ensayo a ensayo) la relación de vacíos, lina

vez haya colmado el recipiente enrase y coloque los elementos superiores del cilindro. Mida laaltura efectiva de llenado, en adelante la denominará L

Pese el material restante. Este peso se dé nominara P2.

Saturación de la muestra: & necesario extraer todo el aire contenido en los intersticios de la

muestra antes de efectuar la prueba.

Coloque una manguera en la boquilla superior del recipiente metálico y lleve el extremo libre a

un recipiente con agua

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Conecte una manguera en la boquilla inferior del recipiente metálico que contiene la muestra.

Deberá asegurarse que la velocidad de suministro en la manguera se bastante baja. Este

proceso puede tomar varios días para este tipo de suelos

La saturación se suspenderá cuando deje de ingresar aire desde la manguera superior al

recipiente con agua. Al igual que en el ensayo No 11 no se deberá iniciar la saturación por laboquilla superior.

Una vez se sature la muestra deberá cambiar la posición de las mangueras y colocar la

manguera procedente de la fuente en la boquilla superior y la manguera drenante en la parte

inferior.

A diferencia del ensayo No 11, el nivel del agua será variable a medida que se cumple el

ensayo.

Deberá permitirse el flujo de agua hacia los tubos de vidrio, para este efecto deberá abrir las

válvulas inferiores del permeámetro.

Observe en la escala de medición detrás del tubo la altura máxima que alcanza el agua dentro

del tubo y regístrela en adelante como h1

Abriendo la válvula de descarga tome en una probeta, un volumen determinado V para un

tiempo específico T a partir de la boquilla inferior del molde. Este tiempo debe ser medido con

el cronómetro. Una vez tome el volumen cierre inmediatamente la válvula de paso de agua

hacia el cilindro.

Registre la lectura final del nivel del agua en la escale graduad detrás del tubo. En adelante se

denominará h2 Los numerales 5.5, 5.6 y 5.7 deben efectuarse simultáneamente.

Repita los pasos 5.5 a 5.7 por lo menos en cinco veces para obtener promedios

representativos del tipo de suelo.

Desmonte el equipo. 

CÁLCULOS 

Longitud de la muestra L (cm)= Altura efectiva de llenado. No debe confundirse con la altura

del recipiente, pues a ésta debe restarse el espesor equivalente a las piedras porosas y al papel

drenante.

. AH (cm)= Altura medida desde el nivel superior del agua en el equipo fuente hasta la parte

inferior de la boquilla inferior en el recipiente metálico.

Caudal Q (cm» / seg) = Ti

Vi

Tiempo

Volumen

 

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El subíndice i  indica que se establece para cada vez que se realice una medición de volumen

Área A (cm2) : Equivale a la sección transversal de la muestra y que resulte ser normal al plano

vertical del cilindro que la contiene.

Gradiente hidráulico  L H i

 

 

Determinación del coeficiente de permeabilidad K

Para obtener la expresión que nos determine el coeficiente de permeabilidad K es necesario

igualar el caudal entrante Qe = Qs .La demostración se muestra en el anexo de permeabilidad

2

1lnh

h

 At 

 L K 

   

 

El coeficiente de permeabilidad K  será el promedio de los cinco ensayos realizados para elmismo tipo de suelo.

GUIA SUGERIDA

  Qué es la permeabilidad? Qué unidades se usa para expresarla?

 

Puede dar alguna relación empírica para medir la permeabilidad de los suelos? Esaplicable a todos los suelos?

  Cuál es el objetivo del ensayo de permeabilidad de cabeza constante?

  Es el coeficiente de permeabilidad de las arenas influido por la relación de vacíos?

Explique

  Cuál es el valor más pequeño del coeficiente de permeabilidad que puede ser medido en

una prueba de permeabilidad de cabeza constante?

 

Qué otras pruebas pueden aplicarse a los suelos con permeabilidades bajas?

  Puede dar usted una expresión que tenga en cuenta los cambios de permeabilidad versus

la relación de vacíos?

  Explique el principio del tanque de presión constante?

  Porque usted debe usar agua desairada en vez de agua del grifo para el ensayo de

permeabilidad?

  Como usted remueve el aire del agua?

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  Las mediciones de la permeabilidad aumentan o disminuyen con el contenido del aire del

agua ensayada?

  El coeficiente de permeabilidad aumenta o disminuye con la temperatura? Explique

 

Cuál es el rango típico para la permeabilidad de gravas, arenas, limos y arcillas?

  Es necesario remover el aire de la muestra antes de realizar un ensayo de permeabilidad?

Explique

REFERENCIAS

  Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

  Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

  Conferencias Introducción a la Mecánica de Suelos. Tomo I. Alvaro Covo Torres

  Mecánica de Suelos. Lambe

  Ingeniería de Cimentaciones. Peck, Hanson and Thorbourng

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PRACTICA Nº 10. ENSAYO DE CONSOLIDACIÓN

NORMA TÉCNICA DE REFERENCIA: ASTM D2435-90

Método para el ensayo de las propiedades de consolidación uni-dimensional de los suelos

OBJETIVO: La prueba de consolidación es usada para determinar el índice de compresión Cc, el

índice de expansión Cs y el esfuerzo de preconsolidación p’, los cuales definen la

compresibilidad de los suelos; además el coeficiente de consolidación Cv, el cual caracteriza la

rata de compresión primaria; y el coeficiente de consolidación secundaria C, el cual define las

propiedades de reptación.

EQUIPO:

El equipo para el ensayo de consolidación incluye:

 

Consolidó metro

  Deformímetro de carátula con lectura de 0.01mm de precisión (ó 0.0001”) 

  Equipo de cargas

  Cronómetro

  Equipo necesario o disponible para moldeo o corte de la muestra

  Horno

 

Balanza de sensibilidad 0.1 g

  Recipientes para el contenido de humedad.

INTRODUCCIÓN

Cuando un depósito de suelo se encuentra sometido a un incremento de los esfuerzos totales,

por ejemplo, como resultado de la carga aplicada por la construcción de un edificio o un

terraplén, se produce en el suelo un exceso de presión intersticial.

Puesto que el agua no puede resistir esfuerzos cortantes, el exceso de presión intersticial se

disipa mediante el flujo de agua hacia el exterior. La velocidad a la cual se produce este

proceso depende principalmente del coeficiente de permeabilidad de la masa de suelo.

La disipación del exceso de presión intersticial debida al flujo de agua hacia el exterior se

denomina consolidación, proceso que conlleva a un reajuste de la estructura del suelo

originando una deformación plástica correspondiente a una reducción en la relación de vacíos,

generando con ello una reducción del volumen total de la masa de suelo, lo cual se manifiesta

en el asentamiento de la superficie del terreno y por consiguiente en un asentamiento de las

estructuras.

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53

En un suelo granular tal, como una arena, la permeabilidad es relativamente alta y por ello el

exceso de presión intersticial puede disiparse al instante. En consecuencia, el asentamiento de

la estructura por lo general se termina al final de la construcción.

En contraste, los depósitos de arcilla a menudo tienen una permeabilidad muy baja y por ello

la disipación del exceso de presión intersticial es un proceso muy lento. En consecuencia, unaestructura puede continuar asentándose durante varios años después de terminada la

construcción.

El proceso de consolidación se aplica a todos los suelos, pero en la práctica sólo tiene interés

en el caso de estructuras cimentadas en depósitos de arcilla. En tales casos se necesita

predecir:

  El asentamiento total de la estructura

  La velocidad a la cual se produce dicho asentamiento

Estas predicciones pueden hacerse mediante una teoría apropiada para la consolidación.

En general, el proceso de consolidación involucra en tres dimensiones el flujo del agua

intersticial y las deformaciones de la masa de suelo. Sin embargo, las teorías tridimensionales

son muy complejas y difíciles de aplicar en la práctica. El caso más simple que puede tratarse

matemáticamente es el caso unidimensional. Esta es la teoría que se utiliza con mayor

frecuencia en la práctica y es la base de la casi totalidad de los cálculos de asentamientos.

PROCEDIMIENTO

Moldee cuidadosamente una muestra dentro del anillo de consolidación. Pesar la muestra y

determinar la altura Hi  y el diámetro de la muestra.

Nota: Después de moldear la muestra a las dimensiones nominales (y/o utilizar el disco

espaciador), registrar su espesor con una precisión de 0.01mm (0.0001”), es decir, 20.00mm

(0.8000”) u otra dimensión. 

Colocar cuidadosamente la muestra de suelo en el consolidómetro con una piedra porosa

saturada colocada sobre cada cara. Asegurarse de que las piedras porosas entren en el anillo

de forma que el ensayo pueda avanzar satisfactoriamente.

Colocar el Consolidómetro en el aparato de carga y ajustar el deformímetro de carátula;

recordar que debe permitirse una posible compresión de la muestra de 4 a 12 mm.

Aplicar una carga de inicialización de 5 (para suelos blandos), a 10 (para suelos firmes) kPa.

Verificar nuevamente que las piedras porosas no se apoyen sobre el anillo. Colocar el

deformímetro de carátula en 0 (dejar esta carga de inicialización sobre el suelo).

En el momento conveniente, aplicar el primer incremento de carga (carga adicional suficiente

para desarrollar el primer incremento de carga) y simultáneamente tomar lecturas de

deformación a tiempos transcurridos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 39, 60, 120 min, a

continuación por ejemplo 4, 8, 16, horas, etc.

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Después de 24 horas o como se haya establecido, o cuando el H entre dos lecturas sea

suficientemente pequeño, cambiar la carga al siguiente valor y nuevamente tomar lecturas a

intervalos de tiempo controlados como en el paso 3 anterior.

Si se utiliza el experimento de laboratorio “rápido” en el tercero y cuarto incremento de carga,

tomar suficiente tiempo en las lectura para establecer una pendiente adecuada para laconsolidación secundaria que puede ser utilizada en los otros incrementos.

Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformación contra tiempo discurrido a

través de todo el rango de cargas del consolidómetro (o hasta que arbitrariamente se

determine).

Colocar la muestra (incluyendo todas las partículas que se hayan exprimido fuera del anillo) en

el horno al final del experimento para encontrar el peso de los sólidos W s y lograr el cálculo del

volumen final de agua V wf . Comparar W s con el valor calculado en el paso 1 (si se hizo la

determinación del contenido de humedad).

Dibujar las curvas de lectura de deformación contra log tiempo. Encontrar D0, D100 y D50 y los

correspondientes t 50 para cada incremento de carga y mostrar los valores sobre todas las

curvas. Dibujar en papel semilogarítmico cinco ciclos más de un incremento de carga en cada

hoja, cuidándose de no sobrecargar excesivamente la gráfica.

Opcional: Dibujar la curva de lectura del deformímetro contra  tiempo para dos incrementosde carga cualquiera y encontrar D0, D100 y D50 y el correspondiente t 50. Comparar t 50 con el

obtenido en el paso 7 y hacer los comentarios que considere apropiados en el informe si hay

una gran discrepancia.

Utilizando los formatos para las lecturas de deformación contra tiempo, los cálculos para e0 ,

Hs , completar el formato titulado “hoja de cálculos para e y cv ”. 

Dibujar bien a, b o ambos según lo decida el instructor.

Calcular la deformación unitaria para cada incremento de carga como:

i H 

 H  

 

donde  H  es la deformación acumulada a través de cualquier incremento de carga.

Dibujar la deformación unitaria contra log P y obtener la relación de compresión C c’, y calcular

el índice de compresión como:

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)1(0

' eC C cc 

 

Y mostrar ambos valores sobre el gráfico  contra log P

Calcular e0, ei  y hacer la gráfica de e contra log P y calcular el índice de compresión Cc. Mostrar

este cálculo sobre la gráfica junto con la forma de obtención de los valores para el cálculo

(coordenadas de la curva).

Sobre la curva del paso 10, seleccionar una buena escala de ordenadas y dibujar cv  contra log P 

utilizando la parte derecha de la hoja del gráfico para definir la escala de cv . No utilizar una

escala demasiado grande de forma que se disminuya la importancia de la curva e (o ) contra

log P. asegurarse de utilizar una escala que indique razonablemente cv = constante (lo cual es

una suposición esencial en la teoría de consolidación).

GUIA SUGERIDA

  Cuales propiedades del suelo son medidas durante el ensayo de consolidación?

  Para qué tipo de suelos es aplicable el ensayo de consolidación?

  Cuales es la relación entre deformación volumétrica y relación de vacios?

  Defina coeficiente de compresibilidad ( mV)

  Que es la presión de pre consolidación y la relación de sobre consolidación?

  Defina Línea virgen de consolidación?

  Que son arcillas normalmente y sobre consolidadas?

  Cuál es la relación entre el coeficientes de consolidación y permeabilidad?

  Porque se mide la altura la altura final de la muestra después del ensayo de

Consolidación?

REFERENCIAS

  Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

  Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

  Conferencias Introducción a la Mecánica de Suelos. Tomo I. Alvaro Covo Torres

  Mecánica de Suelos. Lambe

 

Ingeniería de Cimentaciones. Peck, Hanson and Thorbourng

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PRACTICA Nº 11. ENSAYO DE CORTE DIRECTO

NORMA TÉCNICA DE REFERENCIA: ASTM D3080-90

Método para el ensayo de corte directo de suelos bajo condiciones drenadas y consolidadas

1.  GENERALIDADES 

El ensayo de corte directo consiste en someter una muestra de suelo a una fuerza vertical Pv

(conocida, pues su valor se obtiene mediante suministro de pesas) y a una fuerza horizontal

(desconocida, la evaluación de esta fuerza es el objeto del ensayo). La fuerza vertical es

controlada mediante un número exacto de pesas hasta conseguir el valor deseado. La fuerza

horizontal Ph proviene de utilizar la ley de Hooke para resortes. Esta fuerza horizontal es

evaluada para las deformaciones horizontales que sufre el anillo de carga ( F s -K x, donde x es

la deformación del resorte y la cual en este ensayo es medida con un deformímetro y K es laconstante del resorte) Para el caso de anillos de carga la multiplicación de la lectura en él

obtenida por el factor del anillo es muestra de la fuerza horizontal actuante para obtener una

deformación respectiva.

El ensayo de corte directo fue originalmente muy popular. Sin embargo, a medida que avanza

el estado del arte, se ha vuelto cada vez menos popular por las siguientes razones:

  El área de la muestra cambia a medida que el ensayo progresa, sin que esto sea

demasiado significativo ya que la mayoría de las muestras “fallan” a deformaciones

muy bajas.

  La superficie de falla real no es un plano, como se supuso o se intentó obtener con el

tipo de caja de corte que se diseñó, ni tampoco se tiene una distribución uniforme del

esfuerzo cortante a lo largo de la superficie de “falla” como también se supuso. 

  El ensayo usa una muestra muy pequeña, con el consiguiente resultado de que los

errores de preparación son relativamente importantes.

 

El tamaño de la muestra excluye la posibilidad de hacer mucha investigación de lascondiciones de presión de poros durante el ensayo.

  No es posible determinar el módulo de elasticidad ni el de la relación de Poisson.

2. 

OBJETIVOS:

  Familiarizar al estudiante con un procedimiento para la determinación rápida de los

parámetros de resistencia al corte (c y ) de los suelos cohesivos y no cohesivos.

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  Enseñar al estudiante como afectan la naturaleza friccionante o cohesiva de un suelo

las características esfuerzo - deformación.

3. 

MUESTRA: La muestra para el ensayo deberá consistir en piezas de materialinalterado, extraído del sitio de interés. Las muestras pueden moldearse en el

laboratorio para darles la forma definitiva de la caja de corte siguiente sin alterar su

estado inicial de humedad. Las dimensiones finales para los especímenes ensayados en

el equipo de corte de Unisucre deberán poseer las siguientes dimensiones:

Ancho: 59 mm

Largo: 59 mm

Alto : 20 mm

4. 

EQUIPOS: El equipo para el ensayo de consolidación incluye:

  Aparato de corte directo (ver figura 1.)

  Deformímetros de carátula con lectura de 0.01mm de precisión (ó 0.0001”). 

  Equipo de cargas.

  Cronómetro (dependiendo del tipo de ensayo).

  Equipo necesario o disponible para moldeo o corte de la muestra.

  Balanza de sensibilidad 0.1 g.

  Nivel pequeño.

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Figura 1. Equipo de corte.

Fuente Laboratorios de Suelos. Universidad de Sucre

PROCEDIMIENTO

SUELO NO COHESIVO 

  Pesar un plato grande de arena seca (o mojada con el contenido de humedad conocido

con exactitud) con suficiente material para hacer por lo menos tres ensayos a la misma

densidad.

  Ensamblar cuidadosamente la caja de corte (retroceder cualquier separación existente

entre las partes de la caja y los tornillos de empalme) y fijar la caja en posición.

Obtener la sección transversal A de la muestra.

  Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde de

la superficie del anillo y colocar el pistón de carga (incluyendo las piedras porosas)

sobre la superficie del suelo. Tomar un nivel pequeño y verificar la nivelación del

pistón o bloque de carga.

Pesar el recipiente de la arena para determinar el peso exacto del material utilizado en la

muestra. Obtener a continuación una referencia del espesor de la muestra de suelo marcando

varios puntos en el borde del pistón o bloque de carga alrededor del perímetro con respecto a

la altura de la caja de corte.

Dial de deformación

vertical

Caja biaxial de corte

Montante para

cargas

Anillo de carga

Dial de deformación

horizontal

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  Aplicar la carga normal Pv deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento

vertical (con precisión de 0.01mm por división). Recordar incluir el peso del pistón de

carga y la mitad superior de la caja de corte como parte del peso Pv.

Para ensayos consolidados, registrar en el dial el desplazamiento vertical y comenzar el

ensayo, solo cuando el asentamiento ha parado. Para suelos no cohesivos esto puede hacersea partir de la aplicación de Pv.

  Separar las dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores que se

encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado debería ser

ligeramente superior (al ojo) que el tamaño más grande de partículas presente en la

muestra. A continuación se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de

fijación provistos para tal propósito a los lados de la parte superior de la caja de corte.

Inmediatamente después separar los tornillos espaciadores de manera que se libere la

parte inferior de la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la

carga de la caja de corte, y el bloque del pistón de carga se encuentran actuando sobrela muestra de suelo.

  Ajustar el deformímetro de carátula (0.01mm/división) para medir el desplazamiento

en cortante.

Para ensayos saturados, saturar la muestra llenando la caja de corte y permitiendo transcurrir

tiempo para que tenga lugar la saturación.

Asegurarse de que las piedras porosas que se encuentran en la caja de corte estén saturadas si

el suelo al ensayarse contiene alguna humedad.

  Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformímetro de carga,

del deformímetro de desplazamiento cortante, y del deformímetro vertical (cambio de

volumen). Si el ensayo es de tipo deformación unitaria controlada, se deben tomar

esas lecturas a desplazamientos horizontales de:

5, 10, y cada 10 o 20 unidades de desplazamiento horizontal.

Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no más de 2 mm/min.

No utilizar tasas de deformación unitaria más rápidas, pues existe el peligro de que se presente

el pico de carga cortante entre dos lecturas. La tasa de deformación debería ser tal que la

muestra “falle” entre 3 y 5 min. 

  Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos 1 a 8 sobre por lo menos dos

muestras adicionales y a una densidad ojalá dentro de los 5 g y no más de 10 g

respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Asegurarse de que la arena

ocupe el mismo volumen utilizando las marcas de referencia del paso Nº 3.

En el paso 4 usar un valor diferente de Pv para cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior,

por ejemplo, 4, 8, 16 kg más el peso del bloque o pistón de carga para esos tres ensayos ó 5,

10, 20, kg, etc.).

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SUELO NO COHESIVO

  Moldear cuidadosamente tres o cuatro muestras del mismo tamaño (y ojalá, a la

misma densidad) tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra detubo, o de cualquier otro tipo de fuente. Utilizar un anillo cortante de manera que el

tamaño pueda ser controlado bastante aproximadamente. Cualquier muestra con un

peso apreciablemente diferente de las otras debe descartarse y en su lugar moldear

otra. *Qué constituye “apreciable” comparado con el tamaño de la muestra (del orden

de 5 cm2 x 20 a 25 mm de espesor) es asunto de criterio personal].

Nota: Se pueden necesitar seis muestras si el suelo está inalterado y preconsolidado.

Mantener las muestras en ambiente de humedad controlada mientras se hace el moldeo, la

preparación de la máquina de corte y los demás detalles del ensayo.

 

Retroceder la separación y el agarre de los tornillos guía en la parte superior de la caja

de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas están

saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco.

Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el área de la muestra.

  Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra debe

ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca de 5 mm de la parte superior de

la caja de corte.

 

Colocar el bloque o pistón de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal Pv yajustar el deformímetro de carátula vertical.

Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformímetro vertical igual que para el

ensayo de consolidación para determinar cuando la consolidación haya terminado.

  Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequeña

separación apenas mayor que el tamaño de la partícula más grande presente en el

suelo, retroceder los tornillos de separación y empalmar la cabeza de carga en su sitio

utilizando los tornillos fijos para tal propósito.

Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal más el peso del bloque de carga y lamitad superior de la caja de corte.

Ser extremadamente cuidadoso al separar la caja de corte cuando se ensaya una arcilla blanda

por que parte del material puede ser extruído fuera de la caja por la zona de separación,

utilizar en estos casos cargas verticales pequeñas y/o hacer si puede requerir el hacer la

consolidación antes de la separación de las cajas.

  Acoplar el deformímetro de deformación cortante, fijar en cero tanto el deformímetro

horizontal como el vertical. Para ensayos saturados, es necesario llenar la caja de corte

con agua y esperar un tiempo razonable para que se produzca la saturación de lamuestra.

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  Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformímetro de carga,

desplazamientos de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). Si el

ensayo se hace a deformación unitaria controlada tomar estas lecturas a

desplazamientos horizontales de: 5, 10 y cada 10 ó 20 unidades del deformímetro de

desplazamiento horizontal, Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5

a no más de 2 mm/min.

No utilizar tasas de deformación unitaria demasiado altas, ya que es posible que la carga pico

de corte esté entre dos lecturas. La tasa de deformación debería ser tal que la muestra “falle”

en 5 a 10 min a menos que el ensayo sea CD.

La velocidad de deformación para el ensayo CD debería ser tal que el tiempo para que la falla

ocurra tf sea:

5050t t   f     

Donde t50 es el tiempo necesario para que ocurra el 50% de la consolidación bajo la carga

normal Pv. Si t50 no es fácil de obtener, puede utilizarse:

907060  122535   t t t t 

 f   

 

Puede hacerse una gráfica de la lectura de deformación vertical contra el Log del tiempo

similar a la del ensayo de consolidación del suelo. Cuando Pv es muy grande podría ser

necesario aplicar una carga en incrementos en vez de aplicarla toda de una vez.

  Remover el suelo y tomar una muestra para el contenido de humedad. Repetir los

pasos 2 a 6 para dos o más muestras adicionales. Si el suelo está preconsolidado y se

utilizan seis muestras para el ensayo, es preciso asegurarse de utilizar un rango de tres

cargas normales a cada lado del esfuerzo de preconsolidación.

  GUIA SUGERIDA 

Para qué tipo de análisis ingenieril usted necesita los resultados del ensayo corte

directo?

Porque la resistencia al corte de las arenas densas es mayor que la de las arenas

sueltas ?

Es posible dibujar la evolución del círculo de esfuerzos de Mohr durante un ensayo de

corte directo?

Bajo que suposiciones podemos determinar el esfuerzo normal en la falla sobre la

superficie normal de una muestra cortada?

Cuál es el efecto de la carga sobre el área de contacto durante un ensayo de corte

directo?

En que parte de la muestra de suelo están concentradas las deformaciones durante unensayo de Corte Directo?

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62

Cuál es el efecto de la densidad sobre el ángulo de fricción interna de la arenas?

Cuál es la teoría del estado crítico en el caso del ensayo de corte directo sobre arenas?

Cuál es el objetivo del ensayo de corte directo? Que propiedades del suelo son

medidas

Porque la piedra porosa de una caja de corte directo aserradas o provistas con

dientes?

Bajo qué circunstancias y para qué tipo de suelos podrían ser usadas una muy baja

velocidad de corte?

Cuántos y cuáles son los tipos de ensayos de corte directo que son posible de llevar a

cabo en los suelos de grano fino?

REFERENCIA

  Manual de Laboratorios - Jhosep Bowles

  Conferencias Introducción a la Mecánica de Suelos. Tomo I Álvaro Covo Torres

  Mecánica de Suelos. Lambe

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PRÁCTICA No. 12. ENSAYO DE COMPRESIÓN INCONFINADA 

ASTM 2166-91

Método para el ensayo para la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos

OBJETIVOS:

Introducir al estudiante a un procedimiento aproximado para evaluar la resistencia al corte de

los suelos cohesivos.

La prueba de compresión inconfinada es usada para medir la resistencia al corte inconfinada

de los suelos de grano fino. La cual es un valor aproximado de su resistencia al corte no

drenado. Este ensayo es aplicable sólo a materiales cohesivos tales como arcillas saturadas o

suelos cementados que conservan una resistencia intrínseca sin una presión de confinamiento.

Este ensayo no es aplicable a suelos secos o sin cohesión, tales como gravas y arenas.

EQUIPO:

El equipo para el ensayo de compresión inconfinada incluye:

  Máquina de compresión inconfinada (cualquier tipo de máquina de compresión que tenga

un sistema de lectura de carga de rango suficientemente bajo para obtener lecturas de

carga aproximada)

  Deformímetro de carátula (lectura con precisión 0.01mm/división)

 

Equipo necesario o disponible para moldeo o corte de la muestra

  Calibrador vernier.

  Horno

  Balanza de sensibilidad 0.1 g

  Recipientes para el contenido de humedad.

INTRODUCCIÓN

El ensayo de compresión inconfinada es quizá la más simple, fácil y más económica manera deinvestigar la resistencia al corte de los suelos.

Cuando se introdujo por primera vez el método para ensayar en compresión simple las

muestras de suelo cohesivo recuperado del campo con tubos, fue aceptado ampliamente

como un medio para determinar rápidamente la resistencia al corte de un suelo. Utilizando la

construcción del círculo de Mohr, es evidente que la resistencia al corte o cohesión (c) de una

muestra de suelo puede ser calculada aproximadamente como:

2

uq

 

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Este cálculo se basa en el hecho que el esfuerzo principal menor 3 es cero (atmosférico) y que

el ángulo de fricción interna  del suelo se supone cero. Esta condición   =0 es la misma

obtenida en el ensayo triaxial no consolidado no drenado realizado a un suelo saturado.

Cuando se tuvo más conocimiento del comportamiento del suelo se hizo evidente que el

ensayo de compresión inconfinada generalmente no proporciona un valor bastante confiablede la resistencia al corte del suelo por al menos las siguientes tres razones:

El efecto de la restricción lateral provista por la masa de suelo sobre la muestra se pierde

cuando la muestra es removida del terreno. Existe sin embargo la opinión de que la

humedad del suelo le provee un efecto de tensión superficial (o confinamiento) de forma

que la muestra está algo “confinada”. Este efecto debería ser más pronunciado si la

muestra está saturada o cercana a ella. Este efecto también dependerá de la humedad

relativa del área del experimento, lo cual hace su evaluación cuantitativa más difícil.

La condición interna del suelo (grado de saturación, presión del agua de los poros bajo

esfuerzos de deformación, y efectos de alteración del grado de saturación) no pueden

controlarse.

La fricción en los extremos de la muestra producida por las placas origina una restricción

lateral sobre los extremos que altera los esfuerzos internos en una cantidad desconocida.

Los errores producidos por los dos primeros factores antes citados pueden eliminarse o por lo

menos reducirse utilizando los experimentos de compresión confinados (triaxiales). El tercer

aspecto ha sido objeto de considerable investigación, y actualmente se piensa que este factor

no es tan importante como podría suponerse a simple vista. Es posible fabricar platinas

especiales de apoyo para reducir los efectos de fricción si se desean resultados experimentales

muy refinados

PROCEDIMIENTO

Cada grupo debe preparar dos muestras de tubo con relación L/d entre dos y tres.

Colocar las muestras en recipientes húmedos o dejarlas en el cuarto de humedad para

prevenir su desecamiento mientras se espera turno para la máquina de compresión. Calcular la

deformación correspondiente al 20% de la deformación unitaria para las muestras mientras se

espera turno para la máquina, de forma que se pueda saber cuando terminar el experimento si

la muestra recibe carga sin mostrar un pico antes de que dicha deformación unitaria suceda.

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Calcular la densidad de las muestras y pesar dos latas de contenido de humedad de forma que

se pueda determinar el contenido de humedad de la muestra después de terminar el

experimento.

Alinear cuidadosamente la muestra en la máquina de compresión. Si los extremos no son

perfectamente perpendiculares al eje del espécimen, la parte inicial de la curva de esfuerzo-

deformación unitaria será plana (hasta que el área total de la muestra contribuya a la

resistencia del esfuerzo, las deformaciones unitarias serán demasiado grandes para el esfuerzo

calculado).

Establecer el cero en el equipo de carga (bien sea un deformímetro de carátula para registrar

la deformación de un anillo de carga o un DVM si se utiliza una célula de carga electrónica) y

establecer el cero del deformímetro. En este momento es necesario aplicar una carga muy

pequeña sobre la muestra (del orden de una unidad del deformímetro de carga, o quizá 0.5 kg

para una celda de carga).

Prender la máquina y tomar lecturas en los deformímetros de carga y deformación como sigue

(para un deformímetro de 0.01 mm/división):

10, 25, 50, 75, 100, y de aquí en adelante cada 50 a 100 divisiones del deformímetro, hasta que

suceda uno de los siguientes:

a.  La carga sobre la muestra decrece significativamente.

b.  La carga se mantiene constante por cuatro lecturas.

c.  La deformación sobrepasa significativamente el 20% de la deformación unitaria.

Utilizar el formato para este experimento. Utilizar cuantos formatos sean necesarios para cada

ensayo. Determinar el contenido de humedad para cada muestra.

1.  Calcular la deformación unitaria, el área corregida, y el esfuerzo unitario, para suficientes

lecturas (unos 8 a 10 puntos bien espaciados) para definir la curva esfuerzo-deformación

unitaria adecuadamente. Dibujar los resultados en una hoja de papel milimetrado (ambas

curvas en la misma hoja); mostrar qu como el esfuerzo pico en cada ensayo y mostrar el

valor promedio de qu para ambos ensayos. Asegurarse de dibujar la deformación unitaria

como abscisa.

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Dibujar el círculo de Mohr utilizando el qu  promedio y mostrar la cohesión del suelo. Si no se

dibuja con un compás el informe es inaceptable.

b. Calcular la cohesión del suelo utilizando el círculo de Mohr de (a) y suponer que el suelotiene un ángulo de fricción interna,  = 10º. Discutir si  qu es conservativa o “no conservativa”

bajo esta circunstancia.

c. Calcular el modulo secante de elasticidad del suelo para 0.25, 0.5 y 0.75 qu; calcular también

el módulo tangente inicial. Tabular estos valores en las “conclusiones” del informe. 

GUIA SUGERIDA

 

Cuáles son las propiedades de los suelos que son determinados en un ensayo deCompresión Inconfinada?

  Cuál es el efecto del contenido de agua sobre la resistencia al corte Inconfinada?

  Como puede el modulo de Young`s ser calculado a partir de los resultados del ensayo de

Compresión Incofinada?

  A qué tipo de suelos es aplicable el ensayo de Compresión Incofinada?

REFERENCIA

  Bardet, Jean Pìerre. Experimental Soil Mechanics

  Bowles, Joseph. Manual de laboratorios de mecánica de suelos

  Das, Braja M. Fundamentos de Ingeniería geotécnica

  Conferencias Introducción a la Mecánica de Suelos. Tomo I. Alvaro Covo Torres

  Mecánica de Suelos. Lambe

  Ingeniería de Cimentaciones. Peck, Hanson and Thorbourng