mecanica de suelos taller

Nombre de la actividad Tiempo 3 horas

pedagógicas

Nombre de Actividad: Cuarteo de Muestras Granulometría de suelos

Nombre Asignatura: Mecanica de Suelos Sigla MDS5201

UNIDAD DE COMPETENCIAS:

Unidad de competencias

Reconoce los diferentes tipos de suelos,, sus características y propiedades, según el tamaño, forma y textura de las partículas

APRENDIZAJES ESPERADOS:

Aprendizaje 1 Identifica tipos de suelos según tamaño de sus partículas. Suelos gruesos (gravas y arenas) y suelos finos (limos y arcillas).

Aprendizaje 2 Reconoce las características y propiedades de los suelos, según su tamaño, forma, textura superficial, estructura, consistencia, compacidad.

Aprendizaje 3 Reconoce técnicas para diferenciar limos de arcillas

Aprendizaje 4 Identifica tipos de Ensayos empleados en Clasificación de Suelos: (Granulometría, Límites de Consistencia, Límites de Atterberg), según normativa vigente.

Revisión Número: X Fecha de actualización: XX-YY-12 Fecha de vigencia: 2012

Preparado por: JJJJ Revisado por: M. Cristina Plaza Aprobado por: ESCO 1

ÍNDICE

Contenido

Objetivo

Antecedentes

Definiciones

Materiales / Equipos

Descripción del procedimiento de trabajo

Tiempo de ejecución

Evaluación

- Indicar la pauta de chequeo por desarrollo de actividad - Indicar la pauta de chequeo por desarrollo de Guía de laboratorio

Bibliografía

Anexos

Pág.

1

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8

9

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ObjetivoDe

Enero 2012 / Esc. Construcción / Ingeniería en construcción

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1. Objetivos Definir un método para la obtención de muestras para ser usadas en ensayos de laboratorio, a partir de muestras tomadas en terreno.

Obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en una muestra de suelo.

2. Antecedentes

Para obtener una muestra representativa del material a ensayar es muy importante disponer de un buen muestreo. Este se debe realizar en primer lugar en el lugar de origen ( acopio, cordón,media faja, pozo de empréstito, terreno natural, etc.), posteriormente se realiza un cuarteo en laboratorio, todo esto con la finalidad de que los ensayes efectuados al suelo sean representativo del material de origen. La importancia se fundamente en que con los resultados de los ensayes se realizan los diseños de las estructuras, y un valor que no represente fielmente a las características mecánicas del suelo de fundación puede provocar el los casos más graves el colapso de la estructura. ¿Qué es una roca? Existen numerosas sustancias inorgánicas de origen natural, de variada composición química y estructura: los minerales. Sin embargo, estos minerales no suelen encontrarse naturalmente en forma aislada (por eso son tan escasos los yacimientos de interés económico). Los minerales aparecen habitualmente asociados, formando rocas. Otras sustancias naturales, aún cuando no son reconocidas como minerales pueden formar rocas, éste es el caso del carbón, aunque no del petróleo; también es el caso de las acumulaciones de esqueletos de organismos animales o vegetales (que pueden ser de composición sílicea, fosfática o carbonática) y el de los vidrios de origen volcánico. La definición más simple que puede esbozarse de roca es: material de que está compuesta la corteza terrestre. De este modo, se evita una descripción más compleja en la que sería necesario mencionar todas las excepciones para no incurrir en errores.

Los diferentes tipos y tamaños de agregados requieren que la muestra de ensaye sea representativa. El material obtenido en terreno debe ser siempre mayor en cantidad que la muestra requerida para ensaye.

El material debe ser reducido en cantidad, según el ensaye que se va a realizar.

Este método establece el procedimiento manual para la reducción de muestras de suelo, áridos y agregados pétreos en general.

Una forma de clasificar un suelo es por la distribución del tamaño de sus partículas. Cobra importancia este ensaye por que representa un criterio de selección de suelos para ser usados en elementos estructurales como bases y sub-bases de carreteras, presas de tierra o diques, drenajes, etc.

Los términos principales usados para describir los suelos son: grava, arena, limo y arcilla. La mayor parte de los suelos naturales se componen de una mezcla de dos o más de estos elementos, y pueden contener por añadidura, material orgánico parcial o completamente descompuesto. A la mezcla se le da el nombre del elemento que parezca tener mayor


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influencia en su comportamiento, y los otros componentes se usan como adjetivos. Así, una arcilla limosa tiene predominantemente las propiedades de la arcilla, pero contiene una cantidad significativa de limo, y un limo orgánico está compuesto principalmente de mineral cuyas partículas tienen el tamaño de las del limo, pero que contiene una cantidad importante de material orgánico.

A las gravas y a las arenas se les llama suelos de grano grueso, y a los limos y a las arcillas suelos de grano fino. La distinción radica en que puedan diferenciarse las partículas a simple vista. Los métodos para describir los suelos de grano grueso difieren de los que son apropiados para los de grano fino; por lo tanto, los procedimientos se explican bajo encabezados diferentes.

Los materiales de los suelos de grano grueso son fragmentos minerales que pueden identificarse principalmente tomando como base el tamaño de las partículas.

Las partículas que tienen un tamaño mayor que aproximadamente 5 mm se clasifican como grava. Sin embargo, si el diámetro excede de aproximadamente 80 mm, se aplica usualmente el nombre de bolones. Si los granos son visibles a simple vista, pero tienen un tamaño menor de aproximadamente 5 mm, el suelo se describe como arena. Este nombre se modifica todavía más dividiéndolo en gruesa, media o fina. En los Estados Unidos se ha adoptado la clasificación de la ASTM, cuyos limites de tamaños dados en la tabla 1.1 se utilizan como norma para fines técnicos.

TABLA 1.1

Límites de los Tamaños de los componentes del suelo

Según la Clasificación de la ASTM (en milímetros)

Bloques mayor a 300 mm

Bolones de 80 a 300 mm

Grava de 5 a 80 mm

Arena de 0.08 a 5 mm

Limos de 0.005 a 0.08 mm

Arcilla menores a 0.005 mm

Una descripción verbal completa de un suelo de grano grueso incluye la estimación de la cantidad de material de cada orden de tamaño, la graduación, la forma de las partículas, y la composición mineralógica.


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La graduación o análisis granulométrico permite conocer la distribución por tamaño de la fracción de una muestra de suelo menor a 80 mm y en base a ella se pueden definir a los suelos como bien graduados, uniformes y de granulometría discontinua. Los suelos bien graduados contienen una buena proporción de partículas de todos los tamaños, variando de gruesas a finas; en este tipo de suelos las partículas finas tienden a encajar entre las partículas bastas, con lo que se reduce a un mínimo la cantidad de huecos. En los suelos uniformes todas las partículas son aproximadamente del mismo tamaño. Los suelos de granulometría discontinua son mezclas de partículas de tamaño grueso uniforme y de partículas finas también de tamaño uniforme, faltando partículas de tamaño intermedio entre las gruesas y las finas. Todos los suelos que no están bien graduados, se denominan genéricamente mal graduados.

El propósito del análisis granulométrico es determinar el tamaño de las partículas que constituyen un suelo y fijar, en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distintos tamaños que el mismo contiene. El método más directo para separar un suelo en fracciones de distintos tamaños consiste en el uso de tamices. Pero como la abertura de la malla más fina que se fabrica corrientemente es de 0.08 mm, el análisis granulométrico está restringido a partículas de suelo mayores de dicho tamaño.

Para agregados menores a 0.08 mm, puede ser analizado la distribución por tamaño mediante la sedimentación de dicha fracción en agua destilada. Este método se conoce como método Boyoucos o del hidrómetro.

Para el ensayo se utiliza una serie de tamices normalizados y numerados según diferentes escalas. Una de las más utilizadas es la ASTM y cuyo tamaño de tamices son:


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TABLA 1.2

ASTM Tamiz designación según Nch (mm)

Abertura real

(mm)

3” 80 75

2½” 63 63

2” 50 50

1½” 40 38

1” 25 25

¾” 20 19

3/8” 10 9.5

N°4 5 4.75

N°10 2 2

N°40 0.5 0.425

N°200 0.08 0.075

Los resultados de este ensaye pueden ser representados gráficamente en forma de una curva granulométrica semilogarítmica, en la que las abscisas representan el logarítmo del diámetro de las partículas, y las ordenadas el porcentaje en peso que pasa por un tamiz determinado, contenido en los materiales del suelo que se trate.

DESCRIPCION

Angulosa

Subangulosa

CRITERIO

Partículas que tienen bordes afilados y con superficies

relativamente planas con superficies no pulidas.

Partículas que son similares a la descripción angulosa

pero tienen bordes redondeados.

Criterio para describir la Angulosidad de Partículas de Grano Grueso


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3. Definiciones

Roca : agregado natural de granos minerales unidos por grandes y permanentes fuerzas de cohesión.

Suelo: agregado natural de granos minerales, con o sin componentes orgánicos, que pueden separarse por medios mecánicos comunes, tales como la agitación en el agua.

En la práctica, no existe diferencia tan simple entre roca y suelo. Aún las rocas más rígidas y fuertes pueden debilitarse al sufrir el proceso de meteorización, y algunos suelos muy endurecidos pueden presentar resistencias comparables a las de la roca meteorizada.

Agregados: se emplea para designar una masa de suelo. Los agregados de suelo pueden definir textura, estructura, compacidad, consistencia y humedad.

Bolones: fragmentos de roca entre 80 y 300 mm

Grava: agregados sin cohesión de fragmentos granulares, poco o no alterados, de roca y minerales, cuyos tamaños varían entre 5 y 80 mm

Arena: agregados sin cohesión, cuyos tamaños varían entre 0.08 mm y 5 mm.

Limos: Suelos de grano fino con poca o ninguna plasticidad y de tamaño comprendido entre 0.005 y 0.08 mm.

Arcilla: Son agregados de partículas pequeñísimas derivadas de la descomposición química de las rocas, son plásticas y el tamaño de sus partículas es menor a 0.005 mm

Granulometría: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen una muestra de suelo

Curva granulométrica: Representación gráfica del ensayo granulométrico. A partir de ella es posible observar la graduación de un suelo.

Tamiz: Elemento metálico formado por marco, tejidos, deposito receptor y tapa. El marco es un elemento circular metálico, con diámetro de 200mm o 300mm, suficientemente rígido y firme como para fijar el tejido. El tejido es una malla de alambre con aberturas cuadradas, que se fija en los bordes del marco. Para la realización del ensayo granulométrico se utiliza un juego de tamices, cuyos tamaños de abertura de los tejidos deben pertenecer a una serie normalizada (ver tabla 1.2). Cada juego de tamices debe estar provisto de un deposito que ajuste perfectamente para la recepción del residuo más fino y de una tapa que evite la pérdida de material.(ver figuras 1.1 y 1.2)


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El número del tamiz, por ejemplo ASTM N°4, expresa el número de mallas por pulgada de tejido, es decir, existen 4 mallas o cuadrados de 5 mm por pulgada.

Criba: Corresponde a la abertura del tejido del tamiz.(Ver figura 1.1)

FIGURA 1.1

TAMICES NORMALIZADOS

Tamiz Nº4 Tamiz 1”

25mm5 mm

Criba


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FIGURA 1.2

SERIE DE TAMICES

Porcentaje parcial retenido en un tamiz: corresponde al porcentaje en masa del suelo directamente retenido en ese tamiz.

% parcial retenido = peso retenido en tamiz x 100

peso muestra total

Porcentaje acumulado retenido en un tamiz: corresponde al porcentaje en masa de todas las partículas de mayor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la suma de todos los porcentajes parciales retenidos en los tamices de abertura de mayor tamaño más el porcentaje parcial de lo retenido en ese tamiz.

Ejemplo:

% retenido acumulado en tamiz 2” = % retenido parcial tamiz 3” + % retenido parcial tamiz 2 ½” + % retenido parcial tamiz 2”


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Porcentaje acumulado que pasa por un tamiz: Corresponde al porcentaje en masa de todas las partículas de menor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la diferencia entre el 100% y el porcentaje acumulado retenido en ese tamiz.

Ejemplo:

% acumulado que pasa por tamiz 2” = 100 – ( % retenido acumulado en tamiz 2”)

4. Materiales / Equipos

a) juego de tamices normalizados según la tabla S02.1 b) dos balanzas: con capacidades superiores a 20 kgs. Y 2000 grs. y precisiones de 1 gr. y

0,1 gr. respectivamente. c) Horno de secado d) Un vibrador mecánico. e) Herramientas y accesorios: Bandeja metálica, poruña, recipientes plásticos y escobilla.

5. Descripción del procedimiento de trabajo

Cuarteo de muestras

Este método permite reducir manualmente una cantidad de pétreo para obtener muestras menores a 100 Kg.

Para efectuar el cuarteo, el material deberá estar húmedo; si está seco se deberá humedecer con agua limpia usando un rociador.

Mezclar bien el material hasta formar una pila con forma de cono. Revolver nuevamente y formar un nuevo cono, repitiendo este procedimiento tres veces.


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Distribuir una pala llena del material tan uniformemente como sea posible sobre una lona u otra superficie lisa, plana y ancha.

Continuar colocando material en capas una encima de otra hasta distribuir todo el material formando un montón plano y ancho. Se debe evitar la conicidad en el montón así preparado.

Dividir el montón en cuartas partes iguales con una pala de borde recto o una plancha de metal.

Remover dos cuartas partes opuestas y colocarlas a un lado, cuidando de retirar todo el material fino limpiando los espacios despejados con una brocha o escoba.


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Repetir el procedimiento con la porción restante del agregado hasta que se haya obtenido una muestra de ensaye del tamaño deseado.

Si se desea, se puede guardar la porción que se colocó a un lado para hacer un posible ensaye de comprobación.

Granulometría

a) Homogeneizar la muestra en estado húmedo y reducirla por cuarteo. Secar la muestra obtenida hasta masa constante a una temperatura de 100+-5° C. Si hay material orgánico secar a 60°C.

b) Pesar la muestra y registrar como A. c) Cortar la muestra en el tamiz de 80 mm. y pesar sobre y bajo dicho tamiz, registrar

como B y C respectivamente. d) Anotar el tamaño máximo de la muestra de la fracción B. e) Cortar todo el material registrado como Z por el tamiz #4 (5mm.) y determinar la masa

que pasó y quedó retenida en dicho tamiz. Registrar como C y D respectivamente. f) La fracción retenida y registrada como D, se lava, se seca a masa constante y se pesa,

registrando como D1.


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g) El material lavado, secado y pesado se hace pasar por una seria de tamices dispuestos según abertura decreciente 80mm, 50, 25, 20, 10, 5mm..

h) Realizar tamizado mecánico y manual.

i) Registrar la masa final del material retenido en cada tamiz. j) Del material bajo 5mm. tomar por cuarteo una cantidad representativa, aproximada a

los 500 grs., registrar como C1, vaciar cuidadosamente sobre el tamiz 0.008mm. protegido con el tamiz 5mm y lavar. El retenido en tamiz 0.08mm. vaciar a un bol y secar hasta masa constante a 110+- 5°C y registrar como C2.

k) Tamizar el material preparado en el párrafo anterior según serie de tamices


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decreciente de 2mm, 0.5 y 0.08mm.

l) Realizar el tamizado manual m) Determinar la masa final del material retenido en cada tamiz y del material que pasa

por el tamiz de 0.08mm. recogido en el deposito. n) La suma de los pesos parciales retenidos no debe diferir de la masa inicial registrada

en mas de un 3% para los finos y de 0.5% para los gruesos.


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MATERIAL SEPARADO POR TAMICES

MATERIAL BAJO MALLA Nº4 MATERIAL SOBRE MALLA Nº4

Cálculos

a) Fracción sobre malla #4

- Porcentaje retenido en cada tamiz (%R):

%R = PRT / Z * 100 (%)

donde :

PRT = peso retenido en cada tamiz (grs.)

Z = peso total de la muestra seca (grs.)

b) Fracción bajo malla #4

- Porcentaje retenido en cada tamiz (%R):

%R = PRT * P/C1 (%)

donde:

PRT = Peso retenido en cada tamiz (grs.)

P = Porcentaje que pasa por tamiz 5mm.

C1 = Peso seco cuarteo pasa tamiz 5mm.

c) Finos por lavado

% finos = (C1-pesos retenidos) * Fc

-Porcentajes retenidos acumulados:

Suma acumulativa de los porcentajes retenidos en cada tamiz.


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-Porcentajes que pasa:

Restar a 100% el porcentaje en retenido acumulado en tamices.

-Porcentaje de pérdida (%P) para cada fracción de material:

%P = ( M1 – M2 ) / M1 * 100 (%)

donde:

M1 = Peso del material (grava o arena) a ensayar (grs.)

M2 = Sumatoria de pesos retenidos (grs.)

- Graficar la curva granulométrica, donde la ordenada será el porcentaje que pasa en peso en cada tamiz en escala natural y la abscisa el tamaño (diámetro equivalente) de las partículas en escala logarítmica. De esta curva se obtiene el porcentaje de gravas, arenas, finos y diámetros mayores a 3“ del suelo.

-Calcular el coeficiente de uniformidad (Cu), el cual es una medida de uniformidad (graduación) del suelo y el coeficiente de curvatura (Cc), el cual es un dato complementario para definir la uniformidad de la curva, mediante las siguientes expresiones:

10

60

D

DCU

10*60

302

DD

DCC

donde:

D10 = abertura del tamiz por donde pasa el 10% del material.

D30 = abertura del tamiz por donde pasa el 30% del material.

D60 = abertura del tamiz por donde pasa el 60% del material


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Observaciones

a) El proceso de lavado de la muestra debe ser realizado cuidadosamente de modo de no dañar el tamiz o producir pérdidas de suelo al ser lanzado este fuera del tamiz.

b) En suelos limpios de finos, las fracciones separadas en el tamiz #4 ASTM, se someten directamente al tamizado.

c) Para la fracción de material retenido en el tamiz #4 ASTM, el tiempo de vibrado estará en función de la forma de las partículas. Mientras más angulares sean éstas, mayor será el tiempo de vibrado.

d) Durante el proceso de tamizado, si la cantidad de material retenido en determinados tamices es tal que el juego no puede ser bien ajustado, se agita este en forma manual con movimientos horizontales y verticales combinados, hasta lograr un buen ajuste para colocarlo en el vibrador.

e) Alternativamente, el tamizado podrá realizarse en forma manual, depositando la muestra en cada uno de los tamices, ordenados en forma decreciente y tomando luego el tamiz en forma inclinada. Se golpea por los costados con la palma de la mano 150 veces por minuto, girando cada 25 golpes.

f) Un material se podrá señalar como bien graduado, si el coeficiente de uniformidad es mayor a 4 si se trata de una grava y mayor a 6 para una arena. Además , el coeficiente de curvatura deberá estar comprendido entre 1 y 3.

g) Si la suma de los pesos retenidos parciales difiere en más de un 3% para las arenas y más de 0,5% para las gravas, con respecto al peso inicial de la muestra de suelo


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empleada en cada fracción, el ensayo es insatisfactorio y deberá repetirse.

6. Tiempo de ejecución

Esta guía está diseñada para ser realizada en un tiempo de 3 horas pedagógicas

7. Evaluación (ver anexo adjunto)

8. Bibliografía

Manual de Ensayos del Hormigón – Instituto Chileno del Cemento y del Hormigón.

Especificaciones y Métodos de Muestreo y Ensaye de la Dirección de Vialidad.

9. Anexos


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HOJA DE REGISTRO FORMA A

MDS5201 MECÁNICA DE SUELOS 8 Créditos |72 Hrs Semestrales | Requisitos: | Fecha Actualización: DIC 2012

ESCUELA DE CONSTRUCCION Curriculum

CARRERA: Técnico e ingeniería en construcción 4422207 4443104

Complete todos los datos que se solicitan con letra clara.

Nombre y apellidos:

Número de RUT: FECHA:

SEDE: SECCIÓN: PROFESOR:

Complete de acuerdo a lo observado.

Conducta 5 4 3 2 0

I. Preparación de experiencia

1. Utiliza en forma pertinente los elementos de protección personal

básicos (Casco, Zapatos, Guantes, Lentes) Según corresponda

2. Asiste puntualmente a la actividad

3. Participa de la actividad tanto en la generación de consultas como

en el trabajo específico del procedimiento

4. Asiste con los materiales básicos para el desarrollo de la actividad

como la guía y fichas asociadas

II. Procedimiento de la experiencia

5. Registra los datos del ensayo según protocolos especificados en la

guía y/o fichas asociadas

6. Realiza los cálculos y/o gráficos asociados a la actividad

7.

Elabora un informe técnico de la experiencia:

Introducción: describir los fundamentos técnicos y prácticos de la

experiencia relacionados con aspectos constructivos

8.


Objetivos: describe los objetivos específicos del ensayo referidos a

la determinación de los parámetros de suelos específicos


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9.


Datos obtenidos: Presenta una tabla con los datos obtenidos en el

ensayo necesarios para realizar los cálculos específicos

10.


Cálculos asociados: Determina el cálculo de las propiedades

especificas del suelo utilizando los datos obtenidos y las formulas

incluidas en la guía de la experiencia

11.


Gráficos según corresponda: En el caso que sea necesario debe

construir un gráfico asociado a los cálculos que permita concluir el

comportamiento del suelo

12.


Conclusiones: concluye específicamente si el suelo analizado en el

ensayo cumple con las especificaciones de construcción según

documentos técnicos como la OGUC o el Manual de Carreteras,

según corresponda.

13. Asume la ejecución de una actividad específica durante el

desarrollo del ensayo, la cual debe ser indicada por el docente

TOTAL

A B C D E

INDICADOR

EXCELENTE

INDICADOR

BUENO

INDICADOR

REGULAR

INDICADOR

DEFICIENTE

INDICADOR

AUSENTE

Nombre de examinador (examinadores) Firma del examinador

(examinadores)

Nombre de la evidencia Fecha entrega

Firma examinador (o representante de comisión)

mecanica de suelos taller

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