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Ensayos de Laboratorio para Mecánica de suelos

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ENSAYOS DE LABORATORIO PARA

MECÁNICA DE SUELOS

ING. TANIA ZAPATA COACALLA

PUNO – PERU

2009



ENSAYOS DE LABORATORIO PARA MECÁNICA DE SUELOS

Hecho El Depósito Legal Biblioteca Nacional del Perú

N° 2013-04290

Impreso en computadora

Primera Edición

Tania Zapata Coacalla

Jr. Huascar N° 125

Perú

Puno, Marzo del 2013



PRESENTACIÓN

Considerando que el suelo es un material de construcción dispuesto en cantidad en la

naturaleza para las obras civiles, y aún más es el material sobre el cual vamos a cimentar, se hace muy

importante el conocimiento tanto de sus características físicas como mecánicas.

El suelo es un material tan complejo, partiendo solamente del hecho de ser anisotrópico y

heterogéneo, que nos incentiva a seguir conociendo su comportamiento apoyados en las demás

ciencias como son las matemáticas, química y física. Aplicando estos conocimientos en el laboratorio,

donde a través de un proceso experimental se podrá obtener resultados y rangos confiables del suelo

sometido a distintas solicitaciones de carga.

El presente libro de ensayos de laboratorio aplicados al curso de Mecánica de Suelos se ha

realizado con la finalidad de apoyar al alumno que cursa esta asignatura, y poder brindar información

sobre los procedimientos a seguir en cada ensayo con sus respectivos ejemplos.

También se ha considerado tablas que nos indican la aplicación de cada ensayo, su

importancia y uso en Obra, con la finalidad de incentivar al alumno a seguir estudiando con mayor

profundidad sobre el tema desarrollado.

Finalmente hago la recomendación de realizar múltiples pruebas de laboratorio por cada

ensayo para obtener un mejor criterio al momento de analizar los resultados obtenidos, para en un

futuro no llegar a cometer errores que generarian gastos económicos o sociales que repercuten en el

desarrollo del país.

La autora



INDICE

PRESENTACION ÍNDICE PRIMERA PARTE

1. ENSAYOS PARA HALLAR LAS RELACIONES VOLUMETRICAS EN LOS SUELOS 1 1.1 Contenido de Humedad 1 1.2 Densidad de la masa. 5 1.3 Peso específico de los sólidos en suelos retenidos en el tamiz Nro. 8 8 1.4 Peso específico de los sólidos en suelos pasantes el tamiz Nro. 8 9 2. ENSAYOS PARA CLASIFICAR EL SUELO 13 2.1 Análisis Granulométrico 13 2.2 Límites de Consistencia 20 A. Límite Líquido 21 B. Límite Plástico 25 3 ENSAYOS PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE LOS SUELOS COMPACTADOS 28 3.1. Ensayos de Proctor Modificado 28 3.2. Ensayo de C.B.R. 36 Cálculo de la densidad Seca Cálculo de Expansión

Cálculo de CBR

SEGUNDA PARTE 4. ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS PARÁMETROS DE RESISTENCIA DEL SUELO 44 4.1 Ensayo de corte directo 46 4.2 Ensayo de Compresión simple 54 4.3 Ensayo Triaxial no consolidado no drenado 57 4.4 Ensayo Triaxial consolidado no drenado 67 5. ENSAYO PARA MEDIR LA EXPASIÓN EN SUELOS 76

ESQUEMA DE CADA ENSAYO DESARROLLADO

1. Objetivos 2. Equipo 3. Información preliminar 4. Procedimiento Experimental 5. Registro de datos y Resultados 6. Recomendaciones del ensayo



PRIMERA

PARTE



CONTENIDO DE HUMEDAD

NORMAS: ASTM D653-90 NTP 339.127

1. OBJETIVOS

• Conocer la dependencia de las propiedades físicas y mecánicas de un suelo ante el

porcentaje de humedad en su estructura.

• Determinación porcentual del contenido de agua en una muestra de suelo.

2. EQUIPO

• Cápsulas (taras) con sus respectiva tapa.

• Horno a temperatura constante de 105 +-5 grados centígrados.

• Balanza de precisión 3escalas o electrónica con precisión de 0.1g.

• Guantes.

• Otros ( espátulas, lona para cuarteo, badilejo)

3. INFORMACIÓN PRELIMINAR

Un suelo natural se considera como un sistema de fases:

La fase líquida no es característica permanente de un suelo, es solo transitorio según

las condiciones del lugar donde se encuentre; pudiendo llegar a saturar el suelo y disminuyendo

sus características de resistencia, o por el contrario si el suelo contiene un porcentaje bajo de

humedad sus características de resistencia subirán.

El contenido de humedad de un suelo, es la suma del agua capilar, libre e higroscópica

presente en la masa del suelo con respecto al peso de los sólidos del mismo.

Gaseoso

Líquido

Sólido



100*%Ws

Www =

Relación expresada como porcentaje del peso de agua en una masa de suelo, al peso de las

partículas sólidas.

Se determina el peso del agua, secando el suelo húmedo hasta obtener un peso constante del

suelo seco.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

• Como mínimo se extraen tres muestras para realizar el ensayo, dependiendo de la

cantidad de la muestra.

• La cantidad de muestra dependerá del tipo de suelo, tal como se muestra en la

siguiente tabla.

Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%)

Tamaño de malla Standard Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/- 0.1%

Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad reportados a +/- 1%

2mm. o menos ITINTEC 2.00mm.

(Nro. 10) 20gr 20gr.

4.75mm. ITINTEC 4.75mm.

(Nro. 4) 100gr 20gr


( 3/8”) 500gr 50gr


( ¾”) 2.5Kg. 250gr


( ½”) 10Kg. 1 Kg.


(3”) 50Kg. 5 Kg.

• Pesar los recipientes vacíos para el contenido de humedad anotando su identificación..

• Colocar la muestra de suelo natural en las cápsulas y determinar su peso húmedo.

• Colocar las muestras de suelo en el horno por un tiempo de 18 a 24 horas.

• Sacar la muestra y dejar enfriar como mínimo 15 minutos antes de pesar.

• Cuando la muestra al pesarlo demuestra un peso constante se determina el peso seco.

• Se realiza los cálculos de contenido de humedad.



Observación: Cuando se trabaje con una muestra pequeña (menos de 200gr) que

contiene partículas de grava mayores a 3/4”, no es apropiado incluirlas en las muestras

de ensayo. Sin embargo en el reporte de resultados se mencionará y anotará el

material descartado.

5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS

• Muestra extraída de una calicata de profundidad : ______. Ubicada a :______m.y con

una potencia de:_____m.

• Material que presenta partículas finas cuyo tamaño máximo es de:______mm.

• Se procedió a extraer muestras con peso mayores a: _____gr.

• A continuación los cálculos correspondientes:

Por último se saca un promedio de los tres resultados no pudiendo variar estos 3 por

mas de 2% en este caso se elimina el mas lejano de los resultados y se promedia entre los dos

restantes.

Ejemplo Nro. 01 *Tara se llama al envase metálico que se utiliza para realizar el ensayo.

W%= (8.98/73.39) * 100 = 12.24 (Número de tara 11)

W% = (P. De cápsula + Muestra Húmeda)-(P. De cápsula + Muestra Seca) x 100 (P. de cápsula + muestra seca) – (P. De cápsula)

CALICATA N° 1 Nro De Tara * 11 8 18 Peso de Tara 72.8 69.32 78.4

Peso de Tara+ M. Humeda 155.17 167.72 159.63

Peso de Tara + M. Seca 146.19 157.19 151.2

Peso de Agua 8.98 10.53 8.43 Peso Muestra Seca 73.39 87.87 72.8 Contenido de humedad W% 12.24 11.98 11.58

Promedio cont. Humedad W% 11.93



Ejemplo Nro 02.

Nro De Tara L - 2 D – 3 D – 4 Peso de Tara gr. 14.52 14.85 14.48

Peso de Tara + M. Humeda gr. 94.28 93.21 97.58

Peso de Tara + M. Seca gr. 87.55 84.11 90.61

Peso de Agua gr. 6.73 9.1 6.97 Peso Muestra Seca gr. 73.03 69.26 76.13 Contenido de humedad W% W% 9.22% 13.14% 9.16% Promedio cont. Humedad W% W% 9.19%

En este caso por ejemplo vemos que la muestra 2, presenta un resultado de contenido de

humedad, alejada en mas de 2% de las otras muestras, por lo tanto se hallará el promedio solo de los

resultados mas cercanos:

W% = (9.22% + 9.16%) 2

6. RECOMENDACIONES DEL ENSAYO.

• Se recomienda tener mucho cuidado al realizar el pesado de las muestras, ya que un

error en décimas varía los resultados.

• La cantidad de muestra también es muy importante tener en cuenta ya que ésta debe

ser representativa del estrato a examinar.

• Al extraer la muestra de la calicata se debe tener mucho cuidado de no alterar su

humedad mediante el uso de guantes, y colocar en bolsas de plástico bien cerradas con

su respectiva tarjeta.



DENSIDAD DE LA MASA

1. OBJETIVOS

• Conocer y entender la relación de los tres elementos que componen una muestra de

suelo con el volumen que ocupan.

• Determinación en gr/cm3 de la masa de suelo.

2. EQUIPO



• Vaso para sumergir la muestra.

• Guantes y parafina.

• Cocina.

• Otros ( espátulas, cuchillos).


Cuando hablamos de la densidad de la masa estamos hablando de la relación que

existe entre el peso de la muestra de suelo y su volumen total, lo cual incluye las 3 fases del

suelo:

VOLUMEN PESO DE LA

DE LA MASA MASA.

La densidad o el peso específico del suelo, no es igual al de sus partículas sólidas,

sino que varía en función a la cantidad de vacíos que posea la masa del suelo; y siempre será

menor que el peso específico de las partículas sólidas, los valores oscilan entre 1.6 a 2 gr/cm3.

Gaseoso

Líquido

Sólido




• Podemos encontrar la densidad de la masa por dos métodos :

• Si el suelo es uniforme y de consistencia plástica, semi-sólida o sólida, se puede tallar

una muestra dándole una forma geométrica conocida, hallamos su peso y lo dividimos

entre el volumen.

H L A

masa

masam V

ωγ =

• En caso de ser una muestra irregular por tener partículas de diversos tamaños entonces

se deberá extraer una muestra inalterada obteniendo su peso.

• Una vez que se a pesado se cubre la muestra con parafina para poder proteger la

estructura de la masa de suelo. Volvemos a pesar muestra + parafina.

• Sumergimos la muestra y obtenemos su peso en estado sumergido.

•


I.- DATOS M1 M21 318.4 615

2 335.5 649

3 119.5 232

4 17.1 34

5 216 417

6 0.92 0.92

7 18.59 36.96

8 197.41 380.04

1 1.61 1.62

2 PROMEDIO GR/CM3 1.62

VOLUMEN DE LA PARAFINA CC (4/6)

VOLUMEN DE LA MUESTRA CM3.(5-7)

II.- RESULTADOSPESO ESPECIFICO DE MASA: P.E.M.GR/CM3 (1/8)

PESO DE LA MUESTRA SUMERGIDA + PARAFINA GR.

PESO DE LA PARAFINA GR.(2-1)

VOLUMEN TOTAL DE MUESTRA DE SUELO Y PARAFINA CM3.(2-3)

PESO ESPECÍFICO DE LA PARAFINA GR/CM3

PESO ESPECIFICO DE LA MASAó DENSIDAD DE LA MASA

PESO DE LA MUESTRA AL AIRE GR.

PESO DE LA MUESTRA + PARAFINA GR.



PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS

1. OBJETIVOS

• Obtener la relación entre el peso de los sólidos sobre el volumen que ocupan.

• Determinación en gr/cm3 de los sólidos de una masa de suelo.

•

2. EQUIPO

• Picnómetro de 100 a 500cc. de capacidad.

• Probeta de 500 a 1000ml.



• Termómetro graduado de –5 a 150grados centígrados.

• Pipeta.

• Baño de agua María.

• Otros (bandejas, taras, franela, guantes de asbesto).


El peso específico de los sólidos es la relación que existe entre el peso de las partículas

sólidas y su volumen que ocupan, que es fundamental para cálculos posteriores de los

asentamientos, y otras relaciones volumétricas de la masa de suelo.

Los valores se sitúan entre 2.6 a 2.8 gr/cm3.

Es expresado por el símbolo = sγ

VOLUMEN PESO DE LOS DE LOS SÓLIDOS SÓLIDOS.

sólidos

sólidosS V

W=γ

Sólido




• Podemos tener muestras con partículas finas y también mayores al tamiza Nro. 8, en

este caso se debe tamizar la muestra de suelo por dicho tamiz, y realizar por separado

los ensayos de peso específico de los sólidos tal como se detalla a continuación:

• PARA PARTÍCULAS MAYORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM C 127

• Cantidad de la muestra depende del tamaño máximo que ésta posea, tal como se

muestra en la siguiente tabla:

• Una vez que se obtiene la cantidad de la muestra, para evitar la adherencia del material

fino, se lavará la muestra a través del tamiz Nro. 8, y dejarlo en una cubeta por espacio

de 24 horas para saturar los poros del material grueso.

• Una vez saturado se seca la superficie de la muestra con un paño de franela, para

dejarlo en estado saturado superficialmente seco.

• Colocar agua destilada en la probeta hasta un volumen exacto (anotar la lectura de la

probeta)

Lecturar el volumen.

Agua destilada



• Introducir la muestra con mucho cuidado y colocar la probeta en una superficie plana,

para leer el volumen total.

Lecturar el volumen final

Partículas sólidas

• Una vez lecturado el volumen colocar la muestra en una bandeja y dejarlo secar al

horno por 24 horas.

• Por último se obtiene el peso de la muestra seca.

REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS

I.- DATOS1 814.4

2 819.8

3 300

4 610

5 310

6 2.63

7 23ºC

8 0.9993

9 PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS CORREGIDO: P.E.S. 6*8 GR/CM3 2.6253

10 2.6253

FACTOR DE CORRECCIÓN K (TABLA 1) AL FINAL

GRAVEDAD ESPECÍFICA RELATIVA DE LOS SÓLIDOS:9/ (peso específico del agua=1gr/cm3)

PESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS RET. NRO. 8

PESO DE LA MUESTRA SECADA AL HORNO GR.

PESO DE LA MUESTRA SATURADA SUPERFICIALMENTE SECA GR.

VOLUMEN EN LA INICIAL EN LA PROBETA CC

VOLUMEN EN LA FINAL EN LA PROBETA CC.

VOLUMEN DE LA MUESTRA CC. (4-3)

II.- RESULTADOSPESO ESPECIFICO DE LOS SÓLIDOS: P.E.S. 1/(3) GR/CM3

TEMPERATURA DEL AGUA ºC.

oγ

• PARA PARTÍCULAS MENORES AL TAMIZ NRO. 8 – ASTM D 854.

• Se debe obtener una cantidad mínima de muestra dependiendo de la capacidad del

picnómetro tal como se muestra en la tabla:



• Una vez obtenida la cantidad de muestra, se coloca en una bandeja o tara, y se deja

secar en el horno por 24 horas, hasta obtener un peso constante.

• Colocar la muestra en el picnómetro y llenar con agua destilada hasta la tercera parte

del volumen del picnómetro.

• Extraer el aire atrapado entre las partículas sólidas, pudiendo realizar esta operación

con una bomba de vacíos, o colocando el picnómetro en baño maría o sobre un

mechero o removiendo constantemente.

• Una vez que se han eliminado los vacíos, llenar con una pipeta hasta el volumen

indicado en el picnómetro, y obtener su peso.

REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS

1.- Peso de la muestra seca + peso del picnómetro (gr) 127.972.- Peso de la muestra + peso del picnómetro + agua (gr) 314.23.- Peso del agua =(2-1) (gr) 186.234.- Peso del Picnómetro (gr) 94.465.- Peso de la muestra secada al horno (gr)(1-4) 33.516.- Volumen del picnómetro (cc) 2007.- Volumen de los sólidos = (6-3) (cc) 13.778.- Peso específico de los sólidos =5 /7 2.4335511989.- Temperatura del agua °C 1610.- Valor de K (*1) (tabla1) 1.000711.- Peso específico corregido por Temperatura =8*10 2.43525468412.- Gravedad específica relativa de los sólidos Gs = 11/(peso específico del agua=1gr/cm3)

2.435254684Oγ

*El volumen del picnómetro puede variar de 200cc, 250cc, 500cc. *1Factor de corrección k para diferentes temperaturas

PASO 1 PASO 2 Volumen del Picnómetro=200cc Peso de sólidos+picnómetro=127.97gr.



PASO 3 Peso de agua + sólidos + picnómetro= 314.20gr.

Para obtener el volumen de los sólidos: el paso 2 – el paso 1 nos dará el peso del agua que

será igual a su volumen, considerando que el peso específico del agua es 1gr/cm3

Entonces si resto el volumen del picnómetro – el volumen ocupado por el agua; entonces nos

dará el volumen de los sólidos.

OBSERVACIÓN:

1. En caso de contar con un suelo con partículas mayores y menores al tamiz Nro. 8 entonces se

deberá hallar la gravedad específica de los sólidos de la muestra con la siguiente expresión:

Gs

Nrotenidoenel

Gs

NroPasantedelG

8.Re%8.%100

+=



TABLA 1

Temperatura ºC Densidad del agua (gr/ml) Factor de corrección K 16 0.99897 1.0007 16.5 0.99889 1.0007 17 0.99880 1.0006 17.5 0.99871 1.0005 18 0.99862 1.0004 18.5 0.99853 1.0003 19 0.99843 1.0002 19.5 0.99833 1.0001 20 0.99823 1.0000 20.5 0.99812 0.9999 21 0.99802 0.9998 21.5 0.99791 0.9997 22 0.99780 0.9996 22.5 0.99768 0.9995 23 0.99757 0.9993 23.5 0.99745 0.9992 24 0.99732 0.9991 24.5 0.99720 0.9990 25 0.99707 0.9988 25.5 0.99694 0.9987 26 0.99681 0.9986 26.5 0.99668 0.9984 27 0.99654 0.9983 27.5 0.99640 0.9982 28 0.99626 0.9980 28.5 0.99612 0.9979 29 0.99597 0.9977 29.5 0.99582 0.9976 30 0.99567 0.9974



ENSAYO DE ANÁLISIS GRANULOMETRICO DE UN SUELO POR TAMIZADO

(ASTM D422)

1. OBJETIVOS

• Adquirir criterio para poder tener una clasificación de tipo cualitativo y cuantitativo del

tipo de suelo según sus características volumétricas por tamaños.

• Poder clasificar un suelo según los tamaños de sus partículas, determinar que grupos

comprenden a los suelos gruesos y que grupos a los suelos finos, poder estimar si el

suelo esta mal o bien graduado.

2. EQUIPO Y MATERIALES

• Mallas estándar de: 3” ,21/2”,2”,11/2”, 1”, ¾”,1/2”,3/8”, Nro.4, Nro.8, Nro.10, Nro.20,

Nro.40, Nro.60, Nro.80, Nro.100, Nro.200 y cazolete.

• Balanza de precisión a 0.001gr.

• Horno (de 105 a 110 grados centígrados)

• Bandejas.

• Cepillo y brocha

3. INFORMACIÓN PRELIMINAR.

La clasificación de los suelos siempre era basado en conceptos muy subjetivos tales

como por el color, forma, etc, hasta que se acudió al método granulométrico, es decir obtener

una clasificación por el tamaño de sus partículas tamizadas por una serie de mallas que nos

permitía ver la graduación del suelo.

Este análisis mecánico nos permite determinar los porcentajes de piedra, grava, arena,

limo y arcilla que presenta un suelo. Se aclara que si el suelo tiene un alto porcentaje que pasa

la malla Nro. 200 entonces se deberá recurrir a otros métodos de análisis para poder separar

sus partículas como por ejemplo los métodos de sedimentación.



Con la distribución de partículas obtenidas por el empleo de tamices, se puede

elaborar una curva granulométrica, representados sobre un papel semilogarítmico, cuyos

porcentajes graficados son acumulativos del material que pasa cada malla.

Con los datos obtenidos mediante cálculos y en gráfico se puede también obtener 2

coeficientes de importancia como son el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.

Coeficiente de uniformidad.- Es la relación de D60/D10 donde D60 es el diámetro

correspondiente donde el material a pasado el 60% y igual para el D10 aun mas fino.

Teniendo como datos que este coeficiente es mayor de 4 en las gravas y mezclas gravosas y es

mayor de 6 en los suelos arenosos o mezclas areno-gravosas.

Coeficiente de Curvatura.- Es la relación (D30)2/(D10*D60); el coeficiente de curvatura

nos permite ver la graduación de un suelo, es así que si este coeficiente esta entre 1 y 3 es un

suelo bien graduado.


• Secar el material a temperatura constante como mínimo a 105grados y máximo a

110grados centígrados, la cantidad de muestra depende del tipo de suelo, considerando

los siguientes parámetros:

Diámetro nominal de las partículas más Peso mínimo aproximado de la porción Grandes mm (pulg) Gramos, g

9,5 (3/8") 500 19,6 (¾") 1000 25,7 (1") 2000 37,5 (1 ½") 3000 50,0 (2") 4000 75,0 (3") 5000

• Una vez que tenga un valor constante en su peso se registra este dato como peso del

suelo seco antes de lavar.

• Luego se lava el material pasándolo a través del tamiz Nro. 200, hasta que el agua este

totalmente clara.



• Una vez concluida esta operación se lleva al horno por un tiempo mínimo de 24 horas y

a una temperatura min. De 105 y un máximo de 110 grados centígrados, procediendo

luego a anotar el peso seco después de lavar.

• Por último se tamiza por todo el juego de tamices; pesando el material retenido en cada

uno de ellos teniendo cuidado de sacar el material que quedan incrustados en el tamiz.

• Por último se realizan los cálculos correspondientes, para hallar la curva granulométrica.


EJEMPLO1



PESOS INICIALES:

1.- PESO DE BANDEJA…………………………………………………………..…:500gr. 2.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA ANTES DE LAVAR……..…….: 6655gr.

4.- PESO DEMUESTRA SECA ANTES DE LAVAR.(2-1)…...……………….: 6155gr.

5.- PESO DE BANDEJA + MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR…...…..: 6195gr. 6.- PESO DE MUESTRA SECA DESPUES DE LAVAR(5-4)………………...: 5695gr. 7.- PESO DE MATERIAL QUE HA PASADO LA MALLA NRO. 200 (4-6) = 460GR TAMICES ABERTURA PESO PESO RET. %RETENIDO %RETENIDO % QUE ASTM mm RETENIDO CORREGIDO PARCIAL ACUMULADO PASA 3" 76.200

2 1/2" 63.500 2" 50.600 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00

1 1/2" 38.100 197.00 197.00 3.46 3.46 96.54 1" 25.400 594.00 594.00 10.44 13.90 86.10 3/4" 19.050 787.00 787.00 13.83 27.73 72.27 1/2" 12.700 0.00 3/8" 9.525 1006.70 1006.70 17.69 45.42 54.58 1/4" 6.350 569.00 569.00 10.00 55.42 44.58 No4 4.760 389.00 389.00 6.84 62.26 37.74 No8 2.380 No10 2.000 1398.00 1402.5 24.57 86.82 13.18 No16 1.190 No20 0.840 454.00 454.00 7.98 94.80 5.20 No30 0.590 No40 0.420 110.00 110.00 1.93 96.73 3.27 No 50 0.300 No60 0.250 No80 0.180 66.00 66.00 1.16 97.89 2.11 No100 0.149 47.50 47.50 0.83 98.73 1.27 No200 0.074 71.00 71.00 1.25 99.98 0.02

BASE 1.30 461.30 0.02 100.00 0.00 TOTAL 5690.50 6155.00 100.00

% PERDIDA 0.08% .a b c d e .a Cálculo de % Pérdida

Sumamos los pesos retenidos en los tamices =5690.5gr. Pero este peso debe ser igual el Peso

de la muestra seca después de lavar(5695gr.) por lo que existe una cantidad de material que

se ha perdido en el proceso de tamizado; este error es igual a :

.error = 5695-5690.5=4.5gr. Por lo tanto es un error por defecto.

%Pérdida= 4.5gr x 100 = 0.08%

5695gr



Esto quiere decir que se debe compensar este peso sumando en los tamices finos a partir del

tamiz Nro. 4, de mayor retenido.

Por lo tanto por ser una cantidad pequeña se sumará al tamiz Nro.10.(Ver columna de peso

retenido corregido)

*Puede existir error por exceso en caso que los tamices no estén muy limpios, en este caso se

deberá corregir restando el error.

.b Compensación del material que paso por el tamiz Nro.200 en el proceso de lavado

Se debe de compensar la cantidad de material que ha pasado el tamiz Nro. 200 en el proceso

de lavado, ya que esta cantidad es parte de mi muestra total; por lo tanto la suma de mi

muestra total debe ser igual a = 6155 gr.

Entonces sumaremos a la base: 1.30gr + 460gr = 461.30gr.

.c Porcentaje retenido parcial

Una vez corregido los pesos retenidos, se procede a hallar el porcentaje retenido por cada

tamiz :

Ejm. Tamiz 1 ½”

Si 6155gr.--------------100% 197gr -------------- X X = 3.46%

.d Porcentaje retenido acumulado Se procede a sumar los porcentajes retenidos en cada tamiz de la siguiente manera:

Ejm. Tamiz 1 ½” = 0+3.46=3.46%

Tamiz 1” = 0+3.46+10.44= 13.90%

Tamiz 3/4” = 0+3.46+10.44 + 13.83= 27.73% hasta la base.

.e Porcentaje que pasa

Por último se halla el porcentaje que pasa: este valor es muy importante para poder graficar la

curva granulométrica.

Para este paso se resta 100% - los Porcentajes retenidos acumulados.

Ejm. Tamiz 2” : Si ha retenido 0% Entonces ha pasado el 100%

Tamiz 1 ½”: Si ha retenido 3.46% Entonces ha pasado 100 – 3.46%= 96.54%

Tamiz 1” : Si ha retenido 13.90% hasta este tamiz. Entonces ha pasado

100% – 13.90%= 86.10%

Realizar esta operación hasta la base.

Una vez realizado este procedimiento, continuamos con graficar la curva granulométrica.



En el eje de las abscisas en escala Semilogarítmica se grafican los tamices (sus diámetros). Se

utiliza esta escala por la diversidad de tamaños de las partículas, para poder observar de

manera mas clara la curva granulométrica.

En el eje de las ordenadas en escala natural se grafican los porcentajes que pasan.



CURVA GRANULOMETRICA

2003"21/2" 2" 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" N4 8 10 16 20 30 40 50 60 80 100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

T A M A ÑO D EL GR A N O EN mm

% Q

UE

PA

SA

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PE

SO

C UR VA GR A N ULOM ET R IC A

M A LLA S U.S. ST A N D A R D

Ensayos de Mecánica de suelos

ING. TANIA ZAPATA COACALLA 25

ENSAYOS PARA DETERMINAR LOS LIMITES DE CONSISTENCIA

1. OBJETIVOS

• Determinar los límites de consistencia de los suelos finos y entender el grado de

cohesión de las partículas y su resistencia a aquellas fuerzas exteriores que

tienden a deformar o destruir su compacidad.

• Poder observar los diferentes estados del suelo al pasar por distintos contenidos

de humedad.


En la mecánica de suelos se tiene la necesidad de poder darle una clasificación

mas acertada a un suelo según sus características, esto no se podía obtener solo con el

ensayo granulométrico, ya que se observaba un comportamiento particular en los suelos

finos, éstos variaban su consistencia en función al contenido de humedad que poseían.

Es por lo que mediante el trabajo de Atterberg y Casagrande se pudo definir los

estados de consistencia de un suelo y los límites de consistencia de los mismos. A

continuación se muestra un diagrama:

ESTADO LÍQUIDO

ESTADO PLÁSTICO

ESTADO SEMISÓLIDO

ESTADO SÓLIDO

Se debe tener en cuenta que el comportamiento de los suelos finos depende de

su estructura, por ejemplo en el caso de arcillas estas presentan un comportamiento

particular como es la plasticidad debido a su estructura laminar y sus propiedades físico-

LÍMITE LÍQUIDO (LL)

LÍMITE PLÁSTICO (LP)

LÍMITE DE CONTRACCIÓN( LC)

HUMEDAD CRECIENTE



químicas más no así en los limos que al aumentar el porcentaje de humedad rompe la

adherencia entre sus partículas. Según Atterberg un suelo fino puede pasar por los

siguientes estados de consistencia cuando el agua es decreciente entre sus partículas:

• Estado Líquido: Que presenta propiedades y apariencia de una suspensión

• Estado Semilíquido: Presenta propiedades de un fluido viscoso, como lodo.

• Estado Plástico: El suelo es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin

desmoronarse ni agrietarse.

• Estado Semisólido: El suelo aun puede disminuir su volumen, aun cuenta con

porcentaje de humedad bajo.

• Estado Sólido: El volumen del suelo ya no varía, no presenta porcentaje de

humedad.

Y los límites de consistencia que vienen a ser la frontera de humedad entre dos estados

de consistencia

LIMITE LIQUIDO: NORMA : NTP 339.130; ASTM D 423

1. OBJETIVO

Obtener el contenido de humedad expresado en porcentaje %, cuando éste se

halle en el límite entre el estado plástico y el estado semilíquido.


La frontera entre el estado semilíquido y plástico se denomina LIMITE LIQUIDO

que se calcula o se obtiene utilizando una copa de casagrande de bronce con

dimensiones especificadas, con un tacón adherido, unidos por un eje el cual al girar hace

que la copa caiga periódicamente golpeando contra la base del dispositivo que es de hule

cuya altura de caída es de 1cm, también especificado. Se coloca el suelo y se procede a

hacerle una ranura trapezoidal. El contenido de humedad con el que se produce el cierre

de la ranura exactamente a los 25 golpes será el límite líquido del suelo. Este contenido

de humedad indica que el suelo presenta una resistencia al corte de 25gr/cm2.



2mm.


• Tamiz Nro. 40

• Cuchara de Casagrande

• Ranurador ASTM


• Comba de goma

• Bandejas y vasija de porcelana.

• Cápsulas para hallar el contenido de humedad

• Horno a temperatura constante(105 a 110grados centígrados)

• Envase de porcelana

• Espátula


• Tamizar nuestra muestra de suelo sobre la bandeja; por el tamiz Nro. 40, previo

secado de este material al aire libre, se usa el material que pasa el tamiz, si

existe presencia de grumos estos se deberán desmenuzar con la comba de

goma, hasta obtener una muestra de 300 gr.

• Se coloca aproximadamente 100gr. De muestra en el envase de porcelana y

huemedecerlo con agua destilada por 24 hrs. Debido a la dificultad de las arcillas

de absorber humedad.

11mm

10mm



• Se debe realizar la respectiva calibración a la cuchara de Casagrande en su

altura de caída para no incurrir en errores, este ajuste se realiza con la parte

posterior del ranurador. En el ranurador evitar que la ranura sea mayor de 13mm.

• Luego colocar una porción de esta pasta en la cuchara de Casagrande con un

espesor máximo de 1cm, evitando la formación de burbujas en el interior de la

masa.

• Hacer la ranura correspondiente, con velocidad constante; cabe mencionar que el

ranurador se debe mantener en todo el recorrido normal a la superficie interior de

la cuchara.

• Acciónese la copa a razón de 2 golpes por segundo contando el número de

golpes necesario para que la parte inferior del talud de la ranura se una al otro

lado en un ancho de 1/2” pulg. con un número mínimo de 15 golpes y un máximo

de 35.

• Luego coger una muestra de esa unión y colocar en una cápsula para poder

calcular su contenido de humedad, se debe realizar 4 pruebas 2 antes de 25

golpes y 2 después de 25 golpes.

OBSERVACIÓN.- El ensayo se puede alterar por las siguientes razones :

� Excesivo tiempo para realizar el ensayo por punto.

� Contenido de humedad al iniciar la prueba.

� Adicionar suelo seco a la muestra preparada.

� No humedecer la muestra 24hrs. Antes.




LÍMITE LÍQUIDO

ENSAYO No 1 2 3 4 CÁPSULA No F 1-R L-7 F

CÁPSULA + SUELO HÚMEDO gr. 28.05 25.57 24.82 29.76

CÁPSULA + SUELO SECO gr. 25.7 23.49 22.56 26.4

AGUA gr. 2.35 2.08 2.26 3.36 PESO DE LA CÁPSULA gr. 10.85 10.88 10.92 11.1

PESO DEL SUELO SECO gr. 14.85 12.61 11.64 15.3 CONTENIDO DE HUMEDAD % 15.82% 16.49% 19.42% 21.96% NÚMERO DE GOLPES N 31 27 22 18

1. Graficamos; en el eje de las abscisas en escala semilogarítmica el número de Golpes; y

en el eje de las ordenadas el contenido de humedad a escala natural. Es necesario

recalcar que la escala del contenido de humedad variará en función a los datos

obtenidos, no siempre empezará de 0.

2. Ubicamos los 4 puntos en la gráfica y procedemos a unir los dos puntos antes de los 25

golpes hallando su punto medio de esta recta. Unimos también los dos puntos después

de 25 golpes hallando también su punto medio.

Por último unimos los dos puntos medios.

3. Para obtener el límite líquido, ubicamos N=25 golpes e intersecamos la recta; a partir de

este punto nos vamos hasta el eje de las ordenadas obteniendo así el contenido de

humedad correspondiente a los 25 golpes, tal como se muestra en la gráfica

Por lo tanto el LÍMITE LÍQUIDO ES: 17.9%



LIMITE PLASTICO; NORMA : ASTM D 424 El límite plástico viene a ser el contenido de humedad más bajo, con el cual el suelo

pasa de un estado plástico a un estado semisólido, sin más posibilidad de poder deformarse.

1. OBJETIVO

Hallar el contenido de humedad expresado en porcentaje cuando éste se halle en el

límite entre el estado plástico y el estado semisólido del suelo.


• Tamiz Nro. 40

• Vidrio esmerilado


• Comba de goma

• Bandeja

• Cápsulas para hallar el contenido de humedad

• Horno a temperatura constante(105 a 110grados centígrados)

• Envase de porcelana

• Espátula


• Se toma una pequeña cantidad de muestra para formar cilindros de 3mm de

espesor, de preferencia utilizar el mismo material ya preparado para el limite

líquido

• Se forma una esfera presionándola contra el vidrio esmerilado haciéndola rotar

con la palma de la mano formando cilindros hasta llegar a un espesor de 3mm.

hasta que falle a una velocidad constante y se note la presencia de fisuras en su

superficie.

• Una vez que llega a este estado se halla el contenido de humedad.



• Esta operación debe repetirse como mínimo por 3 muestras, para poder obtener

un resultado satisfactorio, promediando los resultados más cercanos.

OBSERVACIÓN.-

Si se ha llegado a obtener los 3mm, y la muestra no ha presentado fisuras ni se ha

desmoronado, se vuelve a juntar la muestra y repetir el proceso.


ENSAYO No 1 2 3 CÁPSULA No 3 2 6

CÁPSULA + SUELO HUMEDO gr. 19.48 23.64 27.56

CÁPSULA + SUELO SECO gr. 19.33 23.45 26.9

AGUA gr. 0.15 0.19 0.66 PESO DE LA CÁPSULA gr. 18.23 21.94 21.95

PESO DEL SUELO SECO gr. 1.1 1.51 4.95 LÍMITE PLÁSTICO

% 13.64% 12.58% 13.33%

Obtenemos el contenido de humedad de cada muestra y en este ensayo debe existir

entre muestras máximo 1% de diferencia, ya que es un dato importante para hallar el

INDICE DE PLASTICIDAD.

En este caso promediamos LL=13.64+12.58+13.33

3

Por lo tanto el límite plástico de la muestra es13.18%.

APLICACIONES DE LOS LÍMITES DE CONSISTENCIA

1.- INDICE DE PLASTICIDAD. = L.L. –L.P.

PLASTICIDAD INDICE PLASTICO RESISTENCIA AL ESTADO

SECO

No 0-3 Muy Baja

Ligeramente 4-15 Ligera Mediana 15-30 Mediana Alta > 30 Alta



2.- ACTIVIDAD = I.P/(%<0.002MM)

SUELO FINO ACTIVIDAD

Montmorillonita 1-7 Illita 0.5-1

Caolinita 0.5 3.- INDICE DE LIQUIDEZ= (W% - L.P.)/(L.L. – L.P.)

INDICE DE LIQUIDEZ INTERPRETACIÓN

<<1 NO EXISTE PELIGRO DE

INESTABILIDAD

>1 PELIGRO POTENCIAL DE

INESTABILIDAD



ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO

NORMA ASTM D 1557

1. OBJETIVOS

• Entender el mejoramiento de las propiedades de resistencia, permeabilidad y

estabilidad del suelo al aumentar la compacidad de sus partículas por procesos

mecánicos.

• Determinar la máxima densidad seca de un suelo; comprender el término de

humedad óptima y la dependencia de ambos factores.

2. INFORMACION PRELIMINAR

En toda obra civil se ha buscado mejorar las propiedades de un suelo, llegando a idear

una serie de métodos, tanto mecánicos, químicos y físicos par poder mejorar sus

propiedades tal como se muestra en el siguiente esquema

MÉTODOS DE MEJORAMIENTO DE SUELOS

• FISICOS

• Confinamiento(Suelos Friccionantes)

• Consolidación(Suelos finos)

ESTABILIZACIÓN QUÍMICA

• Uso de cal

• Uso de cemento

• Asfalto

• Aditivos químicos

MECÁNICOS

• Compactación estándar y modificado - Mezcla de suelos(Arcillas con suelos

friccionantes)

• En este caso optamos por la compactación. Lo cual detallamos a continuación:



COMPACTACIÓN.-

Se denomina compactación de un suelo, al proceso por el cual mediante una

determinada energía de compactación se puede lograr reducir los vacíos que existen

entre las partículas de un suelo, su importancia estriba en su aumento de resistencia,

disminución de capacidad de deformación y permeabilidad, características que debe

mantener durante toda la vida útil de la obra.

METODOS DE COMPACTACIÓN MECÁNICOS EN LABORATORIO

PROCTOR ESTÁNDAR:

La prueba consiste en compactar el suelo en tres capas de un molde de

dimensiones (diámetro 4” o 6” dependiendo del tipo de suelo)y forma especificadas, por

medio de golpes de un pisón tubular cuya altura de caída es de 12”,peso 2.5kg. y area de

contacto de 19.635cm2, el número de golpes por capa es de 25. La energía de

compactación que se genera es de 6Kg/cm/cm3.

PROCTOR MODIFICADO:

La prueba consiste en compactar el suelo en 5 capas y a 56 golpes por capa,

aumenta la energía de compactación a 27Kg/cm/cm3, el molde también dependerá del

tipo de suelo a compactar.

La energía específica de compactación se basa en la siguiente fórmula es:

V

hWnNEe

***=

Donde :

Ee= Energía específica

N= Número de golpes por capa

-n =Número de capas del suelo

W= Peso del pisón

-h= Altura de caída libre del pisón.



Los tipos de molde, energía específica, numero de golpes por capa dependerá

fundamentalmente del tipo de suelo a compactar asi tenemos 3 categorías:

• Método A. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a

25 golpes/capa

• Método B. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. 4 a

56golpes /capa

• Método C. Un molde de diámetro 4” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a

25 golpes/capa

• Método D. Un molde de diámetro 6” material de suelo que pasa la malla Nro. ¾ a

56 golpes/capa

Factores que mas influyen en la compactación de un suelo

• Naturaleza del suelo.-Se produce siempre una diferencia de comportamiento

entre suelos gruesos y finos o entre suelos arcillosos y friccionantes, para lo cual

también las dimensiones del molde y la energía de compactación varían según el

método.

• Contenido de agua del suelo.- su comportamiento en la compactación del suelo

es muy importante ya que influirá en la estabilidad del mismo. Se observó que al

incrementar agua a un suelo seco y compactarlo este aumentaba su peso

específico seco, pero a su vez se observó que si el contenido de agua subía

demasiado el peso específico volvía a disminuir, esto se explica de la siguiente

manera : el agua ayuda al suelo a reacomodar sus partículas, es decir actúa

como lubricante, en un principio si el agua esta en un porcentaje bajo, este solo

apoya en poca medida al reacomodo, al aumentar en forma progresiva, esta hará

aumentar la lubricación de las partículas, hasta llegar a una humedad óptima y

una densidad máxima del suelo, pero si este porcentaje de humedad se sigue

incrementando entonces el agua llegará a ocupar un espacio entre las partículas,

que al ser compactadas, confinan el agua que existe entre ellas, por lo tanto baja

el peso específico de los sólidos, y se genera el fenómeno de acolchonamiento

es decir existe presión de empuje del agua que reduce la energía de

compactación.

La densidad del suelo seco se hallara con la siguiente fórmula:



%1 w

hs

+= γγ

Donde:

humedaddeporcentajew

húmedadensidadh

adensidads

−−=−=−=

%

sec

γγ

3. EQUIPO.

• 1 molde de diámetro de 6”

• Pisón especificado de peso 5kg.

• regla recta metálica

• Balanza de precisión 0.1gr.

• Balanza de precisión de 0.001gr.

• Malla Nro. 4

• Horno (105 a 110grados centígrados)

• Bandejas

• Guantes

• Badilejo

• Cápsulas para contenido de humedad


• Secar al aire una muestra de suelo de por lo menos 50 kg, y tamizar por las

mallas: 2”, ¾”, 3/8” y Nro. 4

• Proceder a hallar los porcentajes retenidos en cada malla, e identificar a que

método pertenece. Siempre evaluando desde el método C hasta el métodoa A.

• Preparamos el material para 6000 gr. De peso por muestra; es necesario prepara

4 muestras para este ensayo.



• Registrar el peso del molde y su placa base y determinar para cada molde su

altura, su diámetro y su respectivo volumen.

• Mezclar la muestra con el agua suficiente para el primer punto. De preferencia

con el 2% del peso del material, esta mezcla se deberá hacer con guantes, para

evitar la perdida de humedad.

• Dividir la muestra en 5 partes iguales y colocar en el molde compactando cada

capa al número de golpes de acuerdo al tipo de ensayo y método empleado,

realizar este procedimiento en forma de espiral.

• Una vez compactado, se retira el anillo superior , enrasando con la regla metálica

• Se procede a hallar el peso del molde +muestra.

• Luego se procede a sacar muestras de humedad del molde tanto de la parte

superior como inferior y llevar al horno por 24 horas.

• Se repite esta operación hasta obtener puntos donde el suelo vuelva a bajar su

peso como mínimo 4 puntos. Aumentando la cantidad de agua a razón de 2%

por muestra.

Dibujar los resultados en un gráfico que tenga como abcisas los contenidos de humedad

y como ordenadas lo pesos específicos secos de la masa.

ENSAYO DE PROCTOR: ESTANDAR

METODO A B C

Condiciones del material

Nro.4 <=20% 3/8” <=20% Nro.4 > 20%

¾” <=30% 3/8” > 20%

Cantidad de Suelo 3kg 3kg 6Kg. Número de capas 3 3 3 Nro. De golpes 25 25 56 Diámetro del molde 10.16+-0.04 10.16+-0.04 15.25+-0.07 Altura de molde 11.64+-0.05 11.64+-0.05 11.64+-0.05 Altura de caída del pisón

30.48+-0.13 30.48+-0.13 30.48+-0.13

Energía específica 6.054Kg/cm/cm3 6.054Kg/cm/cm3 6.054Kg/cm/cm3



MODIFICADO

METODO A B C

Condiciones del material.

Nro.4 <=20% 3/8” <=20% Nro.4 > 20%

¾” <=30% 3/8” > 20%

Cantidad de Suelo

3kg 3kg 6kg

Número de capas

5 5 5

Nro. De golpes 25 25 56

Diámetro del molde

10.16+-0.04 10.16+-0.04 15.25+-0.07

Altura de molde

11.64+-0.05 11.64+-0.05 11.64+-0.05

Altura de caída del pisón

45.72+-0.16 45.72+-0.16 45.72+-0.16

Energía específica

27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg.cm/cm3 27.485Kg.cm/cm3


CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA Diámetro del Molde: 15.2cm Area : 181.46cm2 H de molde: 11.6cm

MOLDE No 2 VOLUMEN DEL MOLDE 2100 cc

No DE CAPAS 5 GOLPES POR CAPA 56

Peso Suelo Húmedo + Molde Gr. 10500 10779 10785 10806 Peso del Molde Gr. 5902 5902 5902 5902 Peso del Suelo Húmedo gr/cc 4598 4877 4883 4904 Densidad del Suelo Húmedo gr/cc 2.190 2.322 2.325 2.335

Ejemplo: • Peso de suelo húmedo: 10500gr – 5902=4598 • Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4598gr/2100cc=2.19gr/cm3.



CÁLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

Capsula No No T61 B 2 8 1 3 T - 16 T - 10 Suelo Humedo + Capsula gr. 110.11 61.29 88.67 48.41 67.34 79.93 160.85 147.86 Peso del Suelo Seco + Capsula gr. 107.47 59.89 85.12 46.75 63.64 75.30 150.99 139.28 Peso del Agua gr. 2.64 1.40 3.55 1.66 3.70 4.63 9.86 8.58 Peso de la Capsula gr. 17.88 13.12 15.50 14.04 12.49 10.56 51.78 51.31 Peso del Suelo Seco gr. 89.59 46.77 69.62 32.71 51.15 64.74 99.21 87.97 % de Humedad % 2.95% 2.99% 5.10% 5.07% 7.23% 7.15% 9.94% 9.75%

Promedio de Humedad % 2.97% 5.09% 7.19% 9.85% CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA

%1 w

hs

+= γγ

Densidad del Suelo Seco % 2.126 2.210 2.169 2.126

)100/%97.1(1

3/19.2

+= cmgr

sγ

CÁLCULO DE LA MÁXIMA DENSIDAD SECA Y DEL ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD

• Graficamos a escala natural en el eje de las abscisas el contenido de humedad y

en el eje de las ordenadas la densidad seca; La escala dependerá de los datos

hallados.

• Ubicamos los puntos que corresponden a cada muestra y procedemos a unir los

puntos con pistolete, para darle la forma de una curva y poder hallar la máxima

densidad seca.



RELACION HUMEDAD DENSIDAD

2.08

2.10

2.12

2.14

2.16

2.18

2.20

2.22

2.24

2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0%

CONTENIDO DE HUMEDAD

DE

NS

IDA

D S

EC

A g

r/cc

.

• Ubicamos gráficamente el óptimo contenido de humedad y la máxima densidad

seca.

o Por lo tanto Máxima densidad seca= 2.21gr/cm3

o Óptimo Contenido de Humedad= 5.15%



ENSAYO DE CBR

ASTM D1883

1. OBJETIVOS

• Determinar el índice relativo de soporte de un suelo en condiciones de densidad

controlada (compactado) ó un suelo inalterado.

• Conocer el comportamiento de los suelos saturados, y sus propiedades

expansivas.


Teniendo conocimiento que los pavimentos flexibles sufren generalmente fallas por

corte, generando deformaciones en la superficie y considerando también que el

pavimento esta sometido a cargas móviles que están en contacto con el suelo un corto

tiempo, es que se desarrolló el método California propuesto por el Ing. Porter en 1929 y

adoptado luego por el departamento de carreteras del estado de California, que

considera relacionar la resistencia del suelo a la penetración de un pistón de carga a

determinadas profundidades con respecto a una muestra patrón de material triturado.

El ensayo de C.B.R. (llamado también Valor Relativo de Soporte), nos permite

hallar un índice relativo de soporte que viene a ser el grado de resistencia que tendrá

nuestro suelo en base a un suelo patrón que es muestra triturada de piedra.

El valor de C.B.R. hallado será = Carga unitaria del ensayo X 100

Carga unitaria patrón

Este ensayo es muy aplicado para evaluar los materiales a usar en las capas de

Base, Sub base, y la subrasante, de un pavimento, o de una aeropista, u otra estructura

que este sometido a cargas móviles.

TABLAS PARA CLASIFICAR LOS SUELOS SEGÚN LOS VALORES DE C.B.R.

C.B.R. Clasificación general

Usos Sistema de clasificación

Unificado AASHTO 0 – 3 Muy pobre Subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7 3 – 7 Pobre a regular Subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7 7 – 20 Regular Sub-base OL,CL,ML,SC,SP,SM A2.A4,A6.A7 20 – 50 Bueno Base,

sub_base GM,GC,SM,SP,GP A1b,A2-

5,A3,A2-6

> 50 excelente Base GW, GM. A1-a,A2-4,A3



C.B.R. CLASIFICACION 0 – 5 Subrasante muy mala 5 – 10 Subrasante mala 10 – 20 Subrasante regular a buena 20 – 30 Subrasante muy buena 30 – 50 Sub base buena 50 – 80 Base buena 80 – 100 Base muy buena

C.B.R. Clasificación cualitativa del suelo Uso 2 – 5 Muy mala Sub-rasante 5 – 8 Mala Sub-rasante 8 – 20 Regular a buena Sub-rasante 20 – 30 Excelente Sub-rasante 30 – 60 Buena Sub-base 60 – 80 Buena Base 80 – 100 Excelente Base


• Máquina de prueba.- Gato de tornillo con velocidad vertical del pistón

controlada de 1.27cm/min.

• Disco espaciador de 6.14 cm de altura

• Moldes de 6” con un collar de extensión de 2” y una placa de base perforada de

diámetro menor a 1/16”.

• Un pisón de compactar especificado de acuerdo al tipo de ensayo proctor que se

realizó.

• Un vástago ajustable y placa perforada, 1 trípode y micrómetro con aproximación

de 0.001 para medir la expansión del suelo.

• Anillos de 5 o 10 Libras de peso, cuya función es simular la carga de pavimento

que existe sobre el suelo.

• Un pistón de penetración de 1.95” de diámetro y 19.35cm2 de área con 4” de

longitud.

• Bandejas para la preparación de la muestra.



• Cápsulas para hallar el contenido de humedad.

• Balanza de tres escalas, balanza de 20 kg.

• Horno de (105 a 110 grados centígrados)

• Combo de goma

• Tamices ¾”,3/8”, Nro. 4. se utilizan también según el tipo de proctor utilizado.

• Guantes

• Papel filtro.


• El material tiene que ser secado previamente ya sea al aire libre o en horno a una

temperatura máxima de 60 grados centígrados, luego se tendrá que tamizar por

las mallas que se ha usado en el proctor de acuerdo al método utilizado, pesando

el material en una cantidad de 6 kg. Aproximadamente para un punto.

• A continuación ensamblamos los moldes que vamos a utilizar obteniendo sus

números, sus pesos, su diámetro, su altura y es importante hallar la altura del

disco espaciador.

• Se introduce el disco espaciador y se coloca un papel filtro grueso de 6” de

diámetro.

• Se prepara la muestra con la humedad que indica los resultados del ensayo de

proctor, una vez que se mezcla bien el material se coloca en el molde la quinta

parte del material y se compacta haciendo caer el pisón 56 veces sobre cada

capa, esta compactación es análoga al realizado en el ensayo de proctor.

• Una vez compactada la muestra se coloca el collarín metálico enrasando la parte

superior; se voltea el molde y se quita la base metálica perforada y el disco

espaciador.

• Pesamos el molde con la muestra determinando la densidad y humedad de la

muestra; luego se coloca el papel filtro sobre la superficie enrasada, se coloca

encima de esta superficie el plato metálico perforado y se voltea el molde.



• Sobre la superficie libre de la muestra se coloca el otro papel filtro y encima el

vástago graduable para poder lecturar la expansión, encima de este vástago se

colocan los anillos de 5 o 10 libras de acuerdo al espesor de pavimento que se

presuman irán sobre esa muestra, teniendo en cuenta que 5 libras representan

15cm de espesor de pavimento.

• Luego se coloca el molde en un tanque de agua para que se sature, y se monta

el trípode con un extensómetro, se marcan las zonas para volver a colocar el

trípode en el mismo sitio y se realiza la lectura inicial, esta lectura se toma cada

24 horas durante los 3 días.

• Después de saturar por tres días se drena la muestra por 15 minutos.

• Luego el molde con la muestra y la sobrecarga se colocan debajo de la prensa y

se asienta el pistón sobre la muestra.

• Luego se coloca en cero el extensómetro que mide la deformación igual que el

extensómetro del anillo de carga.

• Se inca el pistón controlando la velocidad a 0.05”/minuto, lecturando las cargas

en incrementos de 0.025” hasta llegar a ½” por último se suelta la carga

lentamente.

• Las lecturas tomadas se grafican en un sistema de coordenadas mediante la

curva esfuerzo penetración.

• Para determinar el CBR se toma el material de comparación que es la piedra

triturada, esta muestra patrón tiene una resistencia al punzonamiento de:

• Para 0.1” de penetración – 1.000lb/pulg (70kg/cm2)

• Para 0.2” de penetración – 1.500lb/pulg. (105kg/cm2)







CÁLCULO DE LA DENSIDAD HUMEDA Diámetro del Molde 1: 15.2cm Area : 181.46cm2 H de molde 1: 17.97cm H del disco espaciador: 5.5cm.

MOLDE No 1 2 3 No DE CAPAS 5 5 5 NUMERO DE GOLPES POR CAPA

12 25 56

CONDICIONES DE LA MUESTRA

SATURADO SATURADO SATURADO

Peso Suelo Humedo + Molde gr. 11880 12660 13250 Peso del Molde gr. 7130 7710 7990 Peso del Suelo Humedo gr. 4750 4950 5260 Volumen del Suelo cc. 2263.00 2296.04 2271.86 Densidad del Suelo Humedo gr/cc. 2.099 2.156 2.315

• Peso de suelo húmedo: 11880gr – 7130=4750

• Densidad de suelo Húmedo: Peso/Volumen: 4750gr/2263cc=2.099gr/cm3.

CÁLCULO DE LA DENSIDAD SECA

Capsula No

No T - 05 B - 02 116 132 56 5

Suelo Humedo + Capsula

gr. 64.37 75.19 96.26 84.90 50.84 46.05

Peso del Suelo Seco + Capsula

gr. 61.80 72.20 93.80 81.50 49.00 44.55

Peso del Agua gr. 2.57 2.99 2.46 3.40 1.84 1.50 Peso de la Capsula gr. 12.46 14.01 10.54 13.03 13.50 14.96 Peso del Suelo Seco gr. 49.34 58.19 47.87 68.47 35.50 29.59 % de Humedad

% 5.21% 5.14% 5.14% 4.97% 5.18% 5.07%

Promedio de Humedad % 5.17% 5.05% 5.13% Densidad del Suelo Seco

gr/cc. 1.996 2.052 2.202



CÁLCULO DE LOS ESFUERZOS.

Penetración mm

Tiempo Esfuerzo patrón.

MOLDE No 1 MOLDE No 2 MOLDE No 3

Dial Kg Kg/cm2 Correc. Dial Kg Kg/cm2 Correc. Dial Kg Kg/cm2 Correc.

0.63 00:30 19 79.5 4.1 35 154.6 8.0 75 342.3 17.6

1.27 01:00 41 182.8 9.4 95 436.1 22.5 155 716.9 37.0

1.91 01:30 55 248.5 12.8 117 539.1 27.8 230 1067.1 55.0

2.54 02:00 70.31 61 276.7 14.3 20 136 628.0 32.4 295 1369.8 70.6

3.81 03:00 72 328.2 16.9 153 707.5 36.5 360 1671.9 86.2

5.09 04:00 105.00 82 375.1 19.3 18 181 838.4 43.2 421 1954.7 100.8

6.35 05:00 94 431.4 22.2 209 969.1 50.0 471 2186.0 112.7

7.62 06:00 113 520.4 26.8 247 1146.3 59.1 557 2583.0 133.1

8.89 07:00 125 576.5 29.7 282 1309.3 67.5 629 2914.4 150.2

10.16 08:00

• Lecturamos el dial del esfuerzo las profundidades normadas tal como muestra la tabla.

• Obtenemos su equivalente en Kg. Con la siguiente fórmula:

o -9.801640969+4.701071057*Dial-0.000082763*(Dial) 2 (Se debe aclarar que

esta fórmula dependerá de la calibración del anillo, de cada equipo)

o EJM:-9.801640969+4.701071057*19-0.000082763*(19) 2 = 79.5KG.

• Por último obtenemos el esfuerzo que será la división entre la FUERZA(KG)/ÁREA DEL

PISTÓN. El área del pistón es 19.4cm2

o EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2

o EJM: ESFUERZO Kg/cm2= 79.5Kg/19.4cm2 = 4.1 Kg/cm2.

• Por último graficamos penetración en mm VS esfuerzo.



12 GOLP E S

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0

0

11.0

0

PEN ETR A C ION mm

12 GOLPES

25 GOLP E S

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.0

0

11.0

0

PEN ETR A C ION mm

25 GOLPES

56 GOLP E S

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

0.00 1.002.00 3.00 4.005.00 6.007.00 8.00 9.0010.0

0

11.0

0

PEN ET R A C ION mm

56 GOLPES

CÁLCULO DEL C.B.R.

• Hallamos los valores de CBR, tanto para una penetración del pistón de 2.5mm, como

para una penetración del pistón de 5.0mm. relacionando los esfuerzos obtenidos de

cada muestra con los esfuerzos de la muestra patrón.

EJM. El valor de C.B.R. hallado será = 14.3 X 100=20%

70.31

El valor de C.B.R. hallado será = 19.3 X 100=18% 105

Escogiendo de preferencia el valor hallado a 5mm de penetración del pistón.



RELACION CBR - DENSIDAD SECA

1.93

1.96

1.98

2.01

2.03

2.06

2.08

2.11

2.13

2.16

2.18

2.21

2.23

16 26 36 46 56 66 76 86 96

C.B.R. (%)

DE

NS

IDA

D S

EC

A g

r/cc

.

CÁLCULO DE EXPANSIÓN.

Fecha Hora Tiempo Dial Expansión

Dial Expansión

Dial Expansión

mm % mm % mm %

18/12/2007 09:30 a.m. (1)14.789 0 0 15.235 0 0 2.497 0 0

19/12/2007 09:30 a.m. (2)14.787 -0.002 -0.002 15.233 -0.002 -0.002 2.5 0.003 0.003

20/12/2007 09:30 a.m. (3)14.785 -0.004 -0.003 15.233 -0.002 -0.002 2.5 0.003 0.003

21/12/2007 09:30 a.m. (4)14.78 -0.009 -0.008 15.233 -0.002 -0.002 2.5 0.003 0.003

La expansión en mm por día es igual al dial(2) – el dial(1), Dial(3) – el dial(1), para cada muestra. El porcentaje de expansión se calcula con la siguiente fórmula: %EXPANSIÓN= Expansión mm

Altura inicial de la muestra %EXPANSIÓN= 0.009mm = 0.008%

124.7mm.



SEGUNDA PARTE



AIRE

AGUA

SÓLIDOS

RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE

Para entender el ensayo de corte directo, primero debemos tener en cuenta los siguientes

conceptos:

1. El suelo está conformado por 3 fases: Elemento altamente compresible

Elemento incompresible y cero resistencia al esfuerzo cortante. Alta resistencia al esfuerzo cortante

Cada elemento tiene un comportamiento distinto ante una fuerza de corte. Por lo tanto podemos decir que la resistencia el esfuerzo cortante de un suelo, viene a ser la

combinación de la resistencia que nos ofrece cada una de estas fases.

Viene a ser también la resistencia tangencial que existe en el área de contacto entre las

partículas. El origen de esta resistencia reside en las fuerzas atractivas que actúan en los

átomos superficiales de las partículas, en función al número de enlaces que se forman en la

cara de contacto entre 2 partículas.

Por lo tanto la resistencia tangencial total es proporcional a la fuerza normal ejercida entre

ambas partículas, de forma semejante al desplazamiento de un cuerpo con respecto a otro,

planteado por la física.

F T Fig. 01 υ Observando la figura 1 podemos decir por física, para que la fuerza T produzca

desplazamiento en el cuerpo, éste tendría que superar el peso del cuerpo más la fricción que

existe entre ambas superficies, basándose en este fundamento se creó el ensayo de corte

directo de donde podemos decir que en suelos friccionantes la resistencia al esfuerzo

cortante es:

φστ tg= (1)



Donde:

τ = Esfuerzo cortante

σ = Esfuerzo normal

φ = Angulo de fricción.

Pero Coulomb pudo observar que las arcillas no dependían de un esfuerzo normal para

generar resistencia al corte sino que éstas presentaban una resistencia intrínseca propia, a

la cual llamó Cohesión. Entonces se plantea una segunda Ec. donde el esfuerzo cortante es

igual a la cohesión del suelo.

C=τ (2)

Pero en los suelos que presentan una combinación tanto de suelos granulares y finos, son

llamados suelos mixtos cuya resistencia al esfuerzo cortante es igual a:

Ctg += φστ (3)

Donde:




C = Cohesión En un primer momento se consideró que los 2 parámetros de resistencia eran constantes de

un material, pero se pudo observar que ambos parámetros a la vez eran dependientes de

otro factor como es el contenido de la humedad:

)()( wCftgu +−= φστ Donde:



.u =Presión intersticial


Cf(w) = Cohesión en función del contenido de humedad



ENSAYO DE CORTE DIRECTO

1. INFORMACION PRELIMINAR

El ensayo de corte directo permite que el suelo falle a través de una línea de falla prefijada,

ocasionados por un esfuerzo tangencial y un esfuerzo normal, donde el esfuerzo normal

representa el esfuerzo geostático y el esfuerzo tangencial representa la fuerza que va a

generar la falla al suelo pudiendo ser este una estructura o hasta el propio peso del suelo.

Fuente: Ingeniería Geológica. Pag. 74 Existen 3 formas de realizar el ensayo de corte directo:

a) Ensayo no consolidado no drenado

b) Ensayo consolidado no drenado C.U.

c) Ensayo consolidado drenado C.D.

Dependiendo su uso del tipo de material y de las solicitaciones de obra.

Los gráficos mostrados muestran las relaciones típicas esfuerzo vs. deformación unitaria y

cambio de volumen que se obtiene con arenas sueltas y densas.



El comportamiento del cambio de volumen en el proceso de corte en arenas sueltas, como

se puede observar en la figura, el volumen disminuye solo inicialmente debido al esfuerzo

normal que reacomoda las partículas, pero al ir incrementando el esfuerzo de corte el

volumen aumenta debido a que sus partículas comienzan a subir unas sobre otras por la

falta de espacios vacios. Por el contrario en el caso de arenas sueltas, durante todo el

proceso de corte las partículas solo se reacomodan por la presencia de mayores vacios.

En caso de realizar el ensayo de corte en arenas se puede decir que se encontrará datos

confiables porque se está realizando el ensayo en un material que drena fácilmente, y los

esfuerzos obtenidos serán los esfuerzos efectivos:

TIPO DE SUELO Ø (GRADOS)

SUELTO DENSO • Limo • Arena limosa • Arena Uniforme • Arena bien graduada • Grava arenosa

27 – 30 27 – 33

28 33 35

30 – 34 30 – 35

34 45 50

El gráfico de la relación Esfuerzo cortante – Deformación y Cambio de volumen –

Deformación unitaria, obtenido en ensayos drenados con arcillas normalmente consolidadas

y pre-consolidadas.



Las arcillas preconsolidadas presentan una mayor resistencia debido a su consistencia mas

rígida, y después de haber sufrido la falla al corte este valor desciende rápidamente a causa

de la dilatancia sufrida en el plano de falla.

En las arcillas normalmente consolidadas la disminución de su resistencia al corte desde la

resistencia pico hasta la resistencia residual son valores muy cercanos, debido a su

comportamiento ductil.

Tal como observamos el suelo presenta dos resistencias, la resistencia máxima pico, y la

resistencia residual que es la menor resistencia pasando el punto pico con un valor

constante.

En un informe generalmente se presenta, tanto la resistencia máxima como el esfuerzo

residual. Viene a ser la resistencia residual de desplazamiento permanente.



Este dato se utiliza estabilidad de taludes ya que el talud ya tiene una línea de talla para la

cual se desplaza.

Para hallar la resistencia residual es mejor hallarlo en el anillo de corte, ya que para éste

dato se debe someter el suelo a grandes deformaciones

VENTAJAS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO 1. Es un ensayo rápido para obtener Ø y C

2. La preparación de la muestra es sencilla

3. Se puede ampliar para medir la resistencia residual en arcillas

4. Es muy confiable en el caso de arenas y limos

DESVENTAJAS 1. Línea de falla es obligada

2. La distribución de los esfuerzos en la superficie de corte no es uniforme

3. No se puede medir la presión de poros.




1. OBJETIVO

Determinar los parámetros de resistencia del suelo tales como el ángulo de fricción interna y la

cohesión.


• Tallar la muestra cuidadosamente con el molde de corte.

• Observando que no tenga partículas mayores 1/6 del diámetro del molde puesto que el

ensayo ya no representaría la realidad de campo.

• Generar el esfuerzo normal a 0.5, 1 y 2kg/cm2 respectivamente, dependiendo del tipo de

ensayo dependerá el tiempo en el que el esfuerzo normal se aplica, inmediatamente

después generamos el esfuerzo de corte, anotando la deformación tangencial y la fuerza

de corte.

3. REGISTROS DE DATOS Y RESULTADOS

Hallamos contenido de humedad después de la realización de cada prueba:

Nro De Tara T-21 D-3 T-31 Peso de Tara 14.03 12.45 14.01

Peso de Tara + M. Húmeda 84.87 90.13 79

Peso de Tara + M. Seca 73.2 77.5 68.63 Peso de Agua 11.67 12.63 10.37 Peso Muestra Seca 59.17 65.05 54.62

Contenido de humedad W% 19.72% 19.42% 18.99%

Promedio Cont. Humedad W% 19.37%



Muestra Nro. 2 Profundidad de la muestra(m): 2.60 M. Inalterada X

Calicata: C - 2 Clasificacion (SUCS): ML Remoldeada

Veloc. de Ensayo (mm/min) 0.5 Tiempo de Consolidación (hrs) …

Altura (h) (cm)

Diámetro (Ø)

(cm)

Volumen (cm3)

Peso (Gr)

PesoEspecifico de

masa (gr/cm3)

Humedad (w)

(%)

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

Deformac. Tangencial

(mm)

*(1)

Dial de Carga*(2)

Fuerza Cortante (Kg)

*(3)

Esfuerzo de Corte

(Kg/cm²)

*(4)

Deformac.

Tangencial

(mm)

Dial de

Carga

Fuerza

Cortante

(Kg)

Esfuerzo de

Corte

(Kg/cm²)

Deformac.

Tangencial

(mm)

Dial de

Carga

Fuerza

Cortante

(Kg)

Esfuerzo de

Corte

(Kg/cm²)

0.00 0.00 0.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000 0.00 0.00 0.000 0.000

0.10 7.00 0.981 0.050 0.10 6.00 0.841 0.043 0.10 32.00 4.486 0.228

0.20 9.00 1.262 0.064 0.20 10.00 1.402 0.071 0.20 42.00 6.006 0.306

0.30 12.00 1.682 0.086 0.30 14.00 1.963 0.100 0.30 51.00 7.293 0.371

0.40 15.00 2.103 0.107 0.40 17.00 2.383 0.121 0.40 58.00 8.294 0.422

0.60 20.00 2.804 0.143 0.60 23.00 3.225 0.164 0.60 66.00 9.438 0.481

0.80 23.00 3.225 0.164 0.80 28.00 3.926 0.200 0.80 73.00 10.549 0.537

1.00 24.00 3.365 0.171 1.00 33.00 4.627 0.236 1.00 79.00 11.416 0.581

1.25 25.00 3.505 0.179 1.25 38.00 5.434 0.277 1.25 95.00 13.728 0.699

1.50 26.00 3.645 0.186 1.50 40.00 5.720 0.291 1.50 104.00 15.028 0.765

1.75 27.00 3.785 0.193 1.75 43.00 6.149 0.313 1.75 112.00 16.184 0.824

2.00 26.00 3.645 0.186 2.00 45.00 6.435 0.328 2.00 117.00 16.907 0.861

2.25 25.50 3.575 0.182 2.25 48.50 6.936 0.353 2.25 118.00 17.051 0.868

2.50 25.50 3.575 0.182 2.50 50.00 7.150 0.364 2.50 123.00 17.774 0.905

2.75 25.00 3.505 0.179 2.75 51.00 7.293 0.371 2.75 125.00 18.063 0.920

3.00 25.00 3.505 0.179 3.00 51.00 7.293 0.371 3.00 125.00 18.063 0.920

3.50 25.00 3.505 0.179 3.50 47.00 6.721 0.342 3.50 127.00 18.352 0.935

4.00 25.50 3.575 0.182 4.00 46.00 6.578 0.335 4.00 126.00 18.207 0.927

4.50 24.00 3.365 0.171 4.50 44.00 6.292 0.320 4.50 124.00 17.918 0.913

5.00 23.50 3.295 0.168 5.00 44.00 6.292 0.320 5.00 124.00 17.918 0.913

5.50 23.00 3.225 0.164 5.50 43.00 6.149 0.313 5.50 124.00 17.918 0.913

6.00 23.00 3.225 0.164 6.00 42.00 6.006 0.306 6.00 123.00 17.774 0.905

6.50 22.00 3.084 0.157 6.50 40.00 5.720 0.291 6.50 118.00 17.051 0.868

7.00 22.00 3.084 0.157 7.00 38.00 5.434 0.277 7.00 118.00 17.051 0.868

1.971

48.02

18.99%

1.976

5.10

48.0248.02

94.66 94.88

5.10

2.36

Inicial Inicial

2.362.36 2.36 2.36

0.50 1.00

2.011

96.57

2.00

19.72% 19.42%

Datos

5.10

ESPECIMEN 01 ESPECIMEN 02

2.36

FinalInicial

5.10 5.10

Final

Estado del

SueloNatural

5.10

ESPECIMEN 03

Final


(NORMA ASTM - D3080-98)

*(1).- Es la lectura que se controla en el deformímetro del equipo de corte.

*(2).- Es la lectura del dial de carga obtenido para cada lectura de deformación tangencial.

*(3).- La fuerza cortante se halla convirtiendo la lectura del dial de carga en base a las

ecuaciones de calibración del anillo de carga.

En este caso en particular las ecuaciones del anillo de carga son los siguientes:

*(4).- El esfuerzo de corte es igual a la fuerza cortante sobre el área del anillo



Graficamos Esfuerzo VS Deformación

ESFUERZO vs DEFORMACION

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

DEFORMACIÓN TANGENCIAL (mm)

ESFU

ERZO DE CORTE (Kg/cm²)

0.5 Kg/cm²1.0 Kg/cm²2.0 Kg/cm²

Graficamos Esfuerzo de Corte vs Esfuerzo Normal

Por ejemplo la primera muestra está representada por el esfuerzo normal de 0.5 Kg/cm2 aplicado

durante todo el proceso del ensayo y el máximo esfuerzo de corte que puede ser observado en

la gráfica Esfuerzo de corte vs. Deformación, que en este caso sería 0.193Kg/cm2.

ESFUERZO DE CORTE vs ESFUERZO NORMAL (CRITERIO DE LA FALLA DE MOHR - COULOMB)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ESFUERZO NORMAL (Kg/cm²)

ES

FU

ER

ZO

DE

CO

RT

E (

Kg/

cm²)

4. CONCLUSIONES

1. Se realizó el ensayo de corte directo obteniendo los siguientes parámetros de resistencia.

ML

Vel.

φ

C

Estado

0.5 mm/min

19°

0 Kg/cm2

Inalterado



a) Para calcular los dos parámetros de resistencia se procedió a escoger los dos

primeros puntos por dos razones, la primera considerando el tipo de suelo y la

segunda porque el tercer punto generaría una cohesión negativa, dato que seria

irreal.

b) También podemos observar algunas ventajas de este ensayo, tales como que es

rápido, la muestra se prepara rápidamente y se puede ampliar para medir la

resistencia residual del suelo.

c) Algunas limitaciones del ensayo es que la línea de falla es obligada, la distribución de

tensiones en la superficie de corte no es uniforme, no se puede medir la presión de

poros y también considerar que el área de contacto disminuye al realizar el ensayo.



ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE

1. OBJETIVO

El objetivo de este ensayo es hallar la resistencia del suelo a un esfuerzo a la compresión, en

función solo a su resistencia intrínseca que es la cohesión.


Este ensayo nos permite conocer la resistencia a la compresión de un suelo cohesivo; aplicando

sólo un esfuerzo de compresión mas no el esfuerzo de confinamiento; ya que se supone que al

extraerlo del suelo todo el esfuerzo geostático lo ha tomado la muestra por medio de la cohesión.

Este ensayo es también una forma de medir la consistencia de los suelos arcillosos a partir de su

mayor o menor cohesión, entendiendo por cohesión la resistencia proveniente de la presión

capilar del agua intersticial con las partículas del suelo ante una fuerza que intente deformarlo. A

continuación una tabla con los rangos de valores para medir la consistencia de un suelo.

Resistencia a la compresión

simple Consistencia

qc < 0.5 Kg/cm2 Consistencia baja con comportamiento de

fluido viscoso

0.5 < qc < 1.5 Kg/cm2 Consistencia media

1.5 < qc < 4 Kg/cm2 Consistencia rígida

qc > 4 Kg/cm2 Consistencia dura

Este ensayo es aplicado para hallar la resistencia al esfuerzo cortante en problemas de

estabilidad de taludes en suelos arcillosos. Donde la resistencia al esfuerzo cortante es la

cohesión.

C=τ

Aplicado también para analizar la consistencia de un suelo para estudios en vias.

Otra aplicación de este ensayo es el de conocer la sensibilidad del suelo, que es establecido por

la relación entre la resistencia a la compresión simple en una muestra inalterada y una

remoldeada.



S=qi/qc

Sensibilidad S=qi/qr

Insensible S<2

Moderadamente sensible 2>S<4

Sensible 4>S<8

Muy sensible 8>S<16

Ultra sensible S>16


� Tallar la muestra cuyas dimensiones sean 2D<h≤ 2.5D para evitar el traslape de las

líneas de falla en el suelo o de lo contrario para evitar el efecto de la columna esbelta.

� Someter la muestra a dos placas superior e inferior y a una fuerza de compresión

controlando las deformaciones y midiendo el esfuerzo hasta que se genere la falla en el

suelo.

4. REGISTROS DE DATOS Y RESULTADOS

EJEMPLO.

Tipo de suelo SUCS: CH

Estado: Remoldeado

Altura (h) (cm) 10.00

Diámetro (φ) (cm) 5.00

Densidad Seca (γd) (g/cm3) 2.03 Contenido de Humedad (ω) (%) 8.91 Velocidad del Ensayo (mm/min) 0.50



Especímen 1 Deformación Esfuerzo

(%) (Kg/cm2) 0.00 0.00 0.05 0.07 0.10 0.09 0.20 0.30 0.30 0.54 0.40 0.74 0.50 0.90 0.60 1.07 0.70 1.21 0.80 1.33 0.90 1.37 1.00 1.37 1.10 1.31 1.20 1.17 1.30 1.00 1.40 0.70 1.50 0.64

Después de realizar el ensayo graficar la curva esfuerzo de compresión vs. Deformación y

visualizar el máximo esfuerzo soportado por el suelo y obtener también la cohesión.

C= qmax./2

C= 1.37/2 = 0.69 Kg/cm2

5. SUGERENCIAS

� Es un ensayo que se puede realizar en corto tiempo, por lo tanto una de las aplicaciones

sería la aplicación en proyectos que se encuentran en estudios de pre-factibilidad o para

obtener la sensibilidad del suelo y poder conocer sobre su capacidad tixotrópica.



ENSAYO TRIAXIAL NO CONSOLIDADO NO DRENADO (UU)

ASTM D-2850

1. OBJETIVOS

• Determinar los parámetros de resistencia de un suelo, como son la fricción y la

cohesión, y observar el tipo de falla que se presenta en la muestra

• Observar la relación esfuerzo – deformación, en el suelo en función a la variación de la

presión de cámara y la variación del esfuerzo desviador.


Considerando que en los problemas prácticos de rutina el comportamiento del suelo es

muy complejo y no se puede calcular con precisión; en laboratorio se pueden representar en

pequeña escala todos los factores que influyen en la resistencia del suelo, pudiendo predecir así

la estabilidad de los cimientos. Se ha estudiado dos pruebas para hallar los parámetros de

resistencia de los suelos, el ensayo de Corte Directo y el ensayo de Compresión Simple,

concluyendo que en los dos ensayos no se refleja la realidad de los esfuerzos a los que está

sometido una masa de suelo, tal como se puede observar en la figura la muestra de suelo A en

realidad está sometida a una presión lateral geostática, y simultáneamente sometida a una

carga externa que va a generar la falla.

A



Entonces considerando todas estas condiciones reales vemos que el ensayo que más

se aproxima es el Ensayo de Compresión triaxial, donde los esfuerzos se aplican en las 3

direcciones.

Las pruebas triaxiales pueden clasificarse en dos grandes grupos:

Pruebas de Compresión y pruebas de Extensión, a continuación se presenta un cuadro

resumen.

PRUEBAS TRIAXIALES

DE COMPRESIÓN DE EXTENSIÓN Lo Lf Lo Lf Pc >> Pc Cte Pc >> Pc << Pc Cte. Pc <<

3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ 3σ

Cte Cte << << << <<< Cte Cte >> >> >> >> 1σ En este caso es el esfuerzo 1σ principal mayor 3σ 3σ 3σ 3σ Esfuerzo Principal Mayor

Por tanto es responsabilidad del ingeniero definir cómo van a actuar los esfuerzos en la

masa de suelo. Una vez definido esto; se debe pensar en como actuarán las fases del suelo

(agua, aire y sólidos) ante una carga externa.

Para lo cual existen 3 tipos de ensayos triaxial:

- Ensayo No consolidado no drenado. UU

- Ensayo Consolidado drenado. CD



- Ensayo Consolidado no drenado. CU

Comportamiento al corte de masas granulares.- Como sucede en todos los

materiales de ingeniería los suelos también sufren deformaciones ante una presión que lo rodea

completamente y si esta presión aumenta; entonces las partículas empiezan a deslizarse y

decimos que el suelo fallo por corte. La mayor parte de las fallas se producen por esfuerzo

cortante, ya que los suelos soportan muy poco los esfuerzos por tensión.

El comportamiento al aplicarse la carga vertical dependerá mucho de la compacidad o

forma en que se hayan acomodado las partículas del suelo, al seguir aumentando la presión

externa se produce distorsión en la masa de suelo, generando un ángulo de falla que aumenta

también con el incremento de la carga.

Debemos tomar en cuenta que en este tipo de suelos, el contenido de humedad que

posea no cambiará en forma representativa su comportamiento como cuando está seco.

Comportamiento de los suelos finos.- Generalmente los suelos finos contienen una

considerable cantidad de agua hasta llegar a estar saturados, y el conocimiento de la resistencia

al corte de un suelo saturado es de importancia práctica.

En el caso de las arcillas preconsilodadas poseen resistencia significativa al esfuerzo

cortante debido a la compacidad de sus partículas debemos tener muy en cuenta la presión de

poros que viene a ser la presión del agua que se encuentra entre partículas, para este caso se

tiene que recurrir a otro tipo de ensayo triaxial, consolidado drenado.


• Bomba de presión para la carga lateral.

• Membrana de hule.

• Cámara triaxial.

• Anillos de jebe

• Piedras porosas.

• Dial de deformación.

• Balanza.

• Guantes



• Cuchillos.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

• La muestra que se extrae en campo debe ser parafinada y con dimensiones de

0.30*0.30*0.30m. para evitar que se altere su contenido de humedad y su estructura.

• Se lleva al laboratorio y se empieza con el tallado de las muestras con un diámetro de

7cm por una altura de 14cm. En número de tres; hallando también el contenido de

humedad.

• Estas muestras no deben estar más de 3 días sin ser ensayadas, ya que su contenido

de humedad se alteraría.

• Una vez talladas se toma el peso inicial de la muestra, así como 3 veces el diámetro y

3 veces la alturas, calculando luego un promedio.

• Se coloca la piedra porosa y el papel filtro, colocando la muestra y encima volver a

colocar el papel filtro, una piedra porosa y el cabezal. Todo se cubre con la membrana,

para proteger la muestra.

• Se coloca la cámara triaxial llenándola con agua para la presión lateral. (Presión de

confinamiento o presión de cámara σ3)

• En el primer ensayo la presión lateral es de 1Kg/cm2.

• En el segundo ensayo la presión lateral es de 2Kg/cm2.

• En el tercer ensayo la presión lateral es de 4Kg/cm2.

• Se apoya el pistón de carga vertical. Al aplicar la carga vertical se mide la deformación

vertical de la muestra con un micrómetro,

• La prueba se realiza usualmente, manteniendo constante la presión de confinamiento y

aumentando la presión vertical.

• El agua no ejerce esfuerzos cortantes en la periferia de la muestra, el esfuerzo vertical

sobre planos horizontales es un esfuerzo principal, que se designa por σ 1.

• Donde σ 1 es el esfuerzo principal mayor y σ 3 es el esfuerzo principal menor.



• El esfuerzo axial se va aumentando después en pequeños incrementos hasta llegar a

un plano de falla donde la carga vertical empiece a bajar.

• Cámara del ensayo triaxial

5. REGISTRO DE DATOS Y RESULTADOS ESPECIMEN 1 CLASIFICACIÓN SUCS: CL

A continuación se muestra una parte de los datos registrados en laboratorio así como los cálculos de

De la deformación en porcentaje, La variación del área por cada incremento de carga (P), y el cálculo

del esfuerzo desviador.

CONTENIDO HUMEDAD 23.27% DENSIDAD HÚMEDA 1.74

ALTURA (cm) 14.19 VELOCIDAD CARGA (mm/min) 1.42

DIÁMETRO (cm) 6.97 PRESION DE CELDA σ3 (Kg/cm2) 1.00



DIAL DEF.

DEF (εεεε) mm. DEF εεεε%

AREA A'

DIAL CARGA

P(kg) Esf.

Desv. 0 0 0.000 38.16

0.0 0.00 0.000

5 0.05 0.035 38.17

17.0 2.68 0.070 10 0.1 0.070 38.18

27.0 5.88 0.154

15 0.15 0.106 38.20

35.0 8.44 0.221

Donde:

• Este ensayo se realizó lecturando la deformación a cada 5 lineas que representa 0.05 mm.

• El porcentaje de deformación es calculado:

ε=∆ε=∆ε=∆ε=∆H/Ho, por ejemplo para una deformación de 0.1mm

ε=0.1mm/141.9mm =0.0007047

y en porcentaje * 100= 0.07%

ε= Deformación axial

∆H= Diferencial de altura por cada incremento de carga

Ho= Altura inicial del espécimen

• El área de aplicación varía por cada incremento de carga.

Af= Ao/(1-ε) ε) ε) ε)

Af= Área final para cada incremento de carga

Ao= Área inicial

Continuando Af= 38.16/(1-0.0007047) = 38.18cm2

• La carga P(Kg) se halla convirtiendo la lectura del dial de carga en base a las ecuaciones de

calibración del anillo de carga, que depende de cada equipo.

• El Esf. Desv. Es la carga vertical aplicada al especímen dividida por el área corregida para

cada lectura.

Esf. Desv. = P/Af

Siguiendo con el mismo ejemplo anterior el Esf. Desv. = 5.88 Kg/38.18=0.154Kg/cm2

• Como la lista de los datos es muy extensa se resume con los valores obtenidos para cada

0.5% de deformación y en caso de no tener el valor exacto se interpola entre los puntos

superior e inferior mas cercanos al valor requerido. Obteniendo finalmente los siguientes datos:



Deform. Esf. Desv. σσσσ1 p q q/p Oblicuidad (%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (σσσσ1/σσσσ3) 0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.05 0.11 1.11 1.05 0.05 0.05 1.11 0.10 0.21 1.21 1.11 0.11 0.10 1.21 0.20 0.39 1.39 1.19 0.19 0.16 1.39 0.35 0.58 1.58 1.29 0.29 0.23 1.58 0.50 0.71 1.71 1.35 0.35 0.26 1.71 0.75 0.83 1.83 1.41 0.41 0.29 1.83 1.00 0.91 1.91 1.46 0.46 0.31 1.91 1.25 1.00 2.00 1.50 0.50 0.33 2.00 1.50 1.07 2.07 1.54 0.54 0.35 2.07 1.75 1.14 2.14 1.57 0.57 0.36 2.14 2.00 1.19 2.19 1.60 0.60 0.37 2.19 2.50 1.28 2.28 1.64 0.64 0.39 2.28 3.00 1.35 2.35 1.68 0.68 0.40 2.35 3.50 1.42 2.42 1.71 0.71 0.41 2.42 4.00 1.49 2.49 1.74 0.74 0.43 2.49 5.00 1.57 2.57 1.78 0.78 0.44 2.57 6.00 1.59 2.59 1.80 0.80 0.44 2.59 7.00 1.63 2.63 1.81 0.81 0.45 2.63 8.00 1.66 2.66 1.83 0.83 0.45 2.66 9.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 10.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 11.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 12.00 1.68 2.68 1.84 0.84 0.46 2.68 13.00 1.69 2.69 1.84 0.84 0.46 2.69 14.00 1.70 2.70 1.85 0.85 0.46 2.70

Donde: σ1= σ3 + Esf. Desv. .p= (σ1+σ3)/2 .q= (σ1-σ3)/2 Seguimos los mismos pasos para los 3 especímenes ESPECIMEN 2 Presión de celda σσσσ3= 2Kg/cm2

Deform. Esf. Desv. σσσσ1 p q q/p Oblicuidad (%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (σσσσ1/σσσσ3) 0.00 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00 0.05 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00 0.10 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00 0.20 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00 1.00

0.35 0.09 2.09 2.04 0.04 0.02 1.04 0.50 0.38 2.38 2.19 0.19 0.09 1.19 0.75 0.63 2.63 2.32 0.32 0.14 1.32 1.00 0.82 2.82 2.41 0.41 0.17 1.41 1.25 0.97 2.97 2.49 0.49 0.20 1.49 1.50 1.11 3.11 2.56 0.56 0.22 1.56 1.75 1.23 3.23 2.61 0.61 0.23 1.61 2.00 1.34 3.34 2.67 0.67 0.25 1.67



2.50 1.52 3.52 2.76 0.76 0.28 1.76 3.00 1.68 3.68 2.84 0.84 0.30 1.84 3.50 1.80 3.80 2.90 0.90 0.31 1.90 4.00 1.95 3.95 2.98 0.98 0.33 1.98 5.00 2.18 4.18 3.09 1.09 0.35 2.09 6.00 2.31 4.31 3.16 1.16 0.37 2.16 7.00 2.41 4.41 3.21 1.21 0.38 2.21 8.00 2.62 4.62 3.31 1.31 0.40 2.31 9.00 2.70 4.70 3.35 1.35 0.40 2.35 10.00 2.73 4.73 3.37 1.37 0.41 2.37 11.00 2.81 4.81 3.41 1.41 0.41 2.41 12.00 2.89 4.89 3.45 1.45 0.42 2.45 13.00 2.88 4.88 3.44 1.44 0.42 2.44 14.00 2.88 4.88 3.44 1.44 0.42 2.44 15.00 2.88 4.88 3.44 1.44 0.42 2.44

ESPECIMEN 3 Presión de celda σσσσ3= 4 Kg/cm2

Deform. Esf. Desv. σσσσ1 p q q/p Oblicuidad

(%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (σσσσ1/σσσσ3) 0.00 0.00 4.00 4.00 0.00 0.00 1.00

0.05 0.10 4.10 4.05 0.05 0.01 1.02

0.10 0.21 4.21 4.10 0.10 0.02 1.05

0.20 0.34 4.34 4.17 0.17 0.04 1.08

0.35 0.47 4.47 4.24 0.24 0.06 1.12

0.50 0.60 4.60 4.30 0.30 0.07 1.15

0.75 0.82 4.82 4.41 0.41 0.09 1.21

1.00 1.02 5.02 4.51 0.51 0.11 1.25

1.25 1.20 5.20 4.60 0.60 0.13 1.30

1.50 1.35 5.35 4.67 0.67 0.14 1.34

1.75 1.48 5.48 4.74 0.74 0.16 1.37

2.00 1.60 5.60 4.80 0.80 0.17 1.40

2.50 1.80 5.80 4.90 0.90 0.18 1.45

3.00 1.99 5.99 5.00 1.00 0.20 1.50

3.50 2.19 6.19 5.10 1.10 0.22 1.55

4.00 2.41 6.41 5.21 1.21 0.23 1.60

5.00 2.76 6.76 5.38 1.38 0.26 1.69

6.00 2.90 6.90 5.45 1.45 0.27 1.73

7.00 3.08 7.08 5.54 1.54 0.28 1.77

8.00 3.25 7.25 5.62 1.62 0.29 1.81

9.00 3.25 7.25 5.63 1.63 0.29 1.81

10.00 3.25 7.25 5.63 1.63 0.29 1.81

11.00 3.33 7.33 5.66 1.66 0.29 1.83

12.00 3.25 7.25 5.63 1.63 0.29 1.81

13.00 3.33 7.33 5.66 1.66 0.29 1.83

14.00 3.33 7.33 5.67 1.67 0.29 1.83



• Después de los cálculos, graficamos las curvas Esfuerzo Desviador vs. Deformación axial, para

poder extraer el máximo esfuerzo soportado por el suelo.

o Esfuerzo desviador máximo para el primer especímen = 1.70 Kg/cm2

o Esfuerzo desviador máximo para el segundo especímen = 2.89 Kg/cm2

o Esfuerzo desviador máximo para el tercer especímen = 3.33 Kg/cm2

Estos gráficos nos permiten observar también el comportamiento del suelo ante la

aplicación de la carga.

En este caso por ejemplo tiene un comportamiento ductil, ya que no presenta un

rompimiento brusco sino que el esfuerzo disminuye muy poco de punto a punto.

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

9.5

10.0

10.5

11.0

11.5

12.0

12.5

13.0

13.5

14.0

14.5

15.0

ES

FU

ER

ZO

DE

SV

IAD

OR

Kg

/cm

2

DEFORMACION AXIAL %

DEFORMACI0N AXIAL vs. ESFUERZO DESVIADOR

1,00 Kg/cm2

2,00 Kg/cm2

4,00 Kg/cm2

• Una vez obtenidos estos máximos valores de esfuerzo desviador podemos graficar los círculos

de Mohr para cada especimen.

Como ejemplo para el primer círculo consideramos los dos esfuerzos máximos principales

σ3= 1Kg/cm2

σ1= σ3 + Esf. Desv. Max. = 1 + 1.70 = 2.70 Kg/cm2

Siendo el radio (σ1- σ3)/2



0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

ES

FU

ER

ZO

DE

CO

RT

E (

Kg/

cm2)

ESFUERZO AXIAL (Kg/cm2)

CIRCULO DE MOHR

Cohesion : C = 0.48 Kg/cm2Angulo de Fricción : φ = 11 º

Trazamos una linea tangente a los 3 Círculos en este caso optamos por los dos círculos

extremos, por algunas observaciones realizadas durante el ensayo y considerando el tipo de

suelo, un suelo CL de consistencia media cuyo ángulo de fricción no podía ser demasiado alto.

Otra observación importante en este caso es que en este tipo de ensayo no deberia existir

ángulo de inclinación por tratarse de un suelo saturado, lo que significaria que este suelo estaba

parcialmente saturado.



ENSAYO TRIAXIAL – CONSOLIDADO NO DRENADO (CU)

NORMA ASTM – D4767

1. OBJETIVO

Hallar los parámetros de resistencia, la cohesión y el ángulo de fricción interna tanto totales

como efectivos con la correspondiente medición de presión de poros.


El ensayo triaxial Consolidado no drenado; nos permite analizar los suelos que en su estado

natural ya han tenido un grado de consolidación o donde la Obra a construir se realice en un

tiempo lo suficientemente extenso para permitir que el suelo obtenga un grado de consolidacón, y

que luego se comportará en un estado no drenado, nos permite conocer tanto los esfuerzos

totales como los esfuerzos efectivos.

Los especímenes son sujetos a una presión de confinamiento de fluido en una celda triaxial,

permitiendo el drenaje del fluido hasta que se disipe la presión de poros y consolide la muestra,

una vez concluida esta fase se cierra la válvula de drenaje y se realiza el ensayo de triaxial

propiamente dicho, durante el proceso del ensayo también se puede medir la presión de poros,

por lo que se puede obtener tanto las tensiones totales como efectivas. La falla a menudo le

corresponde al máximo esfuerzo principal mayor ó al 15% de la deformación axial, generando la

falla el esfuerzo desviador.

En la figura a se muestra el comportamiento de suelos arcillosos, donde sobresale como es el

comportamiento de la variación de la presión de poros durante el ensayo. Para las arcillas



normalmente consolidadas la variación de poros es mayor por cuanto el volumen se va

disminuyendo en el proceso. No en tanto para las arcillas Preconsolidadas llega un momento en

que se disipa la presión de poros hasta volverse negativa


� Tallar 3 muestras con dimensiones 2D<h≤ 2.5D.

� Colocar alrededor de la muestra papel filtro calado para poder agilizar el drenaje y colocar

una membrana impermeable.

� Entrar a la primera etapa del ensayo colocando una presión de celda de 0.4 kg/cm2 y una

contrapresión a la muestra de 0.2kg/cm2 para empezar con la saturación de la muestra e ir

incrementando hasta llegar a un grado de saturación del 95 a 100% (Parámetro B). Este

proceso puede durar días dependiendo del tipo de suelo.

� Una vez saturada la muestra empezar con la etapa de consolidación midiendo el drenaje en

una bureta, hasta que esta lectura se estabilice.

� Una vez estabilizada la medida de la bureta se procede a la segunda etapa de la prueba, se

cierra la válvula de drenaje y se empieza a aplicar el esfuerzo desviador hasta generar la falla

o llegar al 15 a 20% de la deformación.

� Esquema de los medidores de presión en la celda triaxial




Para el primer especímen se realizará paso a paso los cálculos hasta llegar a las tablas resumen

que se presentan para realizar los gráficos.

ESPECIMEN 1

Paso 1: Etapa de Saturación

Tiempo Presión de

celda

Presión de

poros

Contrapresión

(Kg/cm2)

Parámetro

B % Fecha Hora 13/02/04

2:10pm

0.66 0.52 0.52 42.857 0.87 0.61 0.72

16/02/04

9:15am 1.25 1.10 1.10 66.66

1.46 1.24 1.30 17/02/04

7:55am

1.75 1.60 1.60 81 1.97 1.78 1.84

18/02/04

8:30am

2.16 2.02 2.02 94 2.34 2.19 2.20

18/02/04

1:40pm 2.64 2.50 2.50

2.82 2.67 2.71 19/02/04

9:25am 3 2.90 2.90 95.5

3.22 3.11 3.12

En fecha 13 de febrero se inicia la saturación del espécimen, colocando una presión de celda de

0.66Kg/cm2, se coloca primero esta presión para evitar disturbar la muestra, seguidamente se

aplica una contrapresión de 0.52Kg/cm2 siempre menor a la presión de celda, esta presión se

encarga de ingresar el agua a la muestra para saturarla; en ese momento la presión de poros

también será de 0.52Kg/cm2. Dejándolo saturar hasta el día 16 de febrero por tratarse de un

suelo CH, donde procedemos a incrementar la presión de celda y simultáneamente la

contrapresión en 0.20 kg/cm2, inmediatamente cerramos la válvula de contrapresión y medimos la

presión de poros, siendo este valor 0.61Kg/cm2, y evaluamos el parámetro B.

PARÁMETRO B= Diferencia de presión de poros *100= (0.61-0.52) *100= 42.857%

Diferencia de presión de celda (0.87-0.66)

Por lo tanto incrementamos la presión de celda 1.25Kg/cm2 y una contrapresión de 1.10Kg/cm2,

recordando que en ese instante la presión de poros también será de 1.10Kg/cm2. Y siguiendo el

mismo proceso hasta llegar una saturación de 95 a 100%.

Paso 2: Etapa de Consolidación

Una vez que se llegó a saturar la muestra se procede a la etapa de consolidación donde se

conserva la presión de celda última y se mide la lectura inicial de la bureta:



Tiempo Presión de

celda

Presión de

poros

Lectura de la

bureta (cm3) Fecha Hora 19/02/04

11:20am 3.00 2.90 20 2’ 18.10

7’ 17.90 15’ 17.70

30’ 17.85 1:40 17.80

5:05 17.80 8:15 17.60

Por tanto el volumen final de la etapa de consolidación es la diferencia de 20 – 17.60 = 2.4cm3.

Para comenzar a lecturar se coloca una presión de celda de 3Kg/cm2 y una contrapresión de

2Kg/cm2 para así obtener una presión de celda efectiva de (3-2)=1Kg/cm2, abriendo la válvula de

la presión de poros, y lecturando deformación, Esfuerzo desviador y Presión de poros.

Deform. Esf. Desv. PRESIÓN (%) (Kg/cm2) POROS

(Kg/cm2)

0.00 0.00 0.00

0.05 0.31 2.10

0.10 0.41 2.14

0.20 0.66 2.23

0.35 0.77 2.27

0.50 0.92 2.31

0.75 1.07 2.37

1.00 1.12 2.40

1.25 1.17 2.43

1.50 1.17 2.44

1.75 1.17 2.46

2.00 1.17 2.46

2.50 1.17 2.47

3.00 1.17 2.49

3.50 1.22 2.49

4.00 1.22 2.49

5.00 1.22 2.50

6.00 1.22 2.50

7.00 1.28 2.50

8.00 1.33 2.50

9.00 1.33 2.50

10.00 1.38 2.49

11.00 1.38 2.49

12.00 1.43 2.48

13.00 1.48 2.47

14.00 1.48 2.49



Altura (cm) Densidad húmeda (g/cm3)Diametro (cm) Velocidad de carga (mm/min)Humedad (%) Presion de celda σσσσ3 (Kg/cm2)Parámetro B Contrapresión (Kg/cm2)

Presión de celda efectivo σσσσ3' (Kg/cm2)*1 *2 *3 *4 *5

PRESIÓN σσσσ3' OblicuidadPOROS (Kg/cm2)(Kg/cm2)

0.00 1.00

0.10 0.90

0.14 0.86

0.23 0.77

0.27 0.73

0.31 0.69

0.37 0.63

0.40 0.60

0.43 0.57

0.44 0.56

0.46 0.54

0.46 0.54

0.47 0.53

0.49 0.51

0.49 0.51

0.49 0.51

0.50 0.50

0.50 0.50

0.50 0.50

0.50 0.50

0.50 0.50

0.49 0.51

0.49 0.51

0.48 0.52

0.47 0.53

0.49 0.51

0.69 0.58 3.7111.00 1.38 1.89 1.20

3.66

10.00 1.38 1.89 1.20 0.69 0.58 3.71

8.00 1.33 1.83 1.17

0.61 0.551.72 1.11

0.67 0.57

3.44

7.00 1.28 1.78 1.14 0.64 0.56 3.56

6.00 1.22

0.59 0.53 3.29

5.00 1.22 1.72 1.11 0.61 0.55 3.44

0.61 0.54 3.39

1.15

0.52

0.52 3.170.59

0.61 0.54

1.17

1.13

1.13

1.71

1.71

1.17

2.00

1.17

9.98

4.99

30.50%

0.66

σσσσ1'

96%

(Kg/cm2)

0.59 0.51

1.50

1.25 1.17 1.16

1.00 1.12

1.75

3.05

0.51 3.09

3.170.59

1.16

0.59

0.75 1.07

1.82

0.20

0.40

3.00

2.70

1.86

0.15 1.34

1.17 0.54

0.56 2.870.48

0.46

0.46

2.050.35 0.77 1.12

1.15 2.331.610.50 0.92

0.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00

(Kg/cm2)Q

(Kg/cm2)Q/P

0.16

1.48

σσσσ1'/σσσσ3'

1.00

0.30

0.39 0.35

0.21

0.33

0.19

(%)Esf. Desv.(Kg/cm2)

0.20 1.10

0.05

0.10 0.41 1.07

P

4.00 1.22 1.73 1.12

1.68 1.10

9.00 1.33 1.83 1.17 0.67 0.57 3.66

2.50 1.17 1.70 1.12 0.59 0.52 3.21

3.00 1.17

3.393.50 1.22 1.73 1.12

2.00

1.00

0.31 1.06

Deform.

3.79

12.00 1.43 1.95 1.24 0.72 0.58

13.00 1.48 2.01 1.27 0.74 0.58

14.00 1.48 1.99 1.25 0.74 0.59 3.90

1.70

1.72

1.74

1.21

1.27

1.43

1.50

3.75

1.73

*1 Será igual al valor registrado de presión de poros en el ensayo menos la Contrapresión es

decir para todos los valores restar para este especímen 2Kg/cm2.

*2 σ3’= Presión de celda – Presión de poros (σ3-u)

*3 σ1’ = Esfuerzo desviador + Presión de celda efectivo (Esf. Desv. + σ3’)

*4 P= (σ1’+σ3’)/2 *5 Q= (σ1’-σ3’)/2

El mismo proceso para los tres especímenes.



ESPECIMEN 2

Altura (cm) Densidad húmeda (g/cm3)Diametro (cm) Velocidad de carga (mm/min)Humedad (%) Presión de celda σσσσ3 (Kg/cm2)Parámetro B Contrapresión (Kg/cm2)

Presión de celda efectivo σσσσ3' (Kg/cm2)


0.00 2.00

0.14 1.86

0.20 1.80

0.40 1.60

0.50 1.50

0.61 1.39

0.75 1.25

0.84 1.16

0.89 1.11

0.95 1.05

0.98 1.02

1.01 0.99

1.05 0.95

1.07 0.93

1.09 0.91

1.10 0.90

1.11 0.89

1.12 0.88

1.11 0.89

1.10 0.90

1.09 0.91

1.08 0.92

1.07 0.93

1.07 0.93

1.06 0.94

1.06 0.94 0.54 3.33

3.00

3.07

0.531.051.96

3.01 0.53

0.54

14.00 2.19 3.13 2.04

2.04 1.10

1.10

3.33

2.00 1.07 0.54 3.30

3.27

11.00 2.14 2.00 1.07 0.54 3.30

2.09 1.97 1.05

3.27

9.00 2.09 3.30

0.532.048.00 2.94 1.92 1.02

3.26

7.00 2.04 2.93 1.91 1.02 0.53 3.29

1.99 1.88

3.10

5.00 1.94 2.83 1.86 0.97 0.52 3.18

1.85 0.51

2.98

3.50 1.89 2.80 1.86 0.95 0.51 3.08

0.501.85

2.81

2.50 1.79 2.74 1.85 0.90 0.49 2.88

0.471.89

2.60

1.75 1.73 2.75 1.89 0.87 0.46 2.70

1.50 1.68

2.36

1.25 1.63 2.74 1.93 0.82 0.42 2.47

0.411.58

1.88

0.75 1.43 2.68 1.97 0.72 0.36 2.14

2.001.22

1.58

0.35 1.02 2.52 2.01 0.51 0.25 1.68

0.220.46

1.25

0.10 0.56 2.36 2.08 0.28 0.13 1.31

0.46 2.09

σσσσ1'/σσσσ3'

1.00

(Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2)

0.00 0.00 2.00 2.00 0.00 0.00

(Kg/cm2)

2.00

Deform. Esf. Desv. σσσσ1' P Q Q/P

30.50% 4.00

91% 2.00

9.97 1.81

4.98 0.20

10.00

0.92

1.79

1.84

1.89

13.00

12.00 2.14

3.00

6.00

3.07

2.19 3.13

0.20

0.50

1.00

2.61

2.52

2.73

2.00

0.532.87

1.00

0.05

(%)

0.23

1.95 0.792.74

2.32 0.11

2.06

0.61 0.31

0.84 0.441.89

4.00

2.78

2.77

2.79

0.90

0.92

0.95



ESPECIMEN 3

Altura (cm) Densidad húmeda (g/cm3)Diametro (cm) Velocidad de carga (mm/min)Humedad (%) Presion de celda σσσσ3 Kg/cm2)Parámetro B Contrapresión Kg/cm2)

Presión de celda efectivo σσσσ3' (Kg/cm2)


0.00 4.00

0.26 3.74

0.38 3.62

0.71 3.29

0.94 3.06

1.13 2.87

1.42 2.58

1.68 2.32

1.78 2.22

1.90 2.10

1.95 2.05

2.04 1.96

2.13 1.87

2.19 1.81

2.21 1.79

2.23 1.77

2.24 1.76

2.23 1.77

2.22 1.78

2.20 1.80

2.20 1.80

2.18 1.82

2.17 1.83

2.15 1.85

2.15 1.85

2.14 1.86

0.522.07

6.00 3.91 2.09 0.53

0.54

0.55

6.00 3.90

2.023.986.00

0.54

4.20 6.00 3.90

4.19 3.916.00

14.00 4.14 6.00

0.54

10.00 4.18

9.00

2.07

2.08

2.083.93

0.53

13.00 4.15 0.53

0.53

0.481.50

1.84

12.00 4.15

3.93

6.00 3.93

6.00

6.003.13

0.44

1.25 3.78 6.00 4.11 1.89 0.46

4.16

0.75 3.42 6.00 4.29 1.71 0.40

4.44 1.57

4.50 0.27

0.35 2.94 6.00 4.53 1.47

0.35

0.32

0.20 2.41 1.21

0.49 0.12

5.70

0.05 0.61

0.10 0.97 4.59 4.11

0.00 0.00

0.314.35 4.05 0.08

0.00 0.00 4.00 4.00

Esf. Desv. P Q/PQ

1.954.056.00

0.50

1.00 3.68

3.90

6.00

1.75

2.00

2.50

3.95

4.04

3.00

4.13

4.036.00 0.491.98

2.11 0.54

3.946.00

2.10

0.51

3.50 4.21

5.00 4.24 6.00

3.906.00

3.88

4.00 4.23

2.10

6.00 4.23 6.00 3.89

4.22 6.00

96% 2.00

2.12

2.12

3.89 2.11 0.54

6.00 3.89 2.12

9.98 1.82

4.98 0.20

27.32% 6.00

4.00

(%) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg/cm2) σσσσ1'/σσσσ3'σσσσ1'Deform.

1.00

1.16

1.27

1.73

1.96

2.09

2.33

2.59

2.70

2.86

2.93

3.06

3.21

3.31

3.35

3.39

2.09 0.53 3.28

3.41

3.39

3.37

0.54

2.10

11.00 4.17 6.00 3.92

0.54

7.00

8.00 4.20

3.24

3.24

3.23

3.33

3.30

3.33

Una vez procesado todos los datos, podemos graficar las curvas deformación axial versus

esfuerzo desviador y deformación axial versus presión de poros.



El gráfico Q vs.P nos permite visualizar la trayectoria de esfuerzos para cada especímem y poder

trazar una tangente a las tres trayectorias, así poder hallar “a’” que es la distancia del origen y la



recta tangente, y α que es el ángulo de inclinación de la tangente. Con estos valores se pueden

hallar los parámetros de resistencia efectivos:

Sen φ’= Tan α; C=a’/Cosφ’

Por último trazamos los círculos de Mohr, con los esfuerzos totales, para obtener los parámetros

de cohesión “C” y fricción φ

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ESFUERZO DE CORTE (Kg/cm2)

ESFUERZO AXIAL (Kg/cm2)

CIRCULO DE MOHR

Cohesión C = 0.22Kg/cm2Angulo de Frición � = 17 º



ENSAYO DE EXPANSION LIBRE

ASTM D 4829

1. OBJETIVO

Hallar el porcentaje de expansión de la muestra de suelo sin la aplicación de cargas externas,

solo expuestos a saturación.


Los tipos de minerales presentes en los suelos influyen en el comportamiento del suelo ante la

presencia del agua entre sus partículas produciendo un aumento de volumen del suelo, a causa

de las presiones intersticiales negativas.

Generalmente estos suelos presentan un alto porcentaje de contracción líneal, y baja resistencia

al corte al entrar en proceso de expansión.

Se determina el potencial de expansión en función la siguiente tabla:

Índice de expansión EI Potencial de expansión

0 – 20

21– 50

51– 90

91– 130

>130

Muy bajo

Bajo

Medio

Alto

Muy alto


• Tallar la muestra en el molde del ensayo de consolidación, pudiendo ser también remoldeada,

hallando el contenido de humedad natural del suelo.

• Colocar el anillo en la celda de consolidación con su respectivo dial de deformación, tomando

las lecturas a los 8”, 15”, 30”, 1´, 2´, 4´, 8´, 15´aumentando progresivamente el tiempo al doble

hasta que el dial de deformación registre las mismas lecturas en 3 lecturas progresivas.

• Realizar los cálculos y hallar el % de expansión en función a la altura inicial.

Indice de expansión (IE)= ∆H * 1000

Ho

Donde :

∆H= Variación de altura

Ho = Altura inicial del especímen.



4. DATOS REGISTRADOS

Muestra: Mina Yanacocha Cajamarca

Clasificación SUCS : CH

Estado: Inalterado

Tiempo Variación Altura del Relación Densidad Expansión Transcurrido de altura especímen de vacios Seca %

(min) (cm) (cm) (e) (g/cm3) 0.00 0.000 1.92 0.45 1.64 0.00

0.13 0.030 1.95 0.47 1.61 1.56

0.25 0.047 1.97 0.49 1.60 2.45

0.50 0.082 2.00 0.51 1.57 4.27

1.00 0.132 2.05 0.55 1.53 6.88

2.00 0.230 2.15 0.63 1.46 11.98

4.00 0.301 2.22 0.68 1.42 15.68

8.00 0.503 2.42 0.83 1.30 26.20

15.00 0.542 2.46 0.86 1.28 28.23

30.00 0.572 2.49 0.88 1.26 29.78

60.00 0.608 2.53 0.91 1.25 31.67

120.00 0.629 2.55 0.93 1.23 32.76

240.00 0.649 2.57 0.94 1.23 33.80

370.00 0.655 2.57 0.95 1.22 34.09

1440.00 0.687 2.61 0.97 1.21 35.78

2880.00 0.698 2.62 0.98 1.20 36.36

4285.00 0.705 2.62 0.98 1.20 36.69

8495.00 0.724 2.64 1.00 1.19 37.68

9905.00 0.730 2.65 1.00 1.19 38.02

12800.00 0.738 2.66 1.01 1.18 38.43

14400.00 0.741 2.66 1.01 1.18 38.59

18720.00 0.748 2.67 1.02 1.18 38.96

23040.00 0.760 2.68 1.03 1.17 39.57

23040.00 0.765 2.68 1.03 1.17 39.84



0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

20.00

22.00

24.00

26.00

28.00

30.00

32.00

34.00

36.00

38.00

40.00

42.00

0.10 1.00 10.00 100.00 1000.00 10000.00 100000.00

EXPANSION EN %

CURVA DE EXPANSION

TIEMPO EN MINUTOS

RESULTADOExpansión=38.9%

5. CONCLUSIONES DEL ENSAYO

• Se realizó este ensayo con un suelo CH en estado inalterado, obteniendo una expansión de

38.9%, en un lapso de tiempo de 16 días, obteniendo un índice de expansión de 395.8

llegando a determinar que su potencial de expansión es muy alto. Por lo tanto muy peligroso

como suelo de cimentación o para presas de tierra.



BIBLIOGRAFIA

� Joseph E. Bowles – MANUAL DE LABORATORIO DE SUELOS EN LA

INGENIERIA CIVIL –McGRAW-HILL 1982 � Clasificación y manual de laboratorio de suelos – UNI � Alfonso Rico y Hermilio Del Castillo – LA INGENIERIA DE SUELOS EN VIAS

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