mecanica de-suelos

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS

El presente estudio de mecánica de suelos fue realizado usando métodos

empíricos y mediante estudios de laboratorio, con el propósito de poder saber

con precisión las propiedades mecánicas y físicas del suelo, basados en seis

ensayos.

Los ensayos de mecánica de suelos tienen como propósito identificar (o

clasificar) el material, determinándole ciertas propiedades físicas y estableciendo

criterios de control sobre el material.

Como es imposible ensayar la masa de suelos completa y como el suelo es

un material variable, es necesario hacer varios ensayos sobre cantidades

pequeñas de suelo que permitan extrapolar los resultados a la masa completa.

Para que los ensayos sean válidos para la masa de suelos, deben ser ejecutados

sobre muestras que se consideran representativas de la misma y que cumplen

las normas de muestreo establecidas.

I. INTRODUCCION



4.2. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE

HUMEDAD



4.2.1. Objetivos

Determinar el contenido de agua en el suelo.

4.2.2. Normas aplicables

ASTM D 2216-71 (NTP 339.127)

4.2.3. Materiales

Muestras de suelo

Seis recipientes de metal

Estufa

Balanza



4.2.4. Procedimiento

a) Se pesaron seis recipientes de metal, en una balanza electrónica, la cual nos

proporcionara datos más precisos.

b) Se coloco una muestra representativa de suelo húmedo en los recipientes y

se determinó el peso de los mismos más el del suelo húmedo. Como el peso

fue determinado de manera inmediata, no fue necesario colocar la tapa.

c) Después de pesar la muestra húmeda más el recipiente, se colocaron las

muestras en la estufa para secarlas a una temperatura de 100+-5°C durante

un periodo de 24 horas como mínimo o hasta lograr peso constante.



d) Cuando las muestras se secaron, hasta mostrar un peso constante, se

determinó el peso de los recipientes más el del suelo seco; asegurándose de

usar la misma balanza para todas las mediciones de peso.

e) El promedio de los valores obtenidos para el contenido de humedad se toma

como el valor correspondiente a la profundidad de la muestra. La diferencia entre el

peso de suelo húmedo más el del recipiente y el peso del suelo seco más el del

recipiente es el peso del agua Ww que estaba presente en la muestra. La difer-

encia entre el peso de suelo seco más el del recipiente y el peso del recipiente

solo, es el peso del suelo seco (Ws).



4.3. DETERMINACION DE LA DENSIDAD IN SITU

DEL SUELO



4.3.1. Objetivos

Determinar la densidad in situ del terreno de fundación

Determinar el contenido de humedad natural del suelo


ASTM D 1556 (NTP 339.143)

4.3.3. Materiales

Aparato cono de arena (válvula +embudo compuesto)

Placa base

Arena calibrada (pasa malla N°20 y retenida en la malla N

°30)

Balanza con capacidad superior a 10 kg y 1000 grs.

Estufa

Molde patrón proctor

Herramientas y accesorios (martillos, cincel, tamices, brochas y regla

metálica)

Nivel de mano, clavos, martillo, cincel, bolsas plásticas.




a) Determinación de la densidad aparente de la arena de reemplazo

a.1. Se pesa (W1) el molde proctor con su base ajustada verificando el

volumen (V).

a.2. Se coloca el molde sobre una superficie plana, firme y horizontal mont-

ando sobre éste y cerrada la válvula, la botella ensamblada con el cono y

con suficiente arena como para llenar el proctor más el cono mayor. Abrir

la válvula de pase de la arena y esperar hasta que el vaciado en el proctor

de ésta finalice.

a.3. Una vez que la arena ha llenado el molde mas el cono mayor, retirar con

cuidado el equipo para enrasar el molde proctor y luego pesarlo (W2).

Recoger con cuidado la arena sobrante.

a.4. Calcular la densidad de la arena



b) Calibración del cono y espacio de la placa base con arena

b.1. Llenar la botella de arena poco más de la tanta como sea necesaria para

llenar el cono mayor del equipo y pesar (W1).

b.2. Colocar la placa del equipo sobre una superficie seca, limpia y nivelada.

b.3. Con la válvula cerrada, voltear y colocar sobre la placa la botella

ensamblada con el cono mas la arena.

b.4. Aperturar la válvula de cono y esperar hasta que la arena llene

completamente el cono mayor. Luego cerrar la válvula, retirar el equipo

con cuidado y luego pesar (W2).Calcular el peso de arena para llenar el

cono mayor (P’).



c) Determinación del volumen de suelo extraído

c.1. Primero llenar la botella con arena suficiente como para llenar el hoyo que

se hará en campo (hoyo de 9-10 cm de profundidad), colocar el cono y

cerrar la válvula. Pesar el equipo (botella mas cono) y la arena contenida

(P1).Ir al campo.

c.2. Para el ensayo en campo, escoger un área que no haya sido manipulada

o compactada por ningún medio, es decir terreno natural.

c.3. Sobre la superficie escogida, colocar la placa del equipo de manera que

quede al ras del suelo y con el nivel, nivelar la placa y con clavos

asegurarla en esa posición.

c.4. Cavar a través de la placa un hoyo de 9 a 10cm aprox. de profundidad del

mismo diámetro que el de la placa base y colocar el suelo húmedo

extraído en bolsas plásticas para luego ser pesado (Wsh).

c.5. Voltear el equipo y colocarlo empalmando la boca del embudo mayor con

la de la placa sobre el hoyo cavado. Abrir la válvula y esperar hasta que la

arena llene el hoyo y el embudo mayor. Cerrar la válvula y retirar el

equipo.



c.6. En el laboratorio, pesar el equipo (botella+cono+arena restante) después

del ensayo (P2).

c.7. Pesar el suelo húmedo extraído del hoyo (Wsh) y determinar su contenido

de humedad (ASTM D 2216-71).

C8. Determinar la densidad in situ del suelo húmedo:

C9. Determinar la densidad del suelo seco in situ.

Pr C : 23 de mayo del 2010

: C-01

: M-1

: : 0.5-1.6 m.

: ASTM D 1556

(NTP 339.143)

1 2 3 PROMEDIO 1 2 3 PROMEDIO

W molde 7894.90 6434.00 - 5270 - -

na

11982.50 9228.00 - 3556 - -

V molde 2994.06 2123.07 - - - 1714.00 gr

Da Suelta 1.37 - 1.34 gr/cm3

1 2 3 PROMEDIO 1 2 3 ROMEDIO

67 64 75

61 59 8

23 23 2404.10 cm3

38 36 45 4120.00 gr

6 5 7

15.79 13.89 15.56 15.08 %

DENSIDAD SECA IN SITU = 1.49 gr/cm3

Wss

Wagua

Humedad (%)

Wrecip+Wsh W equipo+War

W recip + Wss W equipo+Warena reman.

W recip Volumen de suelo (hoyo)

p

ON DEL CONTEN

N° DE ENSAYO

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LA ARENA CALIBRACION DEL CONO Y ESPACIO DE LA PLACA BASE CON ARENA



4.4. Determinación de los Límites de

atterberg



4.4.1. Objetivos

Determinar el limite liquido del suelo

Determinar el limite plástico del suelo

Determinar el índice plástico del

suelo


ASTM D 4318 (NTP 339.129)

4.4.3. Materiales

Aparato de límite líquido (copa Casagrande).

Acanalador (Casagrande).

Plato evaporador de porcelana.

Placa de vidrio para hacer el ensayo de límite plástico

Varilla de soldadura de 3 mm. Para visualizar por comparación el diámetro

del cilindro para límite plástico.

Balanza de sensibilidad de 0.01g.

Estufa (100+-5°C), con circulación de aire.

Accesorios (espátula, gotero, franela, envases)


a) Límite liquido

a.1. Se tamiza 5000 gr de suelo (seco al aire), por la malla N°40 al cual se le

realizo el cuarteo para tomar una muestra representativa de 500 gr. Luego

se dejo saturar durante 24 horas con la finalidad de que el agua ocupe

todos los espacios vacios del suelo. Una vez saturado el suelo se procede

con el siguiente paso.



a.2. Se calibra la copa de Casagrande verificando que la altura de la máquina

del límite líquido sea exactamente de 1 cm. Para esta operación se utilizó

la cabeza del acanalador del ranurador patrón en forma de lámina de 1 cm

de altura.

a.3. Se coloca unos gr. de suelo saturado en el recipiente de porcelana,

añadimos una pequeña cantidad de agua, y mezclamos cuidadosamente

el suelo hasta obtener una muestra pastosa y de color uniforme puesto

que estas características son indicadores de que la muestra está en un

estado adecuado para el ensayo.

a.4. Colocar con la espátula una muestra de la pasta en la copa Casagrande

de manera que tengamos una superficie de 10mm de espesor.

a.5. Después se realiza la ranura y se giro la manivela registrando el número

de golpes necesarios para cerrar el canal en una longitud aproximada de

10mm.



a.6.Se toma una muestra para medir el contenido de humedad del suelo

colapsado en la ranura asegurándose que corresponda a la zona donde

se cerró la ranura y la pasta restante se regreso al plato de evaporación

para la siguiente repetición.

a.7.Se repitie la secuencia para tres pruebas adicionales con número de golpes

comprendido entre 25 y 30, entre 20 y 25 y entre 15 y 20 respectivamente.

b) Límite Plástico

b.1.De la pasta preparada para el ensayo anterior se tomo porciones

pequeñas formando esferas (aprox. 6) que se colocaron sobre la placa de

vidrio para iniciar la prueba del límite plástico una vez concluido el ensayo

del límite líquido.

b.2. Se tomaran dos esferas y se rolaron sobre la placa de vidrio aplicándole

presión suficiente para moldearlo en forma de una varilla cilíndrica, cuando

el diámetro del cilindro de suelo llego a 3 mm y aun no se produjo rotura en

pequeños pedazos se moldea nuevamente de la misma manera hasta que

se produzca la rotura. Si el cilindro se desmorona a un diámetro superior a

3 mm., esta condición es satisfactoria para definir el límite plástico.

b.3.A la muestra que ha sufrido rotura se le determina el contenido de

humedad (según ASTM D 2216-71). El valor obtenido se promediara con

el obtenido en otras repeticiones.



4.5. Granulometría del suelo



4.5.1. Objetivos

Determinar la distribución del tamaño de partículas del suelo

Trazar la curva granulométrica

Clasificar el suelo por el método SUCS y AASHTO


ASTM D 422 (NTP 339.128)

4.5.3. Materiales

Un juego de tamices normalizados.

Dos balanzas: con capacidades superiores a 20 kg. y 2000 gr. Y

precisiones de 1gr. y 0,1gr. Respectivamente.

Estufa de secado con circulación de aire (temperatura 110 º ± 5 º C.)

Un vibrador mecánico.

Herramientas y accesorios (Bandeja metálica, recipientes y escobilla).


a) Se toma una muestra representativa de 500 gr (peso antes de lavado) ob-

tenida del cuarteo realizado previamente, el cual fue sometido a un remojo

durante 24 horas para que las partículas finas se suelten.

b) Luego se dispone a lavar la muestra usando como filtro en el tamiz N°200

para eliminar las partículas de suelos finos que contiene la muestra, hasta

que el agua salga limpia.



c) El material retenido se deposita en un recipiente y se seca en la estufa

durante 24 horas. Una vez seca la muestra se deja enfriar y se pesa (peso

después de lavado).

d) Luego se deposita el material en un juego de tamices y se hace vibrar el

conjunto durante 5 a 10 minutos, tiempo después del cual se retira del

vibrador y se registra el peso del material retenido en cada tamiz. Se

sumaron estos pesos (peso final después del ensayo) y se comparo con el

peso inicial, calculando el porcentaje de error que fue muy inferior al

máximo admisible.

e) Se realizaron los cálculos respectivos



4.6. Ensayo de compactación “proctor

modificado”



4.6.1. Objetivos

Determinar el óptimo contenido de humedad con el que el suelo logra

su máxima densidad seca.

Determinar el grado de compactación del suelo


ASTM D 1557 (NTP 339.141)

4.6.3. Materiales

Molde proctor de compactación con base y collar

Pistón o martillo con altura libre de caída de 18” y 4.54 kg de

peso

Extractor de muestras

Envases (para la determinación del contenido de humedad)

Estufa de secado con circulación de aire (temperatura 110 º ± 5º C.)

Tamices 3/4”, 3/8” y N°4

Herramientas y accesorios (Bandeja metálica, espátula, balanza,

cuchara, un mezclador).


a) La muestra seca al aire fue pulverizada y se determina que el porcentaje re-

tenido en la malla N°4 fue de 0% por lo que se escogió el método “A” para

el ensayo de proctor modificado de acuerdo con el cuadro siguiente .



b) Se prepara un espécimen de 5000 gr con 10% de humedad en peso seco y

se removió la muestra hasta obtener un color uniforme, para luego dividir

la muestra en cinco partes proporcionalmente iguales que conformaran

cada capa respectiva de la compactación.

c) Se procedie a determinar el peso y el volumen del proctor para luego

ensamblarlo con su base y el collar.

Descripción Método A Método B Método C

Diámetro del molde 4” (101.6mm) 4” (101.6mm) 6” (152.4mm)

Volumen del molde 0.0333 p3 (944cm

3) 0.0333 p

3 (944cm

3) (2124 cm

3)

Peso del Pizón 10 lb(4.54 kg) 10 lb(4.54 kg) 10 lb(4.54kg)

Altura de caída del pizón 12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm) 12plg (304.8mm)

Número de golpes/capa 25 25 56

Número de capas 5 5 5

Energía de compactación 56,000 pie lb/p3 56,000 pie lb/p

3 56,000 pie lb/p

3

Compactación 2700KN-m/m3 2700KN-m/m

3 2700KN-m/m

3

Suelo por usarse

Porción que pasa lamalla N°4 se usa sí

20% o menos por pesode material es retenido

en la malla N° 4

Porción que pasa lamalla 3/8”, se usa si el

suelo retenido en lamalla N° 4 es más del 20% y 20% o menos

por peso es retenido enla malla de 3/8”.

Porción que pasa lamalla ¾” se usa, si más

de 20%, por peso dematerial es retenido en

la malla de 3/8” ymenos de 30%, por

peso es retenido en lamalla de ¾”



d) De la muestra dividida se toma una de las partes para colocarla en el molde

proctor y así formar la primera capa para la compactación con 56 golpes a

razón de 25 golpes/min. Este proceso se repitió para cada una de las

cuatro partes restantes escarpando y retirando el suelo restante antes de

cada capa.

e) Después de compactar la ultima capa se remueve el collarín teniendo

cuidado de no desgarrar el suelo del molde proctor, y luego se enraso el

molde usando un cuchillo y una regla de metal recta adecuados de man-

era que se formo una superficie plana.



f) Se retira el molde de su base y se peso cuidadosamente

g) Usando el extractor de muestra se retira la probeta del molde proctor para

tomar muestras del suelo compactado para la determinación de la humedad

según norma ASTM D 2216-71 (NTP 339.127)

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