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PRIMER TALLER DE MECANICA DE SUELOS – MARZO 2006
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
DETERMINACIÓN DE LOS FACTORES DE CONTRACCIÓN DE LOS SUELOS Referencia ASTM D-427, AASHTO T-92, J. E. Bowles ( Experimento Nº 4) , MTC E 112-2000
OBJETIVO Obtener datos, por medio de los cuales pueden calcularse las siguientes constantes de los suelos: a) límite de contracción, b) relación de contracción, c) cambio de volumen, d) contracción lineal, e) peso específico (aproximado). APARATOS • • •
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Cápsula de evaporación, de porcelana, de 115 mm (4 1/2") y de 150 mm (6") de diámetro, aproximadamente. Espátula, de 76 mm (3") de longitud y con 20 mm (3/4 ") de ancho. Recipiente para contracción o cápsula, de porcelana o de metal monel (aleación de niquel y cobre) con una base plana y de 45 mm (1 3/4 ") de diámetro y 12.7 mm (1/2") de altura. Regla, de metal de 100 mm (4") o más de longitud. Recipiente de vidrio, con 50 mm (2 ") de diámetro y 2 5 mm (1") de altura, con bordes lisos y nivelados. Placa de vidrio, con tres patas metálicas salientes para sumergir la muestra de suelo en mercurio. Probeta, con capacidad de 25 ml y graduada cada 0.2 ml. Balanza, con sensibilidad de 0.1 g. Mercurio, suficiente para llenar el recipiente de vidrio, hasta que rebose. Horno o Estufa, termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas constantes y uniformes hasta 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), para secar la muestra. Guantes de asbesto y caucho.
MUESTRA Tomar una muestra que pese 30 g aprox., de una porción de material completamente mezclado, que pase el tamiz de 0.425 mm (No. 40).
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PROCEDIMIENTO • La muestra se colocará y mezclará completamente con agua destilada en la vasija de evaporación de 115 mm de diámetro (4 1/2"), en forma suficiente para llenar completamente los vacíos del suelo y para hacerla lo suficientemente pastosa, de manera que sea fácilmente trabajable en la cápsula, evitando la formación de burbujas de aire. Para suelos friables, la cantidad de agua requerida para llegar a la consistencia deseada es igual o ligeramente mayor que el límite líquido; y para suelos plásticos, la cantidad de agua puede exceder en un 10% el límite líquido. • El interior de la cápsula para contracción se revestirá con una capa delgada de vaselina, o cualquier grasa pesada, para evitar la adhesión del suelo al recipiente. • Una cantidad de suelo húmedo igual o cercano a la tercera parte del volumen del recipiente de contracción será colocado en el centro de éste y se forzará a que fluya hacia los bordes siendo golpeado suavemente sobre una superficie firme, acolchonada por varias hojas de papel secante o un material similar. Una cantidad de suelo aproximadamente igual a la primera porción, será agregada y el recipiente será golpeado hasta que el suelo esté completamente compactado y todo el aire incluido haya sido expulsado. Se agregará más suelo y se continuarán los golpes del recipiente hasta que éste se llene completamente y rebose por los lados. El exceso de suelo se quitará con la regla metálica y el suelo adherido a la superficie externa del recipiente se limpiará. • Cuando se haya llenado el recipiente, se enrasa, se limpia y se pesa inmediatamente, se anota como peso del recipiente y del suelo húmedo (W1). Se dejará secar la masa de suelo en el aire, a temperatura ambiente, hasta que el color de la misma cambie de oscuro a claro. Luego ésta será secada en el horno a temperatura de 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), hasta alcanzar peso constante; se pesará anotándose como peso del recipiente y del suelo seco (W2). • Muestras que contengan materia orgánica o cuya constitución pueda alterarse a la temperatura especificada, se secarán a 60 °C (140 °F). • La capacidad del recipiente de contracción, en cm3 , la cual es también el volumen de la masa de suelo húmedo, se determinará llenando el recipiente con mercurio hasta rebosar eliminando el exceso, haciendo presión con la placa de vidrio sobre la parte superior del recipiente o cápsula, y midiendo el volumen de mercurio retenido en este, con la probeta graduada. Se anotará como volumen de la masa de suelo húmedo (V). El volumen de la masa de suelo seco será determinado de la siguiente manera: •
El recipiente de vidrio se llenará de mercurio hasta rebosar y el exceso de mercurio deberá removerse presionando firmemente la placa de vidrio con tres salientes sobre la parte superior del recipiente.
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Cualquier porción de mercurio que se derrame, la cual puede quedar adherida a la parte externa del recipiente se limpiará cuidadosamente. El recipiente lleno de mercurio se colocará en la vasija de evaporación de 150 mm (6") y la probeta de suelo se colocará sobre la superficie del mercurio. Esta será forzada cuidadosamente para sumergirla en el mercurio por medio de la placa de
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vidrio con las tres salientes, presionándola firmemente sobre el recipiente. Es esencial que no quede aire atrapado bajo la probeta de suelo. El volumen de mercurio que ha sido desplazado se medirá en la probeta graduada y se anotará como el volumen de suelo seco (Vo). Después de ser limpiado, se pesará el recipiente de contracción y se anotará su peso (W3)
CALCULOS CÁLCULO DEL CONTENIDO DE AGUA El contenido de agua del suelo en el momento en que éste fue colocado en el recipiente, expresado como un porcentaje del peso seco del suelo, se calculará de la siguiente forma: w = 100 (W1 – W2) / (W2 – W3) Siendo: w = Contenido de agua del suelo W1 = Peso de la masa de suelo húmedo y el recipiente (g). W2 = Peso de la masa de suelo seco y el recipiente (g). W3 = Peso del recipiente (g). También puede ser calculado el contenido de agua así: w = 100 (W – Wo) / Wo Siendo: W = Peso húmedo de la muestra de suelo (W = W1 – W3) W0 = Peso de la muestra seca (W0 = W2- W3) Se calculará el contenido de agua con una aproximación de 0.1 (en el porcentaje). CÁLCULO DEL LÍMITE DE CONTRACCIÓN • El límite de contracción de un suelo se define como el contenido mínimo de agua, por debajo del cual una reducción de la cantidad de agua, no causará una disminución de volumen de la muestra de suelo, pero al cual un aumento en el contenido de agua causará un aumento en el volumen de la masa de suelo. • El límite de contracción (LC) será calculado de los datos obtenidos en la determinación de la contracción volumétrica, así:
LC = W − 100(V − VO ) *
γw
WO
Donde: LC = Límite de contracción (%) w = Contenido de agua (%) V = Volumen de la muestra de suelo húmedo (cm3) Vo = Volumen de la muestra de suelo secada al horno (cm3) Wo = Peso de la muestra seca (W0 = W2 - W3) (g) 3 w = Peso unitario del agua (g/cm ) El límite de contracción se calculará con una aproximación de 0.01 en el porcentaje. OBSERVACIONES
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Errores posibles. Los siguientes podrían causar una determinación imprecisa del límite de contracción: Muestra no representativa El límite de contracción debe determinarse utilizando una porción de la misma muestra que se utilizó para determinar el contenido de humedad equivalente del terreno. Muestras preparadas incorrectamente Las muestras deberán ser muy bien mezcladas con el agua y se debe permitir un período suficiente de curado antes de realizar el ensayo. Determinación errónea del contenido de humedad. Que la cápsula de contracción no esté lubricada en su parte interior. Si el suelo se adhiere a la cápsula, la muestra puede agrietarse durante el secado. Burbujas de aire contenidas en la muestra de suelo. Muestra de suelo secada demasiado rápido. Para prevenir que la muestra de suelo se agriete, debe ser secada muy lentamente, primero en un cuarto húmedo y luego a la temperatura de laboratorio, hasta que ocurra un cambio definido en el color; solamente en este momento se debe colocar en el horno. Burbujas de aire atrapadas bajo la muestra de suelo en el recipiente de vidrio cuando se sumerja en mercurio.
ERRORES DE CÁLCULO • Precaución. El mercurio es una sustancia peligrosa que puede causar efectos nocivos en la salud si se inhala por mucho tiempo su vapor, o si se pone en contacto con la piel. Siempre que se use mercurio deberán adoptarse las siguientes precauciones: • Mantenerlo en un recipiente de cristal sellado e irrompible. • Trabajar siempre en un área bien ventilada. • Evitar el contacto directo con el mercurio y usar guantes. • Evitar el esparcimiento incontrolado de partículas, efectuando la parte del ensayo que requiera uso de mercurio en un recipiente grande que pueda recoger lo que se derrame durante el ensayo. • Las partículas no controladas deben limpiarse tan completamente como sea posible.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Laboratorio Nº 2 - Mecánica de Suelos
Operador :
Fecha :
LIMITES DE CONSISTENCIA Informe N°
Solicitado : Proyecto :
Muestra N°
Pozo N°
Profundidad
LIMITE PLASTICO
LIMITE LIQUIDO
Prueba N° Frasco N°
#
"
"
N° de golpes Peso de Frasco + suelos
1 húmedo (gr)
Peso de Frasco + suelos 2 seco (gr) Peso del agua 3 (1 - 2) (gr)
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4 Peso del Frasco (gr)
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Peso suelo seco 5 (2 - 4) (gr) Contenido de humedad 6 (3/5x100)(%)
!
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LIMITES DE CONTRACCION 1 Vasija de contraccion N° 2 Peso Vasija de contraccion + peso suelo húmedo (gr) 3 Peso vasija de contraccion + peso suelo seco 4 Peso agua contenida (2 - 3)
(gr)
5 Peso vasij de contracción
(gr)
6 Peso suelo seco (Wo) (3 - 5)
(gr)
7 Contenido de humedad (W) (4/6x100)
"
(cm³)
9 Volumen de la torta de suelo seco (Vo)
(cm³) (cm³)
11 ((V-Vo)/Wo)x100 = 10/6x100
(%)
12 Limite de contracción (7 - 11)
(%)
20
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(%)
8 Volumen de la vasija de contracción (V) 10 (V - Vo) = (8 - 9)
!
(gr)
DIAGRAMA DE FLUIDEZ
Contenido de agua %
34.2 33.6 33.0 32.4 31.8 31.2 30.6 30.0 1
10
Numero de golpes
5
20
25
30
40
50
100
