INFORME MECANICA DE SUELO N°1

INACAP Introducción a Mecánica de suelos Informe N° 1

Índice

Introducción

04

Humedad

07

Contenido de humedad

07

Determinación Determinaci ón de humedad

07

Procedimiento de ensayo

09

Expresión de resultados

10

Ejemplo de aplicación de determinación de humedad

11

Densidad de sólidos

12


15


16

Ejemplo de aplicación de determinación de densidad Partículas solidas

17

Densidad aparente y densidad real

18


20


21

Determinación de densidad aparente por método de la parafina Procedimientos de ensayo

23 25

2


Índice

Introducción

04

Humedad

07

Contenido de humedad

07

Determinación Determinaci ón de humedad

07


09


10


11

Densidad de sólidos

12


15


16

Ejemplo de aplicación de determinación de densidad Partículas solidas

17


18


20


21

Determinación de densidad aparente por método de la parafina Procedimientos de ensayo

23 25

2



25

Ejemplo de aplicación de determinación de densidad aparente por método de la parafina

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Conclusion

29

Bibliografia

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3


Introducción La mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las ciencias naturales a los problemas que se refieren a las cargas impuestas a la superficie de la corteza terrestre. La mecánica de suelos fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.

Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo, y muchas de ellas, utilizan la tierra como elemento de construcción para diversas cosas como, diques y rellenos en general; por lo que su estabilidad y comportamiento de cómo funcionan y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.

Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.

En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la supraestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia 4


o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos. El objetivo principal de la Mecánica de Suelos es estudiar el comportamiento del suelo para ser usado como material de construcción o como base de sustentación de las obras de ingeniería.

La importancia de los estudios de la mecánica de suelos radica en el hecho de que si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, produciendo a su vez deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.

En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la estructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.

La Mecánica de Suelos se interesa por la estabilidad del suelo, por su deformación y por el flujo de agua, hacia su interior, hacia el exterior y a través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente factible usarlo como material de construcción.

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Interesa identificar y determinar la conveniencia o no de usar el suelo como material para construir rellenos en caminos, canales de conducción y distribución de los sistemas de riego, obras hidráulicas, entre otros.

Para esto es necesario obtener muestras representativas del suelo que se someten a pruebas de laboratorio, tomando en cuenta que el muestreo y los ensayos se realizan necesariamente sobre pequeñas muestras de población, es necesario emplear algún método estadístico para estimar la viabilidad técnica de los resultados. Estos pronosticarán las características de carga-deformación de rellenos naturales o compactados, que soportan cualquier construcción o como estructura de suelo.

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Humedad Contenido de humedad

Es la proporción porcentual entre la fase liquida (agua) y solidad del suelo (partículas minerales del suelo).

Determinación de humedad

La Norma Chilena 1515 of. 1979. Establece el procedimiento para determinar en el laboratorio la humedad de suelos cuyas partículas son menores que 50 mm. Además señala los equipos necesarios y cualidades, para poder realizar este ensayo. Los cuales señalare a continuación: 

Estufa o Horno de secado

Debe contar con circulación de aire y poseer temperatura regulable.

7

INACAP Introducción a Mecánica de suelos Informe N° 1 

Balanza digital

Con precisión de 0,01 g para muestras menores que 100 g, de n 0,1 g para muestras entre 100 g y 1000 g y de 1 g para muestras mayores que 1000 g.



Recipientes o taras

De material resistente a la corrosión y que altere si masa ni se desintegre ante sucesivos cambios de temperatura. Deben contar con tapas herméticas que prevengan perdida y absorción de humedad de las muestras. Se debe disponer de un recipiente para cada determinación de humedad.

8


Herramientas y accesorios

Espátula, brochas, tenazas, etc.

Procedimiento Del Ensayo

El procedimiento la NCh 1515 of. 79, lo divide en 5 pasos. a) Obtener de la muestra de suelo en estado húmedo la muestra de ensayo mediante los procedimientos y con el tamaño que indique la norma de ensayo correspondiente. En general se recomienda emplear los tamaños de muestra que se indican en la tabla siguiente:

9


b) Determinar y registrar la masa de un recipiente limpio y seco con su tapa (mr) c) Colocar la muestra de ensayo en el recipiente cerrando inmediatamente la tapa. Determinar y registrar la masa del recipiente mas la muestra humedad (mh) d) Retirar la tapa, colocar el recipiente con la muestra en la estufa a 110 ± 5°c y secar a masa constante, por 24 hrs. e) Sacar el recipiente con la muestra de la estufa, colocar nuevamente la tapa y dejar enfriar a temperatura ambiente. Determinar y registrar la masa del recipiente mas la muestra seca (ms).


Calcular la humedad como la pérdida de masa de la muestra de acuerdo con la formula siguiente, aproximando al 0,1%:

  * +% En donde: ω

: Humedad %

mh

: Masa del recipiente mas la muestra húmeda, g.

ms

: Masa del recipiente mas la muestra seca, g.

mr

: Masa del recipiente, g.

10



Considerando los siguientes datos, determine la ω de la muestra de suelo.

1) mh = 800 gr 2) ms = 770 gr 3) mr =

60 gr

Sabiendo que la fórmula para la determinación de humedad es:

  [ ] Reemplazamos:

  [  ] Entonces obtenemos que: ω = 4.225 %

-

NOTA: la humedad ( ω) se expresa en porcentaje.

11


Densidad de sólidos Densidad de partículas solidas

La densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. Es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

La Norma Chilena 1532 Of. 1980, establece el procedimiento para determinar la densidad de partículas solidas de suelo que se componen de partículas menores que 5 mm, mediante un picnómetro.

Cuando el suelo se compone de partículas mayores y menores a 5 mm, se debe separar en el tamiz de 5 mm (ASTM N°4) determinar y registrar el porcentaje en masa seca de ambas fracciones y ensayarlas por separado en co método correspondiente. El resultado debe ser el promedio ponderado de ambas fracciones. Además señala los equipos necesarios y cualidades, para poder realizar este ensayo. Los cuales señalare a continuación:

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Picnómetro

Frasco volumétrico con una capacidad igual o mayor que 100 ml o una botella con tapón con una capacidad igual o mayor que 50 ml; el tapón debe ser del mismo material que la botella, de forma y tamaño tales que pueda ser insertado fácilmente a una profundidad marcada en el cuello de la botella, y debe tener una perforación central que permita la eliminación de aire y agua sobrante..



Balanza digital

Con precisión de 0,01 g si se emplea frasco o con precisión de 0,001 g si se emplea la botella.

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Recipientes o taras

De material resistente a la corrosión y que altere si masa ni se desintegre ante sucesivos cambios de temperatura. Deben contar con tapas herméticas que prevengan perdida y absorción de humedad de las muestras. Se debe disponer de un recipiente para cada determinación de humedad.




Espátula, brochas, tenazas, Canastillo de muestra, etc.

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Reductor de presión

Aspirador o bomba de vacío y sus accesorios

También necesitaremos agua destilada o desmineralizada desairada. El tamaño de la muestra de ensayo estará compuesta por partículas menores que 5 mm debe tener un tamaño mínimo, referido a su masa seca, de 25 g cuando se usa el frasco y de 10 g cuando se usa la botella con tapón.


a) Colocar la muestra en el picnómetro, cuidando de evitar pérdidas del material cuando ya se ha determinado su masa seca. Agregar agua destilada cuidadosamente, evitando la formación de burbujas, hasta alcanzar aproximadamente ¾ de la capacidad del frasco, o la mitad de la capacidad de la botella. b) Remover el aire atrapado por uno de los siguientes procedimientos:

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Someter el contenido a un vacio parcial (presión de aire igual o menor que 13,3 KPa≈ 100 mm Hg). Para evitar un burbujeo

excesivo se va aplicando un vacio gradual que se aumenta lentamente hasta el máximo, el cual deberá mantenerse durante 15 min, por lo menos, para conseguir un des aireado completo. El picnómetro debe agitarse suavemente para ayudar a la remoción del aire. 

Calentar o hervir por a lo menos 10 min haciendo girar ocasionalmente el picnómetro para ayudar a la remoción del aire. Posteriormente someter el contenido a presión de aire reducida.



Si no se cuenta con sistema de vacio se puede colocar el picnómetro en un baño maría de glicerina. Por lo general 10 min de hervor son suficientes para expulsar el aire contenido en el material (ocasionalmente el picnómetro debe agitarse para ayudar a la remoción del aire). En este caso, debe esperarse a que el picnómetro alcance nuevamente la temperatura ambiente para proseguir la prueba.

c) Tapar el picnómetro con la muestra y cuando corresponda dejar enfriar a temperatura ambiente. d) Agregar agua destilada hasta llenar el picnómetro, limpiar y secar el exterior con un paño limpio y seco,. Determinar y registrar la masa del picnómetro con la muestra y el agua (mm). Determinar y registrar la temperatura de ensayo del contenido aproximando a 1°C.


Calcular la densidad de partículas solidas de acuerdo a la formula siguiente:

    16


En donde: Ρs

: Densidad de partículas solidas, g/cm 3 (Kg/l)

ms

: Masa seca de la muestra de ensayo, g

M pic+ω

: Masa del picnómetro mas el agua, g

M pic+ω+t

: Masa del picnómetro mas la muestra y el agua, g

Ejemplo de aplicación de determinación de densidad de partículas solidas

M pic+W

MS

Mpic+W+tierra

Determinar la densidad de las partículas solidas considerando los siguientes datos. Ms

= 190, 72

Mpic+W

= 1206, 14

Mpic+W+T

= 1328, 63

   Ρs= 2,795

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La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia normalmente más ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es menor que la densidad del material poroso si se compactase. La Norma Chilena 1117 of. 1977. Establece los procedimientos para determinar las densidades real y neta, además de la absorción de agua de los áridos. Se aplica a las gravas de densidad real entre 2000 y 3000 Kg/m 3 que se emplean en la elaboración de hormigones. Densidad real ( rR), es definida en la norma el volumen macizo de las partículas de árido, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas. Densidad neta ( rN), es definida en la norma como el volumen macizo de las partículas más el volumen de los poros inaccesibles. Además señala los equipos necesarios y cualidades, para poder realizar este ensayo. Los cuales señalare a continuación: 

Estufa o Horno de secado

Debe contar con circulación de aire y poseer temperatura regulable.

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Balanza digital

Tendrá una capacidad superior a la masa del canastillo porta muestra más la masa de la muestra de ensayo y una precisión igual o superior al 0,1% de la pesada.



Recipientes o taras

De material resistente a la corrosión y que altere si masa ni se desintegre ante sucesivos cambios de temperatura. Deben contar con tapas herméticas que prevengan perdida y absorción de humedad de las muestras. Se debe disponer de un recipiente para cada determinación de humedad. 19





Espátula, brochas, tenazas, Canastillo de muestra, etc.


Se efectuaran tres pesadas de la muestra de ensayo de las gravas en distintas condiciones. a) Pesada sumergida, se retira la muestra del agua y se coloca inmediatamente en el canastillo porta muestra. b) Sumergir el canastillo en agua a 20 ± 2°c y determinar por pesada sumergida, la masa de la muestra menos la masa del agua desplazada, aproximando a 1 g. c) Pesada al aire ambiente del árido saturado superficialmente seco, retirar la muestra del canastillo y secar superficialmente las partículas, haciéndolas 20


rodar sobre un paño absorbente húmedo hasta que desaparezca la película visible de agua adherida. Secar individualmente las partículas mayores. Efectuar toda operación en el mínimo de tiempo posible, evitando la evaporación del agua de los poros. d) Determinar inmediatamente la masa del árido saturado superficialmente seco, por pesada al aire ambiente, aproximado a 1 g e) Pesada ambiente del árido seco, secar la muestra hasta masa constante en estufa a una temperatura de 110 ± 5°C. enfriar la muestra hasta temperatura ambiente dentro de un recipiente protegido para evitar la absorción de humedad del aire.


Densidad aparente:

     

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación. La densidad aparente del suelo (Da) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 ± 5°c hasta peso constante.

Densidad Real:

   —  

Se aceptara la determinación de las densidades real y neta de las gravas cuando la diferencia entre los dos resultados obtenidos por un mismo operador en ensayos sobre muestras gemelas, sea a) Igual o inferior a 30 Kg/m 3 en la determinación de densidades b) Igual o inferior a 0,3 % en la determinación de la absorción de agua. 21


Se deberán ensayar dos nuevas muestras gemelas en el caso que no se cumpla con lo recién especificado.

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Determinación de densidad aparente de un suelo por método de la parafina (ASSHTO-T-233)

Equipos necesarios y cualidades, para poder realizar este ensayo. Los cuales señalare a continuación: 

Recipiente con parafina liquida.



Probeta graduada de 1000 ml.

23


Balanza digital

Con aproximación de 0,1g 


Espátula, brochas, tenazas, etc.

24



a) Tallar una muestra sin agujeros ni grietas, el tamaño debe ser tal que pueda introducirse en la probeta. (Mh) b) Pesar la muestra tallada y anotar (Mth) c) Procedemos a secar la muestra hasta logar masa constante, aproximadamente un secado de 24 hrs. A 110 ± 5°C. d) Una vez seca la muestra procedemos a pesar y anotar la masa de esta. (Ms) e) Posterior a esto se procede a pesar y anotar la masa del picnómetro o probeta con agua. (Mpic+ω) f) La muestra baña en parafina liquida a fin de impermeabilizar la muestra, luego realizado esto se procede a pesar y anotar la masa. (Mt+parf) g) En última instancia pesamos y anotamos la masa de el picnómetro o probeta con agua con el terrón bañado en parafina. (Mpic+ω+Tparf)


Ahora podemos determinar datos que necesitaremos para conocer la densidad aparente del suelo. Determinamos la masa de la parafina de la siguiente forma:

   Luego conociendo su masa y su densidad podemos sacar su volumen

   También podemos determinar la masa de agua desplazada

   (  )   Sabemos que:

       25


Conocemos el volumen terrón humedo:

   Con estos datos podemos conocer la densidad terrón húmedo:

   Así también podemos obtener su humedad ( ω).

  [  ] Logrando sacar finalmente la densidad seca (ρs)

      Ejemplo de aplicación de determinación de densidad aparente por método de la parafina

Determinación de la densidad aparente de un suelo (método de la parafina). AASHTO

Considerando los siguientes datos determine la densidad aparente de un suelo, usando el método de la parafina.

Mth

: 67.91 g

Mpic+ω

: 1206.62 g 26


Mt+parf

: 76.92 g

Mpic+ω+Tparf

: 12360.45 g

Mh

: 590 g

Ms

:475 g

Entonces apliquemos lo visto anteriormente

M.pic+ω

Mh



Mparf

Mpic+ω+Tparf

 = 9.01 g



Vparf

   = 12,013 g



        = 47.09 g

Mω desp 



Vth

Mt+parf

    = 35.077 cm 3

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INACAP Introducción a Mecánica de suelos



Ρth 

Informe N° 1

=24.2%

ω 

Ρs

    =1.936       *  +

     = 1.558



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Conclusión Tras haber visto todos estos temas hemos logrado darnos cuenta de la real importancia que tienen en el ámbito de la construcción, puesto que gracias a estos simples ensayos podemos determinar la calidad y el tipo de suelo, tomando en cuenta que es sobre este suelo en el que fundaremos nuestra construcción, ya sea camino, edificio u otro siempre será necesario realizar un análisis del tipo de suelo, para así saber si será necesario mejorarlo para que este pueda soportar las futuras cargas. Gracias al conocimiento de la humedad que posee nuestro suelo podremos determinar cuánto más hay que agregar, para poder obtener el suelo en condiciones óptimas para realizar una compactación, así logrando mejorar su densidad y con esto la capacidad que tendrá este de soportar cargas.

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INFORME MECANICA DE SUELO N°1

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