Manual de laboratorio de Mecánica de Suelos II-Parte 1

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II Parte 1

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II

Contenido INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................................................... 3 INDICACIONES SOBRE EL CURSO Y LA PRESENTACIÓN DE LOS REPORTES ............................................. 4 1. EXPERIMENTOS .................................................................................................................................................. 4 2. INFORMES ............................................................................................................................................................ 4 HOJA PARA CALIFICAR EL REPORTE SEMANAL DE LABORATORIO............................................................ 7 HOJA PARA CALIFICAR EL REPORTE GLOBAL DE COMPACTACIÓN ........................................................... 8 MUESTRAS PARA LA PRIMERA ETAPA: PRUEBAS DE COMPACTACIÓN ................................................... 10 CARACTERIZACIÓN DEL SITIO. ........................................................................................................................ 10 MUESTREO............................................................................................................................................................. 10 MUESTRAS PARA LA SEGUNDA ETAPA: PRUEBAS DE RESISTENCIA ........................................................ 10 CARACTERIZACIÓN DEL SITIO. ........................................................................................................................ 10 MUESTREO............................................................................................................................................................. 10 I. ENSAYOS DE COMPACTACIÓN ......................................................................................................................... 13 1. ENSAYO DE COMPACTACIÓN DINÁMICA. Tipo Proctor Estándar ............................................................ 15 1. ENSAYO DE COMPACTACIÓN DINÁMICA. Tipo Proctor Modificada ........................................................ 21 2. ENSAYO DE COMPACTACIÓN ESTÁTICA. Prueba Porter ........................................................................... 25 3. ENSAYO DE COMPACTACIÓN POR AMASADO. Prueba “Miniatura Harvard” ......................................... 28 4. DETERMINACIÓN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN .............................................................................. 32

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INTRODUCCIÓN Como continuación al manual del laboratorio de Mecánica de Suelos I, se expone éste, producto de la recopilación de información seleccionada que se detalla en la bibliografía, cuyo propósito fundamental es servir de apoyo para que los alumnos tengan una guía sencilla en la realización de sus prácticas contenidas en el programa de laboratorio de Mecánica de suelos II, haciendo uso del equipo correspondiente que se encuentra en esta universidad y bajo la supervisión de un instructor; y no solo eso, pretende también servir como cuaderno de trabajo donde el alumno pueda registrar los resultados obtenidos de sus prácticas, realizar cálculos y dar sus comentarios y conclusiones. Contiene además teoría y procedimientos de ensayos para la determinación de los pesos volumétricos secos máximos y humedades óptimas de diferentes tipos de suelos, así como la determinación de los grados de compactación que alcanzarán éstos en el terreno. Se presentan también procedimientos en el laboratorio y campo para el conocimiento de la resistencia del suelo. El conocimiento de las características antes mencionadas es de suma importancia para poder asegurar un comportamiento adecuado de edificaciones desplantadas sobre el suelo.

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INDICACIONES SOBRE EL CURSO Y LA PRESENTACIÓN DE LOS REPORTES

1. EXPERIMENTOS Cada estudiante requiere participar en las prácticas o experimentos del laboratorio durante el semestre. Cada experimento se ha programado para corresponder al material visto en clase. Los experimentos se realizan en equipos de 4 ó 5 alumnos y ocurren normalmente en el edificio LV-800, campus Náinari (el laboratorio de Ingeniería Civil). Los procedimientos experimentales se describen completamente en el manual del laboratorio. Algunos de nuestros equipos de laboratorio podrán ser diferentes de los descritos en el manual; sin embargo, el procedimiento para conducir la prueba es similar. Los estudiantes deben buscar la información sobre estas diferencias del instructor de enseñanza antes de proceder con el experimento. Los siguientes experimentos se realizarán durante el curso: + Etapa I: Pruebas de Compactación: 1. 2. 3. 4. 5.

Prueba de compactación por impactos, prueba Proctor Estándar (ASTM). Prueba de compactación por impactos, prueba Proctor Modificada (ASTM). Prueba de compactación estática, prueba Porter. Prueba de compactación por amasado, prueba Harvard Miniatura. Prueba para determinar el grado de compactación de campo.

+ Etapa II: Pruebas de resistencia: 6. Prueba de Corte Directo. 7. Prueba de Compresión Simple o Inconfinada. 8. Pruebas Triaxiales.  Consolidada-No Drenada (C-ND), o  No Consolidada-No drenada (NC-ND)

Se espera que cada estudiante se familiarice con los procedimientos de los experimentos antes del inicio de la sesión de práctica correspondiente.

2. INFORMES Aunque los experimentos se realizan en equipo, se requiere que cada estudiante prepare un informe individual sobre cada prueba. Estos informes deben estar contenidos en una carpeta y/o engrapados y ser entregados para su revisión dentro del plazo fijado por el instructor de laboratorio. Los informes serán revisados y entregados el período siguiente del laboratorio. Prepare dichos informes usando un procesador de textos y utilice una hoja de cálculos para generar las gráficas necesarias. Además, al final de cada una de las dos etapas, el alumno deberá entregar un reporte global en el cual presente los resultados de todas las pruebas efectuadas a cada suelo y elabore conclusiones generales sobre la idoneidad de 4

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II dichos suelos para su uso en la construcción. Más adelante se les informará sobre la manera de presentar estos reportes de fin de etapa. Cada informe o reporte de práctica deberá contener lo siguiente: 1. En la portada del reporte:   

El número y nombre de la práctica La clave y el nombre del curso Los datos generales del alumno

2. En el cuerpo del reporte: A) RESUMEN. Aquí se resumen, brevemente, los resultados principales contenidos en el informe. Se debe incluir el nombre y la clasificación SUCS del suelo probado; además del estándar de las normas ASTM1 o NMX para la prueba. B) PROPÓSITO Y ALCANCE. Este breve párrafo debe contener el nombre del experimento, el nombre del suelo sometido a estudio, junto con su descripción completa y la clasificación del SUCS (color, tamaño de sus partículas, olor, origen y cualquier otra característica que pueda ser pertinente). También indique la razón para efectuar el experimento. C) PROCEDIMIENTO. En otro breve párrafo, haga la referencia del procedimiento usado, por ejemplo el descrito en el manual de laboratorio. Informe también cualquier diferencia entre el procedimiento indicado en la norma o manual y el seguido en el laboratorio, y explique la razón de dicha diferencia. D) RESULTADOS. Aquí se deben incluir las cantidades finales obtenidas del experimento, ya sea en forma tabular o como una gráfica según resulte más apropiado. Las gráficas deben presentarse como se especifica en las notas sobre gráficas y esquemas que aparecen más abajo. E) DISCUSIÓN. Esta sección deberá incluir una discusión completa del significado y la utilidad de los resultados, así como de su probable exactitud, las fuentes de error y las limitaciones del experimento o de la teoría. Haga una declaración en cuanto al carácter razonable de sus resultados. También conteste cualquier pregunta planteada por el instructor. F) APÉNDICE. Aquí se incluyen las hojas de registro y los cálculos realizados. Únicamente esta sección se aceptará con porciones manuscritas o fotocopiadas. G) HOJA PARA CALIFICAR EL REPORTE. Al final del reporte se agregará una hoja como la que se muestra en la página siguiente. Es importante anexar esta hoja a cada reporte para conocer el desglose de la calificación del reporte y considerarlo en los siguientes reportes.

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Consultar la página www.astm.org

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II GRÁFICAS Y ESQUEMAS Todas las gráficas se deben preparar y comprobar bajo el principio de que una gráfica debe ser autónoma, es decir no debe ser necesario consultar el material escrito que la acompaña para entenderla. Los gráficos deben ser de buena calidad y con márgenes (margen mínimo de 25 mm); nunca escriba fuera de los márgenes. A continuación se dan algunas características comunes para la elaboración de una buena gráfica. Título: Este debe ser descriptivo, dice acerca de que es la gráfica. Enumeración: Todas las gráficas en un mismo informe deben ser numeradas consecutivamente (mostrar el número delante del título). Colocación: La gráfica y todo lo escrito se deberá leer de arriba hacia abajo o de izquierda a derecha, respetando los bordes. Escalas: Las escalas usadas deberán ser tales que el lector pueda interpolar fácilmente entre los números en las escalas, es decir, utilizar unidades de división de 1, 2 ó 5 y múltiplos o dividendos de 1, 10, 100, etcétera. Ejes: Cada eje deberá ser identificado por una variable y sus unidades deben ser especificadas claramente. No es necesario comenzar de cero las escalas de los ejes. Leyenda: Indique e identifique claramente la fuente de los datos trazados, el tipo de prueba, tipo de suelo, cualesquiera ecuaciones o diagrama pertinente y cualquier otra información para hacer la gráfica totalmente comprensible. Marque e indique los puntos experimentales o teóricos de la gráfica y dibuje claramente la curva suave del mejor ajuste. Si se muestra más de una curva, cada una se debe identificar, preferiblemente por medio de una etiqueta sobre la misma curva. Las gráficas deben ser legibles y claras.

IMPORTANTE: NO SE ACEPTARÁN REPORTES QUE NO SIGAN EL FORMATO ESPECIFICADO ANTERIORMENTE.

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HOJA PARA CALIFICAR EL REPORTE SEMANAL DE LABORATORIO PUNTOS _____/100 Experimento No. _____ Puntos Presentación General

____/10

Resumen Resultados principales contenidos en el reporte.

____/10

Propósito y Alcance Prueba, razón y ejecución, descripción detallada del suelo.

____/10

Procedimiento Referencias de la prueba, modificaciones.

____/10

Resultados

____/20

Discusión. Exactitud, errores, limitaciones, significado y utilidad de los resultados, usos prácticos, recomendaciones, carácter razonable de los resultados.

____/30

Datos, cálculos de la muestra

____/10

Deducciones: Español pobre

- 10

No limpiar el equipo y área de trabajo

- 20

Reporte incompleto

-25

OBSERVACIONES DEL INSTRUCTOR:

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HOJA PARA CALIFICAR EL REPORTE GLOBAL DE COMPACTACIÓN Calificación: ______/100 Presentación General

______/10

La portada tiene el título y los demás datos completos. El informe está completo y se presentó con sus secciones en el orden especificado. Totalmente impreso en hojas blancas tamaño carta. Está bien redactado y sin faltas de ortografía. Sus hojas sujetas mediante clip, grapas o cualquier otro método.

1. Resumen

______/10

Del suelo grueso se indica: su nombre local y clasificación SUCS; los valores de γ d(max) y de wopt(%) obtenidos de las pruebas Proctor Estándar, Proctor Modificada y Porter; además del γd(campo), Gc(%) y w(%)(campo) de la prueba del Cono de Arena. Del suelo fino se indica: su nombre local y clasificación SUCS; los valores de γ d(max) y de wopt(%) obtenidos de la prueba Harvard miniatura.

2. Propósito y Alcance

______/10

Se da una descripción completa de las características físicas de cada suelo (nombre común, clasificación SUCS, color, olor, tamaño de sus partículas, origen, presencia de materia orgánica u otros contaminantes). Se explica claramente el objetivo de realizar las pruebas de compactación. Se incluye la caracterización completa del sitio donde se obtuvieron las muestras de suelo.

3. Procedimientos

______/10

Cada procedimiento de prueba se referencia con su correspondiente estándar ASTM o AASHTO. Se explica cada procedimiento de manera general, no requiriendo más de un párrafo por prueba. Si hubo cambios en algún procedimiento, se explica en qué consistieron y las razones que llevaron a dichos cambios.

4. Resultados

______/20

Se proporcionan los siguientes resultados:  Prueba Proctor Estándar y Modificada: Variante usada, γmmax, γdmax y wopt(%).  Prueba Porter: γmmax, γdmax y wopt(%).  Se incluye la gráfica a (ver hoja anexa).  Prueba del grado de compactación: γm(campo), γd(campo), w(%)(campo) y Gc(%). Este último calculado usando el valor de γdmax obtenido de las pruebas Proctor Estándar, Proctor Modificada y Porter.  Prueba de Harvard: Curva de compactación, curva de cero vacíos de aire, γ mmax, γdmax y wopt(%). Los valores del peso específico aparecen en Kg/m3 y en kN/m3. Los contenidos de agua y grados de compactación están en porcentaje.

5. Discusión de Resultados

______/30

Para el suelo grueso, se comparan entre sí los resultados obtenidos con cada prueba aplicable de las realizadas por el equipo. También se comparan los resultados de cada prueba con los obtenidos por los otros equipos y con referencias bibliográficas, normas o especificaciones de calidad (ver normas de la SCT). Se mencionan los posibles errores cometidos y sus consecuencias en los resultados. Por último, se comenta la posible exactitud, limitaciones y aplicabilidad de los resultados pruebas de laboratorio a las condiciones de una obra.

6. Apéndice (Datos y cálculos)

______/10

Se anexan, para cada práctica y en orden cronológico, los registros completos de: a) los datos y mediciones tomados durante la práctica; b) los cálculos realizados y las tablas o gráficas intermedias elaboradas. En los registros anteriores se incluyen las ecuaciones y unidades utilizadas. Cada variable es adecuadamente identificada, con todo y nomenclatura. Se incluye la tabla comparativa de los resultados obtenidos por los otros equipos del laboratorio.

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a) Comparativo de pruebas de compactación en Suelo Grueso 2,500

Proctor Estándar

Peso Específico Seco (Kg/m3)

2,400

Proctor Modificada Porter

2,300

Cero vacíos de aire

2,200 2,100 2,000 1,900 1,800 1,700 1,600 1,500 0

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Contenido de Agua (%)

Último día de entrega de este reporte: _______________________

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MUESTRAS PARA LA PRIMERA ETAPA: PRUEBAS DE COMPACTACIÓN CARACTERIZACIÓN DEL SITIO. Cada equipo requiere seleccionar un lugar donde preferentemente se eté llevando a cabo una obra de terracerías, o su inicio sea inminente. Sobre este lugar se obtendrá información suficiente para caracterizar el sitio. Esto consiste en obtener información sobre su localización geográfica (mapa y/o croquis), uso del suelo (agrícola, urbano, industrial, etc.), uso del suelo colindante al sitio de interés, mención de estructuras en o cerca del sitio (vivienda, torres de alta tensión, canales de riego, drenes, etc.), condición del área de la obra o del proyecto (suelo nativo, terreno nivelado o no, tipo de vegetación, accesos, etc.), presencia de agua en el lugar (laguna, pozo, tanque, etc.). Además, se deberá incluir información acerca del tipo de obra o proyecto (calle urbana, camino rural, carretera federal, edificio, bodega, casa habitación, etc.), materiales y maquinaria que se usarán en su construcción y cualquier otra información que se considere pertinente. Lo anterior podrá requerir realizar una entrevista con el ingeniero encargado de la obra o proyecto. Por último, cada integrante del equipo entregará un informe escrito sobre la caracterización del sitio, se recomienda completar la descripción anterior con fotografías digitales. MUESTREO. Cada equipo requiere realizar un muestreo en un lugar seleccionado. Este consiste en obtener muestras alteradas. Muestras alteradas: Muestras de grano grueso, las cuales consisten en obtener tres cubetas de suelo tipo balastre procedente de un banco de material de la región, el cual se usará en la obra, este podrá obtenerse del mismo lugar de la obra o de un banco de material. Cualquiera sea la manera de su obtención se deberá indicar el nombre del banco de procedencia, así como el uso que se le dará. Todas las muestras deberán ser etiquetadas y transportadas al laboratorio. La información acerca del muestreo se podrá adicionar al informe de la caracterización del sitio.

MUESTRAS PARA LA SEGUNDA ETAPA: PRUEBAS DE RESISTENCIA CARACTERIZACIÓN DEL SITIO. De manera similar que en la primera etapa se caracterizará el sitio, con la diferencia que la obra que seleccionen no será ya de terracerías. MUESTREO. Cada equipo requiere realizar un muestreo en un lugar sellecionado. Esto consiste en obtener muestras inalteradas y alteradas. Muestras inalteradas: Muestras de suelo fino arcilloso, las cuales consisten en obtener dos cubos de suelo inalterado a una profundidad de entre 1.2 m a 1.5 m, las dimensiones de los cubos son de aproximadamente 45x45x45 cm, una vez labrados los cubos estos se impermeabilizarán con dos capas de manta aplicando a cada capa una mezcla en porciones iguales de parafina y brea derretida; previo a la aplicación de la mezcla se utilizará una cuerda para mantener fija la manta en su lugar. Para la segunda capa podrá usarse una cuerda de mayor grosor junto con la piola. Asegurarse que la muestra quede compleramente sellada y marque las caras superiores de los cubos. Terminado lo anterior, las muestras serán transportadas al laboratorio. 10

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II Muestras alteradas: Muestras de suelo fino arcilloso, las cuales consisten en obtener suelo del mismo lugar donde se labró el cubo, primero se tomará suelo de alrededor del cubo y se colocará en frascos con tapadera hermética para prevenir pérdida de humedad, además, se obtendrán una cubeta del mismo suelo. Todas las muestras deberán ser etiquetadas y transportadas al laboratorio. La información acerca del muestreo se podrá adicionar al informe de la caracterización del sitio.

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I. ENSAYOS DE COMPACTACIÓN Compactación de suelos es el proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo-deformación de los mismos; por lo general el proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volumen de aire, pues por lo común no se expulsa agua de los huecos durante el proceso de compactación. No todo el aire sale del suelo, por lo que la condición de un suelo compactado es la de un suelo parcialmente saturado. El objetivo principal de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. La compactación de suelos en general es el método más barato de estabilización disponible. Existen muchos métodos para estabilizar suelos utilizando materia química como sal, cemento, asfalto, cal y otras sustancias, pero estos métodos usualmente son más costosos y pueden utilizar métodos de compactación adicionalmente a las mezclas, pues al incorporar el material químico en la masa del suelo se produce una gran perturbación de la estructura. La compactación produce estabilización del suelo mediante la introducción de energía en el suelo de la forma mostrada en la tabla:

Simulado

Método de compactación

En laboratorio

Impacto

Prueba Proctor

Amasado

Prueba Miniatura Harvard

Presión estática Vibración

Prueba Porter Mesa vibratoria

En el terreno Bailarinas y pisones accionados a mano Rodillo para de cabra y neumáticos Rodillo liso y neumáticos Rodillo vibratorio

Eficiencia de compactación Suelos finos plásticos Suelos finos plásticos Suelos gruesos Suelos gruesos

Por lo general, la compactación mecánica se aplica a rellenos artificiales, tales como cortinas para presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etcétera. En ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas. Así la compactación de suelos es, ante todo, un problema constructivo de campo. La compactación de un suelo está relacionada con el peso volumétrico seco (γd), por tal razón en un proyecto específico suelen fijarse un cierto peso volumétrico seco que se debe alcanzar con el equipo que se utilice. A su vez, el valor de este peso volumétrico proviene de un estudio de laboratorio en el que se realizan pruebas de compactación al suelo que haya de manejarse; de entre todas las pruebas disponibles se elige aquélla que mejor represente el proceso de compactación de campo y que garantice un nivel de compactación suficiente. Casi siempre sucede que el peso volumétrico seco que se obtiene en la obra no es idéntico al peso volumétrico seco de la prueba de laboratorio que sirvió de base al estudio. La diferencia entre ambos valores tradicionalmente se mide a través del concepto “grado de compactación” que se define con la siguiente ecuación: ( )

(

)

En donde: Gc(%) = grado de compactación, en porcentaje γd = peso volumétrico seco obtenido en el campo γd(max) = peso volumétrico seco máximo obtenido en el laboratorio 13


El concepto de grado de compactación es el método más usual para fijar el requisito de compactación que ha de lograrse en el campo. Así por lo general éste se expresa con una frase como esta: “compáctese este material hasta el 95% del peso volumétrico seco máximo obtenido con tal prueba de laboratorio como mínimo”. La SCT (Secretaría de Comunicaciones y Transportes) tiene como norma de no compactar el cuerpo de las terracerías a menos de 90% en ningún caso y exige por lo general el 95% en una porción superior de los terraplenes y el 100% en la capa subrasante y en las diversas capas del pavimento; estos grados de compactación se refieren a pruebas de compactación de laboratorio que se comentarán enseguida.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 1. ENSAYO DE COMPACTACIÓN DINÁMICA. Tipo Proctor Estándar Objetivo. Tiene por objeto determinar la relación entre el peso volumétrico y el contenido de agua en los suelos, cuando se compactan con la metodología estandarizada que se detalla a continuación. Exposición General. El ensayo consiste en tomar 3 kg de suelo, pasarlos a través del tamiz No. 4, añadir agua y compactarlos en el molde de volumen 944 cm3 (Variantes A y B) o en el de 2124 cm3 (Variante C) en 3 capas, con 25 golpes por capa con el martillo de 2.49 kg con caída de 30.5 cm en el suelo. Esto libera una energía nominal de compactación de: (

)(

)(

)(

)

⁄

⁄

Luego de compactarla de esta manera la muestra es removida del molde y desbaratada nuevamente hasta obtener grumos de tamaño aproximado del tamiz No. 4 de acuerdo con la estimación visual, se toman muestras para contenido de humedad, se añade más agua, se mezcla cuidadosamente el suelo, y se procede a compactar nuevamente el suelo en el molde. Esta secuencia se repite un número de veces suficiente para obtener datos que permitan dibujar una curva cóncava hacia debajo de peso volumétrico seco contra contenido de humedad con un punto de pendiente cero (valor máximo) y suficientes punto alrededor de este máximo para definir adecuadamente su localización. La ordenada de este diagrama es el peso volumétrico seco. La ordenada máxima de este diagrama se conoce como peso volumétrico seco máximo (γd(max)) y el contenido de humedad al cual se presenta este peso volumétrico se denomina humedad óptima (wop). Como se muestra en la siguiente figura:

La curva de compactación puede obtenerse mediante la siguiente fórmula de sencilla obtención, para un suelo parcialmente saturado, que es la condición de nuestro suelo compactado:

En donde: γd γ w

= peso volumétrico seco, en kg/m3 = peso volumétrico de la muestra húmeda, en kg/m3 = contenido de humedad en fracción, no en porcentaje 15


La curva de 100% de saturación o de cero vacíos de aire se obtiene calculando los pesos específicos secos del mismo suelo, supuesto saturado con el contenido de agua considerado, aplicando la fórmula:

En donde: Ss γ0

= peso específico relativo o densidad de los sólidos = peso volumétrico del agua

Equipo. (Ver figura 1.1)           

Molde estándar2 de compactación con base y collarín. Martillo de compactación con peso del pisón estándar de 2.49 kg. Guía para dar una altura de caída de 30.5 cm. Balanza de 15 kg de capacidad y sensibilidad de 5 g. Balanza de laboratorio con sensibilidad de 0.1 g. Charola mezcladora grande. 10 o 12 latas para contenido de humedad. Regla metálica o enrasador. Malla No. 4. Horno secador. Extractor de muestras (gato hidráulico). Figura 1.1. Equipo de la prueba Proctor Estándar: (a) molde, (b) pisón.

Procedimiento. 1. Previamente a la práctica, elabore la curva granulométrica del suelo a probar y determine la variante de la prueba Proctor a usar con ayuda de la tabla 1.1. 2. Sepárese una muestra de 2.5 a 3 kg3 de la porción del suelo a usar en la prueba, tal como indica la tabla 1.1 para la variante que corresponda, y póngase a secar al aire. 3. Determínese y regístrese el peso de la tara del molde Proctor sin la base ni el collar. 4. Mézclese el suelo con agua suficiente para obtener una muestra ligeramente húmeda, que aún se desmorone cuando se suelte después de ser apretada con la mano. 5. Colóquese el suelo en el molde en 3 capas aproximadamente iguales y compáctese con cada capa con el martillo con 25 golpes uniformemente distribuidos si se trata de las variantes A y B y 56 golpes de tratarse de la variante C. 6. Cuidadosamente, quítese el collar del molde y enrásese la parte superior del cilindro con una regla metálica o enrasador. 7. Determínese y regístrese el peso del molde Proctor (sin collar ni base) y el suelo compactado enrasado.

2

Las dimensiones del molde de compactación varían dependiendo de la variante de la prueba Proctor a seguir. Esta cantidad es la requerida cuando se usa el molde de 101.6 mm de diámetro; en caso de usar el molde de 152.4 mm la cantidad deberá aumentarse. 3

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 8. Retírese el suelo del molde y obténgase el contenido de agua de dos muestras representativas, de unos 100 g; una obtenida de un nivel cercano al superior y otra de una parte próxima al fondo. 9. Compáctense otros especímenes con contenidos de agua crecientes, como se hizo anteriormente, hasta que el peso húmedo de la muestra compactada vaya decreciendo, hecho que indica que se ha sobrepasado el contenido de agua óptimo. Tabla 1.1 Especificaciones para la prueba Proctor Estándar (basadas en la norma ASTM 698-91)4 Concepto Variante A Variante B Variante C Esta variante se usa No más del 20% por peso Más del 20% del total de Más del 20% del total de cuando: de material es retenido en suelo es retenido en la suelo es retenido en la la malla No. 4 (4.57 mm) malla No. 4, y no más del malla de 3/8”, y menos del 20% por peso es retenido 30% por peso es retenido en la malla de 3/8” (9.5 en la malla de 3/4” (19 mm) mm) Diámetro del molde (mm) 101.6 101.6 152.4 Volumen del molde (cm3) 943.3 943.3 2124 Peso del pisón (N) 24.4 (2.49 kg) 24.4 (2.49 kg) 24.4 (2.49 kg) Altura de caída del pisón 304.8 304.8 304.8 (mm) Número de golpes del 25 25 56 pisón por capa de suelo Número de capas de 3 3 3 compactación Energía de compactación 591.3 591.3 591.35 3 (kN*m/m ) Suelo por usarse Porción que pasa la malla Porción que pasa la malla Porción que pasa la malla No. 4 (4.57 mm) de 3/8” (9.5 mm) de 3/4” (19 mm)

10. Calcúlese el peso volumétrico seco correspondiente a cada contenido de agua, mediante la fórmula estudiada anteriormente:

11. Dibújense los resultados obtenidos en una gráfica que tenga como abscisas los diferentes contenidos de agua, en porcentaje, resultantes y como ordenadas los pesos específicos secos en kN/m3 (Curva de compactación) para obtener el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima. 12. Dibújese también la curva de saturación completa o de cero vacíos de aire en la gráfica anterior. Para obtener la variación del peso específico seco con cero vacíos de aire (γzav) con el contenido de agua, use el siguiente procedimiento: a. Determine la densidad de los sólidos del suelo (Ss). b. Use la ecuación para calcular el valor de γzav para varios valores propuestos de contenido de agua (w), tales como 5%, 10%, 15%, etc.

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Esta tabla se tomó del capítulo 3 del libro “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica” de Braja M. Das. Aunque en esta variante el número de golpes por capa se duplica, también se dobla el volumen del espécimen a compactar, por lo que la energía de compactación es igual que en las variantes A y B. 5

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Errores posibles. Los errores más comunes que pueden afectar los resultados son los siguientes: 1. El mezclado incompleto del suelo con el agua o la incompleta destrucción de grumos en el suelo. 2. El no repartir uniformemente los golpes del pisón sobre la superficie de la muestra. 3. El no determinar el número suficiente de puntos para definir correctamente la curva de compactación.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 1. ENSAYO DE COMPACTACIÓN DINÁMICA. Tipo Proctor Modificada Objetivo. Tiene por objeto determinar la relación entre el peso volumétrico y el contenido de agua en los suelos, cuando se compactan con la metodología estandarizada que se detalla a continuación. Exposición General. Con el desarrollo de rodillos pesados y su uso en la compactación de campo, la prueba Proctor Estándar fue modificada para representar mejor las condiciones de campo. A esta se le llama prueba Proctor Modificada (prueba ASTM D-1557 y prueba AASHTO T-180). Para llevar a cabo la prueba Proctor Modificada se usa el mismo molde como en el caso de la prueba Proctor estándar. Sin embargo, el suelo es compactado en 5 capas por un pisón que pesa 4.54 kg. La caída del martillo es de 45.7 cm. El número de golpes de martillo por capa es de 25 para las variantes A y B y 56 para la Variante C, como en el caso de la prueba Proctor Estándar. (

)(

)(

)(

)

⁄

⁄

Equipo.           

Molde estándar6 de compactación con base y collarín. Martillo de compactación con peso del pisón estándar de 4.54 kg. Guía para dar una altura de caída de 45.72 cm. Balanza de 15 kg de capacidad y sensibilidad de 5 g. Balanza de laboratorio con sensibilidad de 0.1 g. Charola mezcladora grande. 10 o 12 latas para contenido de humedad. Regla metálica o enrasador. Malla No. 4. Horno secador. Extractor de muestras (gato hidráulico).

Procedimiento. 1. Previamente a la práctica, elabore la curva granulométrica del suelo a probar y determine la variante de la prueba Proctor a usar con ayuda de la tabla 1.2. 2. Sepárese una muestra de 2.5 a 3 kg de la porción del suelo a usar en la prueba, tal como indica la tabla 1.1 para la variante que corresponda, y póngase a secar al aire. 3. Determínese y regístrese el peso de la tara del molde Proctor sin la base ni el collar. 4. Mézclese el suelo con agua suficiente para obtener una muestra ligeramente húmeda, que aún se desmorone cuando se suelte después de ser apretada con la mano. 5. Colóquese el suelo en el molde en cinco capas aproximadamente iguales y compáctese con cada capa con el martillo con 25 golpes uniformemente distribuidos si se trata de las variantes A y B y 56 golpes de tratarse de la variante C.

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Las dimensiones del molde de compactación varían dependiendo de la variante de la prueba Proctor a seguir.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 6. Cuidadosamente, quítese el collar del molde y enrásese la parte superior del cilindro con una regla metálica o enrasador. 7. Determínese y regístrese el peso del molde Proctor (sin collar ni base) y el suelo compactado enrasado. 8. Retírese el suelo del molde y obténgase el contenido de agua de dos muestras representativas, de unos 100 g; una obtenida de un nivel cercano al superior y otra de una parte próxima al fondo. Tabla 1.2 Especificaciones para la prueba Proctor Modificada (basadas en la norma ASTM 1557-91)7 Concepto Variante A Variante B Variante C Esta variante se usa No más del 20% por peso Más del 20% del total de Más del 20% del total de cuando: de material es retenido en suelo es retenido en la suelo es retenido en la la malla No. 4 (4.57 mm) malla No. 4, y no más del malla de 3/8”, y menos del 20% por peso es retenido 30% por peso es retenido en la malla de 3/8” (9.5 en la malla de 3/4” (19 mm) mm) Diámetro del molde (mm) 101.6 101.6 152.4 Volumen del molde (cm3) 943.3 943.3 2124 Peso del pisón (N) 44.5 (4.54 kg) 44.5 (4.54 kg) 44.5 (4.54 kg) Altura de caída del pisón 457.2 457.2 457.2 (mm) Número de golpes del 25 25 56 pisón por capa de suelo Número de capas de 5 5 5 compactación Energía de compactación 2,696 2,696 2,696 (kN*m/m3) Suelo por usarse Porción que pasa la malla Porción que pasa la malla Porción que pasa la malla No. 4 (4.57 mm) de 3/8” (9.5 mm) de 3/4” (19 mm) 9. Compáctense otros especímenes con contenidos de agua crecientes, como se hizo anteriormente, hasta que el peso húmedo de la muestra compactada vaya decreciendo, hecho que indica que se ha sobrepasado el contenido de agua óptimo. 10. Calcúlese el peso volumétrico seco correspondiente a cada contenido de agua, mediante la fórmula estudiada anteriormente:

11. Dibújense los resultados obtenidos en una gráfica que tenga como abscisas los diferentes contenidos de agua, en porcentaje, resultantes y como ordenadas los pesos específicos secos en kN/m3 (Curva de compactación) para obtener el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima. 12. Dibújese también la curva de saturación completa o de cero vacíos de aire en la gráfica anterior. Para obtener la variación del peso específico seco con cero vacíos de aire (γzav) con el contenido de agua, use el siguiente procedimiento: a. Determine la densidad de los sólidos del suelo (Ss). b. Use la ecuación para calcular el valor de γzav para varios valores propuestos de contenido de agua (w), tales como 5%, 10%, 15%, etc.

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Esta tabla se tomó del capítulo 3 del libro “Fundamentos de Ingeniería Geotécnica” de Braja M. Das.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II Errores posibles. Los errores más comunes que pueden afectar los resultados son los siguientes: 4. El mezclado incompleto del suelo con el agua o la incompleta destrucción de grumos en el suelo. 5. El no repartir uniformemente los golpes del pisón sobre la superficie de la muestra. 6. El no determinar el número suficiente de puntos para definir correctamente la curva de compactación.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 2. ENSAYO DE COMPACTACIÓN ESTÁTICA. Prueba Porter Objetivo. Este método de prueba sirve para determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima en suelos con partículas gruesas que se emplean en la construcción de terracerías; también se puede efectuar en arenas y en materiales finos cuyo índice plástico sea menor de 6. El método consiste en preparar especímenes con material que pasa la malla de 25.4 mm (1”), a los que se agregan diferentes cantidades de agua y se compactan con carga estática. Equipo. (Ver figura 2.1)  Molde cilíndrico de compactación de 15.24 cm (6”) de diámetro interior y 22.86 cm (9”) de altura, incluyendo el collarín, provisto de una base con dispositivo para sujetar el cilindro.  Máquina de compresión con capacidad mínima de 30 toneladas y aproximación de 100 kg.  Varilla metálica de 1.9 cm (3/4”) de diámetro y 30 cm de longitud, con punta de bala.  Placa circular para compactar, ligeramente menor que el diámetro interior del cilindro, con diámetro de 15 cm, que pueda sujetarse a la cabeza de aplicación de la carga.  Malla U.S. Standard de aberturas cuadradas de 25.4 mm (1”).  Balanza con capacidad mínima de 10 kg y aproximación de 1 g.  Charolas.  Equipo accesorio normal.

Figura 2.1 Muestra el cilindro de compactación, placa de carga y carga estándar. 25

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II Preparación de la muestra. La preparación de la muestra se efectúa como se indica a continuación. 1. De una muestra de campo, preparada con el cuidado de secar el material únicamente lo necesario para facilitar su disgregación, tómese y críbese una cantidad suficiente para obtener una porción de 16 kg de material que pase la malla de 25.4 mm (1”). 2. Divídase esta porción mediante cuarteo en cuatro fracciones representativas con pesos iguales. Procedimiento. 1. Tómese una de las fracciones representativas del material e incorpóresele la cantidad de agua necesaria para que, una vez repartida uniformemente, presente una consistencia tal que cuando se le comprima en la palma de la mano no la humedezca y que, a la vez, el material comprimido pueda formar grumos. En algunos casos para lograr esto será necesario dejar el material húmedo, con cierto tiempo de reposo y cubierto con una lona húmeda. 2. Colóquese el material humedecido dentro del molde en tres capas; con la punta de la varilla désele a cada una de ellas 25 golpes, uniformemente distribuidos. 3. Al terminar la colocación de la última capa, tómese el molde que contiene al material, colóquese en la máquina de compresión y compáctese el material aplicando lentamente una carga uniforme, de modo que se alcance en un lapso de cinco minutos la presión de 140.6 kg/cm2, equivalente a una carga de 26.5 ton, aproximadamente; manténgase esta carga durante un minuto y hágase la descarga en el siguiente minuto. Al llegar a la carga máxima, revísese la base del molde; si está ligeramente humedecida, el material ha alcanzado su humedad óptima de compactación y su peso volumétrico máximo. 4. Si al llegar a la carga máxima no se humedece la base del molde, la humedad con que se preparó la muestra es inferior a la óptima; por tanto tómese otra fracción representativa del material y adiciónesele una cantidad de agua igual a la del espécimen anterior más 80 cm3, mézclese uniformemente y repítanse en esta los pasos que se describen en los párrafos 2 y 3. Prepárense los especímenes que sean necesarios siguiendo los pasos que se indican en este párrafo, hasta lograr que en uno de ellos se inicie el humedecimiento de la base del molde con la carga máxima, lo cual se consigue por lo general con menos de cuatro especímenes. 5. Si antes de llegar a la carga máxima se humedece la base del molde por haberse iniciado la expulsión de agua, la humedad de la muestra es superior a la óptima. En este caso, procédase como se indica en el párrafo 4, pero en vez de adicionar 80 cm3 de agua se reduce la misma cantidad en cada nueva fracción representativa del material, hasta lograr que en una de ellas se inicie el humedecimiento de la base del molde con la carga máxima. 6. Al terminar la compactación del espécimen preparado con la humedad óptima quítese el molde de la máquina de compresión y determínese la altura (he), restando de la altura total del molde la altura entre la cara superior del espécimen y el borde superior del molde; regístrese este valor en centímetros, con aproximación de 0.1 mm. 7. Pésese el molde de compactación que contenga al espécimen compactado y anótese dicho peso (W i) en kg, con aproximación de 1 g. 8. Sáquese el espécimen del cilindro, córtese longitudinalmente y de la parte central obténgase una muestra representativa y efectúese en la muestra la determinación del contenido de agua (w), anotando su valor en porcentaje. Cálculos. En esta prueba calcúlese y regístrese lo siguiente: 1) Calcúlese del espécimen compactado con la humedad óptima: a) El volumen, por medio de la siguiente fórmula:

En donde: V he Am

= volumen del espécimen en metros cúbicos = altura del espécimen, en metros = área de la sección transversal del cilindro de compactación, en metros cuadrados 26

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II b) El peso volumétrico húmedo, por medio de la siguiente fórmula: En donde: γ = γm Wi Wt V

= peso volumétrico húmedo del espécimen, en kg/m3 = peso del espécimen húmedo más el peso del molde de compactación, en kg = peso del molde de compactación, en kg = volumen del espécimen en metros cúbicos

c) El peso volumétrico seco máximo γdmax, mediante la siguiente fórmula:

En donde: γdmax γm w

= peso volumétrico seco máximo del espécimen, en kg/m3 = peso volumétrico húmedo del espécimen, en kg/m3 = humedad óptima del espécimen, en fracción

2) Regístrese el peso volumétrico seco máximo (γdmax) y la humedad óptima, como valores correspondientes al material ensayado. Errores comunes. Los errores en que se incurre con más frecuencia son los siguientes: 1) Que el agua no se incorpore al material en forma adecuada. 2) Que la velocidad de aplicación de la carga no sea la especificada. 3) Que no se mezcle adecuadamente el material antes de colocarlo en el cilindro de pruebas.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 3. ENSAYO DE COMPACTACIÓN POR AMASADO. Prueba “Miniatura Harvard” Objetivo. Esta prueba tiene por objeto determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima en suelos finos plásticos, con partículas menores a 2 mm; consiste en preparar especímenes con material que pase la malla No. 10, a los que se agregan diferentes cantidades de agua. Los especímenes se compactan dentro de un molde metálico bajo la acción de un émbolo que aplica una presión transmitida por la acción de un resorte calibrado. Equipo. (Ver figura 3.1)  Un molde cilíndrico metálico de 3.3 cm de diámetro y 7.2 cm de altura, con placa de base metálica y extensión removible de 3.5 cm de altura.  Un pisón metálico, con un émbolo en su extremo inferior, que puede aplicar presión por la acción de un resorte.  Un mecanismo para quitar la extensión del molde, provisto de un émbolo que mantiene al suelo en su lugar durante la extracción.  Un extractor, para retirar del molde la muestra compactada con una alteración mínima.  Una balanza de laboratorio, con aproximación de 0.1 g.  Una regla metálica.  Un horno.  Una malla No. 10.  Equipo diverso como bandeja mezcladora, espátula, pizeta, etc.

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Preparación de la muestra. 1. Para esta prueba se requiere una muestra de suelo, debidamente cuarteada, con peso comprendido entre 1 y 1.5 kg. Se seca al horno lo necesario para facilitar su disgregación. 2. A la muestra disgregada manualmente se le criba por la malla No. 10. 3. Como la curva Peso volumétrico seco-Contenido de agua debe definirse en seis u ocho puntos, prepárense las mismas porciones de suelo en recipientes con el contenido de agua deseado y déjense en reposo por lo menos una noche; esto facilita una buena mezcla del agua y los suelos finos. Si se trabaja con suelos que absorben el agua con rapidez, con resistencias en estado seco por lo general bajas, la mezcla de agua y suelo podrá hacerse inmediatamente antes de la prueba. Procedimiento. El procedimiento para realizar la prueba que se describe se ajustará a lo siguiente: 1. Con el molde ajustado a su base y provisto de su extensión, colóquese en él la cantidad que se requiera de suelo en estado suelto. 2. La colocación del suelo dentro del molde deberá hacerse en el número de capas que se desee (por lo común cinco); nivélese cada capa presionándola ligeramente con un pisón de hule. 3. Después de ajustar apropiadamente el resorte del pisón, insértese en el suelo el émbolo del pisón y presiónese hasta que el resorte empiece a comprimirse. Quítese la presión, cámbiese ligeramente la posición del émbolo y repítase la operación, repartiendo así la presión aplicada de manera uniforme en la superficie de cada capa, hasta completar el número de aplicaciones que se desee. 4. Repítase este procedimiento para cada capa; procúrese que la capa superior sobresalga del molde por lo menos 1 cm (entrando en la extensión metálica del mismo). 5. Trasládese el conjunto del molde al aditamento para retirar la extensión; presiónese firmemente el émbolo del propio aparato y, a la vez, accionando el mecanismo extractor, suéltese el collar metálico del molde y del suelo compactado. 6. Quítese el molde de su base y enrásese con cuidado su borde superior con la regla metálica. Verifíquese también con la regla metálica el enrasamiento del borde inferior del molde. 7. Pésese el molde que contiene al suelo compactado, con aproximación de 0.1 g. 29

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 8. Extráigase la muestra del molde utilizando el extractor y colóquesela en un recipiente apropiado para introducirla al horno y determinar su contenido de agua. Si se reúsa el material para determinar otros puntos de la curva de compactación, el contenido de agua se determinará con el material excedente del borde superior del molde. 9. Compáctense otros especímenes con contenidos de agua crecientes, hasta que el peso húmedo de la muestra vaya decreciendo, hecho que indica que se ha sobrepasado el contenido de agua óptimo. 10. Calcúlese el peso volumétrico seco correspondiente a cada contenido de agua, mediante la fórmula estudiada anteriormente: y dibújese la curva de compactación para obtener el peso volumétrico seco máximo y el contenido óptimo de agua. 11. Si se desea, cámbiese el procedimiento de compactación variando el número de aplicaciones del pisón por capa, la presión aplicada o el número de capas.

Errores posibles. Los errores más comunes que pueden afectar los resultados de las pruebas anteriores son los siguientes: 1. Incompleta disgregación de los grumos del suelo seco. 2. Mezclado defectuoso del suelo y del agua. No es posible obtener resultados consistentes a menos que el suelo y el agua se mezclen cuidadosamente, y que se deje transcurrir el tiempo suficiente para que el suelo absorba el agua uniformemente. 3. Distribución no uniforme del esfuerzo de compactación sobre la superficie de cada capa. 4. Molde de compactación que descansa sobre una superficie inadecuada. 5. Empleo de un compactador mecánico con calibración defectuosa. 6. Muestras de contenido de agua no representativas de la totalidad del suelo compactado. En caso de dudad, puede determinarse la humedad de todo el material del molde. 7. Determinación de un número de puntos insuficiente para definir, en forma aceptable, el contenido de agua óptimo y el peso volumétrico seco correspondiente en la curva de compactación. 8. Uso repetido de la misma muestra para determinación de diferentes puntos. La recompactación incrementa el Figura 3.2 Equipo de la prueba Harvard peso volumétrico máximo y reduce el contenido de agua óptimo para la mayoría de los suelos. 9. Influencia del operador. Cada operador tiene su forma propia de realizar la prueba, especialmente en cuanto a velocidad de aplicación y repartición del esfuerzo de compactación.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 4. DETERMINACIÓN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN Objetivo. El objetivo de la prueba tiene como finalidad verificar la compactación de las terracerías (por ejemplo, de un tramo para obra vial) mediante la determinación del grado de compactación y que es la relación entre el peso volumétrico seco representativo del tramo en estudio y el peso volumétrico seco máximo obtenido mediante una prueba de laboratorio que reproduzca el mismo método de compactación realizado en el campo. Exposición general. Una vez establecidos, para el suelo que se va a utilizar en un sitio determinado, los criterios de compactación, generalmente con limitaciones de humedad y densidad, es necesario utilizar algún método para verificar los resultados. Generalmente esta verificación se realiza por medio del cono de arena (ver figura 4.1), aunque existen otros métodos8, en éste se obtiene el peso de suelo húmedo del orificio de forma irregular. Si es posible determinar el volumen de dicho hueco, el peso volumétrico húmedo del suelo se calcula simplemente como:

Si se obtiene el contenido de humedad, w, del material excavado, el peso volumétrico seco del material, γd, es:

El método del cono de arena permite encontrar el volumen del hueco de una forma indirecta. La arena utilizada (a menudo arena de Ottawa9) es generalmente material que pasa la malla No. 20 y es retenida por la malla No. 30. Aunque el material menor que la malla No. 30 y menor que la No. 40 o el material menor que la malla No. 30 y mayor que la No. 50 pueden también utilizarse, generalmente es deseable tener una arena uniforme o de “un solo tamaño” para evitar problemas de segregación (un volumen de arena fina puede pesar más que el mismo volumen de arena gruesa, y un volumen de la mezcla puede pesar más aún), de forma que las mismas condiciones de Figura 4.1 Cono de arena. vaciado pueda lograrse la misma estructura del suelo (de la misma densidad) y duplicación requerida. Si se tiene un material de peso volumétrico constante, de por ejemplo 1.60 g/cm3 y se echan 4,800 g de este material en un hueco de forma irregular, el volumen del hueco puede encontrarse así:

Varios comentarios deben hacerse en este punto:

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El método del globo de hule y el método nuclear. El respirar la arena Ottawa puede producir silicosis y cáncer. La silicosis es una enfermedad profesional causada por la inhalación de polvo de sílice o de cuarzo. Produce afecciones respiratorias crónicas como disnea y bronconeumonía, entre otras. Es una enfermedad propia de mineros, picapedreros y empleados de cantera. Al manejar la arena de Ottawa se recomienda: no respirar el polvo fino; manipularla lo menos posible; Lavarse las manos después de usarla; no barrer o limpiar en seco, usar aspiradora o humedecer previamente. 9

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II 1) El aparato de cono de arena más comúnmente usado utiliza un recipiente de arena plástico o de vidrio de 3,785 cm3 (1 galón) con suficiente material para llenar un hueco no mayor de 3,800 cm3 (con su respectivo cono). En general, los agujeros para ensayos de campo deben ser pequeños, produciendo esto un error multiplicador grande por lo cual es absolutamente esencial impedir la pérdida de suelo durante la excavación, ya que la determinación del volumen hecha en cualquier forma daría un volumen aparente del agujero demasiado grande. Como una guía, la ASTM (American Society for Testing and Materials) sugiere los siguientes criterios con el fin de obtener resultados razonables en el ensayo. Tamaño máximo en el suelo según la malla: No. 4 12.7 mm (1/2”) 25.0 mm (1”) 50.0 mm (2”)

Volumen del hueco para el ensayo (cm3) 700 1,400 2,100 2,800

Tamaño de la muestra para contenido de humedad (g) 100 250 500 1,000

2) La excavación debe hacerse tan rápido como sea posible para mantener el contenido de humedad natural del suelo. 3) Evitar cualquier vibración en el área circundante, o en el recipiente donde se encuentra la arena, ya que esto puede introducir exceso de arena en el agujero y por consiguiente incrementar el volumen aparente del agujero.

Equipo.  Aparato de cono de arena (ver figura 4.2).  Barra.  Charolas circulares.  3 latas para contenido de humedad.  Balanza con capacidad de 10 kg y aproximación de 0.1 g.  Balanza con sensibilidad de 0.01 g.  Arena de Ottawa.  Accesorios normales. Procedimiento. 1. Trabajo de campo. a. Antes de ir al campo: cada equipo debe pesar el recipiente del aparato de cono de arena vacío y lleno de arena. Estos datos deberán registrarse en el formato de cálculos. La diferencia algebraica de las cantidades anteriores darán el “peso total de la arena”.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II b. Cada grupo deberá proceder al terreno y excavar un agujero utilizando la placa de base provista con el cono de arena. Colocar todo el suelo removido del agujero en una de las latas con cierre hermético. Antes de colocar la placa sobre el sitio, es importante asegurar que la superficie de la zona de excavación sea plana y lisa. c. A continuación, con la válvula cerrada, voltear boca abajo el aparato de cono de arena sobre la placa y abrir la válvula, cuando la arena cese de caer en el agujero, es necesario cerrar la válvula y levantar el conjunto (ver figura 4.3). A continuación es preciso recuperar tanta arena del hueco y la placa como sea posible (la arena de Ottawa es relativamente costosa), y colocarla en el saco provisto. d. Con esto termina el trabajo de campo y es posible entonces regresar al laboratorio. Figura 4.3 Medición del volumen 2. Trabajo de laboratorio inmediato. a. Cada grupo debe pesar la lata con suelo húmedo obtenida en el campo y registrar dicho peso en la línea “peso húmedo del material extraído” del registro de cálculos. Posteriormente, deberán tomarse muestras del suelo húmedo para determinar su contenido de humedad. b. Cada grupo debe pesar su recipiente con cono parcialmente vacío de arena, que restando a éste el peso del aparato, se tendrá el “peso de arena sobrante en el aparato” que deberá llevarse al renglón respectivo del registro de cálculos. c. Determinar el peso volumétrico de la arena utilizada en el aparato de cono de arena, de la siguiente manera: i. Pesar un molde patrón de compactación (944 ó 1,000 cm3) con su base ajustada. Checar su volumen. Nótese que cualquier recipiente disponible de volumen conocido y forma razonablemente regular puede utilizarse en lugar del molde de compactación. ii. Vaciar cuidadosamente dentro del molde arena a la misma altura aproximadamente a la cual la arena cae en el hueco en el terreno. Enrasar con gran cuidado al material en la parte superior con una regla metálica y pesar. iii. Repetir el paso ii) varias veces hasta obtener dos registros con muy buena concordancia (por ejemplo, dentro de los 10 g), promediar los resultados de estas dos medidas. El valor promedio de los pesos volumétricos deberá registrarse en el renglón “peso volumétrico de la arena” del registro de cálculos. d. Determinar el peso de arena necesario para llenar el cono y el espacio de la placa de base de la siguiente manera: i. Colocar la placa sobre una superficie plana, pesar el cono de arena con su recipiente adjunto lleno de arena y anotar dicho peso. ii. Voltear boca abajo el cono y la botella con la válvula y permitir que caiga arena hasta que se note que ha parado de fluir; a continuación cerrar la válvula. iii. Volver a cerrar la arena remanente en el recipiente. La diferencia entre los pesos obtenidos entre los pasos i) y ii) es el peso de arena necesario para llenar el cono y el espacio en la placa de base. Repetir esta serie de pasos hasta obtener un segundo valor. Promediar los valores. iv. Tomar el promedio de los valores obtenidos para el “peso del material retenido en el cono y el espacio de la placa de base”. v. Finalmente los datos obtenidos en los pasos anteriores apoyados en el formato permitirán calcular el grado de compactación para el hueco efectuado utilizando la ecuación: 34

Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II ( ) En donde: Gc(%) = grado de compactación del suelo, en porcentaje. γd = peso volumétrico seco del material obtenido en la obra. γdmax = peso volumétrico seco máximo del material obtenido en el laboratorio.

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Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS CONTROL DE LA COMPACTACIÓN. GRADO DE COMPACTACIÓN Camino: _______________________________________________ Tramo: ______________________________________________________

Fecha de prueba: _______________

Número de sondeo Ubicación Profundidad de sondeo DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE SONDEO 1. Peso del aparato de cono 2. Peso del aparato + Arena 3. Peso de la arena sobrante en el aparato 4. Peso de arena para llenar cono y placa 5. Peso de la arena empleada en el sondeo * 6. Peso volumétrico de la arena 7. Volumen del sondeo ** DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD 8. Número del recipiente 9. Peso arena húmeda + Recipiente 10. Peso arena seca + Recipiente 11. Peso arena seca 12. Peso del agua 13. Humedad del lugar (%) DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO SECO DEL LUGAR 14. Peso húmedo del material extraído 15. Peso volumétrico húmedo del material extraído *** 16. Peso volumétrico seco del lugar DETERMINACIÓN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN 17. Peso Vol. seco máximo de prueba de compactación 18. Humedad óptima (%) 19. Grado de compactación (%) **** TIPO DE PRUEBA: ___Porter ___Proctor Estándar CÁLCULOS: * (5) = (2) – (1) – [(3) + (4)] ** (7) = (5)/(6)

___Proctor Modificada

___Miniatura Harvard

*** (15) = (14)/(7) **** (19) = [(16)/(17)] x100

Calculó:________________________________________________ Observaciones:___________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ 36

Manual de laboratorio de Mecánica de Suelos II-Parte 1

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