ENSAYOS DE LABORATORIO DE MECÁNICA

DE SUELOS

LÍMITE LÍQUIDO -LÍMITE PLÁSTICO

A. OBJETIVOS:

B. MARCO TEÓRICO:

A. OBJETIVOS:

B. MARCO TEÓRICO:

Es el método lejos más utilizado. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.).

C. TRABAJO PRÁCTICO MATERIALES:

- Determinar el límite líquido y plástico del suelo del talud ubicado a costado del comedor universitario.

- Determinar por medio del índice de plasticidad el rango de plasticidad de un suelo.

DENSIDAD DE CAMPO: MÉTODO DEL CONO DE ARENA

- Obtener la densidad Húmeda de campo y la Densidad Seca de campo.

Cono de arena, balanza, martillo de metal, zincel, arena estandarizada, molde patrón de compactación, brocha y tara.

PROCEDIMIENTO DE CAMPO:

Determinación de la densidad aparente de la arena de ensayo:

a) Llenar el aparato de densidad con la arena de ensayo.b) Colocar el deposito limpio y seco sobre una superficie plana,

firme y horizontal, montar sobre el la placa base y asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa, procurando que la operación sea similar a la que va a realizarse en terreno.

c) Abrir la válvula, dejar fluir la arena y cerrar la válvula cuando la arena sobrepase el borde de la medida.

d) Retirar el aparato de densidad, la placa base y el exceso de arena, enrasar cuidadosamente sin producir vibración.

e) Determinar la masa de la arena que llena la medida, aproximando 1grs.

f) Determinar la densidad de la arena dividiendo la masa de arena que llena la medida por la capacidad volumétrica de la medida.

g) Repetir toda la operación cinco veces, elegir los tres resultados más próximos (que no difieran entre sí en más de 0,1%).

h) Determinar y registrar ka densidad aparente de la arena de ensayo como el promedio de los tres resultados elegidos, aproximando a 1g/ml.

Determinación de la masa de arena que llena el embudo:

a) Llenar el aparato de densidad con arena, determinar y registrar su masa, aproximando 1 grs.

b) Colocar la placa base sobre una superficie plana, firme y horizontal y asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa.

c) Abrir la válvula y mantenerla abierta hasta que la arena llene el embudo.

d) Cerrar la válvula bruscamente, determinar y registrar la masa del aparato más la arena remanente, aproximando 1 grs.

e) Determinar y registrar la pérdida de masa, como masa de la arena que llena el embudo, aproximando 1 grs.

Determinación del volumen de la perforación de ensayo

a) Preparar la superficie de la localización a ensayar de modo que este plana y nivelada.

b) Colocar la placa sobre esta superficie nivelada.c) Excavar dentro de la abertura de la placa base una

perforación de ensayo del tamaño máximo de partículas, cuidando de no alterar las paredes de suelo que delimitan la perforación. Los suelos esencialmente granulares requieren extremo cuidado.

d) Colocar todo el suelo excavado en un envase tapado y protegido de pérdidas y contaminaciones.

e) Determinar y registrar la masa del aparato de densidad con el total de arena aproximando 1 grs., asentar el aparato de densidad boca abajo sobre la placa, abrir la válvula y cerrar una vez que a arena ha dejado de fluir.

f) Determinar y registrar la masa del aparato más la arena remanente, aproximando 1 grs.

g) Determinar y registrar la pérdida de masa como masa de la arena empleada en el ensayo, aproximando 1 grs.

h) Recuperar la arena de ensayo y dejarla en un envase aparte hasta acondicionarla a fina que cumpla con los requisitos establecidos previamente para utilizarla nuevamente.

Determinación de la masa seca del material extraído de la perforación de ensayo

a) Inmediatamente de extraído el total del material excavado de la perforación de ensayo determinar y registrar la masa húmeda, aproximando 1 grs., mezclar completamente y mantenerlo protegido en un envase.

b) Extraer una muestra representativa de este material del tamaño indicado en la tabla, envasarla y determinar su humedad en el laboratorio según NCh 1515.

D. CÁLCULOS

OBRA: Analisis de estabilidad de talud

LUGAR: Espaldas de pabellon " B " (Costado del comedor universitario UNCP)

CALICATA Nº 1

7972 grs

3798 grs

3172 grs

1 2 37853 grs 7852 grs 7850 grs

6117 grs 6080 grs 6041 grs

1736 grs 1772 grs 1809 grs

PROMEDIO

4866 grs

6761 grs

1895 grs

0.00130 m3

1462 kg/m3

2402 grs

0.00164 m3

1931 kg/m3

PESO DE LA ARENA EN EL HUACO

VOLUMEN DEL HUECO

CALCULO PESO ESPECIFICO DEL SUELO

PESO INICIAL ARENA + FRASCO (Wo)

PESO. FINAL ARENA + FRASCO (Wf)

U.N.C.P UNIVERSIDAD NACIONAL EL CENTRO DEL PERUFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO (MÉTODO DEL CONO/ARENA)

CALCULO DEL PESO DE LA ARENA EN EL CONO

PESO INICIAL DEL CONO + FRASCO

PESO FINALL DEL CONO + FRASCO

PESO ESPECIFICO DE LA ARENA

CALCULO VOLUMEN DEL HUECO

PESO DEL SUELO DEL HOYO (Ws)

PESO DE ARENA EN EL CONO1772 grs

CALCULO DEL PESO ESPECIFICO DE LA ARENA

h= 17 cm

Di= 10 cm

PESO DEL MOLDE VACIO

PESO DEL MOLDE + ARENA

PESO DE LA ARENA

VOLUMEN DEL MOLDE

ENSAYO DE CORTE DIRECTO

A. OBJETIVO:

B. MARCO TEÓRICO:

2.1. CRITERIOS DE FALLA DE MOHR-COULOMB:

Esta teoría afirma que un material falla debido a una combinación crítica de esfuerzo normal y esfuerzo cortante, y no sólo por la presencia de un esfuerzo máximo normal o bien de un esfuerzo máximo cortante. La envolvente de falla definida por la ecuación siguiente, es una línea curva. Para la mayoría de los problemas de mecánica de suelos, es suficiente aproximar el esfuerzo cortante sobre el plano de falla como una función lineal del esfuerzo normal. Esta relación se escribe como:

S=C+σ . tan∅ .....(1)

2.2. ENSAYO DE CORTE DIRECTO:

La prueba de corte es más antigua y simple. El equipo consiste en una caja de corte metálica en la que se coloca el espécimen. Las muestras pueden ser cuadradas o circulares. La caja está cortada horizontalmente en dos partes. La fuerza normal sobre el espécimen se aplica desde la parte superior de la caja de corte. El esfuerzo normal sobre los especímenes debe ser tan grande como 1000 kN/m2. La fuerza cortante es aplicada moviendo una mitad de la caja respecto de la otra para generar la falla en el espécimen de suelo.

Figura. Diagrama para el arreglo de corte directo.Dependiendo del equipo, la prueba de corte puede ser controlada por el esfuerzo o por la deformación unitaria. En las pruebas controladas por el esfuerzo, la fuerza cortante es aplicada en incrementos iguales hasta que el espécimen falla, lo cual tiene lugar a lo largo del plano de separación de la caja de corte. Después de la aplicación de cada incremento de carga, el desplazamiento cortante de la mitad

- Obtener los parámetros de resistencia al esfuerzo cortante: ángulo de fricción y cohesión.

superior de la caja se mide por medio de un micrómetro horizontal. El cambio en la altura del espécimen (y por tanto el cambio de su volumen) durante la prueba se obtiene a partir de las lecturas del micrómetro que mide el movimiento vertical de la placa superior de carga.La fuerza cortante resistente del suelo correspondiente a cualquier desplazamiento cortante se mide por medio de un anillo de ensaye horizontal o con una celda de carga. El cambio de volumen durante la prueba se obtiene de manera similar a las pruebas controladas por el esfuerzo. La figura 05 es una fotografía del equipo de prueba de corte directo controlado por la deformación unitaria.

Figura 0. Equipo de prueba de corte directo.

El esfuerzo normal se calcula como

El esfuerzo cortante resistente

C. TRABAJO PRÁCTICO MATERIALES:

Dispositivo de carga, balanza, diales, piedra porosa.

PROCEDIMIENTO DE CAMPO:1. Se ensambla la caja de corte con los marcos alineados y se

bloquea.

2. Se introduce la muestra de ensayo con sumo cuidado. Se conecta el dispositivo de carga y se ajusta el dial para medir tanto la deformación durante el corte, como el cambio del espesor de la muestra y luego se determina el espesor inicial. La costumbre de humedecer las piedras porosas antes de la colocación y aplicación de la fuerza normal sobre las muestras, dependerá del tipo de problema en estudio.

3. Inmediatamente después de separar los tornillos fijadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja de corte, y el bloque o pistón de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo.

4. Después de aplicar la fuerza normal predeterminada, se llena el depósito de agua hasta un nivel por encima de la muestra, permitiendo el drenaje y una nueva consolidación de la misma. El nivel del agua se debe mantener durante el ensayo y en las fases siguientes de corte de tal manera que la muestra esté saturada en todo momento.

5. Se debe aplicar la fuerza de corte lentamente para permitir la disipación completa del exceso de presión de poros.

6. Comenzar el ensayo y tomar lecturas del deformímetro de carga, del desplazamiento cortante.

D. CÁLCULOS:

GRÁFICA DESPLAZAMIENTO LATERAL VS ESFUERZO DE CORTE:

INFORME : LMS - 2015PROYECTO : ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUDESSOLICITANTE : GRUPO 2UBICACIÓN : ESPALDAS PABELLON BFECHA : 42253

Sondaje : C - 1 1.00 m Velocidad: 0.25 mm/minMuestra : M - 1 Alterado

Altura: 21.00 mm Altura: 21.00 mm Altura: 21.00 mmDiámetro: 60.00 mm Diámetro: 60.00 mm Diámetro: 60.00 mmD. Seca: 1.80 gr/cm3 D. Seca: 1.80 gr/cm3 D. Seca: 1.80 gr/cm3Humedad: 7.32 % Humedad: 7.32 % Humedad: 7.32 %Esf. Normal: 2.00 kg/cm2 Esf. Normal: 4.00 kg/cm2 Esf. Normal: 8.00 kg/cm2Esf. Corte: 0.79 kg/cm2 Esf. Corte: 1.34 kg/cm2 Esf. Corte: 2.31 kg/cm2

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.000.03 0.06 0.03 0.03 0.11 0.05 0.03 0.12 0.060.06 0.12 0.06 0.06 0.18 0.09 0.06 0.21 0.110.12 0.19 0.10 0.12 0.26 0.13 0.12 0.38 0.190.18 0.24 0.12 0.18 0.32 0.16 0.18 0.50 0.250.30 0.28 0.14 0.30 0.43 0.22 0.30 0.65 0.320.45 0.31 0.16 0.45 0.53 0.27 0.45 0.84 0.420.60 0.38 0.19 0.60 0.61 0.31 0.60 0.97 0.490.75 0.41 0.20 0.75 0.68 0.34 0.75 1.03 0.510.90 0.44 0.22 0.90 0.75 0.37 0.90 1.13 0.571.05 0.47 0.23 1.05 0.79 0.39 1.05 1.23 0.611.20 0.50 0.25 1.20 0.84 0.42 1.20 1.33 0.661.50 0.55 0.28 1.50 0.94 0.47 1.50 1.51 0.751.80 0.60 0.30 1.80 1.02 0.51 1.80 1.66 0.832.10 0.63 0.32 2.10 1.09 0.54 2.10 1.79 0.892.40 0.66 0.33 2.40 1.15 0.57 2.40 1.86 0.932.70 0.69 0.34 2.70 1.20 0.60 2.70 1.94 0.973.00 0.71 0.35 3.00 1.25 0.62 3.00 2.03 1.023.60 0.72 0.36 3.60 1.30 0.65 3.60 2.17 1.094.20 0.74 0.37 4.20 1.33 0.66 4.20 2.23 1.114.80 0.77 0.38 4.80 1.34 0.67 4.80 2.31 1.155.40 0.77 0.39 5.40 1.31 0.65 5.40 2.29 1.146.00 0.79 0.40 6.00 1.28 0.64 6.00 2.17 1.08

ESPECIMEN 2 ESPECIMEN 3

Desp. Lateral (mm)

Esfuerzo de Corte

(kg/cm2)

Esfuerzo Normalizado

(τ/σ)

Desp. Lateral (mm)

LABORATORIO DE MEC. SUELOS Y MATERIALESENSAYO DE CORTE DIRECTO

ASTM - 3080

Profundidad:Estado:

Esfuerzo de Corte

(kg/cm2)

Esfuerzo Normalizado

(τ/σ)

Desp. Lateral (mm)

Esfuerzo de Corte

(kg/cm2)

Esfuerzo Normalizado

(τ/σ)

ESPECIMEN 1

COHESIÓN: 0.325 kg/cm2ÁNGULO DE FRICCIÓN: 36.8°

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.000.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50 ESPECIMEN 1 ESPECIMEN 2 ESPECIMEN 3

Desplazamiento Lateral (mm)

Esfu

erzo

de

Cort

e (k

g/cm

2)

GRÁFICA ESFUERZO NORMAL VS ESFUERZO DE CORTE:

1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.000.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

Esfuerzo Normal (kg/cm2)

Esfu

erzo

de

Cort

e (k

g/m

2)

SE TIENE:

ENSAYO DE GRANULOMETRÍA

A. OBJETIVOS:

B. MARCO TEÓRICO: 1.1. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO.

Proceso para determinar la proporción en que participan los granos del suelo, en función de sus tamaños. Esa proporción se llama gradación del suelo.

1.2. MÉTODO DEL TAMIZADO. Una vez se pasa el suelo por la estufa y se pulverice, se hace pasar por una serie organizada de tamices, de agujeros con tamaños decrecientes y conocidos, desde arriba hacia abajo. El primer tamiz, es el de mayor tamaño y es donde inicia el tamizado. Se tapa con el fin de evitar pérdidas de finos; el último tamiz está abajo y descansa sobre un recipiente de forma igual a uno de los tamices, y recibe el material más fino no retenido por ningún tamiz.

2.1. CURVA GRANULOMÉTRICA. Los resultados de los ensayos de tamizado y sedimentación se llevan a un gráfico llamado curva granulométrica. La curva se dibuja en papel semilogarítmico. Con la escala aritmética (ordenadas) los porcentajes en peso de partículas con f < que cada uno de los lados de las abscisas. En escala logarítmica (abscisas) los tamaños de los granos en milímetros. Esta escala, en razón de que los f varían de cm a mm.

Esta clasificación es necesaria en geotecnia, pero no suficiente. Se complementa siempre la granulometría con el ensayo de Límites de Atterberg, que caracterizan la plasticidad y consistencia de los finos en función del contenido de humedad.

- Poder clasificar nuestra muestra de suelo según el sistema SUCS y AASHTO.

- Graficar la curva granulométrica de acuerdo a los datos obtenidos en los cálculos respectivos.

- Determinar en forma cuantitativa la distribución de las partículas de la muestra de acuerdo a su tamaño.

C. TRABAJO PRÁCTICO MATERIALES:

Juego de tamices, bandeja, balanza, horno y tara.

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO:1. Se obtuvo la muestra de la calicata ubicada al costado del

comedor universitario, tras del pabellón B.2. Se llevó al laboratorio de suelos, en donde se procedió a

secarlo exponiéndolo al sol durante 4 horas.3. Se cuarteo la muestra para así tomar la muestra

representativa.4. A continuación se pesó la muestra seca, luego se paso a

lavarla. 5. Ya lavada la muestra se llevó al horno para el secado

respectivo, y se procede a pesar por segunda vez la muestra lavada.

6. Tamizamos la muestra lavada y seca, pesamos las partículas retenidas en cada número de malla y al final pesamos el total tamizado para asi calcular el porcentaje de error.

D. CÁLCULOS

TAMICES ABERTURA PESO RETENIDO % PARCIALASTM (mm) SECO (gr) RETENIDO RETENIDO PASANTE

2" 76.20 0.00 0.00 0.00 100.001 1/2" 50.30 102.00 2.93 2.93 97.07

1 " 38.10 399.00 11.45 14.38 85.623/4" 25.40 163.00 4.68 19.05 80.951/2" 19.05 294.00 8.44 27.49 72.513/8" 9.53 140.00 4.02 31.51 68.491/4" 6.35 239.00 6.86 38.36 61.64Nº 4 4.76 186.00 5.34 43.70 56.30Nª 10 2.00 414.00 11.88 55.58 44.42Nª 20 0.84 363.00 10.42 66.00 34.00Nª 30 0.59 264.00 7.58 73.57 26.43Nª 40 0.42 366.00 10.50 84.07 15.93Nª 60 0.30 389.00 11.16 95.24 4.76

Nª 100 0.15 109.00 3.13 98.36 1.64Nª 200 0.07 37.00 1.06 99.43 0.57FONDO 20.00 0.57 100.00 0.00

3485.00 100.00

% ACUMULADO

PESO ESPECIFICO VOLUMETRICO

A. OBJETIVO:

B. MARCO TEÓRICO: PESO ESPECÍFICO: En Mecánica de Suelos es la relación del peso de las distintas fases con sus respectivos volúmenes.

Ym=Peso específico de loa muestra del suelo.

Por definición se tiene:

Ys=Peso específico de la fase sólida del suelo.

DETERMINACIÓN EN LABORATORIO DEL PESO ESPECÍFICO DE LA MASA DE UN SUELO

C. TRABAJO PRÁCTICO MATERIALES:

- Determinar el peso específico

Balanza, pipeta,probeta, estufa, parafina, muestra de suelo.

PROCEDIMIENTO DE TRABAJO: 1. Obtenidas las tres muestras las colocamos sobre unos papeles en

los cuales está escrito el número de muestra correspondiente2. Pesar las muestras extraídas y anotar los pesos. 3. Derretiremos la parafina en una tara usando para este fin el horno

eléctrico.4. Parafinamos las 3 muestras inalteradas con un mínimo de 4

capas, con el fin de impermeabilizarlas para cuando este saturado en la probeta con agua.

5. Pesamos las muestras ya parafinadas.6. Llenar la probeta con agua hasta un volumen conocido (500 cm3),

para darle mayor precisión asistirnos de la pipeta.7. Introducir la muestra parafinada en la probeta, se producirá un

desplazamiento de volumen.8. El volumen desplazado en la probeta será el volumen del suelo

parafinado.

D.

CÁLCULOS:

1 2 3 UNIDAD48 49 48 gr.

119 104 92 gr.71 55 44 gr.

122 106 94 gr.PESO DE MUESTRA + PARAFINA 74 57 46 gr.

500 500 500 cm3538 530 520 cm3

38 30 20 cm3

3.00 2.00 2.00 gr3.33 2.22 2.22 cm3

2.05 1.98 2.48 gr/cm3

gr/cm3PROMEDIO 2.17

VOLUMEN FINAL (cm3)

RESULTADOS

ΔV= Vfinal - Vinicial= Vsuelo + parafina

W parafina

V parafina

peso especifico

VOLUMEN INICIAL (cm3)

PESO DE LA TARA

PESO DE LA TARA + LA MUESTRA

PESO DE LA MUESTRA (Wsuelo)

PESO DE TARA + MUESTRA + PARAFINA

PESO ESPECIFICO VOLUMETRICO DEL SUELO USANDO PARAFINA