Laboratorio GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO (PROCEDIMIENTO)

Para la realizacion de este ensayo de laboratorio se procedio a elaborar una planilla practica la cual nos permitira tomar todos los datos y de esta forma no olvidar ninguno, y seguir una secuencia adecuada para relaizar d emejor forma los calculos de este ensayo de laboratorio.

Laboratorio GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO (PROCEDIMIENTO)

4. PROCEDIMIENTO

4.1. Mezclar entre 100 y 120 g ( el peso no es importante en este punto) de suelo secado al aire con agua en

un recipiente evaporado para formar una pasta cremosa. Si no se utiliza un mezclador eléctrico, remojar el suelo entre 20 y 320 minutos.

4.2. Transferir la pasta al mezclador electivo añadir agua hasta formar una mezcla de cerca de 200 ml de suelo-agua. Batir de 5 a 10 minutos.

4.3. Pesar el frasco volumétrico vacío, a continuación llenar el frasco con agua desaireada, tener mucho cuidado en no introducir aire al agua por agitación excesiva. Como alternativa, es posible aplicar vacío por unos minutos después de haber llenado el frasco hasta ¾ de su capacidad. Llenar con agua hasta la marca y pesar Wbw. Registrar la temperatura de forma que la mezcla agua suelo se encuentre a la misma temperatura aproximada dentro de 1°C.Este paso se puede omitir si existe una curva de calibración del frasco.

4.4. Llenar con la mezcla agua suelo el frasco hasta completar 2/3 o ¾ de la capacidad del frasco.

4.5. Aplicar vacío y debes en cuando verificar la eficiencia del mismo.

4.2. Cuando el proceso de desaireado este completo añadir agua cuidadosamente hasta completar el volumen

del frasco en la marca volumétrica que posea.

4.3. Pesar la botella y su contenido Wbws con aproximación de 0.01 g y registrar la temperatura para entrar

a la curva de calibración del frasco y encontrar Wbw o que la temperatura este dentro de 1°C de la temperatura utilizada para encontrar Wbw.

4.7. Vaciar el contenido dentro del frasco dentro de un recipiente ya pesado y llevar el conjunto al horno para evaporar el agua, Ya completado el secado registrar el peso seco que correspondería a Ws.

4.1. Repetir el ensayo dos veces mas y calcular Gs para los tres se promedia los valores que cumplan la

siguiente relación:

Mayor valor de Gs MENOR O IGUAL A 1.02

Menor valor de Gs

Luego de obtenido este par de valores Gs, obtener su promedio y redondear a la 0.01 más cercana y registrar este valor como el Gs del suelo.

Laboratorio GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO (FUNDAMENTO TEORICO)

3. EXPOSICION GENERAL

La gravedad especifica Gs de un suelo sin ninguna clasificación se toma como el valor promedio para los granos del suelo.

El valor de la gravedad es necesario para calcular la relación de vacíos de un suelo, se utiliza en el análisis de hidrómetro y es útil para predecir el peso unitario del suelo. La gravedad especifica de cualquier sustancia se define como el peso unitario en cuestión dividido por el peso unitario del agua destilada a 4°C. Así, si sé consideran solamente los granos del suelo se obtiene Gs como:

Gs = gmaterial

gagua a 4°C

La misma forma de ecuación se utiliza para definir la gravedad especifica del conjunto, la única diferencia en esa definición es el gmaterial. La gravedad especifica del material puede también calcularse utilizando cualquier relación de peso de la substancia al peso del agua siempre y cuando se consideren los volúmenes iguales de material y substancia.

Gs = Ws/V

Ww/V

ES evidente que esto es cierto ya que los términos de volúmenes se cancelan.

Nótese, sin embargo, que si no se cancela V en la segunda ecuación se obtendría la primera ecuación.

El problema consiste en obtener el volumen de un peso conocido de granos de suelo y dividirlo por el mismo volumen de agua, es decir aplicar la segunda ecuación, pues esta forma es más difícil de captar como también de lograr en el laboratorio. El volumen de un peso conocido de partículas se puede obtener utilizando un recipiente de volumen conocido y el principio de Arquímedes, según el cual un cuerpo sumergido dentro de una masa de agua desplaza un volumen de agua igual al del cuerpo sumergido.

El recipiente volumen conocido es el frasco volumétrico al cual se le mide un volumen patrón de agua destilada a 20°C. A temperaturas mayores, el volumen será ligeramente mayor; a temperaturas menores a 20°C el volumen será ligeramente menor.. Como el cambio sufrido en el volumen es pequeño para desviaciones de temperatura pequeñas en el fluido, y además es relativamente fácil mantener la temperatura de ensayo a 20°C, es posible aplicar una corrección aproximada de temperatura para desviaciones pequeñas de temperatura en los cálculos del ensayo, que permite una aproximación satisfactoria sin necesidad de recurrir a determinar el cambio en el contenido volumétrico del frasco con la temperatura. Alternativamente se puede desarrollar una curva para cualquier frasco volumétrico dado de la siguiente forma

1. Limpiar cuidadosamente el frasco.

2. Llenar con agua destilada a temperaturas conocidas

3. Hacer una gráfica del peso (Wbw) contra T°C ( mínimo 4 puntos, por ejemplo 16, 20, 24 y 28°C)

La mayor fuente de error durante el ensayo proviene de la mala desaireación de la mezcla suelo-agua. El agua contiene en condiciones normales, aire disuelto. Las partículas de suelo también contienen aire, y si este aire no se remueve de ambos materiales, el volumen de aire produce disminución en el peso Wbws bastante grande. Lo cual da un menor valor de Gs ya que Wbs + Ws – Wbws resulta mayor otra fuente de error, que puede ser importante, es la utilización de balanzas desajustadas o la practica de pesar en diferentes balanzas durante el ensayo.

Se puede lograr la deaireación adecuada aplicando vacío y/o calentando. El vacío es aplicable para arenas, arcillas y limos. En suelos orgánicos es aconsejable dejar hervir cerca de 30 minutos la mezcla agua-suelo.

El tiempo de aplicación de vacío pude variar entre unos pocos minutos y

6 a 8 hrs. Para suelos plásticos

4 a 6 hrs para suelos de baja plasticidad

La eficiencia de la remoción de aire puede mejorarse para cualquier suelo haciendo hervir por 10 minutos y teniendo cuidado de que la muestra no se seque o que el material salpique fuera del frasco. El desaireado puede verificarse de la siguiente forma:

(1) Aplicando vacío al frasco lleno entre la mitad y los ¾ con la mezcla suelo agua, por un tiempo; a continuación

(2) Llenando el frasco hasta unos 20 mm por debajo de la marca del frasco con agua desaireada y con temperatura estabilizada.

(3) Volviendo a aplicar vacío por varios minutos y marcando con un lápiz de color adecuado el nivel de agua en el cuello del frasco

(4) Retirando cuidadosamente la tapa del cuello para romper el vacío, si el nivel de agua sube más de 3 mm, el desaireamiento será suficiente.

Laboratorio GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO (EQUIPO)

2. EQUIPO

• Frasco volumétrico preferiblemente de 250 o 500 ml
• Bomba de vacío
• Mortero con mango
• Balanza de precisión 0.1 g
• Recipientes
• Horno

Matraces, Termómetro, Bomba de vacío

y Mezclador mecánico

Laboratorio GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SÓLIDOS DEL SUELO (REFERENCIAS Y OBJETIVOS)

REFERENCIAS

AASHTO T100 – 70

ASTM D854 – 58

Manual de laboratorio Joshep Bowles

I.N.V.E – 128

1. OBJETIVO

Obtener la gravedad especifica de la masa de cualquier material compuesto por partículas pequeñas cuya gravedad especifica sea mayor que 1.00. Esta practica es aplicable específicamente a agregados finos (o arenas) como los utilizados en mezclas de concreto y asfalto.

Laboratorio CONSOLIDACION (CALCULOS III)

5.4 Es posible hacer relaciones graficadas entre:

Relación de vacíos contra presión

Deformación unitaria contra presión.

5.4.a Gráfica relación de vacíos e contra la presión. Esta gráfica se hace utilizando el logaritmo

de la presión

Relaciones entre el cambio en relación de vacíos y la altura.

De la figura es evidente que mientras el esqueleto del suelo se deforma, como resultado de una disminución de los vacíos, la cantidad total de sólidos permanece constante. Por consiguiente, la relación de vacíos inicial, ei, es:

El cambio de altura +H se obtiene a partir de las lecturas del deformimetro para cada incremento de carga; así, el cambio en relación de vacíos se puede calcular fácilmente.

De una gráfica aritmética de e contra presión es posible obtener el coeficiente de compresibilidad av

5.5 Dibujada la curva relación de vacíos escala aritmética contra logaritmo de presión se halla la presión de preconsolidación así:

a. En el punto de mayor curvatura, estimado al ojo, dibujar una tangente a la curva.

b. Por ese punto de tangencia dibujar una línea horizontal.

c. Bisectar el ángulo formado en los pasos a y b anteriores.

d. Extender la parte recta de la línea e contra log p ( o Î contra log p ) hasta que intercepte la línea bisectriz del ángulo.

e. Trazar una línea vertical hasta el eje de las abscisas, y leer el valor de la presión p correspondiente. Si p = po, la presión geostática calculada el suelo se encuentra normalmente consolidado. Si p > po, el suelo esta preconsolidado y este valor de p debería identificarse como pc, o sea presión de consolidación.

Laboratorio CONSOLIDACION (CALCULOS II)

5.2 La cantidad de deformación producida en la muestra bajo una carga dada se registra como parte de los datos del ensayo a diferentes intervalos de tiempo. Esta información se obtiene ajustando un deformimetro para tomar mediciones de la deformación de la muestras a ciertos intervalos de tiempo. El intervalo de tiempo total para consolidar de la muestra bajo un incremento de carga dado puede ser entre 24 y 48 horas o más para poder dar a todas las lecturas la misma importancia los gráficos se presentan usualmente en una gráfica semilogaritmica de lectura del deformimetro (DR) contra tiempo(tiempo en escala logarítmica) en minutos para cada incremento de carga. La mayor parte de la compresión de la muestra ocurre en los primeros instantes después de la aplicación de la carga, por consiguiente es necesario dar a esta parte de la curva tanta importancia como la que se da a la parte final de la misma.

5.3 Los datos tiempo-asentamiento se presentan como una gráfica de lectura del deformimetro contra log

en tiempo minutos. De esta gráfica se puede obtener D100( la lectura correspondiente al 100% de

consolidación, o U = 100%), Do, D50, y los tiempos correspondientes t100, t50, etc.

Para que esto ocurra y para cada incremento de carga.

5.3.a Para obtener D100 ( el cual se define arbitrariamente) a partir de la lectura de deformación contra logaritmo del tiempo, es necesario dibujar tangentes en la parte central y final de la curva. En la intersección de las tangentes, proyectar horizontalmente hasta el eje de las ordenadas para leer D100. Para obtener t100 ( el tiempo al cual ocurre esta cantidad de compresión), se debe proyectar horizontalmente desde la intersección de las tangentes hasta la curva, luego verticalmente hacia abajo hasta el eje de las abscisas para registrar el valor de tiempo correspondiente.

5.3.b Para obtener Do(lectura teórica del deformimetro en t = 0 ya que es imposible en un gráfico semilogaritmico localizar el punto para t = 0) en el gráfico semilogaritmico, si la parte inicial de la curva es parabólica, seleccionar un tiempo t1 y un t2 = 4 t1.

Medir la ordenada Y, desde t1 hasta t2 sobre la curva y desplazar este mismo valor Y, verticalmente encima de t1. Dibujar una línea horizontal sobre este punto y llamar el intercepto de esta línea con el eje de las lecturas de deformimetro Do.

Con D0 y D100 definidos es posible obtener la lectura de deformimetro correspondiente al 50% de consolidación D50 como:

D50 = Do + D100

2

5.3.c. El valor de t50 puede obtenerse a partir de la curva de deformación contra tiempo entrando con el valor D50.

5.3.d Con el tiempo para el 50% de la consolidación, t50 (usualmente) o cualquier otro tiempo podrá utilizarse para encontrar el coeficiente de consolidación cv.

cv = TH²

t

donde T = factor tiempo (0.197 para U = 50%), dado en la tabla 1 para dos casos de presión de poros

t = tiempo para el correspondiente factor de tiempo T (sí T = 0.197, utilizar el tiempo transcurrido correspondiente a t = t50)

H=longitud promedio para el máximo camino de drenaje durante el incremento de carga dado( y la muestra es doblemente drenada, H será igual a la mitad de la altura promedio de la muestra durante la aplicación del incremento de carga dado).
Tabla 1

Factores de tiempo para las distribuidores de presión indicadas

U% Caso I

0 0.000

10 0.008

20 0.031

30 0.071

40 0.126

50 0.197

60 0.287

70 0.403

80 0.567

90 0.848

El coeficiente de consolidación se presenta usualmente en una gráfica como cv contra logaritmo de la presión p, generalmente la misma gráfica de relación de vacíos contra logaritmo de la presión a una diferente escala de ordenada (natural).

Laboratorio CONSOLIDACION (CALCULOS)

5. CALCULOS

Los datos del experimento de consolidación se obtienen del ensayo y se utilizan de la siguiente forma:

5.1 Peso, dimensiones (altura y diámetro), y contenido de humedad natural inicial del

espécimen utilizado en el ensayo, de forma que se pueda calcular la relación de vacíos

inicial eo y la sección transversal del anillo A, la altura inicial Hi de la muestra.

El volumen de la muestra puede determinarse a partir de Hi y A, pero puede también

calcularse como :

Vt = Vs + Vw

Donde Vs y Vw son los volúmenes de sólidos y agua respectivamente. El volumen de agua

puede calcularse a partir del contenido de la humedad si la determinación es confiable, al

comienzo del experimento como:

Vw = wWs - wWs

Gwgw

Como la gravedad especifica y el peso unitario pueden tomarse como 1.00 sin error

apreciable.

El volumen del agua final Wwf puede conocerse al determinar la cantidad de agua que se

evapora en el proceso de secado al horno de la muestra al final del ensayo. En ese momento

la saturación debe ser el 100%. Este procedimiento de obtención del volumen de agua y

conjuntamente conociendo el cambio total de altura +H durante el ensayo, de la siguiente

forma:

Hf = Hinicial - +H ( altura inicial de la muestra y utilizar las lecturas del deformimetro)

Vinicial = Hf x A = Hs x A + Vwf (volumen = sólidos + agua)

De lo cual se puede obtener la altura de sólidos Hs como:

Hs = Hf – Vwf

A

A = área del anillo de consolidacion

La altura inicial de vacíos puede calcularse como:

Hv = Hinicial – Hs

Y la relación de vacíos inicial ei, es :

ei = Hv

Hs

Un control adicional del valor calculado de Hs se obtiene si se conoce la gravedad especifica de los suelos; a manera de alternativa, se puede calcular Gs de Hs y el peso de los sólidos Ws y si el valor no es razonable, es posible intentar algún otro método de reconciliación entre diferentes ítems de información del ensayo para obtener valores razonables tanto de Hs como de Gs.

Laboratorio CONSOLIDACION (PROCEDIMIENTO)

4. PROCEDIMIENTO

1.1. Moldee cuidadosamente una muestra dentro del anillo de consolidación.

De la raspadura obtenida en el proceso del moldeado tomar una muestra representativa y determinar la gravedad específica Gs.

Pesar la muestra y determinar la altura Hi y el diámetro de la muestra.

1.2. Colocar la muestra de suelo en el consolidómetro con una piedra porosa saturada sobre cada cara.

Asegurarse que las piedras estén bien colocadas para que puedan entrar en el anillo y el ensayo

pueda avanzar satisfactoriamente.

Colocar el consolidómetro en el aparato de carga y ajustar el deformímetro de carátula; recordar

que se debe permitir una posible compresión de la muestra de 4 a 12 mm.

Aplicar una carga de inicialización de 5 kPa (para suelos blandos), a 10 (para suelos duros) kPa.

1.3 En el momento conveniente, aplicar el primer incremento de carga (carga adicional suficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y simultáneamente tomar lecturas de deformación a tiempos transcurridos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 39, 60, 120 min, a continuación por ejemplo , 4, 8, 16, horas etc.

Y hasta que haya poco cambio en la lectura( lectura de deformación contra log t).

4.4. Después de 24 horas o como se haya establecido, o cuando +H entre dos lecturas sea muy pequeño, cambiar la carga al siguiente valor y nuevamente tomar las lecturas a intervalos de tiempo controlados.

4.5. Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformación contra tiempo discurrido a través de todo el rango de cargas del consolidómetro.

4.6. Colocar la muestra con todo el material exprimido fuera del anillo en el horno al final del experimento para encontrar el peso de sólidos Ws y lograr el calculo del volumen final de agua Vwf 

Laboratorio CONSOLIDACION (FUNDAMENTO TEORICO)

3. EXPOSICION GENERAL

Cuando se somete un suelo a un incremento en presión ( o carga), ocurre un reajuste da la estructura del suelo que podría considerarse primeramente como una deformación plástica correspondientes a una reducción en la relación de vacíos. Puede producirse también una pequeña cantidad de deformación elástica pero considerando la magnitud de las cargas involucradas y el hecho de que el módulo de elasticidad de los granos de suelo sea del orden de 20Mpa de la deformación elástica es despreciable.

Cuando se aplica una carga a un suelo de grano grueso completamente seco, parcial o completamente saturado, o cuando la carga se aplica a suelo seco, el proceso de deformación plástica con reducción en la relación de vacíos tiene lugar en un periodo de tiempo tan corto que es posible considerarlo como instantáneo. Esto puede explicarse en suelos secos por el hecho de que el aire tiene poca viscosidad y es muy fácilmente comprimido; de esa forma los sólidos no presenta ninguna resistencia al flujo hacia fuera del fluido de los poros, a medida que los vacíos del suelo se reducen. En el caso de un suelo de grano saturado o parcialmente saturado, el coeficiente de permeabilidad k es suficientemente grande par que el agua de los poros también pueda salir casi instantáneamente.

Cuando ase aplica una carga a un suelo de grano fino saturado parcial o totalmente el tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción en la relación de vacíos es mucho mayor, y para este proceso dependerá de varios factores entre los cuales los principales son:

1. Grado de saturación

2. El coeficiente de permeabilidad del suelo

3. Las propiedades del flujo de los poros

4. La longitud de la trayectoria que debe recorrer el fluido expulsado de la muestra para encontrar equilibrio.

Se define como consolidación la deformación plástica debida a reducción en la relación de vacíos (generalmente llamada asentamiento) la cual es función del tiempo y del exceso de presión de poros.

Consolidación inicial Reducción casi instantánea en el volumen de la masa de un suelo bajo una carga aplicada, que precede a la consolidación primaria, debida principalmente a la expulsión y compresión del aire contenido en los vacíos del suelo.

Consolidación primaria Reducción en el volumen de la masa de un suelo originada por la aplicación de una carga permanente y la expulsión del agua de los vacíos, acompañada por una transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo.

Consolidación secundaria Reducción en el volumen de la masa del suelo, causada por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa, luego de que la mayor parte de la carga ha sido transferida a las partículas sólidas del suelo.

El ensayo de laboratorio es unidimencional por el hecho de que con un anillo metálico parta confinar la muestra, no se permite flujo o movimiento de agua en un sentido lateral. Todo el flujo de agua sucede en un sentido vertical. En el terreno ocurre algo de movimiento lateral de agua y algo de movimiento lateral del suelo.

El ensayo de consolidación en el laboratorio se hace sobre una muestra que tiene entre 20 y 40 mm de espesor colocada en un anillo de metal confinante de diámetro entre 45 y 113 mm (100 cm²)

Existen dos tipos de anillos el fijo y el flotante el fijo facilita la medición del coeficiente de permeabilidad. La relación diámetro/altura debe ser > 2.5.

En el ensayo de consolidación se avanza aplicando cargas en una proyección geométrica con una relación incrementar, +p/p = 1 con una secuencia típica como sigue.

25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600 ( y algunas veces 3200) kPa.

Una secuencia alternativa podría ser

5, 10, 20, 40, 80, 160 …etc., kPa o

0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 kg/cm² etc

Laboratorio CONSOLIDACION (EQUIPO)

2. EQUIPO
Consolidómetro Deformímetro de carátula con lectura de 0.01 mm de precisión. Equipo de cargas
Cronómetro de bolsillo o de pared Equipo para moldeo de muestra.

Consolidometro

Cámara de consolidación y piedras porosas

Laboratorio CONSOLIDACION (REFERENCIAS Y OBJETIVO)

REFERENCIAS


AASHTO T216 - 66

ASTM D2435 - 70

Manual de laboratorio Joshep Bowles

I.N.V.E – 151

1. OBJETIVO


Este método se refiere al procedimiento para determinar la rata y la magnitud de la consolidación de muestras de suelos cuando se confinan lateralmente y se cargan y drenan axialmente.

Laboratorio COMPRESION INCONFINADA (CALCULOS)

5. CALCULOS

La deformación unitaria e se calcula de la mecánica de materiales como

e = +L / Lo

Donde : +L = deformación total de la muestra

Lo = long. Original de la muestra, en mm.

El esfuerzo instantáneo s del ensayo sobre la muestra se calcula como:

esfuerzo = P/A’

Donde P = carga sobre la muestra en cualquier instante para el correspondiente valor de +L.

A’ = arrea de la sección transversal de la muestra para la carga correspondiente P.

En mecánica de suelos es practica convencional corregir el área sobre la cual actúa la carga P. Una de las razones para esta corrección es permitir cierta tolerancia sobre la forma como el suelo es realmente cargado en el terreno. Se calcula como:

Vt = Ao Lo

Pero después de algún cambio de +L en la longitud de la muestra;

Vt = A’(Lo - +L)

Igualando las ecuaciones, cancelando términos y despejando en área corregida A’, se obtiene

A’ = Ao /(1-e)

Laboratorio COMPRESION INCONFINADA (PROCEDIMIENTO)

4. PROCEDIMIENTO

4.1. Preparar muestras que cumplan con la relación L/d entre dos y tres.

4.2. Colocar las muestras en cámara húmeda y dejarlas hasta que les toque el turno para falla evitando así la perdida de humedad que experimentaría en el exterior. Calcular la deformación correspondiente al 20% de deformación unitaria para las muestras mientras se espera turno para la maquina, de forma que se pueda saber cuando termina el experimento si la muestra recibe carga sin mostrar pico antes de dicha deformación unitaria suceda.

4.3. Calcular la densidad de las muestras y pesar latas para contenido de humedad de la muestra después de

terminar el experimento.

4.4. Alinear la muestra en la maquina de compresión.

4.5. Establecer el cero en el equipo de carga (suministrando una pequeña carga sí se usa celda 0.5 kg)

Prender la maquina y tomar lecturas en la celda de carga y en el deformimetro ( sí se hace con

deformación controlada) y en la celda a determinado tiempo (sí se hace con velocidad controlada)

Realizar las lecturas correspondientes hasta que suceda uno de los siguientes :

a. La carga sobre la muestra decrece significativamente.

b. La carga se mantiene constante por cuatro lecturas.

c. La deformación sobrepasa significativamente el 20% de la deformación unitaria.

4.6. Determinar la deformación unitaria, el área corregida, y el esfuerzo unitario, para suficientes lecturas ( unos 8 a 10 puntos bien espaciados) para determinar la curva esfuerzo – deformación unitaria adecuadamente.

4.7. Dibujar los resultados en una hoja de papel milimetrado; mostrar qu como el esfuerzo pico para cada ensayo. Asegurarse de dibujar la deformación unitaria como abscisa.
4.8. Dibujar el circulo de Mohr utilizando el valor qu y mostrar la cohesión del suelo si no se dibuja con un compás el informe es inaceptable.

Laboratorio COMPRESION INCONFINADA (FUNDAMENTO TEORICO)

Cuando se introdujo por primera vez el método de ensayar muestras de suelo cohesivo recuperadas con tubos del campo en compresión simple, fue aceptado ampliamente como un medio para encontrar rápidamente la resistencia al corte de un suelo. Utilizando la construcción del circulo de Mohr, es evidente que la resistencia al corte o cohesión (símbolo c ) de una muestra de suelo puede ser calculada aproximadamente como:

c = qu/2

donde qu se utiliza siempre para representar la resistencia a la compresión inconfinada del suelo. Este calculo se basa en el hecho que el esfuerzo principal menor s3 es cero (atmosférico) y que el ángulo de fricción interna

f del suelo se supone cero. Esta condición f = 0 es la misma obtenida en el ensayo no consolidado no drenado del experimento Triaxial sobre un suelo saturado.

El experimento de compresión inconfinada puede hacerse con control de deformación unitaria o control de esfuerzo. El experimento de deformación unitaria es casi universalmente utilizado, pues simplemente controlar la velocidad de avance de la plataforma de carga. Para garantizar buenos resultados es conveniente una velocidad de deformación unitaria entre 0.5 y 2%/min( es decir, un espécimen de 50 mm a una tasa de deformación unitaria de 1% debería comprimirse a una velocidad de 0.50 mm / min). Esto se debe hacer debido a que el ensayo es bastante sensible a la tasa de deformación unitaria.

El ensayo debe hacerse antes de 10 minutos para que la humedad de La muestra no se altere.

Las muestras de suelos se prueban hasta que la carga en la muestra comience a decrecer o hasta que por lo menos haya desarrollado una deformación unitaria del 20% .

Se efectúan cálculos de esfuerzo y deformación unitaria axial de forma que se pueda dibujar una curva esfuerzo – deformación unitaria para obtener el máximo esfuerzo que se toma como la resistencia a la compresión inconfinada qu del suelo.

La relación longitud diámetro de las muestras para el experimento debería ser suficientemente grande para evitar interferencias de planos potenciales de falla a 45° y suficientemente corta para no obtener falla de columna. La relación L/d que satisface estos criterios es

2 < L/d < 3.

Laboratorio COMPRESION INCONFINADA (EQUIPO)

EQUIPO

Marco de carga con celda y deformimetro

Aparato de Compresión (prensa con anillo de carga o celda de carga, y velocidad controlada)

Balanzas

Horno

Recipientes metálicos para humedad.

Cronometro.

Calibrador.

                                   Equipo para ensayo de compresion Inconfianda

Laboratorio COMPRESION INCONFINADA (REFERENCIAS Y OBJETIVO)

REFERENCIAS

AASHTO T208 – 70

ASTM D2216 – 66

Manual de laboratorio Joshep Bowles

I.N.V.E – 152

1. OBJETIVO

El objeto de esta Norma es indicar la forma de realizar el ensayo para determinar la resistencia a la compresión inconfinada de suelos cohesivos bajo condiciones inalteradas o remoldeadas, aplicando carga axial, usando cualquiera de los métodos de resistencia controlada o deformación controlada.

Laboratorio ENSAYO DE CORTE DIRECTO (FUNDAMENTO TEORICO)

El ensayo de corte directo induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado sobre una muestra de suelo. Sobre este plano actúan dos fuerzas o esfuerzos , un esfuerzo normal debido a una carga vertical Pv aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicación de una carga horizontal Ph. Estos esfuerzos se calculan simplemente como:

s n = Pv/A

t = Ph /A

Donde A es el area nominal de la muestra ( o de la caja de corte) y usualmente no se corrige para tener en cuenta el cambio de area causada por el desplazamiento lateral de la muestra Ph.

Estos esfuerzos deberian satisfacer la ec. De Coulomb :

t = c + s n tan f

Como en esta ecuación existen dos cantidades desconocidas (c y f ) , se requieren obtener dos valores, como mínimo, de esfuerzo normal y esfuerzo cortante para obtener una solución.

Como en esfuerzo cortante t y el esfuerzo normal s n tienen el mismo significado dado en la construcción del circulo de Moho, en lugar de resolver una serie de ecuaciones simultaneas para c y tan f, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados los valores de t contra s n ( generalmente con t como las ordenadas), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos resultantes, o del promedio del lugar geométrico de los puntos, y establecer la pendiente de la línea como el ángulo y el intercepto con el eje t como la cohesión c.

Los ensayos de corte se pueden clasificar como sigue:

Ensayo no consolidado no drenado o ensayos U. El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo carga normal Pv. Si el suelo es cohesivo, y saturado, se desarrollara exceso de presión de poros. Este análogo al triaxial no consolidado no drenado.

Ensayo consolidado no drenado. Se aplica la fuerza normal, y se observa el movimiento vertical del deformimetro hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza cortante.

Este ensayo puede situarse entre los ensayos triviales consolidado no drenado y consolidado drenado.

Ensayo consolidado drenado La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya desarrollado todo el asentamiento; se aplica a continuación la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la muestra. Este es análogo al triaxial consolidado drenado.

Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, este la muestra saturada o no, y por

supuesto la tasa de aplicaron del corte no es demasiado rápida.

PLANILLA DE ENSAYO

Laboratorio ENSAYO DE CORTE DIRECTO (CALCULOS)

5. CALCULOS

Los siguientes cálculos son aplicables a suelos cohesivos y no cohesivos.

1. Calcular el esfuerzo normal nominal como:

s n = Pv/A

Donde A = arrea de la sección transversal de la muestra de suelo en la caja de corte

Pv = carga total nominal incluido el peso del pistón y el soporte.

2. Dibujar una curva de deformación unitaria Î% contra esfuerzo cortante t para obtener el mayor valor del esfuerzo cortante ultimo.

t = Ph (ultimo)

A

3. Dibujar el valor del esfuerzo cortante t contra s n para el ensayo. Trazar una línea recta a través de los puntos dibujados. Asegurarse de utilizar la misma escala tanto en la ordenada como en la abscisa. Obtener él intercepto de cohesión si existe con el eje ordenado y medir la pendiente de la línea para obtener el ángulo de fricción interno.

e% = Deformación horizontal/ Lado de la caja de corte *100

Laboratorio ENSAYO DE CORTE DIRECTO (PROCEDIMIENTO )

A. SUELO COHESIVO

1. Moldear cuatro o tras muestras de suelo tomadas de un bloque grande o de una muestra de tubo con suficiente diámetro. Utilizar el anillo cortante con una capa delgada de parafina. Se debe mantener la muestra en un ambiente de humedad controlada.

2. Colocar cuidadosamente la muestra en la caja removiéndola del anillo con ayuda del pistón de carga. (previamente se ha colocado una piedra porosa saturada dentro de la caja junto con su platina perforada)

3. Colocar el pistón y su piedra porosa, ajustar el deformimetro y aplicar la carga vertical Pv.

4. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformimetro vertical igual que para el ensayo de consolidación y determinar cuando la consolidación haya terminado.

5. Separar las dos cajas con ayuda de los tornillos.

6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformimetro de carga y del deformimetro de desplazamiento horizontal ( o de tiempo sí se hace con velocidad controlada).

7. Utilizar una tasa de deformación unitaria del orden de 0.5 a no más de 2 mm/min.

8. No utilizar tasa de deformación demasiado altas ya que es posible que la carga pico de corte este entre dos lecturas. La tasa de deformación unitaria debería ser tal que la muestra falle en 5 a 10 minutos a menos que el ensayo sea de tipo CD.

La velocidad de deformación para el ensayo CD debería ser tal que el tiempo para que la falla ocurra tf sea:

tf = 50t50

donde t50 es el tiempo necesario para ocurra el 50% de la consolidación bajo la carga vertical Pv.

9. Remover el suelo y tomar muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos con dos o más muestras adicionales.

Laboratorio ENSAYO DE CORTE DIRECTO (PROCEDIMIENTO)

PROCEDIMIENTO
A. SUELO NO COHESIVO – TRABAJO DE LABORATORIO

1. Pesar un plato grande de arena seca( o mojada con el contenido de humedad conocido con exactitud)
2. Ensamblar cuidadosamente la caja de corte y colocar la piedra porosa inferior (esta puede ir saturada) junto con la platina perforada y con nervaduras.
3. Colocar la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde de la superficie del anillo y colocar el pistón de carga (incluyendo la piedra porosa).
Obtener el espesor de la muestra de suelo.
4. Aplicar la carga normal Pv deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento vertical, recordar que el pistón y el soporte de carga aportan peso.
5. Dejar consolidar para suelos no cohesivos esto es instantáneo.
6. Separar dos partes de la caja utilizando los tornillos de separación que el anillo posee.
La separación debe ser algo superior al máximo tamaño de grano observado en la muestra.
7. Ajustar el deformimetro para medir el desplazamiento en cortante ( sí se hace con deformación controlada).
8. Para ensayos saturados saturar la muestra llenando la caja de corte y permitiendo transcurrir un suficiente tiempo para la saturación.
9. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformimetro de carga junto con las del deformimetro de desplazamiento ( si se controla con tiempo a unos intervalos de tiempo dados)
10. Utilizar una tasa de deformación unitaria de 0.5 a no más de 2 mm/min.
La tasa de deformación unitaria debe ser tal que falle entre 2 y 5 minutos.
11. Retirar la arena de caja y repetir todos los pasos para dos muestras mas tratando que la densidad lograda en las nuevas muestras sea la misma que en la primera, con incrementos en la carga vertical Pv, doblándola cada vez (así por ejemplo 4, 8, 16 kg mas el peso del pistón y el soporte.)

Laboratorio ENSAYO DE CONSOLIDACION(PROCEDIMIENTO)

1.1. Moldee cuidadosamente una muestra dentro del anillo de consolidación.
De la raspadura obtenida en el proceso del moldeado tomar una muestra representativa y determinar la gravedad específica Gs.

Pesar la muestra y determinar la altura Hi y el diámetro de la muestra.

1.2. Colocar la muestra de suelo en el consolidómetro con una piedra porosa saturada sobre cada cara.

Asegurarse que las piedras estén bien colocadas para que puedan entrar en el anillo y el ensayo
pueda avanzar satisfactoriamente.

Colocar el consolidómetro en el aparato de carga y ajustar el deformímetro de carátula; recordar
que se debe permitir una posible compresión de la muestra de 4 a 12 mm.
Aplicar una carga de inicialización de 5 kPa (para suelos blandos), a 10 (para suelos duros) kPa.

4.3 En el momento conveniente, aplicar el primer incremento de carga (carga adicional suficiente para desarrollar el primer incremento de carga) y simultáneamente tomar lecturas de deformación a tiempos transcurridos de 0.25, 0.50, 1, 2, 4, 8, 15, 39, 60, 120 min, a continuación por ejemplo , 4, 8, 16, horas etc.
Y hasta que haya poco cambio en la lectura( lectura de deformación contra log t).

4.4. Después de 24 horas o como se haya establecido, o cuando +H entre dos lecturas sea muy pequeño, cambiar la carga al siguiente valor y nuevamente tomar las lecturas a intervalos de tiempo controlados.

4.5. Continuar cambiando cargas tomando lecturas de deformación contra tiempo discurrido a través de todo el rango de cargas del consolidómetro.

4.6. Colocar la muestra con todo el material exprimido fuera del anillo en el horno al final del experimento para encontrar el peso de sólidos Ws y lograr el calculo del volumen final de agua Vwf

LAboatorio ENSAYO DE CONSOLIDACION (FUNDAMENTO TEORICO)

Cuando se somete un suelo a un incremento en presión ( o carga), ocurre un reajuste da la estructura del suelo que podría considerarse primeramente como una deformación plástica correspondientes a una reducción en la relación de vacíos. Puede producirse también una pequeña cantidad de deformación elástica pero considerando la magnitud de las cargas involucradas y el hecho de que el módulo de elasticidad de los granos de suelo sea del orden de 20Mpa de la deformación elástica es despreciable.

Cuando se aplica una carga a un suelo de grano grueso completamente seco, parcial o completamente saturado, o cuando la carga se aplica a suelo seco, el proceso de deformación plástica con reducción en la relación de vacíos tiene lugar en un periodo de tiempo tan corto que es posible considerarlo como instantáneo. Esto puede explicarse en suelos secos por el hecho de que el aire tiene poca viscosidad y es muy fácilmente comprimido; de esa forma los sólidos no presenta ninguna resistencia al flujo hacia fuera del fluido de los poros, a medida que los vacíos del suelo se reducen. En el caso de un suelo de grano saturado o parcialmente saturado, el coeficiente de permeabilidad  es suficientemente grande par que el agua de los poros también pueda salir casi instantáneamente.

Cuando ase aplica una carga a un suelo de grano fino saturado parcial o totalmente el tiempo para lograr la deformación plástica y la reducción en la relación de vacíos es mucho mayor, y para este proceso dependerá de varios factores entre los cuales los principales son:

1. Grado de saturación
2. El coeficiente de permeabilidad del suelo
3. Las propiedades del flujo de los poros
4. La longitud de la trayectoria que debe recorrer el fluido expulsado de la muestra para encontrar equilibrio.

Se define como consolidación la deformación plástica debida a reducción en la relación de vacíos (generalmente llamada asentamiento) la cual es función del tiempo y del exceso de presión de poros.

Consolidación inicial Reducción casi instantánea en el volumen de la masa de un suelo bajo una carga aplicada, que precede a la consolidación primaria, debida principalmente a la expulsión y compresión del aire contenido en los vacíos del suelo.

Consolidación primaria Reducción en el volumen de la masa de un suelo originada por la aplicación de una carga permanente y la expulsión del agua de los vacíos, acompañada por una transferencia de carga del agua a las partículas sólidas del suelo.

Consolidación secundaria Reducción en el volumen de la masa del suelo, causada por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa, luego de que la mayor parte de la carga ha sido transferida a las partículas sólidas del suelo.


El ensayo de laboratorio es unidimencional por el hecho de que con un anillo metálico parta confinar la muestra, no se permite flujo o movimiento de agua en un sentido lateral. Todo el flujo de agua sucede en un sentido vertical. En el terreno ocurre algo de movimiento lateral de agua y algo de movimiento lateral del suelo.

El ensayo de consolidación en el laboratorio se hace sobre una muestra que tiene entre 20 y 40 mm de espesor colocada en un anillo de metal confinante de diámetro entre 45 y 113 mm (100 cm²)
Existen dos tipos de anillos el fijo y el flotante el fijo facilita la medición del coeficiente de permeabilidad. La relación diámetro/altura debe ser > 2.5.

En el ensayo de consolidación se avanza aplicando cargas en una proyección geométrica con una relación incrementar, +p/p = 1 con una secuencia típica como sigue.

25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600 ( y algunas veces 3200) kPa.

Una secuencia alternativa podría ser

5, 10, 20, 40, 80, 160 …etc., kPa o
0.025, 0.05, 0.1, 0.2, 0.4 kg/cm² etc.