INTRODUCCION

El presente informe tiene por finalidad presentar los resultados, análisis y conclusiones de los ensayos: granulométrico, de corte directo y contenido de humedad realizado en el laboratorio relacionado al EMS (ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS) y que todo ingeniero debe conocer y dominar de manera práctica, más que teórica ya que en obra aprendes un poco más de lo normal.

Primero comenzaremos con algunos conceptos básicos que todo ingeniero debe conocer. Por ejemplo si extraemos una muestra del suelo.

¿Qué contiene esa muestra?

Para la gente común le llaman tierra, pero los ingenieros no le podemos llamar así. El suelo, para nosotros lo manejamos mediante un lenguaje técnico. Una arcilla es un “CL”, si la arena es pura es un “SP”, y la arena tiene arcilla es un “CT”. Si encontramos un material con piedra nosotros lo llamamos grava, más los geólogos le llaman roca, así esta sea pequeña.

¿Qué contiene un material?

Contiene aire más agua más parte bituminosa (esqueleto del material). Todo esto de lo que contiene un material se determina en un laboratorio.

Todo suelo tiene una resistencia. Si construimos un edificio de 5, 10, o 20 pisos, no solo debemos de comprar el terreno y decir aquí voy a construir porque no sabemos si un sismo no tan fuerte o un pequeño nivel freático tengan una especie de volteo o asentamiento diferencial.

Todo esto lo veremos en la teoría, pero lo veremos mejor en la práctica es decir en un laboratorio.

El ensayo de corte directo es fundamental para ver la resistencia del suelo. Los diseños de una construcción de una zapata no se basan en lo que decimos, sino en los parámetros que nos da el EMS.

Luego nos enfocaremos en el ensayo granulométrico, su definición, el objetivo del ensayo, los materiales a usar, procedimiento, organizamos la información de los resultados en tablas con su análisis respectivo y sus ecuaciones matemáticas utilizadas para su cálculo, su gráfica y finalmente sus conclusiones.

De la misma manera continuaremos con el ensayo de corte directo y ensayo de contenido de humedad.

ENSAYO GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO

Definición:

Es la distribución por tamaños de las partículas de suelo. Esta distribución se determina por separación con una serie de mallas normalizadas. Estas mallas son las siguientes:

1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, N°4, N°8, N°10, N° 16, N°20, N°30, N°40, N°50, N°60, N°80, N°100, N° 200.

Objetivo

-Determinar cuantitativamente la distribución de tamaños de partículas de suelo.

-La norma ASTM D-422 describe el método para determinar los porcentajes de suelo que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, hasta la malla de 74 mm (N° 200).

Materiales

Grupo de mallas antes mencionadas a excepción de la malla 50. Balanza sensible a 0.10 g Brocha Material a usar como muestra Bandejas Brocha

Procedimiento

Primero hablaremos de la utilidad de las mallas. Estas sirven para el estudio granulométrico la cual comienzan desde una abertura más grande hasta una más pequeña.

Luego emplearemos el método del cuarteo, tomando una muestra que contenga toda clase de partículas (piedra grande, mediana, arena gruesa, arena fina, entre otros)

El objetivo de este ensayo granulométrico es dividir todo tipo de partículas y darnos una idea, que tipo de material es.

En el caso de estar sucia la muestra se lavará en la malla 200. ¿Con que finalidad? De desprender las partículas más finas de las gruesas.

Se pone la muestra en una bandeja y lo pesamos en una balanza sensible a 0.10 gramos.

ORGANIZAMOS LA INFORMACIÓN DE LOS RESULTADOS EN TABLAS CON SU ANÁLISIS RESPECTIVO Y SUS ECUACIONES MATEMÁTICAS

UTILIZADAS PARA SU CÁLCULO.

Registramos en la tabla los pesos retenidos en los tamices para sus posteriores cálculos como: % Peso retenido, % Peso retenido acumulado y % Que pasa.

Tamiz Peso retenido

% Peso retenido

% Peso retenido acumulado

% Que pasa

1 ½” 103 3,026 3,026 96, 974

1” 493 14, 483 17, 509 82, 491

¾” 295 8,666 26,175 73,825

½” 381 11,193 37,368 62,632

3/8” 159 4,671 42, 039 57, 961

¼” 139 4,083 46,122 53,878

N°4 95 2,791 48, 913 51, 087

N°8 240 7, 051 55,964 44,036

N°10 105 3,085 59,049 40,951

N°16 820 24,089 83,138 16,862

N°20 172 5,053 88, 191 11,809

N°30 180 5,288 93,479 6,521

N°40 140 4,113 97,592 2,408

N°60 45 1,322 98,914 1,086

N°80 14 0,411 99,325 0,675

N°100 9 0,264 99,589 0,411

N°200 11 0,323 99,912 0,088

Fondo 3 0,088 100 0

3404 100%

Cálculos matemáticos

De acuerdo a los valores de los pesos retenidos en cada malla, calcularemos

a) %PR=PR/PI * 100 % , donde:

%PR=Porcentaje del peso retenido

PR=Peso retenido en la malla (gramos)

PI=Peso inicial o peso total de la muestra seca (gramos)

b) %PRA=∑%PR , donde:

%PRA=Porcentaje del peso retenido acumulado.

∑%PR=sumatoria del %PR en las mallas anteriores a estas.

c) % P=100% - %PRA , donde:

% P=Porcentaje que pasa

%PRA=Porcentaje del peso retenido acumulado.

d) Cu =D60/D10

Cu= Coeficiente de uniformidad.

D60= Tamaño donde pasa el 60% del material.

D10= Tamaño donde pasa el 10% del material.

e) Cc = (D30 )2/(D60*D10)

Cc= Coeficiente de curvatura.

D10= Tamaño donde pasa el 10% del material.

D30= Tamaño donde pasa el 30% del material.

D60= Tamaño donde pasa el 60% del material.

CONTENIDO DE HUMEDAD

Límite de Atterberg

Para realizar este ensayo escogemos una muestra de grava que no está limpia, en ella no se va poder contabilizar cual es la cantidad de partículas que tiene el material a estudiar, para hacer su estudio primero tenemos que hacer un lavado a dicho material. El material se lava por medio de la malla N° 200 y todo lo que sobra en la malla 200 se pesa y se vuelve a trabajar. Cuando la muestra está limpia no se necesita realizar un lavado. Ejemplo: En el barro su cohesión en Mecánica de Suelos puede cuantificarse

Limite líquido

¿En base a que hacemos que un suelo se transforme?

El suelo se transforma en base a la cantidad de agua.

¿Qué pasaría si se le hecha demasiada agua? ¿En qué se convierte la arcilla?

Si le agregamos demasiada agua la arcilla no se va a poder trabajar, y esta se convierte en un estado casi líquido, tipo pantanoso.

La Mecánica de Suelos nos da el parámetro en que limite comienza hacer los cambios el material, el estado tiene tres cambios: el estado sólido, un estado semisólido y después pasa a un estado líquido, esto se establece en un laboratorio.

Debemos tener presente que todo suelo tiene límite líquido, pero no todo suelo tiene límite plástico.

Materiales Malla N° 40 1 capsula para obtener detalles de plasticidad Taras 1 balanza sensible a 0.10 gramos Equipo copa casa grande

Procedimiento

Para este ensayo se escogió un tipo de suelo diferente al que se usa para hacer el ensayo granulométrico, para ver su plasticidad.

Empezamos a trabajar con la muestra, obteniendo 400 gr de muestra. Para poder los cambios se trabajan con la parte fina que pasa la malla 200.

Los ensayos de E. M.S son un poco trabajosos, hay ensayos que duran 15 días, pero nunca un ensayo se puede realizar de un día para otro. Lo mínimo que se puede dar los resultados es 4 días porque lleva un proceso.

Por ejemplo el ensayo CBR dura 4 días, lo cual es para pavimentaciones.

Tersagi dijo “Aquel ingeniero teórico en mecánica de suelos era un peligro para la ingeniería”

Por ello Tersagi es considerado padre de la mecánica de suelos.

Limite plástico

Empezamos a trabajar con la parte fina obtenida del material que ha pasado la malla N° 200, para poder ver la plasticidad es necesario el uso de agua destilada y el material obtenido, el cual contiene arcilla pero mayor porcentaje de arena la cual puede ser arena arcillosa o una arcilla arenosa (lo que predomine en el material)

Luego la mezclase lleva al equipo copa casa grande y se hace un corte con el ranurador en medio de la mezcla partiéndola por la mitad. El equipo dará golpes haciendo que la muestra se una en el fondo y la dimensión que hará que se una será la medida por las yemas de los dedos.

¿Cuántos golpes hará que se una el fondo de la muestra?

La cantidad de golpes determinará el suelo.

En la prueba inicial se dio una gran cantidad de golpes.

¿Qué debemos hacer para tener menos cantidad de golpes?

Debemos de integrar más agua a la muestra.

Objetivo

Este ensayo tiene por objetivo obtener el límite plástico, luego con el límite plástico lo vamos a clasificar.

La granulometría ya la tenemos realizada, el siguiente paso es clasificar de acuerdo a la carta sucs, con la teoría se podrá complementar y clasificar el tipo de suelo del estudio.

Los 2 tipos de suelos utilizados para los ensayos:

El primero usado en el ensayo granulométrico es un suelo GP.

El segundo utilizado en el ensayo de Atterberg es un suelo GM.

Esta clasificación se da en base al estudio de esto suelos y de acuerdo a la carta sucs, lo cual es la finalidad de todos los ensayos regirse a la norma.

Procedimiento

Para realizar este ensayo primero pesamos y colocamos el número de la tara, más el número de golpes que dio en el equipo copa casa grande. Luego pesar el peso de la tara más la muestra húmeda y llevarla al horno normalmente pequeño por 24 horas a 110° C, pero ya que usamos la forma didáctica lo llevamos al horno por un par de horas a una temperatura de 225°C. Luego hacemos el pesado de las taras con las muestras sacadas del horno que se encuentran secas.

LIMITE LIQUIDO LL y LIMITE PLASTICO

N° de golpes 20 47 76N° de tara 2 16 4 14Peso de la tara 12,68 14,95 11,86 12,37Peso de la tara + muestra humedad.

35,28 37,75 34,98 20,33

Peso de la tara + muestra seca

29,20 31,95 29,36 19,11

Peso del agua 6,08 5,8 5,62 1,22

Peso del suelo seco 16,52 17,00 17,50 6,74Porcentaje de humedad

36,80 34,11 32,11 18,10

¿En qué porcentaje el suelo va estar en estado líquido?

¿Cuánto de agua se necesita para que el suelo entre en un estado líquido?

¿Cuánto porcentaje de agua necesita el suelo para entrar en un estado plástico?

La diferencia de estos dos casos nos da el índice de plasticidad del suelo, que es un parámetro que nos va a ayudar a clasificar el suelo.

Esta muestra se puede realizar en vidrio, madera o papel.

¿Cuál es la finalidad de usar estos materiales?

La finalidad es usar materiales que absorban el exceso de agua del material.

Luego pesamos la tara y después ingresamos la muestra en la tara pero esta ya no se va a dar con un número de golpes y pesamos la tara junto con la muestra dentro de ella.

Para que termine la prueba tiene que agrietarse la muestra.

Nota:

El límite plástico del limo es 3%.

La arena pura no tiene plasticidad.

Con la clasificación podemos determinar el tipo de suelos que tenemos y el cual podemos construir.

1. Si es una arcilla inorgánica de mediana plasticidad no vamos a tener problemas de expansión.

2. Si es una arcilla de alta plasticidad si vamos a tener problemas de expansión.

3. Si es una arena, el tipo de cimentación para una edificación de 3, 4 5 pisos, el tipo de cimentación tiene que ser aislada unidas con vigas de cimentación porque corre el riesgo de socavarse.

4. Si tiene grava es mejor ya que tiene más estabilidad y se puede trabajar con una cimentación más sencilla.(cimentación aislada)

5. Si es una arcilla, antiguamente se colocaba cimentaciones corridas, en base a los estándares es recomendable que siempre sea armada, colocando un mejoramiento de cemento.

CORTE DIRECTO

El material a usar en este ensayo tiene que ser una muestra inalterada. ¿Qué pasa si tenemos muestras que no se pueden sacar inalteradamente? .Hacemos una muestra inalterada; luego la ingresamos al equipo de corte, el área de la caja es de 20 cm2 y la altura de 2,5 cm.

Ahora comenzamos a armar la caja para realizar el ensayo, colocamos dentro de ella unas tapas de madera o piedra porosa, colocamos la siguiente parte de la caja y aseguramos la muestra, ingresamos el material o muestra y empezamos a tallar, damos 25 golpes a cada capa de muestra puesta dentro de la caja (3 capas), luego introducimos la otra tapa de madera.

Luego colocamos la caja dentro de la capsula de corte y verificamos que este se encuentre a nivel, esta se lleva al equipo de corte, colocamos la celda de carga y jugamos con los pesos y aplicamos un esfuerzo de 0,5 Kg/cm2.

¿Cómo podemos expresarlo esto solo en kilogramos?

Para aplicar una presión de 0,5 Kg/cm2 en carga tenemos que aplicar 10 Kilogramos de fuerza, colocamos las pesas en forma vertical de acuerdo al brazo de palanca.

Integramos el agua destilada en la cápsula de corte puesto en el equipo, aseguramos la muestra y el esfuerzo obtenido por la maquina es de 0.617 Kg y así repetiremos este mismo proceso para presiones de 1 y 1,5 Kg/cm2 y cuyas cargas respectiva son 20 y 30 Kg. Obteniéndose como esfuerzo de las cargas 0,921 y 1,0375 Kg respectivamente.

Presiones 0,5 kg/cm2 1,0kg/cm2 1,5kg/cm2

Esfuerzo(máquina) 12, 34 kg 18,42 kg 20,75 kgÁrea 20 cm2 20 cm2 20 cm2

FOTOS TOMADA EN EL LABORATORIO