INVESTIGACIÓN: “UNIDAD 6 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE “

ASIGNATURA:MECÁNICA DE SUELOS

INTEGRANTES DEL EQUIPO: FRÍAS HERNÁNDEZ JOSÉ LUIS

HERNÁNDEZ CANTERO SARA

GUTIÉRREZ PATIÑO MITZY GUADALUPE

PIEDAD JUÁREZ CARLOS

CARRERA: INGENIERÍA CIVIL

SEM. / GPO. : 40

DOCENTE: ING. SERGIO ARRITA VERA

Cerró azul Veracruz a 22 mayo del 2015

INTRODUCCIÓN

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CERRO AZUL VERACRUZ

Se entiende como mejoramiento de un suelo a todo proceso físico, químico o mecánico que se realiza en este, para mejorar el comportamiento de los materiales que constituyen el apoyo estructural de una obra civil.

En términos generales se procura, según el tipo de suelo, actuar sobre las características de compresibilidad, incrementando su estabilidad volumétrica, especialmente ante la absorción o pérdida de agua; su resistencia al esfuerzo cortante y la respuesta esfuerzo-deformación. Igualmente se busca que no sea susceptible al agrietamiento, mejorar su resistencia a la erosión y, en casos específicos, se procura disminuir su permeabilidad.

7.1 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE COMPACTACIÓN

La compactación depende de una serie de características y condicionantes propias del método de compactación que se utilice, de las condiciones en que se ponga el suelo antes de compactarlo y otras que se mencionan. La eficacia de la compactación que se puede lograr en obra depende, entre otros factores, de:

Naturaleza del suelo a compactar.

Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de

neumáticos, área de contacto, frecuencia de vibración, etc.

La energía específica de compactación (energía que se le entrega al

suelo por unidad de volumen durante el proceso mecánico de que se

trate).

Contenido de humedad del suelo.

Cantidad y espesor de las capas del terraplén.

Número de pasadas del equipo de compactación.

Los métodos usados para la compactación dependen del tipo de suelo. Los friccionales, como las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas vibratorias), mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos (rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos).

7.1.1 Contenido de agua

El contenido de agua con que se compacta el suelo tiene una influencia determinante, tanto en los procesos de compactación de campo como en el laboratorio. Esta influencia fue ya reconocida por Proctor, Porter y otros pioneros quienes la establecieron en los términos prácticamente actuales, midiendo la compactación por el peso volumétrico seco alcanzado en cada caso.

La Fig. muestra la bien conocida relación que se establece entre el peso volumétrico seco del suelo compactado y el contenido de agua del mismo, cuando se emplea una cierta energía de compactación.

La curva de compactación presenta formas relativamente similares para los diversos modos de compactar. Existen diversas explicaciones de dicha forma, de diferentes grados e complejidad. Una, es la que sigue:

Cuando el contenido de agua es muy bajo, este elemento se encuentra en el suelo en forma capilar, produciendo impresiones interparticulares tanto más fuertes

cuanto más finos sean los suelos, lo que conduce a grumos muy difícilmente se desintegran o a dificultad de reacomodar.

La humedad que nos permite alcanzar una compactación óptima es el óptimo contenido de humedad, la cual nos permitirá alcanzar la densidad seca máxima. Si el contenido de humedad está por debajo del óptimo, el suelo es rígido y difícil de comprimir, originando densidades bajas y contenidos de aire elevados. Cuándo está por encima del óptimo, el contenido de aire se mantiene pero aumenta la humedad produciendo la disminución de la densidad seca.

Sentido de recorrido de la escala de humedad

En las pruebas de laboratorio, tiene influencia también el sentido en que se recorre la escala de humedades al efectuar la compactación, se obtienen curvas diferentes si se compacta comenzando con un suelo húmedo y luego se va agregando agua, o si se empieza con un suelo húmedo y luego se va secando.

En el primer caso se obtienen densidades secas mayores ya que al agregar el agua está tenderá a quedar en la periferia de los grumos, penetrando en ellos después de un tiempo, por lo tanto la presión capilar entre los grumos es pequeña favoreciendo la compactación. En el segundo caso se obtienen densidades secas menores, ya que al evaporarse el agua e irse secando el suelo, la humedad superficial de los grumos se hace menor que la interna, aumentando la presión capilar haciendo más difícil la compactación.

7.1.2 Energía de compactación

La energía de compactación es otra de las variables del proceso que ejercen una gran influencia sobre el mismo; sin embargo, no es fácil en general, conocer el valor exacto que se está empleando en un momento dado; por el contrario, es fácil tanto en el campo como en el laboratorio, modificarla de modo graduable, dados los procedimientos actualmente en uso en ambas técnicas.

La energía específica es la presión aplicada al suelo por unidad de volumen, durante cualquier proceso de compactación. En laboratorio, la compactación por impacto queda definida por:

dónde:

E: Energía Específica

N: Número de golpes del pisón por capas

n: Número de capas

W: Peso del pisón compactador

h: Altura de caída del pisón

V: Volumen total del molde de compactación.

Ensayo Proctor Modificado: Ee = 27.2 kg-cm/cm

Ensayo Proctor Estándar: Ee= 6.1 kg-cm/cm

El empleo de una mayor energía de compactación permite alcanzar densidades secas mayores y óptimos contenidos de humedad menores, esto se comprueba al analizar los resultados obtenidos con las pruebas Proctor Estándar y Proctor Modificado.

Método de compactación; en el campo y laboratorio existen diferentes métodos de

compactación. La elección de uno de ellos influirá en los resultados a obtenerse.

7.1.3 Cantidad de fracción gruesa

El peso volumétrico obtenido con la compactación aumenta con el porcentaje de partículas gruesas del suelo hasta un cierto límite, arriba del cual disminuye; el peso volumétrico seco aumenta más cuando la granulometría de los gruesos es más variada. Por ello es objetable el procedimiento de compactación de laboratorio, a veces usual, en el cual la fracción retenida en una malla (frecuentemente la de 3/4") se substituye por el mismo peso de material entre dicha malla y la número 4; esta práctica puede provocar desviaciones significativas respecto a los resultados de campo.

7.2 PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN EL LABORATORIO

Equipo empleado para la práctica y su procedimiento

1. Molde Proctor con molde 2. Fluxómetro 3. Equipo (compuesto de un frasco, un cono metálico y arena sílica o de Ottawa que pase la malla #20 y se retenga en la #30) 4. Base metálica para el cono 5. Balanza de 20 Kg. con aproximación de un gramo 6. Una charola cuadrada 7. Una brocha y un cordell 8. Una cápsula de aluminio

9. Un horno con temperatura controlable 10. Un cincel y un martillo 11. Bolsas de hule 12. Una placa de 10cm de diámetro

Procedimiento

Se mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; después se pesa el cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca éste sobre las mariposas del cilindro evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde con arena hasta que ésta se derrame; se cierra la válvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del frasco y se enraza el cilindro ayudado por un cordell para evitar ejercer presión, se limpia la base con la brocha y se pesa; por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el volumen del cilindro nos proporcionará el peso volumétrico. Se repite el proceso anterior de 3 a 5 veces dependiendo las variaciones en el peso de la arena.Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana (en este caso la charola), se cierra la válvula y se coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula y, se pesa el equipo con la arena sobrante.

7.2.1 Cono de arena

La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad óptima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este método de conocer el grado de compactación es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de una cala, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactada.   

Equipo empleado y procedimiento

El equipo empleado fue el siguiente:

1. Molde Proctor con molde

2. Flexómetro

3. equipo (compuesto de un frasco, un cono metálico y arena sílica o de Ottawa que pase la malla #20 y se retenga en la #30

4. Base metálica para el cono

5. Balanza de 20 kg con aproximación de un gramo

6. Una charola cuadrada

7. Una brocha y un cordell

8. Una cápsula de aluminio

9. Un horno con temperatura controlable

10. Un cincel y un martillo

11. Bolsas de hule

12. Una placa de 10cm de diámetro

ProcedimientoSe mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; después se pesa el cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca éste sobre las mariposas del cilindro evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde con arena hasta que ésta se derrame; se cierra la válvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del frasco y se enraza el cilindro ayudado por un cordell para evitar ejercer presión, se limpia la base con la brocha y se pesa; por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el volumen del cilindro nos proporcionará el peso volumétrico. Se repite el proceso anterior de 3 a 5 veces dependiendo las variaciones en el peso de la arena.

Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana (en este caso la charola), se cierra la válvula y se coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula y, se pesa el equipo con la arena sobrante.   

El siguiente paso es la obtención del peso volumétrico de campo, para ello se pesa el equipo con arena y la cápsula. En el campo, en el lugar en que se realizará la prueba se debe nivelar, colocar la placa y trazar el diámetro de ésta, se extrae el material procurando evitar pérdidas hasta una profundidad de 8 a 10 cm. El material extraído deberá colocarse en una bolsa de plástico para evitar que pierda agua. Después se coloca el cono sobre la base, se cierra la válvula y cuando esté listo se abre la válvula para que fluya la arena dentro de la cala y el cono, cuando se llenen ambos elementos, se cierra la válvula y se pesa el equipo

con la arena restante. Se pesa el material extraído de la cala y de ahí mismo se obtiene una muestra representativa que será pesada para obtener el contenido de humedad, con estos datos se obtiene el peso específico seco máximo de campo y dividiéndolo entre el peso volumétrico seco máximo de laboratorio nos indica el grado de compactación de campo.

7.2.2 Prueba Proctor modificada

El procedimiento de la prueba consiste en:1. Secar la muestra de unos 21.5 Kg de peso y retirara todo el material

posible mayor a la malla No. 4.2. Determine y registre la tara del molde Proctor teniendo colocada una placa

de base.3. Mézclese la muestra con el agua suficiente para tener una mezcla

ligeramente húmeda.4. Divídase la muestra en el numero requerido de porciones, una por cada

capa que vaya a usarse, cada capa con el número de golpes requerido, dados por el correspondiente pisón.

5. Cuidadosamente quítese la extensión del molde y enrase la parte superior del cilindro.

6. Determine y registre el peso del cilindro con el suelo compactado.7. Retírese el suelo del molde y obténgase el contenido de agua de dos

muestras representativas.8. Reputase le procedimiento anterior con un contenido de agua mayor, hasta

que hayan obtenido por lo menos dos puntos en la gráfica de compactación.

Errores posibles1. El mezclado incompleto del suelo con el agua.2. No repartir uniformemente los golpes del pisón.3. No determinar el número suficiente de puntos como definir la curva de

compactación.4. El uso continuo de la misma muestra.

La humedad óptima es la que se corresponde con el máximo de la curva de densidad. La rama seca es la que se corresponde al suelo bajo de humedad, donde la fricción y cohesión dificultan su densificación. La rama húmeda, es asintótica a la línea de saturación, que se desplaza hacia óptima de compactación, dado que la energía de compactación de un suelo muy húmedo la absorbe el agua y no el esqueleto mineral.

La curva de saturación, o de contenido de aire nulo, es dibujada como auxiliar para el análisis, es teórica y no depende de los resultados del ensayo. La ecuación es:

Penetrometro Proctor. Herramienta que se hinca a mano. Se trata de una aguja o varilla con un dispositivo para medir la fuerza requerida (en libras), para que la penetre (variable en tamaño y forma) profundice en el suelo 3’’por lo general. La operación se hace en laboratorio y en campo, simultáneamente, para comparación de Υ d, o de la humedad si se quiere. (No debe existir grava en el suelo).

7.2.3 Prueba Porter

El objeto de esta prueba consiste en determinar el peso volumétrico seco máximo de compactación Porter y la humedad optima en suelos con material mayor a 3/8”. También nos sirve esta prueba para determinar la calidad de los suelos en cuanto a valores de soporte se refiere, midiendo la resistencia a la penetración del suelo compactado y sujeto a un determinado periodo de saturación. La prueba consiste en dos partes:

a) Determinación del peso volumétrico máximo Porter y la humedad óptima.b) Determinación de la resistencia a la penetración después de compactado y

sujeto a un periodo de saturaciónPara llevar a cabo lo anterior es necesario:

Un molde cilíndrico de compactación de 15.75cm de diámetro interior y 20.32cm de altura

Máquina de compresión con capacidad mínima de 30 ton Una varilla metálica de 1.9 cm de diámetro y 30 de altura con una punta de

bala La humedad optima portes es la humedad mínima requerida por el suelo para alcanzar su peso volumétrico seco máximo cuando es compactado con la carga unitaria anterior mente indicada.

7.3 DETERMINACIÓN DE PESOS ESPECÍFICOS SECOS EN CAMPO

El peso volumétrico o peso específico del suelo. Es la relación entre el peso de la masa y el volumen que ocupa, expresado de la siguiente forma:

A partir del peso volumétrico de la masa de suelo y su correspondiente

contenido de agua se puede determinar el peso volumétrico seco en la forma siguiente:

Donde “ ” se define como la relación de la cantidad de agua con los sólidos, en peso.

Siempre sucede que el peso volumétrico de campo no sea idéntico al peso volumétrico seco máximo. La diferencia entre ambos valores tradicionalmente se mide a través del concepto grado de compactación.

El peso volumétrico de campo se fija en base a una prueba de laboratorio; la obtención del peso volumétrico máximo.

Existe gran diversidad de métodos para la obtención del peso volumétrico en campo, los cuales en determinado momento deberán de adaptarse al tipo de material y a las condiciones en que esté se encuentren. La determinación del peso específico o volumétrico en el lugar, consiste esencialmente hacer una excavación en el sitio de prueba elegido (cala volumétrica). Pesar el material extraído y relacionar este peso con el volumen del sondeo. Dicho volumen se determina con los siguientes métodos:

7.3.1 Cono de arena

Es un aparato para medir volúmenes con arena de peso volumétrico conocido. Esto se logra llenando con arena el frasco del dispositivo, se montan los conos en la boca del frasco y se cierra la válvula, se pesa el dispositivo conteniendo la arena. Se invierte el dispositivo cobre la base metálica colocada en el sondeo (cala volumétrica), se abre la válvula y se cierra una vez llenado el sondeo y el cono. Por diferencia de peso, inicial y final del dispositivo, relacionándolo con el peso volumétrico de la arena se determina el volumen de arena desalojada por dispositivo restándole el volumen del cono optemos el volumen del sondeo.

El método del cono de arena, se aplica en general a partir de la superficie del material compactado, este método se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin pérdidas de material) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda.

Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. 

Previamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad que ella tiene para las mismas condiciones de caída que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un cono metálico.

7.3.2 Balón de densidad

Básicamente, tanto el método del cono de arena como el método del balón de densidad utilizan los mismos principios. O sea, se obtienen el peso del suelo húmedo de una pequeña excavación de forma algo irregular, hecho sobre la superficie del suelo. Si es posible determinar el volumen de dicho hueco.

 A través de este método, se obtiene directamente el volumen del agujero dejado por el suelo que se ha extraído. Por medio de un cilindro graduado, se lee el volumen de agua bombeado que llena la cavidad protegida con el balón de caucho que impide la absorción del agua en el terreno.

Como ventaja, este método resulta ser más directo y rápido que el cono de arena, pero entre sus desventajas se encuentran la posibilidad de ruptura del balón o la imprecisión en adaptarse a las paredes del agujero, producto de cavidades irregulares o proyecciones agudas lo que lo hacen poco utilizado.

7.3.4 Empleando aceite

Este método consiste, esencialmente, en la medición del volumen del suelo excavado mediante el vertido de aceite de elevada viscosidad, cuyo volumen utilizado (peso o volumen) se mide con la precisión requerida (ver norma IRAM en preparación).

Este método constituye una alternativa al método de sustitución con arena, con la restricción de no ser apto para suelos blandos que se deformen bajo la presión hidrostática generada por el ensayo, o que las paredes del hoyo no puedan permanecer estables, o que el suelo esté constituido por partículas gruesas (arenas gruesas, gravas, etc.) que originen pérdida del fluido.

CONCLUSIÓN

Se entiende como mejoramiento de un suelo a todo proceso físico, químico o mecánico que se realiza en este, para mejorar el comportamiento de los materiales que constituyen el apoyo estructural de una obra civil. El peso volumétrico o peso específico del suelo. Es la relación entre el peso de la masa y el volumen que ocupa, los friccionales, como las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas vibratorias), mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos (rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos).

FUENTES DE INFORMACIÓN

1. JUAREZ BADILLO, E.- RICO RODRIGUEZ, A. “Mecánica de Suelos -

Fundamentos de la Mecánica de Suelos”, Tomo I, Limusa. 3º Edición, 1992.

2. BOWLES, J., “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil”.

McGraw–Hill, Bogotá, 1981.

http://civilgeeks.com/2011/10/02/la-compactacion-de-suelos/

http://www.camineros.com/docs/cam042.pdf

http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/401/reglamento/reglamentocap5.pdf