Ensayo de permeabilidad y miniatura de harvard

UNSAAC - FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

I.

GENERALIDADES

Objetivos:
Determinar el valor del coeficiente de permeabilidad k de un suelo.
Definición:
Permeabilidad de un suelo es la capacidad del mismo para permitir el flujo de un
fluido, líquido o gas, a través suyo. En el campo de la Geotecnia se estudia el flujo de
agua.
Principio del ensayo:
Los suelos están formados por partículas minerales sólidas que dejan vacíos entre
ellas. Estos vacíos están interconectados y permiten el flujo de agua a través de ellos.
Esto convierte a los suelos en materiales permeables al agua. El grado de
permeabilidad es determinado aplicando a una muestra saturada de suelo una
diferencia de presión hidráulica. El coeficiente de permeabilidad es expresado en
términos de velocidad. Este fenómeno es gobernado por las mismas leyes físicas en
todos los tipos de suelos y la diferencia en el coeficiente de permeabilidad en tipos de
suelos extremos es solo una cuestión de magnitud.
Métodos:
Métodos directos: su principal objetivo es la determinación del coeficiente de
permeabilidad.
Pueden dividirse en:
a) Ensayos de laboratorio:
 Permeámetro de carga constante: para suelos de alta permeabilidad, como
arenasy gravas.
 Permeámetro de carga variable: para suelos de mediana permeabilidad a
bajapermeabilidad, como limos y arcillas.
b) Ensayos de campo.
Métodos indirectos: tienen como finalidad principal la determinación de algún otro
parámetro o propiedad del suelo y se los utiliza cuando es imposible aplicar algún
método directo o como verificación. Hallan el valor del coeficiente de permeabilidad
a partir de la curva granulométrica, del ensayo de consolidación, de la prueba
horizontal de capilaridad y otros.
II.

EQUIPO NECESARIO

Partes del aparato:
El aparato para el ensayo de permeabilidad con carga constante consta básicamente
de:
 Permeámetro de carga constante
 Depósito de agua.
 Probeta
 Cronómetro.

MECANICA DE SUELOS I


PERMEAMETRO

TAMIZ # 4 Y PROBETA GRADUADA



III.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO EN PERMEÁMETRO DE CARGA
CONSTANTE
Se deben seguir los siguientes pasos considerando un permeámetro tipo:
 Preparar el aparato con los elementos arriba mencionados.
 Preparación del permeámetro: Se debe verificar que la celda esté limpia y seca
y determinar su peso, diámetro y altura.
 Preparación de la muestra: En todos los casos la muestra debe calzar
perfectamente en el permeámetro sin dejar cavidades en su perímetro. muestra
y determinar la humedad.
 Se colocará una piedra porosa en labase de la muestra y otra en contacto con
su cara superior.
 Saturación de la muestra: Haciendo vacío saturar la muestra el tiempo que sea
necesario
 Aplicar una succión baja hasta verificar la saturación y la ausencia total de
burbujas de aireen la muestra
 Permitir el paso de agua, abriendo la llave correspondiente, verificando que no
quede aireentrampado en las conexiones con cada uno de los tubos.
 Realización del ensayo propiamente dicho: Permitir el paso del agua a través
de lamuestra.
 Cuando el caudal sea uniforme, iniciar la recolección de agua en el
depósitograduado. Cronometrar el tiempo de ensayo.

PREPARANDO LA MUESTRA DE SUELO 1



SATURANDO LA MUESTRA

IV.

CÁLCULOS
Se tomo en cuenta la siguiente relación para el cálculo del coeficiente de
permeabilidad

Donde :
V : volumen de agua recolectada
L: longitud de la muestra
A: Area de la sección transversal de la muestra
=altura de carga de la muestra

MEDIDAS DEL PERMEAMETRO A UTILIZAR
(cm)
Altura de Muestra
17.7
Diametro de
6.4
Muestra
Altura de Carga
7



DATOS OBTENIDOS DURANTE EL ENSAYO
EXPERIMENTO
Nro

volumen (cm3)

1
2
3

25
26
24

VOLUMEN PROMEDIO (cm3)= 25

TIEMPO PROMEDIO (seg)

= 24.33


tiempo (seg)
25
25
23


ENSAYO DE COMPACTACIÓN POR MINIATURA HARVARD
Este método es idéntico al método de Proctor, Wilson lo desarrollo en la universidad de
Harvard. Tiene ventajas importantes respecto a otros como son:
1.- Se necesita menos tiempo para obtener datos y desarrollar la curva de compactación.
2.- Se necesita menos material que en el caso del ensayo de Proctor.
3.- Solamente se trabaja con material que pasa la malla Nº 4
DATOS:
CAPAS

: 5

PRESIONES : 25 POR CAPA
VOLUMEN : 62.4 cm^3
EL RESORTE ESTA CALIBRADO A 20 LIBRAS.
I.

PASOS A SEGUIR

Preparar la muestra de 2 a 3 kilos de material de la siguiente manera:
1.- Secar la muestra del ensayo.
2.- Después de secar romper cuidadosamente los grumos.
3.- Tamizar a través de la malla Nº 4.
4.- Dividir el material en 6 porciones representativas.
5.- Añadir progresivamente cantidades de agua para cada posición preparada. El contenido
de humedad elegido será tal que por lo menos 2 porciones que se encuentre en la rama seca
y dos en la rama húmeda, el contenido de humedad elegido deberá normalmente variar en
aproximadamente 1,5 a 2%
II.

EQUIPO
SACA MUESTRAS



Molde y collar
Prensa de
sujeción

PISON CON RESORTE

EQUIPO DE
COMPACTACION ARMADO



PROCEDIMIENTO:
1. Se Determino el peso del molde de compactación
2. Cada porción del material debe ser compactado como sigue:
 Asegurar a la prensa de sujeción el molde y collar.
 Colocar la cantidad de material suficiente en el molde ( quinta parte del volumen del
molde ).
 Nivelar la superficie a compactar.
 Insertar el pisón en el molde y presionar fuertemente hasta que el resorte este
comprimido a la carga total calibrada. ( 20 Libras).
 Soltar el pisón y colocar en una nueva posición y así proseguir hasta los 25
presiones.

III.

3.- Repetir el procedimiento hasta completar las 5 capas.
4.-después retirar la muestra compactada



4.- Determinar la masa del molde y suelo compactado

IV.

CALCULOS
A continuación se presentan los datos y los resultados de los mismos
obtenidos de la prueba.

Datos para hallar en contenido de óptimo de agua

Cantidad

Contenido

Peso

de

de agua

espécimen

material
Espécimen

del Volumen
del

Desidad

molde de

compactado HARVARD

muestra

150 gr

15gr

131 gr

61.58 cm3

2.33

150 gr

18gr

136.65 gr

61.58 cm3

2.43

150 gr

19.5gr

137.4 gr

61.58 cm3

2.44

150 gr

20gr

136.1 gr

61.58 cm3

2.42

150 gr

23gr

134.5 gr

61.58 cm3

2.39

1
Espécimen
2
Espécimen
3
Espécimen
4
Espécimen
5


la


densidad seca Vs cantidad de agua
2.18
2.16
2.14
2.12
2.1
2.08
2.06
2.04
2.02
1

2

3

4

5

La densidad seca de la muestra es de 2.17 y corresponde a 19.5 gr de agua



INTRODUCCION
la compactación consiste en un proceso repetitivo, cuyo objetivo es conseguir una:
densidad específica para una relación óptima de agua, al fin de garantizar las
características mecánicas necesarias del suelo. en primer lugar se lanza sobre el suelo
natural existente, generalmente en camadas sucesivas, un terreno con granulometría
adecuada; a seguir se modifica su humedad por medio de aeración o de adición de
agua y, finalmente, se le transmite energía de compactación por el medio de golpes o
de presión. para esto se utilizan diversos tipos de máquinas, generalmente rodillos
lisos, neumáticos, pie de cabra, vibratorios, etc., en función del tipo de suelo y,
muchas veces, de su accesibilidad.
con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo
cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. esto se
traduce en determinar cual es la humedad que se requiere, con una energía de
compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir
para un determinado suelo. la humedad que se busca es definida como humedad
óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de
compactación dada. se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se
consigue para la humedad óptima.
es comprobado que el suelo se compacta a la medida en que aumenta su humedad, la
densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo, cuya humedad es la
óptima.
a partir de este punto, cualquier aumento de humedad no supone mayor densidad seca
a no ser, por lo contrario, uno reducción de esta.
los análisis son realizados en laboratorio por medio de probetas de compactación a las
cuales se agrega agua. los ensayos más importante son el proctor normal o estándar y
el proctor modificado. en ambos análisis son usadas porciones de la muestra de suelo
mezclándolas con cantidades distintas de agua, colocándolas en un molde y
compactándolas con una masa, anotando las humedades y densidades secas
correspondientes. en poder de estos parámetros, humedad/ densidad seca (humedad en
%), se colocan los valores conseguidos en un gráfico cartesiano donde la abscisa
corresponde a la humedad y la ordenada a la densidad seca. es así posible diseñar una
curva suave y conseguir el punto donde se produce un máximo al cual corresponda la
densidad seca máxima y la humedad óptima.
BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN
A. AUMENTA LA CAPACIDAD PARA SOPORTAR CARGAS:los

vacíos producen debilidad
del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. estando apretadas todas las
partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas
que soportan mejor.
B. IMPIDE EL HUNDIMIENTO DEL SUELO:si la estructura se construye en el suelo sin
afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura
se deforme (asentamientos diferenciales). donde el hundimiento es mas profundo en
un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.
C. REDUCE EL ESCURRIMIENTO DEL AGUA:un suelo compactado reduce la penetración
de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.
D. REDUCE EL ESPONJAMIENTO Y LA CONTRACCIÓN DEL SUELO: si hay vacíos, el agua
puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. el resultado seria el esponjamiento del
suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación
seca.


E. IMPIDE LOS DAÑOS DE LAS HELADAS:el

agua se expande y aumenta el volumen al
congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las
paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua
en el suelo.
DIFERENCIA ENTRE PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO

La diferencia básica entre el ensayo proctor normal y el modificado es la energía de
compactación usada. En el normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una
altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el
modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la
tierra en 5 camadas con 50 golpes.
La diferencia básica entre el ensayo proctor normal y el modificado es la energía de
compactación usada. En el normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una
altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el
modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la
tierra en 5 camadas con 50 golpes.



EQUIPO UTILIZADO EN LOS ENSAYOS DE COMPACTACION
PROCTOR MODIFICADO Y ESTANDAR

PISONES

PROBETA



I. PROCEDIMIENTO PROCTOR ESTANDAR
1. EL PRIMER PASO FUE SELECCIONAR UNA CANTIDAD DE SUELO QUE SE PROCEDIO A
GOLPEAR CON EL COMBO DE GOMA HASTA LOGRAR UNA CANTIDAD DE SUELO
APROXIMADO A LOS 3 KILOS

2. PASO SEGUIDO SE PROCEDIO A TAMIZAR POR LA MALLA Nº4 POR SER EL ENSAYO DE
PROCTOR ESTANDAR



3. PASO SEGUIDO SE PROCEDIO A AUMENTAR EL CONTENIDO DE HUMEDAD UN 5%
EN LA PROBETA QUE APROXIMADAMENTE FUE 150ml Y AMAZARLO HASTA
OBTENER UNA CONSISTENCIA HOMOGENEA DEL SUELO

4. POSTERIORMENTE SE TOMA EL PROCTOR ESTANDAR Y EL PISON CORRESPONDIENTE
Y SE FORMARON TRES PORCIONES DE SUELO COMO ESPECIE DE CAMELLONES PARA
COLOCARLOS EN EL PROCTOR Y APISANARLOS EN 3 CAPAS CON 25 GOLPES



5. COLOCACION DE LA PRIMERA CAPA Y SU COMPACTACION CON EL PISON EN FORMA
HOMOGENEA ATRAVES DE TODA LA SUPERFICIE

6. COLOCACION DE LA SEGUNDA CAPA Y LOS 25 GOLPES CORRESPONDIENTES



7. COLOCACION DE LA TERCERA Y APISONAMIENTO Y ENRASADO CON LA CUCHILLA

8. ENRASADO Y EXTRACCION DE MUESTRAS TANTO DE LA PARTE SUPERIOR COMO DE
LA PARTE INFERIOR DEL MOLDE PARA LA OBTENCION DEL CONTENIDO DE
HUMEDAD CORRESPONDIENTE COMO UN PROMEDIO



II. PROCEDIMIENTO ENSAYO PROCTOR
MODIFICADO
1.- Preparar el material consistente en dejar que el material seque al aire y
romper
cuidadosamente los grumos para luego tamizarla por la malla respectiva ( Nº 4 y 3/4”
).
2.- Pesar el molde de compactación (peso sin la base ni el collarín)
3.- Agregar agua para cada punto (los contenido de humedad que se buscarán serán
dos de ellos en la rama seca y otros dos en la rama húmeda.
4.- Colocar una porción de material en el molde de compactación (la quinta parte en el
Proctor modificado).
5.- Realizar la compactación de la capa mediante 56 golpes distribuyendo dichos
golpes en la superficie en forma equidistante.
6.- Repetir el paso Nº 5 hasta completar el número de capas.
7.- Registrar el peso del molde con el material compactado.
8.- Por cada lectura del peso del collarín más la del material compactado se debe
obtener para el contenido de humedad y pesarlo en una balanza electrónica.



“ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO (INSITU)”
CONO DE ARENA.
A. INTRODUCCION:
En la realización de estudios de suelos es necesario determinar la densidad de
suelo en el terreno, para el cual existe dos métodos:
 Método del Cono de Arena.
 Método del balón de Densidades.
Nos remitiremos solo ha demostrar el método del Cono de Arena.

B. OBJETIVOS DEL ENSAYO:
Determinar el peso especifico de Campo.
Interpretar los resultados del ensayo.
C. EQUIPO NECESARIO:
 Equipo del Cono de Arena

 Balanza Electrónica y de Plataforma
 Cucharón
 Bolsas de Plástico
 Brochas
 Combo y cincel

 Cápsulas
 Horno



D. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO:
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
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 cordel 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.
RESULTADOS OBTENIDOS

Nosotros realizamos 3 veces el procedimiento:
W cilindro +base = 4.332 kg

; diámetro = 10 cm h = 11.60 cm

W equipo = 6.876 kg
A = 0.7854(0.102)=0.007854m²
Vol. = 0.007854(0.1160)=0.000911m³

PESO ESPECÍFICO DE LA ARENA :
Para un primer caso:
W cilindro + base+ arena = 5.655 kg
5.655-4.332=1.323 kg

; hallamos el peso de la arena:
ɣ = 1.323/0.000911= 1452kg/m³

Para un segundo caso:


5.672-4.332=1.34 kg
Para tercer caso:

ɣ = 1.34/0.000911= 1472kg/m³

5.654-4.332=1.322 kg
ɣ = 1.322/0.000911= 1452kg/m³

Por lo tanto el peso específico de la arena es =1452 kg/m³


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