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Manual de mecánica de suelos

El manual presenta 7 prácticas sobre mecánica de suelos. La primera práctica trata sobre clasificación de fragmentos de roca y suelos usando el sistema Unified Soil Classification System. Las prácticas 2 y 3 cubren determinación de la composición granulométrica y límites de consistencia. Las prácticas 4-6 se enfocan en determinación de la gravedad específica, prueba de compactación Proctor y prueba de compactación Porter. La última práctica trata sobre el valor relativo de soporte estándar.

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Manual de 7mo Semestre
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 2 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ÍNDICE PRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS.................. 7 1.1 OBJETIVO...................................................................................................................... 7 1.2 CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA.................................................... 7 1.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS.................. 9 1.3.1 Suelos gruesos....................................................................................................... 9 1.3.2 Suelos finos........................................................................................................... 12 1.4 CLASIFICACIÓN DE CAMPO................................................................................... 13 1.4.1 Clasificación de campo de fragmentos de roca .............................................. 13 1.4.2 Clasificación en campo de suelos ..................................................................... 14 1.4.3 Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos ......... 20 1.5 CONCLUSIONES........................................................................................................ 24 PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL USO DE MALLAS........................................................................................... 25 2.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 25 2.2 EQUIPO Y MATERIAL ............................................................................................... 26 2.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................................... 27 2.4 PROCEDIMENTO DE LA PRUEBA......................................................................... 29 2.5 PROCEDIMENTO DE CÁLCULO............................................................................. 34 2.6 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 36 2.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 38 2.8 CONCLUSIONES........................................................................................................ 41 PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Y CONTRACCIÓN LINEAL .......................................................................................................... 42 3.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 42 3.1.1 Plasticidad ............................................................................................................. 42
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 3 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.2 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO.............................................................. 44 3.2.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 44 3.2.2 Preparación de la muestra.................................................................................. 45 3.2.3 Procedimiento de la prueba................................................................................ 46 3.2.4 Procedimiento de cálculo.................................................................................... 49 3.2.5 Procedimiento por el método simplificado ....................................................... 49 3.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO .......................................................... 51 3.3.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 51 3.3.2 Procedimiento de la prueba................................................................................ 51 3.3.3 Cálculos y resultados .......................................................................................... 53 3.4 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO.......................................................... 53 3.4.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 53 3.5 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL............................................ 54 3.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 54 3.5.2 Procedimiento de la prueba................................................................................ 54 3.5.3 Cálculos y resultados .......................................................................................... 56 3.6 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA............................. 56 3.6.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 56 3.6.2 Procedimiento de la prueba................................................................................ 57 3.6.3 Expresión de resultados...................................................................................... 59 3.7 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 59 3.8 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 61 3.9 CONCLUSIONES........................................................................................................ 64
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 4 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA O PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS SÓLIDOS .......................................................................... 65 4.1 INTRODUCCIÓN......................................................................................................... 65 4.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 67 4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................................... 68 4.3.1 Suelos arcillosos o cohesivos ............................................................................ 68 4.3.2 Suelos arenosos o no cohesivos....................................................................... 68 4.4 CALIBRACIÓN DEL MATRAZ .................................................................................. 69 4.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA MALLA N° 4 71 4.5.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 72 4.6 PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO EN LA MALLA N°4 73 4.6.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 74 4.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA MALLA N° 4 74 4.7.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 77 4.8 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 79 4.9 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 80 4.10 CONCLUSIONES .................................................................................................... 81 PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR ............................................ 85 5.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 85 5.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 85 5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................................... 86 5.4 PROCEDIMIENTO...................................................................................................... 87
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 5 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.5 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 91 5.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 94 5.7 CONCLUSIONES........................................................................................................ 96 PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER ESTÁNDAR ......................... 97 6.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 97 6.1.1 Generalidades. ..................................................................................................... 97 6.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 98 6.3 PROCEDIMIENTO...................................................................................................... 99 6.4 CÁLCULOS ................................................................................................................ 103 6.5 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 104 6.6 EJEMPLO DE CÁLCULO......................................................................................... 106 6.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA .......................................................................... 107 6.8 CONCLUSIONES...................................................................................................... 108 PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (VRS) ....................... 109 7.1 OBJETIVO.................................................................................................................. 109 7.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR....................................................................... 109 7.3 PROCEDIMIENTO.................................................................................................... 109 7.4 CÁLCULOS ................................................................................................................ 113 7.5 EJEMPLO DE CÁLCULO......................................................................................... 113 7.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA .......................................................................... 115 7.7 CONCLUSIONES...................................................................................................... 116 PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO ............ 117 8.1 OBJETIVO.................................................................................................................. 117 8.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR....................................................................... 117 8.3 PROCEDIMIENTO.................................................................................................... 117
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 6 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.4 EJEMPLO DE CÁLCULOS...................................................................................... 120 8.5 FORMATO PARA LA PRÁCTICA .......................................................................... 121 8.6 CONCLUSIONES...................................................................................................... 122 REFERENCIAS.......................................................................................................................... 123
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 7 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS 1.1 OBJETIVO Clasificar los materiales para terracerías, que pueden ser fragmentos de roca o suelos, mediante pruebas índice, que permiten estimar algunas de las propiedades físicas y mecánicas del material y, con base en éstas, determinar su tipo de acuerdo con un sistema de clasificación de fragmentos de roca y suelos. 1.2 CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Los fragmentos de roca son todos aquellos cuyo tamaño está comprendido entre 7.5 cm (3”) y 200 cm. Según su tamaño se clasifican como se señala en la Tabla 2. Forma Redondeada Subredondeada Angulosa Lajeada Acicular Textura Lisa Rugosa Muy rugosa Grado de alteración Sanos Alterados Muy alterados Tabla 1. Características de los fragmentos de roca.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 8 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Tipo Subtipos Identificación Símbolo de grupo Fragmentosderoca (tamañosmayoresde7.5cmymenoresde2m) Grandes (mayoresde75cmyMenoresde2 m) Fragmentos grandes, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fg Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos, predominando los grandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo. Fgm Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos, predominando los grandes, con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo. Fgc Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos y chicos, predominando los grandes sobre los medianos y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de suelo. Fgmc Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos y medianos, predominando los grandes sobre los chicos y éstos sobre los medianos, con menos del 10% de suelo. Fgcm Medianos (mayoresde20cmyMenoresde 75cm) Fragmentos medianos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fm Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes, predominando los medianos sobre los grandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo. Fmg Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos, predominando los medianos sobre los chicos, con menos del 10% de fragmentos grandes o de suelo. Fmc Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes y chicos, predominando los medianos sobre los grandes y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de suelo Fmgc Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos y grandes, predominando los medianos sobre los chicos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% de suelo Fmcg Chicos (mayoresde7.5cmy Menoresde20cm) Fragmentos chicos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fc Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes, predominando los chicos, con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo. Fcg Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos, predominando los chicos, con menos del 10% de fragmentos grandes o de suelo. Fcm Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes y medianos, predominando los chicos sobre los grandes y éstos sobre los medianos, con menos del 10% de suelo Fcgm Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos y grandes, predominando los chicos sobre los medianos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% de suelo Fcmg Tabla 2. Clasificación de los fragmentos de roca.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 9 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS Los suelos son materiales con partículas de tamaño menor de 7.5 cm (3”). Se clasifican como se indica en la Tabla 3 de este manual y se explica a continuación, con base en su composición granulométrica y en sus características de plasticidad, representada por los límites de consistencia. Los suelos se clasifican como suelos gruesos cuando más del 50% de sus partículas son de tamaño mayor que 0.075mm (malla N° 200) y como suelos finos cuando el 50% de sus partículas o más, son de tamaño menor. 1.3.1 Suelos gruesos Los suelos gruesos se clasifican como grava cuando más del 50% de las partículas de la fracción gruesa tienen tamaño mayor que 4.75 mm (malla N° 4) y como arena cuando el 50% de las partículas o más de la fracción gruesa, son de tamaño menor. La grava se identifica con el símbolo G (Gravel) y la arena con el símbolo S (Sand). Ambas a la vez se subdividen en 8 subgrupos:  Grava o arena bien graduada (GW o SW). Si el material contiene hasta 5% de finos, cuando se trate de una grava cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es mayor de 4 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como grava bien graduada y se identifica con el símbolo GW. Cuando se trate de una arena cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es mayor de 6 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como arena bien graduada y se identifica con el símbolo SW.  Grava o arena mal graduada (GP o SP). Si el material contiene hasta 5% de finos y sus coeficientes de uniformidad y curvatura, no cumplen con lo indicado en el párrafo anterior, se clasifica como grava mal graduada o arena mal
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 10 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH graduada, según corresponda y se identifica con los símbolos GP o SP, respectivamente.  Grava o arena limosa (GM o SM). Si el material contiene más del 12% de finos y estos son limo, se clasifica como grava limosa o arena limosa, según corresponda y se identifica con los símbolos GM o SM, respectivamente.  Grava o arena arcillosa (GC o SC). Si el material contiene más del 12% de finos y estos son arcilla, se clasifica como grava arcillosa o arena arcillosa, según corresponda y se identifica con los símbolos GC o SC, respectivamente.  Grava o arena bien graduada limosa (GW-GM o SW-SM). Si el material contiene entre 5% y 12% de finos y estos son limo, se trate de una grava bien graduada limosa y se identifica con el símbolo GW-GM. Cuando se trate de una arena, se clasifica como arena bien graduada limosa y se identifica con el símbolo SW- SM.  Grava o arena mal graduada limosa (GP-GM o SP-SM). Si la grava o la arena son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son limo, se clasifican como grava mal graduada limosa o arena mal graduada limosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GP-GM o SP-SM, respectivamente.  Grava o arena bien graduada arcillosa (GW-GC o SW-SC). Si la grava o la arena cumplen con los requisitos de bien graduadas, excepto que contienen entre 5 y 12% de finos y estos son arcilla, se clasifican como grava bien graduada arcillosa o arena bien graduada arcillosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GW-GC o SW-SC, respectivamente.  Grava o arena mal graduada arcillosa (GP-GC o SP-SC). Si la grava o la arena son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son arcilla, se clasifican como grava mal graduada arcillosa o arena mal graduada arcillosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GP-GC o SP-SC, respectivamente.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 11 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (S.U.C.S.) INCLUYENDO IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN Tabla 3 DIVISIÓN MAYOR NOMBRES TÍPICOS CRITERIO DE CLASIFICACIÓN EN EL LABORATORIO SUELOSDEPARTÍCULASFINAS Másdelamitaddelmaterialpasaporlamallanúmero200 SUELOSDEPARTÍCULASGRUESAS Másdelamitaddelmaterialesretenidoenlamallanúmero200 Laspartículasde0.074mmdediámetro(lamallaN°.200)son,aproximadamente,lasmáspequeñasvisiblesasimplevista. LIMOSYARCILLAS LímiteLíquido Mayorde50 SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS LIMOSYARCILLAS LímiteLíquido menorde50 ARENAS Másdelamitaddelafraccióngruesa pasaporlamallaNo.4 GRAVAS Másdelamitaddelafraccióngruesaes retenidaporlamallaNo.4 PARACLASIFICACIÓNVISUALPUEDEUSARSE½cm.COMO EQUIVALENTEALAABERTURADELAMALLANo.4 ARENACONFINOS Cantidadapreciablede partículasfinas ARENALIMPIA Pocoonadade partículasfinas GRAVASLIMPIA Pocoonadade partículasfinas GRAVACON FINOS Cantidadapreciablede partículasfinas GW GP * GM GC * SM SP SW Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de finos Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de finos Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo d u d u SC ML CL OL MH CH OH P Gravas arcillosas, mezclas de gravas, arena y arcilla Arenas bien graduadas, arena con gravas, con poca o nada de finos. Arenas mal graduadas, arena con gravas, con poca o nada de finos. Arenas limosas, mezclas de arena y limo. Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla. Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o arcillosos ligeramente plásticos. Arcillas inorgánicas de baja o media plasticidad, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas, arcillas pobres. Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad. Limos inorgánicos, limos micáceos o diatomáceos, más elásticos. Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas francas. Arcillas orgánicas de media o alta plasticidad, limos orgánicos de media plasticidad. Turbas y otros suelos altamente orgánicos. DETERMÍNESELOSPORCENTAJESDEGRAVAYARENADELACURVAGRANULOMÉTRICA, DEPENDIENDODELPORCENTAJEDEFINOS(fracciónquepasaporlamallaNo.200)LOSSUELOS GRUESOSSECLASIFICANCOMOSIGUE:Menosdel5%:GW,GP,SW,SP;másdel12%:GM,GC, SM,SC.Entre5%y12%:Casosdefronteraquerequierenelusodesímbolosdobles** COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Cu: mayor de 4. COEFICIENTE DE CURVATURA Cc: entre 1 y 3. Cu = D60 / D10 Cc = (D30)2 / (D10)(D60) NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA GW. LÍMITES DE ATTERBERG ABAJO DE LA “LÏNEA A” O I.P. MENOR QUE 4. LÍMITES DE ATTERBERG ARRIBA DE LA “LÏNEA A” CON I.P. MAYOR QUE 7. Arriba de la “línea A” y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles. Cu = D60 / D10 mayor de 6 ; Cc = (D30)2 / (D10) (D60) entre 1 y 3. No satisfacen todos los requisitos de graduación para SW LÍMITES DE ATTERBERG ARRIBA DE LA “LÏNEA A” CON I.P. MAYOR QUE 7. LÍMITES DE ATTERBERG ABAJO DE LA “LÏNEA A” O I.P. MENOR QUE 4. Arriba de la “línea A” y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles. G – Grava, S – Arena, O – Suelo Orgánico, P – Turba, M – Limo C – Arcilla, W – Bien Graduada, P – Mal Graduada, L – Baja Compresibilidad, H – Alta Compresibilidad ** CLASIFICACIÓN DE FRONTERA- LOS SUELOS QUE POSEAN LAS CARACTERÍSTICAS DE DOS GRUPOS SE DESIGNAN CON LA COMBINACIÓN DE LOS DOS SÍMBOLOS; POR EJEMPLO GW- GC, MEZCLA DE ARENA Y GRAVA BIEN GRADUADAS CON CEMENTANTE ARCILLOSO.  TODOS LOS TAMAÑOS DE LAS MALLAS EN ESTA CARTA SON LOS U.S. STANDARD. * LA DIVISIÓN DE LOS GRUPOS GM Y SM EN SUBDIVISIONES d Y u SON PARA CAMINOS Y AEROPUERTOS UNICAMENTE, LA SUB-DIVISIÓN ESTA BASADA EN LOS LÍMITES DE ATTERBERG EL SUFIJO d SE USA CUANDO EL L.L. ES DE 28 O MENOS Y EL I.P. ES DE 6 O MENOS. EL SUFIJO u ES USADO CUANDO EL L.L. ES MAYOR QUE 28.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 12 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.3.2 Suelos finos Los suelos finos se clasifican según sus características de plasticidad, en:  Limo (M). El suelo fino se clasifica como limo cuando su límite líquido (LL) y su índice plástico (LP), definen un punto ubicado en las zonas I o III de la Carta de Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el símbolo M (del sueco mo y mjala). Si dicho punto se aloja en la zona I, el material se clasifica como limo de baja compresibilidad y se identifica con el símbolo ML; si se ubica en la zona III, se clasifica como limo de alta compresibilidad y se identifica con el símbolo MH. Si el material contiene una cantidad apreciable de materia orgánica y el punto definido por su límite líquido y su índice plástico se ubica cercano y por debajo de la línea A de la Carta de Plasticidad, se clasifica como limo orgánico de baja compresibilidad si su límite líquido es menor de 50% y se identifica con el símbolo OL, o como limo orgánico de alta compresibilidad si su límite líquido es mayor y se identifica con el símbolo OH.  Arcilla (C). El suelo fino se clasifica como arcilla cuando su límite líquido y su índice plástico, definen un punto ubicado en las zonas II o IV de la Carta de Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el símbolo C (Clay). Si dicho punto se aloja en la zona II, el material se clasifica como arcilla de baja plasticidad y se identifica con el símbolo CL, si se ubica en la zona IV, se clasifica como arcilla de alta plasticidad y se identifica con el símbolo CH.  Altamente orgánicos (Pt). El suelo se clasifica como altamente orgánico cuando se identifica por su color, olor, sensación esponjosa y frecuentemente por su textura fibrosa; se le denomina turba y se identifica con el símbolo Pt.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 13 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 1 Carta de plasticidad. 1.4 CLASIFICACIÓN DE CAMPO La clasificación de los fragmentos de roca y de los suelos en campo se realiza en forma visual, por lo que se requiere experiencia para clasificar los diferentes materiales. La experiencia se obtiene mediante la enseñanza de quien ya la tiene y comparando las clasificaciones hechas en campo con las obtenidas en el laboratorio. 1.4.1 Clasificación de campo de fragmentos de roca Se estiman los porcentajes de tamaños de los fragmentos de roca, tomando en cuenta la dimensión mayor de los fragmentos, se la siguiente manera: Según su tamaño los fragmentos se agrupan como se indica en la Tabla 4. 7 4 II I IV III
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 14 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Se determinan en forma aproximada los porcentajes, en volumen, de cada uno de los grupos indicados en el párrafo anterior con relación al volumen total y con ellos se clasifican los fragmentos de acuerdo con lo indicado en la Tabla 2 de este Manual. Se estima en los fragmentos de los diferentes grupos, la forma, textura de la superficie y grado de alteración, utilizando para describirlos los adjetivos indicados en la Tabla 1 de este Manual. Designación Grupo de tamaños (Mayor dimensión de las partículas en cm.) Chico 7.5 a 20 Mediano 20 a 75 Grande 75 a 200 Tabla 4. Clasificación de campo de fragmentos de roca. 1.4.2 Clasificación en campo de suelos La clasificación de los suelos en campo, se hace considerando su granulometría, plasticidad, color y olor, como sigue: 1.4.2.1 Granulometría Se extiende una muestra seca del material con tamaño menor de 7.5 cm, sobre una superficie plana con el propósito de estimar, en forma aproximada, los porcentajes de los tamaños de las partículas, forma y composición mineralógica. Para distinguir la grava de la arena se usa el tamaño de 5 mm como equivalente a la malla N° 4 y para los finos basta considerar que las partículas del tamaño correspondiente a la malla N° 200 son aproximadamente las más pequeñas que pueden distinguirse a simple vista. Para esto se procede como sigue: a) Se determina el tamaño de la partícula mayor, que se considera como tamaño máximo.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 15 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH b) Según su tamaño las partículas de material se agrupan en:  Partículas mayores de 5 mm (grava)  Partículas comprendidas entre las de menor tamaño que pueda observarse a simple vista y 5 mm (arena)  Partículas del menor tamaño que se pueda observar a simple vista (finos) c) Se determinan en forma aproximada los porcentajes de cada uno de los grupos mencionados en el punto anterior con relación al volumen total y con ellos se clasifica el suelo como grava, arena, fino o sus mezclas, de acuerdo con el criterio indicado en la Tabla 6 de este Manual. d) Cuando se aprecia que las partículas de menor tamaño del que puede observarse a simple vista constituyen menos del 5% del volumen total, se estima la graduación del material, como bien graduada cuando se observe una amplia gama de tamaños y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios, y como mal graduada cuando se observe la predominancia de un tamaño o de un rango de tamaños, faltando algunos intermedios. e) Cuando se aprecia que las partículas de menor tamaño que pueden observarse a simple vista constituyen más del 12% del volumen total, para identificar el grupo fino del material, se toma la fracción del material que pasa la malla N° 40 (0.425 mm); si no se dispone de esta malla, el cribado puede sustituirse por una separación manual equivalente y se procede como se indica en los párrafos de Dilatancia, Tenacidad, Resistencia en estado seco, Color y Olor. 1.4.2.2 Dilatancia a) De la fracción que pasa la malla No 40 se toma una porción de aproximadamente 10 cm³ y se deposita en la mano donde se le agrega agua en cantidad tal que, al amasarla se obtenga una mezcla de consistencia suave que no presente flujo. Si al efectuar esta operación se excede la cantidad de agua
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 16 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH agregada, la mezcla se extiende en la mano y se forma con ella una capa delgada que permita la pérdida por evaporación del exceso de agua. b) Una vez que la mezcla ha obtenido la consistencia deseada, se forma con ella una pastilla como se muestra en la Figura 2. c) Con la palma de la mano ligeramente contraída se sujeta suavemente la pastilla y se sacude en dirección horizontal, golpeando varias veces y en forma vigorosa la mano que la contiene contra la otra mano, a fin de provocar la salida del agua al a superficie, lo cual queda de manifiesto cuando dicha superficie toma una apariencia lustrosa. Al ocurrir esto, se presiona ligeramente la pastilla con los dedos para provocar que el agua desaparezca de la superficie y ésta pierda su lustre. d) Se estima la rapidez con que la superficie de la pastilla toma la apariencia lustrosa al golpear, así como la rapidez con que desaparece ese lustre al presionarla. Se reporta la dilatancia como:  Rápida  Lenta  Nula Una dilatancia rápida es típica de arena fina y de arena limosa (SM) no plástica, así como de algunos limos inorgánicos (ML). Una dilatancia extremadamente lenta o nula es típica de la arcilla (CL o CH). Figura 2
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 17 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.2.3 Tenacidad a) De la pastilla a que se refiere el punto b) del párrafo anterior, se toma una porción y se rola con la mano hasta formar un pequeño rollo de aproximadamente 3 mm. de diámetro. Se reamasa el material y se forma nuevamente el rollo, repitiéndose esta operación varias veces para que el material pierda el exceso de agua y el rollo se fragmente, como se ve en la Figura 3, lo que indica que el suelo ha alcanzado un contenido de agua similar al del límite plástico. b) Se estima el tiempo necesario para que el material alcance el contenido de agua correspondiente al límite plástico, así como la resistencia que opone a ser comprimido el rollo. La tenacidad se reporta como:  Nula (tiempo corto y resistencia muy pequeña)  Media (tiempo medio y resistencia media)  Alta (tiempo largo y resistencia alta) Una tenacidad alta es típica de la arcilla (CL o CH), mientras más alta sea la tenacidad, el material será más compresible. Una tenacidad media o nula es típica de limo y limo orgánico. Figura 3
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 18 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.2.4 Resistencia en estado seco a) De la fracción que pasa la malla N° 40 se toma una porción de material, y se forma una pastilla de aproximadamente 4 cm de diámetro y 1 cm de espesor, como la mostrada en la Figura 4. b) La pastilla se coloca en un medio adecuado para que pierda lentamente su contenido de agua, hasta que se aprecie visiblemente seca; posteriormente se rompe y se desmorona con los dedos. Si al romper la pastilla se observa que aún contiene agua, se continúa con el secado del material y posteriormente se rompen y desmoronan las fracciones. c) Se estima la dificultad que presenta la pastilla a romperse y desmoronarse; de acuerdo con lo anterior se reporta la resistencia en estado seco como:  Nula  Media  Alta Una alta resistencia en estado seco es característica de una arcilla de alta plasticidad (CH). Una resistencia en estado seco nula es típica de un limo (ML o MH). Figura 4
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 19 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.2.5 Color El color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los distintos estratos y para identificar tipos de suelo, cuando se posee experiencia. Existen algunos criterios relativos al color, por ejemplo, el color oscuro suele ser indicativo de la presencia de materia orgánica o de su naturaleza básica (ferro magnesiano), y los colores claros y brillantes son más bien propios de suelos ácidos (sílices). En la Figura 5 se muestra una clasificación por color. Figura 5 1.4.2.6 Olor Los suelos orgánicos (OL y OH) tienen por lo general un olor distintivo, que puede usarse para su identificación. El olor es particularmente intenso si el suelo está húmedo y disminuye con la exposición al aire, aumentando, por lo contrario, con el calentamiento de la muestra húmeda. Los suelos altamente orgánicos (Turba) prenden estando secos. Arcilla Arena Limo
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 20 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.3 Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos Con toda la información obtenida como se indica en los incisos 1.4.1 y 1.4.2, y anotada en el formato que se muestra en la Tabla 5, se procede a clasificar el material en su conjunto, conforme a los criterios contenidos en las Tablas 2 y 6 de este Manual. CLASIFICACIÓN DE CAMPO DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS Obra: Fecha: Localización: Laboratorista: Muestra: Fragmentos de roca (Vf): Sondeo: Profundidad: Suelos (Vs): FRAGMENTOS DE ROCA Características T a m a ñ o s Chicos (de 7,5 a 20 cm) Medianos (de 20 a 75 cm) Grandes (de 75 a 200 m) Porcentaje (en volumen) Forma (Redondeada, subredondeada, angulosa, lajeada, acicular) Textura superficial (lisa, rugosa, muy rugosa) Grado de alteración (sano, alterado o muy alterado) Clasificación de los fragmentos: (con base en la Tabla 1 de este Manual)
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 21 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH SUELO Tamaño máximo: (mm) Dilatancia (rápida, lenta o nula): Grava: (% en masa) Tenacidad (alta, media o nula): Arena: (% en masa) Resistencia en el estado seco (alta, media o nula): Finos: (% en masa) Color: Olor: Clasificación de finos: Clasificación del suelo: (con base en la Tabla 6 de este Manual) Clasificación del material: • Los porcentajes en volumen de los diferentes fragmentos de roca que contenga un material, se determinará en forma estimativa Tabla 5. Reporte de clasificación de campo.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 22 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Tipos de suelos Símbolo de suelo[1] Denominación común SUELOSDEPARTICULASGRUESAS[2] Másdelamitaddelmaterialesdetamañomayorqueelmínimoquesepuedeobservar asimplevista GRAVA Másdelamitaddelafraccióngruesaes mayorde5mm(mallaN°4)[3] Menos del 50% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista Amplio rango en los tamaños de las partículas y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios. GW Grava bien graduada, Mezclas de grava y arena, con poco o nada de finos. Predominio de un rango de tamaños con ausencia de algunos tamaños intermedios GP Grava mal graduada, Mezclas de grava y arena, con poco o nada de finos. Más del 12% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista Fracción fina no plástica (para identificación véase grupo ML, abajo) GM Grava limosa, mezclas de grava, arena y limo, mal graduada. Fracción fina plástica (para identificación véase grupo CL, abajo) GC Grava arcillosa, mezclas de grava, arena y arcilla, mal graduada. ARENA Másdelamitaddelafraccióngruesa esmenorde5mm(mallaN°4)[3] Menos del 5% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista. Amplio rango de los tamaños de partículas y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios SW Arena bien graduada, arena con grava y poco o nada de finos. Predominio de un tamaño o un rango de tamaños con ausencia de algunos tamaños intermedios. SP Arena mal graduada, arena con grava y poco o nada de finos. Más del 12% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista Fracción fina no plástica ( para identificación véase grupo ML, abajo) SM Arena limosa, mezclas de arena, grava y limo. Fracción fina plástica ( para identificación véase grupo CL, abajo) SC Arena Arcillosa, mezclas de arena, grava y arcilla. SUELOSDEPARTICULASFINAS[4] Masdelamitaddelmaterialessonpartículasmenoresque eltamañomínimoquesepuedeobservarasimplevista Identificación de la fracción que pasa la malla N° 40 (0.425 mm) LIMOYARCILLA Dilatancia Tenacidad Resistencia en estado seco Rápida Nula Nula ML Limo y arena muy fina, polvo de roca, arena fina limosa. Lenta Media Nula MH Limo de alta compresibilidad, limo micáceo o diatomáceo Lenta a nula Media Media CL Arcilla de baja o mediana compresibilidad, arcilla con grava, arcilla arenosa Nula Alta Alta CH Arcilla de alta compresibilidad Rápida Media Media OL Limo orgánico de baja compresibilidad Rápida a Lenta Media Media OH Limo orgánico de alta compresibilidad Suelo altamente orgánico Fácilmente identificables por su color, olor, sensación esponjosa y frecuentemente por su textura fibrosa. Pt Turba Tablas 6. Clasificación aproximada. [1] Tratándose de suelos con partículas gruesas, en que él % en masa que pasa la malla N° 200 queda comprendido entre casos de frontera que requiere el uso de símbolo doble, como por ejemplo GW-GC que corresponde a una mezcla de grava y arena bien graduada con arcilla, o SW-SM que corresponde a una arena bien graduada limosa. [2] Las cantidades y porcentajes que se manejan son en volumen. [3] Puede considerarse 5 mm como equivalente a la abertura de la malla N°4. [4] Se estima que las partículas más pequeñas apreciables a simple vista corresponden al tamaño de 0.075 mm (malla N° 200).
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 23 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Cuando se trate de materiales constituidos por mezclas de fragmentos de roca y suelo, una vez que se han clasificado individualmente como se indica en el párrafo anterior de este Manual, se clasifican dichos materiales combinando los símbolos que corresponden a las porciones que los integran de acuerdo con lo que se indica a continuación:  Cuando los fragmentos de roca contengan más del 10% de suelo, el material se clasificará con símbolo doble.  Si el volumen de suelo es mayor del 50%, el símbolo de éste se antepondrá al de los fragmentos de roca; si el volumen de suelo está comprendido entre 10 y 50%, su símbolo se colocará enseguida del símbolo de los fragmentos de roca, como se ejemplifica a continuación: Ejemplo 1 Ejemplo 2 Un material contiene: Un material contiene: 60% de GC 40% de Fm 40% de Fgm 30% de SM 20% de Fc 10% de Fg Su símbolo será: Su símbolo será: GC – Fgm Fmcg – SM
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 24 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.5 CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 25 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL USO DE MALLAS 2.1 OBJETIVO El objetivo de esta prueba consiste en separar por tamaños las partículas de suelo, pasando a través de una sucesión de mallas de aberturas cuadradas y pesar las proporciones que se retienen en cada una de ellas, expresando dicho retenido como porcentajes en peso de la muestra total. La sucesión de tamaños obtenida mediante el empleo de mallas, da una idea de la composición granulométrica únicamente en dos dimensiones, por lo que las curvas resultantes solo serán representativas de materiales constituidos por partículas de forma equidimensional, si las partículas de un material tienen forma laminar o acicular, es decir, de lajas o agujas, respectivamente, los resultados que se obtengan no serán representativos de los tamaños reales del material, y en consecuencia, de su comportamiento. La prueba tiene dos variantes, el análisis granulométrico estándar y el análisis granulométrico simplificado, los cuales se describen a continuación. El análisis granulométrico estándar consiste esencialmente en separar y clasificar por tamaño las partículas que componen el suelo.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 26 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2.2 EQUIPO Y MATERIAL  Balanza de 20 kg de capacidad y 1 gr de aproximación.  Balanza de 2 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación.  Charola de lámina.  Cucharon de lámina.  Horno con termostato para mantener una temperatura constante de 105 ± 5 °C.  Cepillo de cerdas.  Cepillo de alambre delgado.  Desecador de cristal.  Juego de mallas de las siguientes designaciones: Fracción Malla Variación permisible de la abertura promedio con respecto a la denominación de la malla Abertura máxima permisible para no más del 5% de las aberturas de la malla Abertura máxima individual permisible Diámetro nominal del alambre[1] Designación Abertura nominal Gravas 3” 75.0 ±2.2 78.1 78.7 5.80 2” 50.0 ±1.5 52.1 52.6 5.05 1 ½” 37.5 ±1.1 39.1 39.5 4.59 1” 25.0 ±0.8 26.1 26.4 3.80 ¾” 19.0 ±0.6 19.9 20.1 3.30 ½” 12.5 ±0.39 13.10 13.31 2.67 3/8” 9.5 ±0.30 9.97 10.16 2.27 ¼” 6.3 ±0.20 6.64 6.78 1.82 N° 4 4.75 ±0.15 5.02 5.14 1.54 Arenaconfinos N° 10 2.0 ±0.070 2.135 2.215 0.90 N° 20 0.850 ±0.035 0.925 0.970 0.51 N°40 0.425 ±0.019 0.471 0.502 0.29 N° 60 0.250 ±0.012 0.283 0.306 0.18 N°100 0.150 ±0.008 0.174 0.192 0.11 N° 200 0.075 ±0.005 0.091 0.103 0.053 Tablas 7. Juego de mallas. [1] El diámetro promedio de los alambres que forman cualquier malla, considerados separadamente en cada una de sus dos direcciones, no varía de los valores nominales en más de lo siguientes:  5% para mallas con aberturas mayores de 0.6 mm  7.5 % para mallas con aberturas de 0.6 mm a 0.125 mm  10% Para mallas con aberturas menores de 0.125 mm Nota: Todas las medidas están dadas en milímetros.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 27 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH  Tapa y fondo para el juego de mallas.  Vaso de aluminio de 1 litro.  Agitador de varilla metálica de 6 milímetros de diámetro y 20 cm de longitud.  Agitador metálico del tipo Ro-tap.  Cloruro de calcio anhidro. 2.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 1. Se obtiene por cuarteo (Figura 6) una porción representativa con peso aproximado de 15 kg, el cual se determina y se anota como Wm (Peso de la muestra), con aproximación de un gramo. Fig. 6. Cuarteo de la muestra representativa. 2. Cuando se requiere conocer con mayor exactitud el porcentaje de material que pasa la malla No 200 o bien, en el caso de estudios especiales, la muestra seca y disgregada obtenida como se indico en el paso 1, se someterá a un lavado previo, colocándola en un recipiente provisto de vertedero y aplicándole una corriente de agua en forma continua y de tal manera que derrame sobre la malla
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 28 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Núm. 0.075 convenientemente colocada; durante este proceso la muestra se removerá en forma adecuada para propiciar el arrastre de la fracción fina, suspendiendo el lavado cuando el agua que salga del vertedero este clara; se dejara escurrir la muestra y a continuación se seca en el horno a peso constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C; posteriormente se saca del horno, se deja enfriar a la temperatura ambiente y se determina su peso registrándolo como W’m (Peso de la muestra después del lavado), con aproximación de 1 gramo. La diferencia entre Wm y W’m (Peso de la muestra antes del lavado) es el peso de la fracción que pasa la malla N° 200. 3. Una vez preparada la muestra como se indicó en los pasos 1 y 2, se criba el material por la malla N° 4, como se muestra en la Figura 7, para separarlo en dos fracciones; se determina el peso de ellas, se anota como Wm1 el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75 y como Wm2 a la fracción que pasa esta malla, ambos con aproximación de 1 gr. Fig. 7. Muestra el cribado a través de la malla N° 4. 4. Cuando al preparar la muestra no se le haya sometido a un proceso de lavado como se indicó en el paso 2, se corrige el peso de la fracción que pasa la malla No 4, determinando su contenido de agua y se anota como W2. Generalmente no es necesario determinar la humedad W1 de la fracción retenida en la malla N° 4,
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 29 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH secada al sol, debido a que este valor es relativamente pequeño y puede despreciarse sin introducir error de importancia. Fig. 8. Muestra el secado en el horno para la obtención de la humedad. 2.4 PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA 1. Se criba en forma manual el material retenido en la malla N° 4, a través de las mallas Núm. 75.0, Núm. 50.0, Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5, Núm. 9.5 y Núm. 4.75, comenzando por la mayor abertura y siguiendo el orden en que se indicaron, como se muestra en la Figura 9. Para efectuar esta operación deberá imprimirse a las mallas un movimiento vertical y horizontal, para mantener al material en constante movimiento para que los tamaños menores pasen a través de las aberturas correspondientes. El volumen del material que se coloque en cada malla, deberá ser menor que la capacidad de la misma, con el fin de evitar pérdidas y facilitar el cribado. El paso de las partículas a través de las aberturas de las malla deberá efectuarse libremente. El cribado en una malla deberá suspenderse cuando se estime que el peso de material que pase dicha malla durante 1 minuto no es mayor de 1 gr. Se verificara que las partículas que queden retenidas y que tengan forma de laja o
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 30 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH forma de aguja pueden pasar a través de cada malla, sin forzarlas, acomodándolas con la mano según su dimensión menor, y las que queden atoradas en las tramas, deberán incorporarse a la porción retenida en la malla correspondiente. Fig. 9. Muestra el cribado del material retenido en la malla N° 4. 2. Se pesan los materiales retenidos en cada una de las mallas Figura 10, se anotan los pesos retenidos como Wi, en gramos. Fig. 10. Muestra la forma de pesar el material retenido en cada una de las mallas.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 31 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3. La fracción que pasa la malla N° 4 se cuartea, para obtener el equivalente a 200 gramos de material seco; dicha cantidad se determina previamente aplicando la siguiente fórmula: ( ) Donde: Wh = Es el peso de la muestra húmeda equivalente a 200 gr de material seco. 2 = es el contenido de agua del material que pasa la malla Núm. 4.75, expresado en forma decimal. 4. Se coloca esta muestra en el vaso metálico y se agrega 500 centímetros cúbicos de agua (Figura 11) aproximadamente, dejándose en reposo durante 12 horas, como mínimo. Fig. 11. Agregando 500 cm3 (Aproximados) de agua al material. 5. Después de transcurrido este lapso de tiempo, se lava la muestra a través de la malla Núm. 0.075 (N° 200). El lavado se hará agitando el contenido del vaso con la varilla durante 15 segundos, moviéndola en forma de 8 y dejando reposar dicho contenido durante 30 segundos. Inmediatamente después se decanta la suspensión sobre la malla Núm. 0.075 (N° 200), como se muestra en la Figura 12.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 32 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Para facilitar el paso de las partículas final a través de la malla, deberá aplicarse sobre esta un chorro de agua a baja presión. Fig. 12. Muestra la forma de decantar la suspensión a través de la malla N° 200. 6. Se repite la operación de lavado indicada en el paso 5, hasta que el agua decantada salga clara. 7. A continuación se regresa al vaso metálico el material que se haya retenido en la malla Núm. 0.075 (N° 200). utilizando un poco de agua, la que se decantara del vaso al final de la operación, cuidando que no haya arrastre de partículas. Fig. 13. Muestra la forma de devolver al vaso el material retenido en la malla N° 200. 8. Se seca el material en el mismo vaso metálico, dejándolo en el horno un lapso no menor de 16 horas, a una temperatura de 105 ± 5 °C, hasta peso constante;
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 33 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH a continuación se saca del horno y se deja enfriar en el desecador de cristal hasta que la muestra tenga una temperatura cercana a la ambiental. 9. Se superponen las mallas a partir de la charola de fondo, en el siguiente orden, Núm. 0.075, Núm. 0.150, Núm. 0.250, Núm. 0.425, Núm. 0.850 y Núm. 2.0. Se vierte el material sobre la malla superior, se coloca la tapa, y se efectúa la operación de cribado, imprimiendo al juego de mallas un movimiento vertical y horizontal, durante 5 minutos; en esta operación es conveniente utilizar el agitador mecánico. Fig. 14. Muestra la forma de colocar las mallas para efectuar el cribado de material que paso la malla N°4. 10.Se quita la tapa, se separa la malla Núm. 2.0 y se agita sobre una charola. Hasta que se estime que el peso del material que pase dicha malla durante 1 minuto, no sea mayor de 1 gr. Se vierte sobre la malla Núm. 0.850 el material que pasó la malla Núm. 2.0 y se deposita en la charola. Se repite este procedimiento del cribado adicional con cada una de las mallas restantes. Las partículas que hayan quedado atoradas deberán regresarse a las porciones retenidas correspondientes, cepillando las mallas por al revés. A continuación se pesan los materiales retenidos en cada una de las mallas y se anotan los pesos respectivos como Wj.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 34 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2.5 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Los pesos Wi de las porciones retenidas en cada una de las mallas Núm. 50, Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5, Núm. 9.5 y Núm. 4.75, se expresaran en % del peso de la muestra seca Wd, anotándolos como retenidos parciales y designándolos como “i”. El peso de la muestra seca se determina por medio de la siguiente fórmula: Dónde: Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicado en el paso 1 de la preparación de la muestra en gramos. Wd1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en gramos, o sea la suma de los pesos Wi; en el caso de que no se lave la muestra, Wd1 se considerara igual a Wm1, en virtud de no haberse tomado en cuenta la humedad de la fracción gruesa. Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra seca, en gramos. Wm1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75, de la muestra seca, cuando no se efectúa la operación de lavado, en gramos. Wm2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra húmeda, en gramos. 2 = Es la humedad de la porción que pasa la malla Núm. 4.75, expresada en fracción decimal. Los valores de los retenidos parciales “i” en %, se registran considerándolos hasta el primer decimal. La suma de los pesos Wi mas el de la fracción Wd2 será igual a Wd y la suma de estos pesos, expresados en %, será el 100%, aproximadamente. En el caso de que la muestra haya sido previamente lavada, la suma de los pesos Wi + Wd2 mas el peso del material que pasa la malla Núm. 0.075 (Wm –W’m) debe ser igual a Wd y la suma de estos pesos expresada en % con relación a Wd deberá ser aproximadamente igual al 100%; cuando este último valor en ambos casos no se obtenga, podrán efectuarse ajustes en forma proporcional para lograrlo.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 35 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2. El retenido parcial correspondiente a la malla Núm. 50.0, deberá restarse de 100, para calcular el % de partículas que pasan dicha malla. 3. Después deberán hacerse sustracciones sucesivas, restando el valor inmediato anterior, el % parcial retenido en la malla que le sigue en abertura inferior, con lo cual se irán calculando los % que pasan en cada una de las de las mallas, hasta llegar a la malla Núm. 4.75. 4. A continuación deberá dividirse los pesos Wj, en gramos, retenidos en cada una de las mallas Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425, Núm. 0.250, Núm. 0.150 y Núm. 0.075, entre el peso de 200 gramos de la muestra seca previamente lavada, después de lo cual deberán multiplicarse los cocientes anteriores por él % que pasa la malla Núm. 4.75, para obtener los % retenidos parciales “j”, aproximándolos hasta la primera decima. La suma de los pesos Wj, restada de 200 gramos, dará el peso del material que pasa la malla Núm. 0.075, el que deberá expresarse también en % respecto al peso total Wd de la muestra seca. Estos % se calcularan empleando la formula siguiente: ( ) Dónde: j = Es el retenido parcial en cada malla desde Núm. 2.0 a la Núm. 0.075 y el que pasa la malla Núm. 0.075 del material seco, en gramos. Wj = Es el peso del material seco retenido parcialmente en cada malla y el de la fracción que pasa la malla Núm. 0.075 del material seco, en gramos. 200 = Es el peso en gramos de la muestra seca, obtenida del material que pasa la malla Núm. 4.75. = Es la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, en %. Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en gramos. Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicada en el paso 1 de la preparación de la muestra, en gramos.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 36 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5. Se calcula en forma análoga a la citada en el paso 3, los valores correspondientes a los % que pasan la malla Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425, Núm. 0.250, Núm. 0.150 y Núm. 0.075, y se dibuja la gráfica correspondiente. 6. Para fines de clasificación de suelos deberá calcularse los coeficientes de uniformidad Cu, y de curvatura Cc, que se emplean para juzgar la graduación del material, por medio de las fórmulas siguientes. ( ) Dónde: Cu= Coeficiente de uniformidad del material, número abstracto. Cc= Coeficiente de curvatura del material, número abstracto. D10, D30 y D60 representan los tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al 10 %, 30% y 60% que pasa, respectivamente. Es decir, D10, D30 y D60 son las abscisas, de la gráfica de la composición granulométrica, correspondiente a las ordenadas de 10%, 30% y 60%, respectivamente. 2.6 EJEMPLO DE CÁLCULO Prácticamente lo que se hará en el ejemplo, será la forma del llenado del formato, la cual se muestra en seguida:
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 37 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DATOS DE LA OBRA FECHA: 26 de Junio del 2008 OBRA: Alcantarillado sanitario OPERADOR: Guillermo Arévalo C. LOCALIZACIÓN: Morelia Mich. CALCULISTA: Guillermo Arévalo C. TRAMO: Km 0+000 a Km 100+000 REVISÓ: Dr. Carlos Chávez N. SUBTRAMO: Km 0+000 a Km 50+000 MATERIALES PARA: Terraplén ORIGEN: Poza rica MUESTRA TOMADA DE: Banco PRUEBA N°: 1 MUESTRA N°: 1 Masas: De la muestra Wm: 15 290 De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1): 5 850 De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2): 9 440 CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Masa de: Recipiente N° 12 Recipiente mas muestra húmeda (W1): 95.03 Recipiente mas muestra seca (w2): 90.43 Recipiente (wt): 19.70 Masa del agua (ww=w1-w2): 4.60 Masa muestra seca (ws=w2-wt): 70.73 Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt): 6.50 % CORRECCIÓN DEL PESO TOTAL DE LA MUESTRA POR HUMEDAD DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Material retenido en la malla N°4 Material que pasa la malla N°4 Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa gr % % gr % % 3” 0.00 10 54.0 16.2 44.0 2" 0.00 20 39.0 11.7 32.3 1 1/2" 157 1.1 98.9 40 40.4 12.2 20.1 1" 395 2.7 96.2 60 17.8 5.4 14.7 3/4" 563 3.8 92.4 100 19.5 5.9 8.8 1/2" 1179 8.0 84.4 200 13.7 4.1 4.7 3/8" 649 4.4 80.0 Pasa N° 200 15.6 4.7 0 N° 4 2910 19.8 60.2 SUMA 200 60.2 Pasa N° 4 8864 60.2 SUMA 14714 100
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 38 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN Fig. 15. Curva de clasificación. Nota: en la gráfica de la granulometria se muestra con las las flechas la forma de de obtener los diametros carateristicos, para el ejemplo mostrado se obtubo un D30= 0.80 mm. DIÁMETROS CARACTERISTICOS COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL CANTIDAD EN % = 0.17 = 28.0 >De 3” 0.0 = 0.80 = 0.79 G 39.8 = 4.75 S 55.5 F 4.7 Pasa la malla N° 4 20.1 2.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA En seguida se muestra el formato para la realización de la práctica por los alumnos. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.010.1110100 %quepasa,enpeso Diámetro en (mm) 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 º 42" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 39 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DATOS DE LA OBRA FECHA: OBRA: OPERADOR: LOCALIZACIÓN: CALCULISTA: TRAMO: REVISÓ: SUBTRAMO: MATERIALES PARA: ORIGEN: MUESTRA TOMADA DE: PRUEBA N°: MUESTRA N°: Masas: De la muestra Wm: De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1): De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2): CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Masa de: Recipiente N° Recipiente mas muestra húmeda (W1): Recipiente mas muestra seca (w2): Recipiente (wt): Masa del agua (ww=w1-w2): Masa muestra seca (ws=w2-wt): Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt): CORRECCIÓN DEL PESO TOTAL DE LA MUESTRA POR HUMEDAD DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Material retenido en la malla N°4 Material que pasa la malla N°4 Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa gr % % gr % % 3” 10 2" 20 1 1/2" 40 1" 60 3/4" 100 1/2" 200 3/8" Pasa N° 200 N° 4 SUMA Pasa N° 4 SUMA
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 40 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN DIÁMETROS CARACTERISTICOS COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL CANTIDAD EN % = = >De 3” = = G = S F Pasa la malla N° 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.010.1110100 %quepasa,enpeso Diámetro en (mm) 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 20042" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 41 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2.8 CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 42 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Y CONTRACCIÓN LINEAL 3.1 OBJETIVO Tiene como objeto conocer las características de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuyos resultados se utilizan principalmente en edificación y clasificación de los suelos. 3.1.1 Plasticidad Los tres estados de la materia que se identifican son: el sólido, el líquido y el gaseoso. El estado sólido se identifica por su impenetrabilidad, el líquido y el gaseoso se reconocen porque son estados fluidos. Sin embargo, existe un cuarto estado conocido como estado plástico, caracterizado porque a la materia se le puede dar la forma que uno quiera, esto es que puede ser moldeada; ésta es la consistencia que adquiere la masa para hacer pasteles cuando el panadero la trabaja. En los suelos para lograr ese estado es necesario hacer un “remoldeo” del suelo con espátulas y agregarle o quitarle agua hasta lograr la consistencia plástica; de hecho existe un rango de humedades para las cuales el suelo se comporta plásticamente. Incluso se puede hablar de estado intermedios de la materia tales como el semisólido o el semilíquido dependiendo del contenido de agua del suelo remoldeado. Esto se explica esquemáticamente en la Figura 16, para los distintos estados de la materia: ESTADO SÓLIDO SEMI SÓLIDO PLÁSTICO SEMI LÍQUIDO LÍQUIDO FRONTERA LC LP LL Fig. 16. Estados de un suelo remoldeado haciendo variar su contenido de agua. NOTA: Como podemos ver dependiendo del contenido de agua, los suelos pueden estar en alguno de los siguientes cinco (5) estados de consistencia. 1. Estado líquido: es el que presentan los suelos cuando manifiestan las propiedades de una suspensión.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 43 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2. Estado semilíquido: cuando los suelos tienen el comportamiento de un fluido viscoso. 3. Estado plástico: en el cual los suelos presentan las propiedades de plasticidad mencionadas anteriormente. 4. Estado semisólido: en el que la apariencia de los suelos es de un sólido; sin embargo, al secarse disminuye su volumen. 5. Estado sólido: en el que el volumen de los sólidos no varía aun cuando se le someta a secado. Las fronteras entre los estados de consistencia mencionados anteriormente, fueron establecidas por Atterberg bajo el nombre general de límites de consistencia, los cuales se describen a continuación. 1. LL Límite Líquido: frontera superior entre el estado plástico y el semilíquido. 2. LP Límite Plástico: frontera inferior entre el estado plástico y el semisólido. 3. LC Limite de contracción: frontera entre los estados semisólido y sólido A la diferencia aritmética entre el límite líquido y el límite plástico, se le conoce como índice plástico (IP). La contracción lineal de un suelo es la reducción de volumen del mismo, medida en una de sus dimensiones y expresada como porcentaje de la dimensión original, cuando la humedad se reduce desde la correspondiente al límite líquido o hasta la del límite de contracción. Para conocer las características de plasticidad de los suelos se utilizan el límite líquido, el índice plástico, y la contracción lineal. Para la determinación del límite liquido de un suelo por el método estándar, se emplea el procedimiento de Casagrande, según el cual se define como limite liquido el contenido de agua de fracción de suelo que pasa la malla N° 0.425 (40), cuando al ser colocada en la copa de Casagrande y efectuar en ella una
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 44 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ranura trapecial de dimensiones especificas, los bordes inferiores de la misma se ponen en contacto en una longitud de 13.0 mm , después de golpear la copa 25 veces, dejándola caer sobre una superficie dura de características especiales, desde una altura de 1 centímetro y a una velocidad de 2 golpes por segundo. En el método estándar el límite líquido se determina de manera gráfica mediante la curva de fluidez, la que se obtiene uniendo los puntos que representa los contenidos de agua correspondientes a diferentes números de golpes, para los cuales la ranura se cierra en la longitud especificada. 3.2 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO 3.2.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.  Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho, con punta redonda.  Cuenta gotas.  Copa de Casagrande calibrada para una altura de caída de 1 cm, provista de ranuradores, uno plano y otro curvo, con las características que se indican en la norma M-MMP-1-07/07.  Vidrio de reloj.  Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ±5 °C.  Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro.  Vaso de 0.5 litros de capacidad. 50 mm8mm 20 mm 13 mm 5 mm 10 mm 110 mm
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 45 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH  Paño absorbente. Fig. 17. Muestra el equipo necesario para la llevar a cabo la prueba. 3.2.2 Preparación de la muestra En la preparación de la muestra para determinar los limites de consistencia y la contracción lineal, se emplean 250 gr de material previamente cribados por la malla Núm. 0.425 (Nº 40). La muestra se coloca en un recipiente apropiado, se le agrega agua en la cantidad necesaria para que tome el aspecto de material saturado y se deja en reposo durante 24 horas aproximadamente, en un lugar fresco, cubriendo el recipiente con un paño que se mantendrá húmedo a fin de reducir al mínimo las pérdidas de agua por evaporación. Fig. 18. Preparación de la muestra.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 46 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.2.3 Procedimiento de la prueba 1. Se toma una muestra de 150 gr, aproximadamente, del material preparado de acuerdo a lo anterior explicado, este material se coloca en una cápsula de porcelana y se procede a homogenizar la humedad con la espátula. Fig. 19. Muestra el material homogenizado. 2. Logrado lo anterior se coloca en la copa de Casagrande, previamente calibrada, una cantidad suficiente de material para que una vez extendido con la espátula se tenga un espesor de 8 a 10 milímetros en la parte central de la muestra colocada. Para extender el material se procede del centro hacia los lados, sin aplicarle una presión excesiva y con el número mínimo de pasadas de la espátula. Fig. 20. Muestra el material extendido en la copa de Casagrande.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 47 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3. Se efectúa una ranura en la parte central del material que contiene la copa, con una pasada firme del ranurador, como se muestra en la Fig. 21, manteniéndolo siempre normal a la superficie del la copa. Si el material se desliza sobre la copa cuando se use el ranurador curvo, podrá darse hasta 6 pasadas profundizando paulatinamente la ranura, de manera que solamente en la última pasada el ranurador toque el fondo de la copa. Fig. 21. Muestra la forma de ranurar el suelo. 4. Se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa, a razón de 2 golpes por segundo y se registra el número de golpes necesarios para que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 mm. Fig. 22. Muestra la unión de 13 mm. 13mm
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 48 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5. Una vez logrado lo anterior se toma aproximadamente 10 gr del material de la porción cerrada de la ranura y se coloca en un vidrio de reloj, para proceder de inmediato a obtener su contenido de agua. Fig. 23. Muestra la una porción de material para la obtención de la humedad. 6. A continuación y una vez que se ha tomado la muestra para la determinación de la humedad, se regresa a la cápsula de mezclado lo que contiene la copa, se lavan y secan tanto la copa como el ranurador. 7. Enseguida se agrega agua con el cuenta gotas al material contenido en la cápsula, se homogeniza el material y se vuelven a realizar las etapas anteriores. Fig. 24. Muestra la forma de agregar agua con él cuenta gotas.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 49 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8. La cantidad de agua agregada al material deberá ser en tal forma que las cuatro determinaciones efectuadas, quedan comprendidas entre 10 y 35 golpes, siendo necesario obtener 2 valores arriba y 2 debajo de 25 golpes. Para consistencias menores de 10 golpes es difícil identificar el momento de cierre de la ranura en la longitud especificada, por otra parte y para más de 35 golpes, se dificulta la ejecución de la prueba. 3.2.4 Procedimiento de cálculo Se dibujan los cuatro puntos correspondientes a cada determinación en un papel semilogarítmico cuyas abscisas representa en la escala logarítmica, el número de golpes y en las ordenadas, en escala aritmética, los respectivos contenidos de agua. A continuación se traza la línea recta que pase lo más cerca posible de cuando menos tres de los puntos obtenidos; la curva así trazada se denomina curva de fluidez, cuya ordenada correspondiente a 25 golpes, se reporta como límite líquido del suelo, expresado como contenido de agua en por ciento y redondeado al número entero más cercano. 3.2.5 Procedimiento por el método simplificado El límite líquido de un suelo por el método simplificado, se determina conociendo un solo punto de su curva de fluidez. Este método es más sencillo que el método estándar, pero puede ser menos preciso, por lo cual cuando se juzgue necesario se recomienda verificar sus resultados con el método estándar. 3.2.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes El equipo es el mismo que para el método estándar. 3.2.5.2 Preparación de la muestra y procedimiento de la prueba La prueba se efectúa en términos generales de la misma forma que la estándar, excepto porque en ésta solo se determina una sola determinación, verificando con dos cierres de ranura y aplicando un número de golpes que este comprendido entre
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 50 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 20 y 30, tomando la muestra correspondiente para la obtención de su contenido de agua. 3.2.5.3 Procedimiento de cálculo El límite líquido se obtiene empleando el método descrito a continuación. 1. Aplicando la siguiente fórmula. ( ⁄ ) Donde: LL= Es el límite líquido del suelo, expresado como contenido de agua, en porciento. WN= Es el contenido de agua de la muestra respectiva, a la cual le fue aplicado un número N de golpes en la prueba, en porciento. N= Es el número de golpes necesarios para lograr que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 milímetros. En la siguiente tabla se dan los valores del factor( ⁄ ) , para distintos valores de N. N ( ⁄ ) N ( ⁄ ) 20 0.974 26 1.005 21 0.979 27 1.009 22 0.985 28 1.014 23 0.990 29 1.018 24 0.995 30 1.022 25 1.000 Tabla 8. Factores del límite líquido
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 51 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO El limite plástico en el suelo se define como el mínimo contenido de agua de la fracción que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), para que se puedan formar con ella cilindros de 3 mm, sin que se rompan o se desmoronen. 3.3.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.  Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho, con punta redonda.  Placa de vidrio con dimensiones mínimas aproximadas de 40 cm de lado y 0.6 cm de espesor.  Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación.  Alambre de acero, de 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C.  Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro. 3.3.2 Procedimiento de la prueba 1. Se toma una muestra de material preparado de acuerdo con la prueba de LL, a la cual se le da la forma de una pequeña esfera de aproximadamente 12 mm de diámetro, que deberá moldearse con los dedos para que pierda la humedad y se forma un cilindro manipulándolo sobre la palma de la mano, aplicando con los dedos la presión necesaria para tal fin. 2. A continuación, se rola el cilindro con los dedos de la mano sobre la placa de vidrio, dando la presión requerida para reducir su diámetro hasta que este sea uniforme en toda su longitud y ligeramente mayor de 3 mm, la velocidad de rodado deberá ser de 60 a 80 ciclos por minuto, entendiéndose por ciclo un
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 52 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH movimiento completo de la mano hacia adelante y hacia atrás, hasta volver a la posición de la partida. 3. Si al alcanzar dicho diámetro el cilindro no se rompe en varias secciones simultáneamente, su humedad es superior a la del límite plástico. En ese caso se debe juntar todo el material, se forma nuevamente una pequeña esfera, manipulándola con los dedos para facilitar la pérdida de agua y lograr una distribución uniforme de la misma. 4. Se repiten los pasos 1 hasta el 3 hasta lograr que el cilindro se rompa en varios segmentos precisamente en el momento de alcanzar el diámetro de 3 mm. Dicho diámetro se verifica comparándolo con el alambre de referencia. Fig. 25. Muestra cuando el cilindro se rompe al llegar a un diámetro de 3 mm. 5. En seguida se colocan en un vidrio de reloj todos los fragmentos en que se halla dividido el cilindro y se efectúa la determinación del contenido de humedad correspondiente. Fig. 26. Muestra los fragmentos para determinar la humedad.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 53 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6. Para mayor seguridad en los resultados de la prueba, se deberá llevar a cabo por lo menos 3 determinaciones sucesivas del límite plástico, en cada muestra. 7. Los suelos con lo que no es posible formar cilindros del diámetro especificado, con ningún contenido de agua, se consideran como no plásticos. 3.3.3 Cálculos y resultados Se reporta como límite plástico del suelo, el promedio de las humedades que concuerden entre sí, dicho promedio se redondea al número entero más cercano. 3.4 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO El índice plástico en suelo mide el intervalo de variación de la humedad dentro del cual el suelo presenta una consistencia plástica, de acuerdo con los conceptos expresados anteriormente. Los límites líquido y plásticos corresponden a las fronteras superior e inferior de dicha consistencia, respectivamente. El índice plástico, se define como la diferencia aritmética entre los límites líquido y plástico, se calcula mediante la fórmula siguiente. Dónde: IP= Es el índice plástico del suelo, en por ciento. LL= Es el límite líquido del suelo, en por ciento. LP= Es el límite plástico del suelo, en por ciento. 3.4.1 Cálculos y resultados Se reporta como índice plástico, el resultado de la ecuación anterior, exceptuando los siguientes casos. 1. Cuando el suelo sea muy arenoso y no pueda determinarse el límite plástico, se reporta el límite plástico y el índice plástico como NP (no plástico).
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 54 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2. Cuando el límite plástico sea igual o mayor que el límite liquido, se reporta el índice plástico como NP (no plástico). 3.5 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL La contracción lineal de un suelo se define como la reducción en la mayor dimensión de un espécimen de forma prismática rectangular, elaborado con la fracción de suelos que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuando su humedad disminuye desde la correspondiente al límite líquido hasta la del límite de contracción, expresada como un porcentaje de la longitud inicial del espécimen. Para esta determinación se utilizará una muestra preparada como la utilizada para determinar el límite líquido, o bien se aprovechará el material húmedo que haya sobrado de la determinación del límite líquido. 3.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.  Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho, con punta redonda.  Moldes de lamina galvanizada del Nº 16, con sección de 2 por 2 cm y de 10 cm de longitud.  Calibrador con vernier del tipo Máuser.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C  Grasa grafitada. 3.5.2 Procedimiento de la prueba 1. Se agrega a la muestra agua o material menos húmedo tomando de la porción preparada, hasta lograr que la humedad sea la correspondiente a la del límite líquido, lo cual se verifica empleando la copa de Casagrande y cumpliendo con
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 55 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH la condición de que la ranura se cierre en una longitud de 13 mm precisamente a los 25 golpes. 2. Con el material preparado en las condiciones indicadas se procede a llenar el molde de prueba, al cual se le habrá aplicado previamente una capa delgada de grasa en su interior para evitar que el material se adhiera a sus paredes. El llenado del molde se efectúa en 3 capas, utilizando la espátula y golpeándolo después de la colocación de cada capa contra una superficie dura; para esto último, deberá tomarse el molde por sus extremos, procurando siempre que el impacto lo reciba en toda su base, lo cual se logra conservando paralelismo entre dicha base y la superficie sobre la cual se golpea. En cada caso las operaciones de golpeo deberán prolongarse lo suficiente para lograr la expulsión del aire contenido en la muestra colocada, lo que se pone de manifiesto cuando ya no aparecen burbujas en su superficie. Fig. 27. Muestra el molde enrazado. 3. A continuación se enrasa el material en el molde utilizado con la espátula y se deja orear a la sombra hasta que cambie ligeramente su color, después de lo cual se pone a secar en el horno por un periodo de 18 horas, aproximadamente, a una temperatura de 105 ± 5 °C. 4. Se extrae del horno el molde con el espécimen, se deja enfriar a la temperatura ambiente y a continuación se saca del molde la barra.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 56 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5. Finalmente, se mide con el calibrador la longitud media de la barra del material seco y la longitud interior del molde, con aproximación de 0.01 cm. 3.5.3 Cálculos y resultados La contracción lineal se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula. Donde: CL= Es la contracción lineal aproximada al decimo más cercano, en %. Li= Es la longitud inicial de la barra de suelo húmedo, que corresponde a la longitud interior del molde, en cm. Lf= Es la longitud media de la barra de suelo seco, en cm. 3.6 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA El límite de contracción es la frontera entre los estados semi-sólido y sólido, quedando definido como el contenido de agua mínimo para el cual el suelo no retrae su volumen aún cuando pierda o se evapore agua. Observando una gráfica de volumen del suelo en función de su contenido de humedad, observaríamos que todo suelo llega a un punto donde su volumen no decrece aún cuando el contenido de humedad siga disminuyendo. Es este punto, el contenido de humedad que deseamos cuantificar. 3.6.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Plato de evaporación de porcelana, de aproximadamente 140 mm de diámetro.  Espátula o cuchillo, con una hoja flexible de aproximadamente 76 mm de largo por 19 mm de ancho.  Molde cilíndrico, metálico o de porcelana, con el fondo plano y de aproximadamente 44 mm de diámetro y 12 mm de altura.  Regla de enrase de acero, de aproximadamente 150 mm de largo.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 57 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH  Taza de vidrio de aproximadamente 57 mm de diámetro y 31 mm de altura, con su borde superior pulido y esencialmente paralela a la base.  Placa de vidrio con 3 puntas para sumergir la muestra en el mercurio.  Probeta con una capacidad de 25 ml y graduada a 0.2 ml.  Balanza con una precisión de 0.01 gr.  Mercurio suficiente para llenar la taza de vidrio. Nota: el mercurio es una sustancia peligrosa que puede causar enfermedad y muerte. La inhalación del vapor del mercurio es un serio riesgo de enfermedad, el mercurio también puede ser absorbido por la piel. El efecto del mercurio es acumulativo. Las precauciones que se deben tomar para evitar la inhalación del vapor, es trabajar en un área bien ventilada, así como evitar el contacto con la piel, usar guantes de látex todo el tiempo. Limpiar los derrames inmediatamente usando un procedimiento explícito para el mercurio.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C. 3.6.2 Procedimiento de la prueba 1. Recubrir el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo, vaselina o aceite de silicón para prevenir la adherencia de suelo al molde). 2. Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la capacidad del molde en el centro de éste y extenderlo hasta los bordes, golpeando el molde contra una superficie firme recubierta con papel secante o similar. 3. Agregar una porción similar a la primera y golpear el molde hasta que el suelo este completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie. 4. Agregar material y compactar hasta que el molde este completamente lleno y con exceso de suelo sobre el borde. 5. Enrasar con la regla y limpiar posibles restos de suelo adherido al exterior del molde.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 58 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6. Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el suelo compactado. Restar el peso del molde determinando el peso del suelo húmedo (Wh). Registrar aproximando a 0.01 gr. 7. Dejar secar lentamente al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se despegue de las paredes del molde o hasta que cambie de color oscuro a claro. Nota: Se recomienda efectuar el ensaye, hasta el inicio del secado, en cámara húmeda. Si no se cuenta con este dispositivo se deben tomar todas las precauciones necesarias para reducir la evaporación. 8. Secar en horno a 110 5 °C hasta masa constante. Nota: El secado en horno a 110  5 °C no entrega resultados fiables en suelos que contienen yeso u otros minerales que pierden fácilmente el agua de hidratación o en suelos que contienen cantidades significativas de materia orgánica. En estos casos es recomendable el secado en horno a aproximadamente 60 °C. 9. Pesar el molde con el suelo seco. Restar el peso del molde determinando el peso del suelo seco (Ws). Registrar aproximando a 0.01 gr. 10.Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco. 11.Llenar la taza con mercurio hasta que desborde, enrasar presionando con la placa de vidrio y limpiar los restos de mercurio adheridos al exterior de la taza. 12.Colocar la taza llena de mercurio sobre el plato de evaporación, colocar la pastilla de suelo sobre la superficie del mercurio y sumergirlo cuidadosamente mediante las puntas de la placa de vidrio hasta que ésta tope firmemente contra el borde de la taza (Es esencial que no quede aire atrapado bajo la pastilla de suelo ni bajo la placa de vidrio). 13.En seguida, obtener el volumen de mercurio desplazado por la pastilla de suelo, para esto se pesa y se divide por la densidad del mercurio (γHg = 13.55 g/cm³), registrarlo como volumen de la pastilla de suelo seco (Vs), aproximando a 0.01cm³ (0.01ml).
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 59 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.6.3 Expresión de resultados 14.- Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 0.1 % ( ) Donde: W = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %. Wh = Peso del suelo húmedo, gr. Ws= Peso del suelo seco, gr. 15.- Calcular el límite de contracción, del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 1 %. ( ( ) ) Donde: Wc = límite de contracción, %. W = Humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %. Vh = Volumen de la pastilla de suelo húmedo, cm3 (ml). Vs = Volumen de la pastilla de suelo seco, cm3 (ml). γw = Densidad del agua, gr/cm3 (gr/ml). Ws = Peso del suelo seco, gr. 3.7 EJEMPLO DE CÁLCULO
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 60 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH OBRAS: Físico Matemáticas FECHA: 03 de Julio del 2008 LOCALIZACIÓN: Ciudad Universitaria OPERADOR: SONDEO N°: ENSAYE N°: MUESTRA N°: PROF.: CALCULÓ: DESCRIPCION: Arcilla negra LÍMITE LÍQUIDO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % 100 16 35.71 25.97 9.74 8.31 17.66 55.1 42 21 36.35 26.61 9.74 8.58 18.03 54.0 43 33 36.37 26.78 9.59 8.37 18.41 52.1 LÍMITE PLÁSTICO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % 4 ------ -------- -------- 16.34 14.72 1.62 8.12 6.60 24.5 HUMEDAD NATURAL PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % CONTRACCIÓN LINEAL PRUEBA N° CAPSULA N° LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL CONTRACCION LINEAL ………………………. ………………………. cm cm % 38 10.00 8.33 16.7 CONTRACCIÓN VOLUMETRICA PRUEBA N° CAPSULA N° VOLUMENES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) Vi Vf CV ------------ ------------ Cm3 Cm3 Cm3 ---- gr gr gr gr % 8 17.69 9.24 5.7 48.85 39.37 9.48 21.34 18.03 52.6
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 61 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Nota: en la grafica se muestra la forma de obtener el limite liquido en %. RESULTADOS W (%) LL (%) LP (%) IP (%) CL (%) CV (%) 53.2 24.5 28.7 16.7 52.6 3.8 FORMATO PARA LA PRÁCTICA 16, 55.1 21, 54 33, 52.1 50 51 52 53 54 55 56 57 58 5 50 CONTENIDODEAGUAEN% NÚMERO DE GOLPES 6 7 8 9 10 3020 40 53.2
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 62 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH OBRAS: FECHA: LOCALIZACIÓN: OPERADOR: SONDEO N°: ENSAYE N°: MUESTRA N°: PROF.: CALCULÓ: DESCRIPCION: LÍMITE LÍQUIDO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % LÍMITE PLÁSTICO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % HUMEDAD NATURAL PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % CONTRACCIÓN LINEAL PRUEBA N° CAPSULA N° LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL CONTRACCION LINEAL ………………………. ………………………. cm cm % CONTRACCIÓN VOLUMETRICA PRUEBA N° CAPSULA N° VOLUMENES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) Vi Vf CV ------------ ------------ Cm3 Cm3 Cm3 ---- gr gr gr gr %
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 63 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH RESULTADOS W (%) LL (%) LP (%) IP (%) CL (%) CV (%) 50 51 52 53 54 55 56 57 58 5 50 CONTENIDODEAGUAEN% NÚMERO DE GOLPES 6 7 8 9 10 3020 40 53.2
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 64 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.9 CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 65 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA O PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS SÓLIDOS 4.1 INTRODUCCIÓN Estas pruebas permiten determinar las relaciones masa-volumen de los materiales respecto a la relación masa-volumen del agua, así como la absorción de los materiales y se utilizan para calcular los volúmenes ocupados por el material o mezcla de materiales en sus diferentes condiciones de contenidos de agua y el cambio de masa del material debido a la entrada de agua en sus poros, con respecto a su condición en estado seco; las pruebas se realizan de distinta manera en la fracción del material retenida en la malla N°4 (Núm. 4.75 mm) y en la porción que pasa dicha malla. La determinación de las densidades relativas, así como de la absorción, se hace considerando que, si se representa esquemáticamente una muestra de suelo o una partícula gruesa de material pétreo, parcialmente saturadas, formadas por sus fases sólida, líquida y gaseosa, como se indica en la Figura 28 de este Manual, se establecen las siguientes definiciones: Fig. 28. Esquema me una muestra de suelo. Donde: Vm = Volumen del material. Ww = Masa total del material. Va = Volumen de aire. Vs = Volumen sólidos. WS = Masa de los sólidos. Vw = Volumen de volumen de agua. Vv = Volumen de vacios. WS = Masa del agua. Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, Ssat, es un número abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica del material Fase gaseosa Fase líquida Fase sólida MasasVolúmenes Vm Vv Va Vw Vs Ww Ws Wm
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 66 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH saturado a la temperatura del lugar, γsat, y la masa volumétrica del agua destilada a 4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar: ( ) ( ) ( ) Donde: Ssat = Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, (adimensional) γsat = Masa volumétrica del material saturado y superficialmente seco, (kg/m3) γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m3) ws = Masa de sólidos, (kg) ww = Masa del agua en condiciones de saturación, es decir, el agua que ocupa todos los vacíos, (kg) Vm = Volumen del material, (m3) Vv = Volumen de vacíos, (m3) Vs = Volumen de sólidos, (m3) Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, Ss, es un número abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica de la fase sólida del material a la temperatura del lugar, γsol, y la masa volumétrica del agua destilada a 4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar: ( ) Donde: Ss = Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, (adimensional) γsol = Masa volumétrica de la fase sólida del material, (kg/m3) γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m3) Ws = Masa de sólidos, (kg) Vs = Volumen de sólidos, (m3) Absorción del material es la masa del agua o líquido que penetra en los espacios entre las partículas de un suelo y en las oquedades de las partículas gruesas, cuando se le deja sumergido en agua a una temperatura de 15 a 25°C, durante 24 h; se expresa en por ciento con relación a la masa de sólidos del material.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 67 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.2 EQUIPO  Malla N° 4.  Balanzas una con capacidad de 5 kg y aproximación de 0.5 gr; y otra con capacidad de 1 kg y aproximación de 0.1 gr.  Canastilla  Recipiente adecuado para sumergir la canastilla en agua y saturar el material.  Dispositivo de suspensión.  Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5°C.  Picnómetro  Desecador  Lienzo  Matraz calibrado.  Probeta graduada.  Termómetro de 0.1°C de aproximación.  Fuente de calor.  Bomba de vacío.  Batidora  Cuenta gota o pipeta.  Molde de latón o de acero inoxidable.  Pisón metálico.  Espátula  Capsula de porcelana.  Embudo  Agua  Alcohol  Éter sulfúrico.  Bicromato de potasio.  Ácido sulfúrico.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 68 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 1. De la muestra del material recibida en el laboratorio, se toman aproximadamente 5 kg, los que se secan, disgregan y criban, para separarlos mediante cribado en dos fracciones: el material que se retiene en la malla N°4 y el que pasa por dicha malla, colocando las fracciones en charolas distintas. 4.3.1 Suelos arcillosos o cohesivos 2. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una porción entre 100 y 500 gr. 3. Se deposita este material en una cápsula, se adiciona agua destilada y se mezcla con la espátula hasta obtener una pasta suave. 4. Se coloca la pasta en el vaso de la batidora, se agrega agua destilada hasta completar aproximadamente 250 cm3 y se hace funcionar el aparato durante un lapso de 15 minutos, aproximadamente, para formar una suspensión uniforme. 5. Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se obtiene su masa y se registra como Wsat, en gr. 4.3.2 Suelos arenosos o no cohesivos 6. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una porción entre 100 y 500 gr. 7. Se seca el material hasta masa constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C y se deja enfriar a la temperatura ambiente. 8. Se sumerge el material en un vaso con agua limpia a una temperatura de 15 a 25 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas. 9. Se decanta el agua, se extiende el material sobre una superficie plana no absorbente y se aplica una corriente de aire a la vez que se mueve en forma continua para asegurar un secado uniforme. 10.Se coloca el molde cónico sobre una superficie plana apoyándolo en su base de mayor diámetro y se llena con material parcialmente seco, se le aplican
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 69 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH veinticinco golpes suaves con el pisón y se levanta verticalmente el molde. Si el material contiene agua superficial mantendrá la forma cónica; en este caso, se continúa la operación de secado, repitiendo frecuentemente el procedimiento del cono antes descrito, hasta que al levantar éste, el material no mantenga la forma cónica, lo que indicará que no contiene agua superficial. Si al efectuar la prueba por primera vez, el material no mantiene la forma cónica, se le agrega un poco de agua, se mezcla perfectamente y se deja en reposo en un recipiente cubierto, durante un tiempo mínimo de 30 minutos, para después repetir la operación de secado que se indica en este Párrafo. 11.Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se obtiene su masa y se registra como Wsat, en gr. 4.4 CALIBRACIÓN DEL MATRAZ Previamente al inicio de la prueba, se verificará que el equipo por emplear para el material que pasa la malla N°4 se encuentre calibrado, considerando lo siguiente: 1. Se lava el matraz con una mezcla crónica para eliminar la grasa adherida en su interior. La mezcla crónica para lavado se obtiene disolviendo en caliente 60 gr de bicromato de potasio en 300 cm3 de agua destilada, a la cual se le adicionan en frio 450 cm3 de ácido sulfúrico comercial. 2. Se enjuaga el matraz con agua destilada y se escurre perfectamente, bañando a continuación su pared interior con alcohol para eliminar los residuos de agua. 3. Para finalizar el lavado se enjuaga nuevamente el matraz con éter sulfúrico y con objeto de facilitar su eliminación, se coloca el matraz en un soporte con la boca libre hacia abajo, durante 10 minutos. 4. Se determina la masa del matraz seco y limpio, se registra como Wf, en gr. 5. Con agua destilada a la temperatura ambiente, se llena el matraz hasta aproximadamente 0.5 cm debajo de la marca de aforo, dejándola reposar durante unos minutos.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 70 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6. Se verifica que la temperatura del agua dentro del matraz sea uniforme, para lo cual se toman lecturas con el termómetro a diferentes profundidades. Si la temperatura no es uniforme y la diferencia es menor de 0.2 °C, se tapa el matraz con la palma de la mano y se voltea lentamente procurando evitar la formación de burbujas; finalmente se mide la temperatura del agua colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz y se registra dicha temperatura como to, en °C. 7. Utilizando el cuentagotas o pipeta, se agrega agua destilada hasta que la parte inferior del menisco del líquido coincida con la marca de aforo. 8. Posteriormente, sin tocar o alterar dicho menisco se seca cuidadosamente el interior del cuello del matraz con el lienzo absorbente enrollado y se determina la masa del matraz lleno de agua, registrándolo como Po, en gr. 9. Siguiendo los pasos de 6 a 8 de la calibración del matraz, se efectúan otras cuatro determinaciones de masa Po del matraz lleno de agua, a las temperaturas de 5 y 10 °C por abajo y 5 y 10 °C por arriba, aproximadamente, de las temperaturas como t-5, t-10, y t5, t10, respectivamente. 10.Finalmente, sobre un sistema de ejes coordenados, se dibuja una curva de calibración para el matraz de prueba, marcando las temperaturas en las abscisas y las masas en las ordenadas, y se traza una curva suave y continua como se ilustra en la Figura 29.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 71 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 29. Curva de calibración del matraz. 4.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA MALLA N° 4 1. Se lava la porción del material retenido en la malla N° 4, con el fin de eliminar cualquier residuo de polvo o material contaminante que contenga. 2. Se seca la porción lavada hasta masa constante a una temperatura entre 105 ± 5 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas. 3. Transcurrido este tiempo, se extrae del agua el material y se desliza sobre el lienzo absorbente ligeramente humedecido para secarla superficialmente; las partículas mas grandes se secan en forma individual. La condición de saturación y superficialmente seco se logra cuando las partículas, no obstante que se noten húmedas, han perdido la película brillante visible de agua. Esta operación se llevara a cabo en forma rápida para evitar cualquier pérdida por evaporación.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 72 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4. Se obtiene la masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua y se registra como WC, en gr. 5. Se obtiene la masa del material saturado y superficialmente seco y se registra como W1, en gr. 6. Inmediatamente después se coloca el material dentro de la canastilla de alambre, se sumergen ambos en agua limpia a 23 ± 2°C y se suspende en el centro del platillo de la balanza, por medio del dispositivo previsto para tal fin. La canastilla se sumergirá a una profundidad adecuada para que ésta y el material queden completamente cubiertos por el agua. Cuando se aprecie que no salen burbujas de la canastilla y material sumergidos, se determina la masa del material con la canastilla y se registra como W2, en gr. 7. Se saca del agua la canastilla con el material, se vierte el material en una charola y se coloca dentro del horno a una temperatura de 105 ± 5°C, para su secado hasta masa constante. 8. Después de secado el material, se deja enfriar dentro del desecador hasta que alcance la temperatura ambiente y a continuación, se determina su masa como WS, en g. 9. Se determina la masa del material sumergido en el agua restando a la masa W2, la masa WC, de la canastilla sumergida y se registra como W3, en gr. 4.5.1 Cálculos y resultados Las densidades relativas y la absorción del material retenido en la malla N°4 se calculan como se indica a continuación. a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente expresión: Donde: Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional)
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 73 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Ws = Masa del material secado al horno, (gr) W3 = Masa del material saturado y sumergido en agua, (gr), se calcula como: W2 = Masa de la canastilla conteniendo al material saturado, sumergido en el agua, (gr) Wc = Masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua, (gr) b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente expresión: Donde: Wab = Absorción del material, (%) W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (gr) WS = Masa del material secado al horno, (gr) 4.6 PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO EN LA MALLA N°4 Cuando no se requiere mucha precisión en la determinación de la densidad relativa de sólidos, a que se refiere el inciso a) del procedimiento anterior de esta prueba, el volumen del material, se podrá determinar cómo se indica a continuación. 1. Se coloca el picnómetro sobre una superficie horizontal libre de vibraciones y se llena con agua destilada hasta el nivel de derrame, dejando abierto el grifo de salida. Bajo el grifo, en su extremo, se coloca una probeta graduada vacía. 2. Del material saturado y superficialmente seco, se obtiene su masa y se registra como W1, en gr, se sumerge el material en el picnómetro y se recolecta en la probeta graduada el agua desalojada. Al concluir la inmersión del material, se mide sobre la escala de la probeta graduada el volumen correspondiente y registra como Vm, en cm3. 3. Se extrae el material del picnómetro y se coloca en una charola para secarlo en el horno a una temperatura de 105 ± 5°C durante 20 horas o hasta masa
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 74 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH constante. Transcurrido este tiempo, el material se saca del horno y de deja enfriar hasta temperatura ambiente. 4. Una vez enfriado, se determina la masa del material seco y se registra como WS, en gr. 4.6.1 Cálculos y resultados Se reporta como resultado de la prueba, densidad relativa de sólidos, utilizando la siguiente expresión. ( ) Donde: SS = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional) W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (g) WS = Masa del material secado al horno, (g) Vm = Volumen total del material, (m3) 4.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA MALLA N° 4 1. Inmediatamente después de preparar la muestra que pasa la malla N°4, utilizando el embudo, se introduce el material en el matraz previamente calibrado, como se muestra en la Figura 30. Posteriormente se llena el matraz con agua destilada hasta aproximadamente la mitad de su capacidad.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 75 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 30. Muestra como se introduce el material al matraz. 2. Empleando el dispositivo de succión, se aplica vacío al matraz durante 15 min, con objeto de extraer el aire atrapado en la muestra, como se muestra en la Figura 31. Para facilitar este proceso se agita cuidadosamente la suspensión con un movimiento giratorio del matraz alrededor de su eje. La succión máxima que se aplique no deberá exceder de 100 mm de Hg (0.136 kg/cm3). En caso de no contar con el dispositivo de succión, utilizando la parrilla eléctrica o fuente de calor, se pone en ebullición el agua del matraz durante 10 min aproximadamente, moviendo al mismo tiempo el material con el agitador mientras hierve, hasta expulsar el aire atrapado. Fig. 31. Muestra como se aplica la sección.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 76 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3. Se deja enfriar el matraz hasta alcanzar la temperatura ambiente y se adiciona el volumen de agua destilada necesaria para alcanzar la marca de aforo, como se muestra en la Figura 32, y en su caso, se vuelve aplicar el vacio para asegurar que no haya quedado aire atrapado en la muestra, lo cual ocurriría cuando ya no se observe ninguna variación en el nivel del menisco; si es necesario, se quitara o agregara agua destilada utilizando el cuentagotas, de tal forma que el nivel inferior del menisco coincida con la marca de aforo. Fig. 32. Muestra el matraz después de llenarlo y su pesado. 4. Se secan cuidadosamente la superficie exterior del matraz y el interior del cuello del mismo. Para esta última operación se emplea un lienzo absorbente enrollado, evitando tocar el menisco. 5. Se obtiene la masa del matraz con el material y el agua, registrándolo como, Wfsw, en gr. 6. Se tapa el matraz y se invierte varias veces en forma cuidadosa con el fin de uniformizar la temperatura de la suspensión, a continuación se coloca el bulbo del termómetro en el centro del matraz, como se muestra en la Figura 33 y se registra la temperatura, misma que es considerada como la temperatura de la prueba tp.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 77 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 33. Muestra la forma de colocar el termómetro. 7. Hecho lo anterior, se vierte toda la suspensión a una capsula de porcelana, empleando el agua necesaria para arrastrar todas las partículas de suelo y se deja reposar durante 24 h. Se elimina el agua sobrante mediante una cuidadosa decantación y se lleva la muestra al horno para su secado total a masa constante, a una temperatura de 105 ± 5°C; se determina y se anota la masa seca de la muestra, WS, en gr. 8. En caso de suelos arenosos o no cohesivos, el periodo de reposo podrá reducirse hasta que se observe limpio el tirante de agua, continuando la prueba en la forma descrita en el paso anterior. 9. Finalmente, utilizando la curva de calibración del matraz, se obtiene la masa del matraz con el agua, en gr, correspondiente a la temperatura de prueba tp y se registra como Wfw. 4.7.1 Cálculos y resultados Se calcula y se reporta como resultado de la prueba lo siguiente: a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente expresión:
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 78 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Donde: Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional) Ws = Masa del material secado al horno, (gr) Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la curva de calibración del matraz, (gr) Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp, (gr) b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente expresión: Donde: Wab = Absorción del material, (%) W1 = Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g) WS = Masa del material secado al horno, (g)
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 79 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.8 EJEMPLO DE CÁLCULO OBRA: COMUNIDAD AJOLOTE LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN SONDEO N°: 1 ENSAYE N°: 774 MUESTRA N°: PROFUNDIDAD: 0.90 m DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: FECHA: OPERADOR: Erick Oliver CALCULÓ: Erick Oliver DENSIDAD DE SOLIDOS PRUEBA N° Matraz N° 2 12 Wfsw (gr) 717.5 708.2 Temperatura (°C) 36 35 Wfw (g) 686.616 679.275 Capsula de evaporación N° 2 4 Peso de la capsula + muestra seca (gr) 275 270 Peso de la capsula (gr) 225 220 WS (gr) 50 50 Ss (adimensional) 2.616 2.37 Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional): Ws = Masa del material secado al horno, (g) Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la curva de calibración del matraz, (g) Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp, (g)
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 80 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.9 FORMATO PARA LA PRÁCTICA OBRA: LOCALIZACIÓN: SONDEO N°: ENSAYE N°: MUESTRA N°: PROFUNDIDAD: DESCRIPCION DEL MATERIAL: FECHA: OPERADOR: CALCULÓ: DENSIDAD DE SOLIDOS PRUEBA N° Matraz N° Wfsw (gr) Temperatura (°C) Wfw (gr) Capsula de evaporación N° Peso de la capsula + muestra seca (gr) Peso de la capsula (gr) WS (gr) Ss (adimensional)
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 81 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.10CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 82 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRUEBAS DE COMPACTACIÓN Se entiende por compactación la aplicación mecánica de cierta energía, o cantidad de trabajo por unidad de volumen, para lograr una reducción de los espacios entre las partículas sólidas de un suelo, con el objeto de mejorar sus características mecánicas. Al obtenerse un mejor acomodo de las partículas sólidas y la expulsión de aire que contiene el suelo, se produce un aumento de su peso volumétrico o específico. Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a su contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación, su peso volumétrico va aumentando, propiciado por la acción lubricante del agua, hasta que llega un momento en el que el peso volumétrico del material seco, calculado a partir del peso volumétrico del material húmedo y de la humedad, alcanza un valor máximo. Al contenido de agua con el que se obtiene el mejor acomodo de partículas y el mayor peso volumétrico o específico del material seco, para una determinada energía de compactación, se le denomina humedad óptima y al peso volumétrico correspondiente se le designa como peso volumétrico o peso específico seco máximo. Cuando a partir de esta condición de humedad óptima y peso volumétrico seco máximo, se incrementa el agua para un mismo volumen, el agua con el aire ocuparían el lugar de algunas partículas de suelo, obteniéndose en consecuencia pesos volumétricos que van siendo menores a medida que el agua aumenta. Si en un sistema de ejes coordenados se sitúan los puntos correspondientes a cada peso volumétrico seco con su respectiva humedad y se unen con una curva, quedará representada la variación del peso volumétrico de un material para diferentes contenidos de agua y una misma energía de compactación; ésta curva adopta aproximadamente la forma de una parábola, siendo más pronunciada su curvatura en el caso de suelos arenosos que en los suelos arcillosos.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 83 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH El contenido de agua óptimo y el peso volumétrico seco máximo de un suelo, también varían con la energía de compactación; cuando ésta se aumenta, se obtienen mayores pesos volumétricos secos máximos con humedades óptimas menores. A su vez, la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo son función del tipo de suelo; los suelos gruesos, para una misma energía de compactación, tienen en general mayores pesos volumétricos y menores contenidos de agua que los suelos finos. De acuerdo con la naturaleza de los materiales y con el uso que se les pretenda dar, se han establecido procedimientos de prueba para llevar a cabo la compactación de los suelos en el laboratorio, con objeto de referenciar y evaluar la compactación que se alcanza con los procedimientos aplicados en el campo, para determinar el grado de compactación del material. Tomando en cuenta la forma de aplicar la energía al material, las pruebas de compactación que generalmente se emplean son de los siguientes tipos: Por impactos, como son las pruebas de: Compactación dinámica AASHTO estándar, Proctor SOP, AASHTO modificada de 3 y 5 capas y los Métodos de California y de Texas. Por carga estática, como es la prueba de compactación Porter. Por amasado, como es el caso del método de compactación de Hveem. Por vibración, como es el método de compactación en que se utiliza una mesa vibratoria. En este manual se verán las pruebas Porter (prueba de compactación por carga estática) y compactación Proctor AASHTO con sus diferentes variantes, estas se describen a continuación: Cada prueba, según su tipo, se realizara compactando el material con el pisón y en el número de golpes que se indique en la Tabla 9, según la variante de la prueba, las cuales se describen a continuación:
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 84 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH c) Variante A, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior. d) Variante B, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se compactan en el molde de 152.4 mm de diámetro interior. e) Variante C, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior. f) Variante D, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se compacta en el molde 152.4 mm de diámetro interior. Tipo de prueba Estándar Modificada Masa del pisón, kg 2.5±0.01 4.54±0.01 Número de capas del material 3 5 Diámetro del pisón, cm 50.8 50.8 Altura de caída del pisón, cm 30.5±0.1 45.7±0.1 Variante A B C D Tamaño máximo del material, mm 4.75 (N°4) 19.0 (3/4”) Tamaño de la muestra de prueba, kg 4.0 7.5 4.0 7.5 Diámetro int. Del molde, mm 101.6±0.4 152.4±0.7 101.6±0.4 152.4±0.7 Numero de golpes por capa 25 56 25 56 Tablas 9. Juego de mallas. La variante por usarse se indicará en la especificación para el material que está siendo probada. Si ninguna variante está especificada se utilizará la variante A.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 85 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR 5.1 OBJETIVO Determinar el peso volumétrico seco máximo (γdmáx.) y la humedad óptima del suelo en estudio (Wópt.). 5.2 EQUIPO  Molde de forma cilíndrica, de 101.6 ± 0.4 y/o 152.4 ± 0.7 mm de diámetro interior, según la variante de la prueba que se vaya a realizar.  Pisón de un peso de 2.5 y/o 4.54 kg, según la variante de la prueba.  Charola rectangular de 40X70X10 cm.  Cápsulas metálicas, con tapa.  Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C.  Balanza de capacidad mínima de 15 kg y con aproximación a 5 gr; otra con capacidad mínima de 2 kg y aproximación a 0.1 gr.  Probeta con capacidad de 100 ml y/o 500 ml.  Malla N° 4 y/o ¾”.  Regla o solera para enrasar.  Cucharón.  Vaso de aluminio.  Agua.  Aceite y brocha.  Estopa para limpieza del molde.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 86 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 1. Después de su secado y disgregado y cuarteo, se separa una porción representativa (como se muestra en la Figura 34) de aproximadamente 4 kg para las variantes A y C, y de aproximadamente 7.5 kg, para las variantes B y D. Fig. 34. Muestra la porción de material cribado por la malla N° 4 y/o ¾”. 2. En el caso de las variantes A y B, el material se criba a través de la malla N°4 (4.75 mm), mientras que para las variantes C y D se hace a través de la malla ¾” (19 mm). 3. Se homogeniza perfectamente el material que constituye la porción de la prueba, como se muestra en la Figura 35. Figura 35
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 87 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.4 PROCEDIMIENTO 1. Se pesan las cápsulas de aluminio y el molde de compactación, anotando estos datos en el registro correspondiente. 2. Se le incorpora la cantidad de agua suficiente (como se muestra en la Figura 36) para que tenga de un 4 a un 6% abajo de la humedad óptima estimada, se uniformiza la humedad. Figura 36 3. En caso de que se hayan formado grumos durante la incorporación del agua, se revuelve el material hasta disgregarlo totalmente. Se mezcla cuidadosamente la porción para homogeneizarla y se divide en 3 partes aproximadamente iguales, en el caso de la prueba estándar y en 5 para la prueba modificada. 4. Se coloca una de las fracciones de material en el molde de prueba seleccionado de acuerdo a la variante de que se trate, con su respectiva extensión, el cual se apoya sobre el bloque de concreto para compactar el material con el pisón, altura de caída y número de golpes correspondiente según la variante de la prueba. Se escarifica ligeramente la superficie de la capa compactada y se repite el procedimiento descrito para las capas subsecuentes.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 88 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 37 y 38. Muestra la forma de compactar el material en el molde. 5. Terminando la compactación de todas las capas, se retira la extensión del molde y se verifica que el material no sobresalga en un espesor promedio de 1.5 cm como máximo; de lo contrario la prueba se repetirá utilizando de preferencia una nueva porción de prueba con masa ligeramente menor que la inicial, en caso de que no exceda dicho espesor, se enrasa el molde y se pesa, registrándolo como: Peso del molde + suelo húmedo. Fig. 39 y 40. Muestra el procedimiento del paso 5.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 89 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 41 y 42. Muestra el procedimiento del paso 5. 6. Se saca el material del molde, se corta longitudinalmente (como se muestra en la Figura 43) y de su parte central se obtiene una porción representativa para determinar su contenido de humedad. Figura 43 7. Se vacía el suelo húmedo a la primera cápsula de aluminio que se haya pesado, hasta completar las ¾ partes de su capacidad, la cual se pesa y se registra como: (Peso de cápsula + suelo húmedo) Las cápsulas se introducen al horno; esto es con el fin de determinar el contenido de agua para este ensaye.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 90 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8. Se reintegra al resto del material que se encuentra en la charola, se disgrega hasta dejarlo como estaba inicialmente. 9. Se le hace el incremento de agua recomendado, que es de un 2% con respecto al peso inicial de la muestra (4,000 gr); por lo que la cantidad de agua a agregar es: Cantidad de agua = 4,000 X 0.02 = 80 gr de agua u 80 ml. 10.Se distribuye la humedad en forma homogénea y se repite la compactación como se describió anteriormente; se compacta las veces necesarias hasta que el peso del molde + suelo húmedo de un valor igual o menor que el inmediato anterior. 11.Es recomendable que esta prueba se logre en un mínimo de 4 ensayes y un máximo de 6, con el fin que se logre definir la parábola de forma completa. 12.Después de 24 hrs. las cápsulas son extraídas del horno y se pesan, registrándolas como: Peso de cápsula + suelo seco
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 91 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.5 EJEMPLO DE CÁLCULO OPERADOR: CALCULISTA: FECHA: OBRA: COMUNIDAD EL AJOLOTE TIPO DE PRUEBA: VARIANTE A LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN MOLDE N°: 4 VOL: cm3 PESO: 1960 gr SONDEO: 1 ENSAYE N°: 774 P. MARTILLO: 2.5 K g ALTURA CAIDA: 30.5 cm MUESTRA N°: PROF: 0.90 m N° DE CAPAS: 3 N° DE G. POR CAPA: 25 PRUEBA N° 1 2 3 4 5 6 7 8 Peso del molde + suelo húmedo (gr) 3375 3475 3480 3440 Peso del molde (gr) 1960 1960 1960 1960 Peso suelo húmedo (g) 1415 1515 1520 1480 Peso especifico húmedo (T/m3) 1.503 1.609 1.614 1.572 Cápsula N° 1 1 1 1 Peso cápsula + suelo húmedo (gr) 200.2 217.24 216 216.11 Peso cápsula + suelo seco (gr) 169.55 178.7 175.98 174.6 Peso del agua (gr) 30.65 38.54 40.02 41.51 Peso de la cápsula (gr) 116 116 116 116 Peso suelo seco (gr) 53.55 62.7 59.98 58.60 Contenido de agua (%) 57.24 61.47 66.72 70.84 Peso especifico seco (T/m3) 0.956 0.996 0.968 0.920 Relación de vacios: e Peso del suelo húmedo. ( ) ( ) Peso volumétrico húmedo en kg/m 3 Donde: V = Volumen del molde, en m 3
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 92 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Peso del agua. ( ) ( ) Peso del suelo seco ( ) ( ) Contenido de agua. , en % Pesos volumétricos secos. ( ) Se grafican los 2 últimos renglones del registro, de la siguiente forma: En el eje de las abscisas se indican los contenidos de agua (ω) en % y en el eje de las ordenadas los pesos volumétricos secos (γd). En el punto más alto de la parábola, con la horizontal se obtiene el peso volumétrico seco máximo (γdmáx.) y con la vertical se obtiene la humedad óptima (ωópt).
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 93 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 44. Muestra la forma de obtener γdmáx y ωópt. 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 Pesoespecificoseco(T/m3) ω (%) γdmáx = 0.99 Curva de Cero vacíos de aire (Ss = 2.8)
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 94 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA OPERADOR: CALCULISTA: FECHA: OBRA: TIPO DE PRUEBA: LOCALIZACIÓN: MOLDE N°: VOL: cm3 PESO: gr SONDEO: ENSAYE N°: P. MARTILLO: g ALTURA CAIDA: cm MUESTRA N°: PROF: N° DE CAPAS: N° DE G. POR CAPA PRUEBA N° 1 2 3 4 5 6 7 8 Peso del molde + suelo húmedo (gr) Peso del molde (gr) Peso suelo húmedo (gr) Cápsula N° Peso cápsula + suelo húmedo (gr) Peso cápsula + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) Peso de la cápsula (gr) Peso suelo seco (gr) Contenido de agua (%) Peso especifico seco (T/m3) Relación de vacios: e
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 95 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Pesoespecificoseco(T/m3) ω (%)
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 96 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.7 CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 97 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER ESTÁNDAR 6.1 OBJETIVO En esta práctica el alumno(a) determinará la compactación por carga estática para calcular el Peso Volumétrico Seco Máximo (γdmáx) y la Humedad Óptima de Compactación en suelos con partículas gruesas empleadas en la construcción de terracerías o en arenas y materiales finos (no cohesivos) que tengan un Índice Plástico menor a 6 (IP<6), a los cuales no es posible someterlos a la prueba Proctor. 6.1.1 Generalidades. En suelos friccionantes es muy común que las pruebas dinámicas produzcan una curva de compactación con una forma inadecuada para la determinación del Peso Volumétrico Seco Máximo y una Humedad Óptima de Compactación. También, para este tipo de suelos existen otras pruebas de compactación en las que usualmente se define una curva de compactación de forma típica, adaptada para los fines que se persiguen. Una de estas es la prueba de compactación estática, que introdujo O. J. Porter y que alcanzó su forma definitiva alrededor de 1935. En ella se compacta al suelo colocándolo dentro de un molde cilíndrico de 6" de diámetro, el suelo se dispone en tres capas y se acomoda con 25 golpes de una varilla con punta de bala, lo que no significa una compactación intensa, pues la varilla es ligera y la altura de caída que no está especificada es la mínima utilizable por el operador para la manipulación cómoda. La compactación propiamente dicha se logra al aplicar al conjunto de tres capas una presión de 140.6 Kg/cm², la cual se mantiene durante un minuto. Este método de prueba sirve para determinar el Peso Volumétrico Seco Máximo y la Humedad Óptima de Compactación en suelos con partículas gruesas que se
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 98 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH emplean en la construcción de terracerías; también se puede emplear en arenas y en materiales finos cuyo Índice Plástico sea menor que 6. El método consiste en preparar especímenes con material que pasa la malla de 1”, a los que se le agregan diferentes cantidades de agua y se compactan con carga estática. La aplicación más importante de ésta prueba en particular es la fabricación de especímenes de suelo que cumplan con las condiciones antes descritas para determinar su Valor Relativo de Soporte (VRS) y también se emplea en la determinación del Grado de Compactación en los casos en que así se requiera. Sin embargo es necesario mencionar que el Valor Relativo de Soporte (VRS) obtenido de la prueba Porter Estándar únicamente servirá como un dato complementario de la calidad de los suelos, esto se explica de manera más detallada en la práctica siguiente donde es analizado precisamente este parámetro. 6.2 EQUIPO  Molde cilíndrico de compactación de 15.75 cm de diámetro interior y 12.75 cm de altura, provisto de collarín y una base con dispositivo para sujetar el cilindro.  Máquina de compresión con capacidad mínima de 30 toneladas y aproximación de 100 kg.  Varilla metálica de 19 mm de diámetro y 30 cm de longitud, con punta de bala.  Placa circular para compactar, con diámetro de 15.45 cm con dispositivos para sujetarla en la cabeza de aplicación de la carga.  Malla de 1”, abertura 25.4 mm.  Balanza con capacidad mínima de 20 kg y aproximación de 5 gr.  Calibrador con vernier tipo máuser.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 99 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.3 PROCEDIMIENTO La preparación de la muestra se efectúa como se indica a continuación: 1. De una muestra obtenida en campo, teniendo cuidado de secar el material únicamente lo necesario para facilitar su disgregación, se toma y criba una cantidad suficiente para obtener una porción de 16 kg de material que pasa la malla de 1”. Figura 45. Muestra el pesado del material. 2. Se divide mediante cuarteo la porción que pase la malla de 1”, en 4 partes con pesos aproximadamente iguales. La prueba se efectúa en la forma siguiente: 3. Se toma una de las 4 partes del material y se le incorpora la cantidad de agua necesaria frotando el material entre las manos, para que una vez repartida uniformemente, presente una consistencia tal que, al ser comprimido en la palma de la mano, la humedezca muy ligeramente. Para favorecer lo anterior en algunos casos será necesario dejar el material húmedo un cierto tiempo en reposo, cubierto con una lona húmeda.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 100 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figuras 46 y 47. Muestran la forma de incorporar el agua al material. 4. Se coloca el material humedecido, dentro del molde con su collarín instalado, en 3 capas del mismo espesor aproximadamente y se le da a cada una de ellas 25 golpes con la varilla metálica, distribuyéndolos uniformemente. Figuras 48 y 49. Muestran la forma de colocar el material en el molde. 5. Al terminar la colocación de la última capa, se toma el molde que contiene el material, se coloca en la máquina de compresión y se compacta aplicando lentamente carga uniforme, hasta alcanzar en un lapso de 3 minutos la presión de 140.6 kg/cm2, equivalente a una carga de 26.5 toneladas, aproximadamente; se mantiene esta carga durante 1 minuto y se hace la descarga en el siguiente minuto. Al llegar a la carga máxima se observa la base del molde y si está ligeramente humedecida, el material tiene la Humedad Óptima de Compactación y ha alcanzado su Peso Específico o Volumétrico Máximo.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 101 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figuras 50 y 51. Muestra la maquina de carga y los medidores de presión. 6. Si al llegar a la carga máxima, no se humedece la base del molde, la humedad con que se preparó la muestra es inferior a la óptima y por lo tanto, se toma otra porción representativa del material y se le adiciona una cantidad de agua igual a la del espécimen anterior, más 80 cm3; se mezcla uniformemente y se repiten en ésta los pasos 4 y 5. Se preparan los especímenes que sean necesarios siguiendo los pasos indicados en este subpárrafo, hasta lograr que en uno de ellos se observe el inicio del humedecimiento de la base del molde con la carga máxima, lo cual generalmente se consigue con menos de 4 especímenes. Figura 52. Muestra la incorporación del agua. 7. Si antes de llegar a la carga máxima se humedece la base del molde por haberse iniciado la expulsión de agua la humedad con que se preparó la
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 102 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH muestra es superior a la óptima y en este caso se procede como se indica en el paso 6, con la diferencia que en lugar de adicionar 80 cm3 de agua, se disminuyen estos 80 cm3 en cada nueva porción representativa del material, hasta lograr que en una de ellas, con la carga máxima, se observa el inicio del humedecimiento de la base del molde. 8. Terminada la compactación del espécimen preparado con la humedad óptima, se retira el molde de la máquina de compresión y se determina la altura del espécimen, he , restando de la altura del molde, la altura entre la cara superior del espécimen y el borde superior del molde; se registra este valor en centímetros con aproximación de 0.1 mm. Figura 53. Muestra la medición de la muestra. 9. Se pasa el molde de compactación que contiene el espécimen compactado y se anota dicho peso Wi, en gr, con aproximación de 1 gr. 10. Se saca el espécimen del cilindro, se corta longitudinalmente y de la parte central se obtiene una muestra representativa y se le determina su contenido de agua, Wo, el cual se anota en la hoja de registro.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 103 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figuras 54 y 55. Muestran pesado y secado del material, para la obtención de la humedad. 6.4 CÁLCULOS 1. El volumen del espécimen compactado con la humedad óptima se calcula por medio de la siguiente fórmula: Dónde: V= Es el volumen del espécimen, (cm3) Am= Es el área de la sección transversal del cilindro de compactación, (cm2) he= Es la altura del espécimen, (cm) 2. El peso específico húmedo se calcula por medio de la siguiente fórmula: Dónde: m= Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm3 = ton/m3) Wi= Es el peso del espécimen húmedo, más el peso del molde de compactación, (gr) Wt= Es el peso del molde de compactación, (gr) V= Es el volumen del espécimen, (cm3) 3. El peso específico seco máximo, dmax, se calcula mediante la siguiente fórmula:
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 104 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Dónde: dmax = Es el peso específico máximo del espécimen en estado seco, en gr/cm3 = ton/m3. Enseguida se muestra la conversión. ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ m = Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm3) Wo = Es la humedad óptima del espécimen, (%) 4. Se reporta el peso específico seco máximo dmax, en kilogramos por metro cúbico y la humedad óptima Wo, en porciento (%), como valores correspondientes al material ensayado. 6.5 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES 1. Antes de colocar el material en el molde es necesario aceitar su interior para evitar que se quede adherido en el mismo, además, deberá aceitarse también la placa con que se aplica la carga en la máquina de compresión. La placa del molde Porter deberá encontrarse perfectamente limpia para poder apreciar la salida del agua. 2. La cantidad de agua necesaria para lograr la consistencia deseada en el material ronda alrededor de los 500 mililitros pudiendo variar de acuerdo a la absorción que presenta. Es preciso señalar que los materiales de origen volcánico requieren en algunas ocasiones un volumen muy por encima de esta cantidad.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 105 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 56. Muestran la probeta con los 500 mililitros. 3. Es conveniente valerse de una cuña para mezclar perfectamente el material y lograr con ello un humedecimiento uniforme ya que usando solo las manos, el material depositado en el fondo de la charola no alcanza a recibir parte del amasado. 4. Para obtener la altura entre la cara superior del espécimen y el borde superior del molde (una vez terminada la compactación) se realizan 4 mediciones en puntos diametralmente opuestos con un calibrador vernier. Para hacer estas mediciones el molde Porter no debe tener puesto el collarín. 5. Las causas más frecuentes de error en esta prueba son las siguientes:  Que la distribución del agua en el material no sea uniforme.  Que la carga de compactación no se aplique en la forma especificada.  Que para fines de estimación de la humedad óptima se considere como humedecimiento de la base del molde, un exceso de agua libre expulsada al aplicar la carga de compactación.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 106 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.6 EJEMPLO DE CÁLCULO  Datos generales del molde Porter. No. Molde = 04 Altura del molde (h1) = 12.72 cm Área del molde (Am) = 191.10 cm2 Peso del molde (Wt) = 6700 gr  Determinación de la altura del espécimen (he). Lecturas obtenidas con el vernier: L1 = 2.39 cm L2 = 2.38 cm L3 = 2.41 cm L4 = 2.35 cm h2 (Lectura promedio) = (2.39 cm + 2.38 cm + 2.41 cm + 2.35 cm) / 4 = 2.38 cm he = h1 - h2 he = 12.72 cm – 2.38 cm = 10.34 cm  Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos. ⁄ ( ) ( ) ⁄
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 107 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA  Datos generales del molde Porter. N° Molde = Altura del molde (h1) = Área del molde (Am) = Peso del molde (Wt) =  Determinación de la altura del espécimen (he). Lecturas obtenidas con el vernier: L1 = L2 = L3 = L4 = h2 (Lectura promedio) = he = h1 - h2 he =  Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos. ( )
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 108 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.8 CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 109 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (VRS) 7.1 OBJETIVO Determinar si el suelo en estudio, tiene la calidad para ser empleado en las capas: base, sub-base y sub-rasante. Para ésta prueba se utiliza un suelo compactado por medio de la prueba Porter. 7.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR  Prensa con capacidad de 5,000 kg.  Depósito con agua para saturar el suelo compactado.  Papel filtro de 15.2 cm de diámetro.  Placa circular perforada de 15.2 cm de diámetro.  2 placas circulares de carga de 15.2 cm de diámetro y de 3 kg de peso cada una.  Un trípode metálico para referencia de mediciones.  Pistón de penetración de 4.95 cm de diámetro.  Extensómetro con carrera de 2.54 cm y una aproximación de 0.01 mm.  Cronómetro o reloj.  Calibrador con vernier. 7.3 PROCEDIMIENTO 1. Estando el suelo ya compactado, se pone encima un papel filtro, para que no se erosione, al momento de introducirlo a inmersión total en agua.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 110 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 57. Muestran la colocación del papel filtro. 2. Arriba del papel se coloca una placa circular perforada y encima de ésta, las 2 placas circulares de carga, sobre la extensión del molde se coloca el trípode, que servirá como referencia de mediciones de altura y conocer si el suelo presenta expansión. Figura 58. Muestran la colocación de todos los instrumentos. 3. Se introduce todo el conjunto al depósito con agua, de tal forma que el molde quede sumergido, con un tirante de 2 cm arriba del borde superior de la extensión del molde.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 111 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 59. Muestran todo el conjunto en el depósito. 4. Utilizando el vernier, se hace una primera lectura de altura, medida sobre el trípode hasta la parte central de vástago de la placa circular perforada; anotando esta lectura como (Li), se verifica cada 24 horas y cuando en dos lecturas sucesivas se observe que no hay diferencia, se anota su valor como lectura final (Lf) con aproximación de 0.01 mm. El período de saturación generalmente varía de 3 a 5 días. 5. Todo lo descrito en el paso 4, es con el fin de determinar el porcentaje de expansión que puede tener un suelo y se obtiene con la siguiente fórmula: ( ) Dónde: Li y Lf son la longitud inicial y final respectivamente del espécimen antes y después de la expansión. he = Altura del espécimen, (cm) 6. Se retira el molde del agua, se le retira la extensión, el papel filtro y la placa circular perforada, colocándose en medio de las placas de carga el pistón de penetración, después se coloca el molde en la parte central de la prensa.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 112 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 60. Muestran todo el conjunto en la máquina para aplicar la carga. 7. Se coloca el extensómetro que va a indicar las penetraciones estandarizadas para esta prueba; estas son: 1.27 mm, 2.54 mm, 3.81 mm, 5.08 mm, 7.62 mm, 10.16 mm y 12.70 mm. 8. Se aplica una precarga de 10 Kg e inmediatamente después, sin retirar la carga, se ajusta el extensómetro en cero, para iniciar la penetración vertical del pistón de penetración. 9. Se aplica carga para que el pistón penetre al espécimen a una velocidad de 1.27 mm/minuto, anotando las cargas necesarias para obtener cada una de las penetraciones descritas anteriormente.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 113 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 7.4 CÁLCULOS Los resultados se llevan a la gráfica (penetraciones contra carga), obteniéndose la llamada curva de valor relativo de soporte estándar y se obtiene finalmente el resultado de este con la siguiente fórmula: Dónde: C2.54 = Carga correspondiente a la penetración de 2.54 mm o cualquier otra en Kg. 1360 = Equivale a la carga que presentaría un material de buena calidad, para esa penetración; por ejemplo: una caliza triturada. Dónde: Y = Carga en kg. X = Deformación en la celda de carga. 7.5 EJEMPLO DE CÁLCULO RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg) X (mm) Y (kg) VRS 1.27 mm 48 447.32 32.891 2.54 mm 84.56 760.45 55.92 3.81 mm 106.76 950.56 69.89 5.08 mm 130.12 1150.67 84.61 7.62 mm 168.61 1480.34 108.85 10.16 mm 200.79 1756 129.12 12.70 mm 230.46 2010.12 147.80
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 114 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH NOTA: El sacar el valor de la carga a los 2.54 mm de penetración, como se muestra con las flechas, solo se utiliza cuando resultan curvas raras y se tienen que corregir. Rangos para la clasificación del material, por medio de la gráfica. 0 a 5% Sub-Rasante Muy mala PRUEBA DE EXPANSIÓN 5 a 10% Sub-Rasante Mala dudosa Muestra N° Altura Inicial Altura Final Expansión 10 a 20% Sub-Rasante Regular a buena 1 cm 3.45 cm 3.39 cm 0.65 cm 20 a 30% Sub-Rasante Muy buena 30 a 50% Sub-Base Buena calidad 50 a 80% Base de regular calidad 80 a 100% Base de buena calidad Por lo tanto se trata de un material que se puede utilizar para una base de regular calidad. Con una expansión de 0.65 cm, lo cual quiere decir que es muy baja. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Carga(kg) Penetración (mm) 100% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 5%
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 115 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 7.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg) X (mm) Y (kg) VRS 1.27 mm 2.54 mm 3.81 mm 5.08 mm 7.62 mm 10.16 mm 12.70 mm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Carga(kg) Penetración (mm) 100% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 5%
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 116 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 7.7 CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 117 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO 8.1 OBJETIVO Determinar el peso volumétrico seco de campo para determinar el grado de compactación. 8.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR  Barreta, pico, pala, cincel, mazo, cuchillo, cuchara de albañil y cucharon de acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura.  Bascula de 20 kg de capacidad y 5 gr de aproximación y otra con capacidad de 2 kg y 0.1 gr de aproximación.  Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C.  Bolsa de plástico gruesa, para evitar la pérdida de humedad en las muestras.  Arena limpia y seca, con partículas densas y redondeadas, cuyo tamaño estén entre las mallas No 30 y No 20. 8.3 PROCEDIMIENTO 1. En la capa compactada se selecciona el sitio donde se va a realizar la cala o sondeo el cual consiste en hacer una pequeña excavación cuadrada de aproximadamente 20 cm por lado y en todo es espesor de la capa.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 118 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 61. Muestran la marcación de la zona para hacer la excavación. 2. El material producto de la pequeña excavación se deposita en una bolsa de plástico colocando dentro de ella una etiqueta que contenga toda la información del sondeo realizado. Figura 62. Muestran el material obtenido de la excavación. 3. Se vacía la arena en la cala dejándola caer de una altura de 20 cm hasta llenar totalmente la excavación, la cual se enraza con una espátula o regla metálica.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 119 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 63. Muestran la forma de llenar el agujero con la arena. 4. Se retira la arena que no se utilizó en el sondeo y se rellena la excavación de la capa compactada. Figura 64. Muestran el rellenado del agujero para del sondeo. 5. Al material que se excavo del sondeo se determina su humedad. Figura 65. Muestran secado para la obtención de la humedad.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 120 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.4 EJEMPLO DE CÁLCULOS 1. Se determina el volumen total de la cala, dividiendo el peso de la arena usada entre su peso volumétrico medio. 2. Se hace la determinación de los pesos secos, los pesos volumétricos y el % de compactación, siguiendo la secuela de cálculos que aparecen el la hoja anexa. LABORATORIO DE: Mecánica de suelos CIUDAD: Morelia CALLE: ---------------------------------------------- CAPA DE: Suelo para terraplén FECHA: 9 de Septiembre 2008 OBRA: --------------------------- P.V.S.S. ARENA: 1.14 Ton/ m3 UBICACIÓN P.V.S (Ton/m3) HUMEDADES (%) (%) DE COMP AC. PESO (kg) VOL. SOND (cm3) PESO VOL. HÚM. (Ton/m3) PESO (kg) LAB. CAM. LAB. CAM. MAT. HUMEDO ARENA INICIAL ARENA FINAL ARENA SOND. HÚMEDO SECO AGUA C.U. 1.8 1.75 25 32.5 97.2 2.485 2.00 0.385 1.615 1416.6 1.754 0.265 0.200 0.065 ( ⁄ ), P.V.H. = Peso volumétrico húmedo, ⍵= Humedad en %, P.V.S.C. = Peso volumétrico seco de campo, = Peso volumétrico seco máximo.
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 121 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.5 FORMATO PARA LA PRÁCTICA LABORATORIO DE: FRACCIONAMIENTO: CALLE: CAPA DE: FECHA: OBRA: P.V.S.S. ARENA: UBICACIÓN P.V.S (Ton/m3) HUMEDADES (%) (%) DE COMP AC. PESO (kg) VOL. SOND (cm3) PESO VOL. HÚM. (Ton/m3) PESO (kg) LAB. CAM. LAB. CAM. MAT. HUMEDO ARENA INICIAL ARENA FINAL ARENA SOND. HÚMEDO SECO AGUA
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 122 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.6 CONCLUSIONES
[MANUAL DE MECÁNICA DE SUELOS] August 11, 2008 123 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH REFERENCIAS Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Métodos de Muestreo y Prueba de Materiales, Clasificación de fragmentos de Roca y Suelos. M-MMP-1-02/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Granulometría de Materiales Compactables para Terracerías. M-MMP-1-06/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Límites de Consistencia. M- MMP-1-07/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Densidades Relativas y Absorción. M-MMP-1-05/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Compactación AASHTO. M-MMP-1-09/06. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Masas Volumétricas y Coeficientes de Variación Volumétrica. M-MMP-1-08/03. Brajam M. Das, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Thomson Learning, Sacramento, California. Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma De chihuahua (1989), Instructivo para efectuar Pruebas en Suelos, Chihuahua, Chihuahua.

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Manual de mecánica de suelos

  • 1.
    Manual de 7moSemestre
  • 2.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 2 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ÍNDICE PRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS.................. 7 1.1 OBJETIVO...................................................................................................................... 7 1.2 CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA.................................................... 7 1.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS.................. 9 1.3.1 Suelos gruesos....................................................................................................... 9 1.3.2 Suelos finos........................................................................................................... 12 1.4 CLASIFICACIÓN DE CAMPO................................................................................... 13 1.4.1 Clasificación de campo de fragmentos de roca .............................................. 13 1.4.2 Clasificación en campo de suelos ..................................................................... 14 1.4.3 Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos ......... 20 1.5 CONCLUSIONES........................................................................................................ 24 PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL USO DE MALLAS........................................................................................... 25 2.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 25 2.2 EQUIPO Y MATERIAL ............................................................................................... 26 2.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................................... 27 2.4 PROCEDIMENTO DE LA PRUEBA......................................................................... 29 2.5 PROCEDIMENTO DE CÁLCULO............................................................................. 34 2.6 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 36 2.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 38 2.8 CONCLUSIONES........................................................................................................ 41 PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Y CONTRACCIÓN LINEAL .......................................................................................................... 42 3.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 42 3.1.1 Plasticidad ............................................................................................................. 42
  • 3.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 3 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.2 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO.............................................................. 44 3.2.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 44 3.2.2 Preparación de la muestra.................................................................................. 45 3.2.3 Procedimiento de la prueba................................................................................ 46 3.2.4 Procedimiento de cálculo.................................................................................... 49 3.2.5 Procedimiento por el método simplificado ....................................................... 49 3.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO .......................................................... 51 3.3.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 51 3.3.2 Procedimiento de la prueba................................................................................ 51 3.3.3 Cálculos y resultados .......................................................................................... 53 3.4 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO.......................................................... 53 3.4.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 53 3.5 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL............................................ 54 3.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 54 3.5.2 Procedimiento de la prueba................................................................................ 54 3.5.3 Cálculos y resultados .......................................................................................... 56 3.6 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA............................. 56 3.6.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes.................................... 56 3.6.2 Procedimiento de la prueba................................................................................ 57 3.6.3 Expresión de resultados...................................................................................... 59 3.7 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 59 3.8 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 61 3.9 CONCLUSIONES........................................................................................................ 64
  • 4.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 4 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA O PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS SÓLIDOS .......................................................................... 65 4.1 INTRODUCCIÓN......................................................................................................... 65 4.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 67 4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................................... 68 4.3.1 Suelos arcillosos o cohesivos ............................................................................ 68 4.3.2 Suelos arenosos o no cohesivos....................................................................... 68 4.4 CALIBRACIÓN DEL MATRAZ .................................................................................. 69 4.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA MALLA N° 4 71 4.5.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 72 4.6 PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO EN LA MALLA N°4 73 4.6.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 74 4.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA MALLA N° 4 74 4.7.1 Cálculos y resultados .......................................................................................... 77 4.8 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 79 4.9 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 80 4.10 CONCLUSIONES .................................................................................................... 81 PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR ............................................ 85 5.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 85 5.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 85 5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................................... 86 5.4 PROCEDIMIENTO...................................................................................................... 87
  • 5.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 5 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.5 EJEMPLO DE CÁLCULO........................................................................................... 91 5.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA ............................................................................ 94 5.7 CONCLUSIONES........................................................................................................ 96 PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER ESTÁNDAR ......................... 97 6.1 OBJETIVO.................................................................................................................... 97 6.1.1 Generalidades. ..................................................................................................... 97 6.2 EQUIPO ........................................................................................................................ 98 6.3 PROCEDIMIENTO...................................................................................................... 99 6.4 CÁLCULOS ................................................................................................................ 103 6.5 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 104 6.6 EJEMPLO DE CÁLCULO......................................................................................... 106 6.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA .......................................................................... 107 6.8 CONCLUSIONES...................................................................................................... 108 PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (VRS) ....................... 109 7.1 OBJETIVO.................................................................................................................. 109 7.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR....................................................................... 109 7.3 PROCEDIMIENTO.................................................................................................... 109 7.4 CÁLCULOS ................................................................................................................ 113 7.5 EJEMPLO DE CÁLCULO......................................................................................... 113 7.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA .......................................................................... 115 7.7 CONCLUSIONES...................................................................................................... 116 PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO ............ 117 8.1 OBJETIVO.................................................................................................................. 117 8.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR....................................................................... 117 8.3 PROCEDIMIENTO.................................................................................................... 117
  • 6.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 6 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.4 EJEMPLO DE CÁLCULOS...................................................................................... 120 8.5 FORMATO PARA LA PRÁCTICA .......................................................................... 121 8.6 CONCLUSIONES...................................................................................................... 122 REFERENCIAS.......................................................................................................................... 123
  • 7.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 7 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 1.- CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS 1.1 OBJETIVO Clasificar los materiales para terracerías, que pueden ser fragmentos de roca o suelos, mediante pruebas índice, que permiten estimar algunas de las propiedades físicas y mecánicas del material y, con base en éstas, determinar su tipo de acuerdo con un sistema de clasificación de fragmentos de roca y suelos. 1.2 CLASIFICACIÓN DE FRAGMENTOS DE ROCA Los fragmentos de roca son todos aquellos cuyo tamaño está comprendido entre 7.5 cm (3”) y 200 cm. Según su tamaño se clasifican como se señala en la Tabla 2. Forma Redondeada Subredondeada Angulosa Lajeada Acicular Textura Lisa Rugosa Muy rugosa Grado de alteración Sanos Alterados Muy alterados Tabla 1. Características de los fragmentos de roca.
  • 8.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 8 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Tipo Subtipos Identificación Símbolo de grupo Fragmentosderoca (tamañosmayoresde7.5cmymenoresde2m) Grandes (mayoresde75cmyMenoresde2 m) Fragmentos grandes, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fg Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos, predominando los grandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo. Fgm Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos, predominando los grandes, con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo. Fgc Fragmentos grandes mezclados con fragmentos medianos y chicos, predominando los grandes sobre los medianos y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de suelo. Fgmc Fragmentos grandes mezclados con fragmentos chicos y medianos, predominando los grandes sobre los chicos y éstos sobre los medianos, con menos del 10% de suelo. Fgcm Medianos (mayoresde20cmyMenoresde 75cm) Fragmentos medianos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fm Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes, predominando los medianos sobre los grandes, con menos del 10% de fragmentos chicos o de suelo. Fmg Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos, predominando los medianos sobre los chicos, con menos del 10% de fragmentos grandes o de suelo. Fmc Fragmentos medianos mezclados con fragmentos grandes y chicos, predominando los medianos sobre los grandes y éstos sobre los chicos, con menos del 10% de suelo Fmgc Fragmentos medianos mezclados con fragmentos chicos y grandes, predominando los medianos sobre los chicos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% de suelo Fmcg Chicos (mayoresde7.5cmy Menoresde20cm) Fragmentos chicos, con menos del 10% de otros fragmentos o de suelo. Fc Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes, predominando los chicos, con menos del 10% de fragmentos medianos o de suelo. Fcg Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos, predominando los chicos, con menos del 10% de fragmentos grandes o de suelo. Fcm Fragmentos chicos mezclados con fragmentos grandes y medianos, predominando los chicos sobre los grandes y éstos sobre los medianos, con menos del 10% de suelo Fcgm Fragmentos chicos mezclados con fragmentos medianos y grandes, predominando los chicos sobre los medianos y éstos sobre los grandes, con menos del 10% de suelo Fcmg Tabla 2. Clasificación de los fragmentos de roca.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 9 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.3 CLASIFICACIÓN DE SUELOS CON BASE EN EL SISTEMA SUCS Los suelos son materiales con partículas de tamaño menor de 7.5 cm (3”). Se clasifican como se indica en la Tabla 3 de este manual y se explica a continuación, con base en su composición granulométrica y en sus características de plasticidad, representada por los límites de consistencia. Los suelos se clasifican como suelos gruesos cuando más del 50% de sus partículas son de tamaño mayor que 0.075mm (malla N° 200) y como suelos finos cuando el 50% de sus partículas o más, son de tamaño menor. 1.3.1 Suelos gruesos Los suelos gruesos se clasifican como grava cuando más del 50% de las partículas de la fracción gruesa tienen tamaño mayor que 4.75 mm (malla N° 4) y como arena cuando el 50% de las partículas o más de la fracción gruesa, son de tamaño menor. La grava se identifica con el símbolo G (Gravel) y la arena con el símbolo S (Sand). Ambas a la vez se subdividen en 8 subgrupos:  Grava o arena bien graduada (GW o SW). Si el material contiene hasta 5% de finos, cuando se trate de una grava cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es mayor de 4 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como grava bien graduada y se identifica con el símbolo GW. Cuando se trate de una arena cuyo coeficiente de uniformidad (Cu) es mayor de 6 y su coeficiente de curvatura (Cc) esté entre 1 y 3, se clasifica como arena bien graduada y se identifica con el símbolo SW.  Grava o arena mal graduada (GP o SP). Si el material contiene hasta 5% de finos y sus coeficientes de uniformidad y curvatura, no cumplen con lo indicado en el párrafo anterior, se clasifica como grava mal graduada o arena mal
  • 10.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 10 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH graduada, según corresponda y se identifica con los símbolos GP o SP, respectivamente.  Grava o arena limosa (GM o SM). Si el material contiene más del 12% de finos y estos son limo, se clasifica como grava limosa o arena limosa, según corresponda y se identifica con los símbolos GM o SM, respectivamente.  Grava o arena arcillosa (GC o SC). Si el material contiene más del 12% de finos y estos son arcilla, se clasifica como grava arcillosa o arena arcillosa, según corresponda y se identifica con los símbolos GC o SC, respectivamente.  Grava o arena bien graduada limosa (GW-GM o SW-SM). Si el material contiene entre 5% y 12% de finos y estos son limo, se trate de una grava bien graduada limosa y se identifica con el símbolo GW-GM. Cuando se trate de una arena, se clasifica como arena bien graduada limosa y se identifica con el símbolo SW- SM.  Grava o arena mal graduada limosa (GP-GM o SP-SM). Si la grava o la arena son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son limo, se clasifican como grava mal graduada limosa o arena mal graduada limosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GP-GM o SP-SM, respectivamente.  Grava o arena bien graduada arcillosa (GW-GC o SW-SC). Si la grava o la arena cumplen con los requisitos de bien graduadas, excepto que contienen entre 5 y 12% de finos y estos son arcilla, se clasifican como grava bien graduada arcillosa o arena bien graduada arcillosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GW-GC o SW-SC, respectivamente.  Grava o arena mal graduada arcillosa (GP-GC o SP-SC). Si la grava o la arena son mal graduadas, contienen entre 5 y 12% de finos y estos son arcilla, se clasifican como grava mal graduada arcillosa o arena mal graduada arcillosa, según corresponda y se identifican con los símbolos GP-GC o SP-SC, respectivamente.
  • 11.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 11 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS (S.U.C.S.) INCLUYENDO IDENTIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN Tabla 3 DIVISIÓN MAYOR NOMBRES TÍPICOS CRITERIO DE CLASIFICACIÓN EN EL LABORATORIO SUELOSDEPARTÍCULASFINAS Másdelamitaddelmaterialpasaporlamallanúmero200 SUELOSDEPARTÍCULASGRUESAS Másdelamitaddelmaterialesretenidoenlamallanúmero200 Laspartículasde0.074mmdediámetro(lamallaN°.200)son,aproximadamente,lasmáspequeñasvisiblesasimplevista. LIMOSYARCILLAS LímiteLíquido Mayorde50 SUELOS ALTAMENTE ORGÁNICOS LIMOSYARCILLAS LímiteLíquido menorde50 ARENAS Másdelamitaddelafraccióngruesa pasaporlamallaNo.4 GRAVAS Másdelamitaddelafraccióngruesaes retenidaporlamallaNo.4 PARACLASIFICACIÓNVISUALPUEDEUSARSE½cm.COMO EQUIVALENTEALAABERTURADELAMALLANo.4 ARENACONFINOS Cantidadapreciablede partículasfinas ARENALIMPIA Pocoonadade partículasfinas GRAVASLIMPIA Pocoonadade partículasfinas GRAVACON FINOS Cantidadapreciablede partículasfinas GW GP * GM GC * SM SP SW Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de finos Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de finos Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo d u d u SC ML CL OL MH CH OH P Gravas arcillosas, mezclas de gravas, arena y arcilla Arenas bien graduadas, arena con gravas, con poca o nada de finos. Arenas mal graduadas, arena con gravas, con poca o nada de finos. Arenas limosas, mezclas de arena y limo. Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla. Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o arcillosos ligeramente plásticos. Arcillas inorgánicas de baja o media plasticidad, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas, arcillas pobres. Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad. Limos inorgánicos, limos micáceos o diatomáceos, más elásticos. Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas francas. Arcillas orgánicas de media o alta plasticidad, limos orgánicos de media plasticidad. Turbas y otros suelos altamente orgánicos. DETERMÍNESELOSPORCENTAJESDEGRAVAYARENADELACURVAGRANULOMÉTRICA, DEPENDIENDODELPORCENTAJEDEFINOS(fracciónquepasaporlamallaNo.200)LOSSUELOS GRUESOSSECLASIFICANCOMOSIGUE:Menosdel5%:GW,GP,SW,SP;másdel12%:GM,GC, SM,SC.Entre5%y12%:Casosdefronteraquerequierenelusodesímbolosdobles** COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD Cu: mayor de 4. COEFICIENTE DE CURVATURA Cc: entre 1 y 3. Cu = D60 / D10 Cc = (D30)2 / (D10)(D60) NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA GW. LÍMITES DE ATTERBERG ABAJO DE LA “LÏNEA A” O I.P. MENOR QUE 4. LÍMITES DE ATTERBERG ARRIBA DE LA “LÏNEA A” CON I.P. MAYOR QUE 7. Arriba de la “línea A” y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles. Cu = D60 / D10 mayor de 6 ; Cc = (D30)2 / (D10) (D60) entre 1 y 3. No satisfacen todos los requisitos de graduación para SW LÍMITES DE ATTERBERG ARRIBA DE LA “LÏNEA A” CON I.P. MAYOR QUE 7. LÍMITES DE ATTERBERG ABAJO DE LA “LÏNEA A” O I.P. MENOR QUE 4. Arriba de la “línea A” y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles. G – Grava, S – Arena, O – Suelo Orgánico, P – Turba, M – Limo C – Arcilla, W – Bien Graduada, P – Mal Graduada, L – Baja Compresibilidad, H – Alta Compresibilidad ** CLASIFICACIÓN DE FRONTERA- LOS SUELOS QUE POSEAN LAS CARACTERÍSTICAS DE DOS GRUPOS SE DESIGNAN CON LA COMBINACIÓN DE LOS DOS SÍMBOLOS; POR EJEMPLO GW- GC, MEZCLA DE ARENA Y GRAVA BIEN GRADUADAS CON CEMENTANTE ARCILLOSO.  TODOS LOS TAMAÑOS DE LAS MALLAS EN ESTA CARTA SON LOS U.S. STANDARD. * LA DIVISIÓN DE LOS GRUPOS GM Y SM EN SUBDIVISIONES d Y u SON PARA CAMINOS Y AEROPUERTOS UNICAMENTE, LA SUB-DIVISIÓN ESTA BASADA EN LOS LÍMITES DE ATTERBERG EL SUFIJO d SE USA CUANDO EL L.L. ES DE 28 O MENOS Y EL I.P. ES DE 6 O MENOS. EL SUFIJO u ES USADO CUANDO EL L.L. ES MAYOR QUE 28.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 12 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.3.2 Suelos finos Los suelos finos se clasifican según sus características de plasticidad, en:  Limo (M). El suelo fino se clasifica como limo cuando su límite líquido (LL) y su índice plástico (LP), definen un punto ubicado en las zonas I o III de la Carta de Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el símbolo M (del sueco mo y mjala). Si dicho punto se aloja en la zona I, el material se clasifica como limo de baja compresibilidad y se identifica con el símbolo ML; si se ubica en la zona III, se clasifica como limo de alta compresibilidad y se identifica con el símbolo MH. Si el material contiene una cantidad apreciable de materia orgánica y el punto definido por su límite líquido y su índice plástico se ubica cercano y por debajo de la línea A de la Carta de Plasticidad, se clasifica como limo orgánico de baja compresibilidad si su límite líquido es menor de 50% y se identifica con el símbolo OL, o como limo orgánico de alta compresibilidad si su límite líquido es mayor y se identifica con el símbolo OH.  Arcilla (C). El suelo fino se clasifica como arcilla cuando su límite líquido y su índice plástico, definen un punto ubicado en las zonas II o IV de la Carta de Plasticidad que se muestra en la Figura 1 de este Manual y se identifica con el símbolo C (Clay). Si dicho punto se aloja en la zona II, el material se clasifica como arcilla de baja plasticidad y se identifica con el símbolo CL, si se ubica en la zona IV, se clasifica como arcilla de alta plasticidad y se identifica con el símbolo CH.  Altamente orgánicos (Pt). El suelo se clasifica como altamente orgánico cuando se identifica por su color, olor, sensación esponjosa y frecuentemente por su textura fibrosa; se le denomina turba y se identifica con el símbolo Pt.
  • 13.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 13 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 1 Carta de plasticidad. 1.4 CLASIFICACIÓN DE CAMPO La clasificación de los fragmentos de roca y de los suelos en campo se realiza en forma visual, por lo que se requiere experiencia para clasificar los diferentes materiales. La experiencia se obtiene mediante la enseñanza de quien ya la tiene y comparando las clasificaciones hechas en campo con las obtenidas en el laboratorio. 1.4.1 Clasificación de campo de fragmentos de roca Se estiman los porcentajes de tamaños de los fragmentos de roca, tomando en cuenta la dimensión mayor de los fragmentos, se la siguiente manera: Según su tamaño los fragmentos se agrupan como se indica en la Tabla 4. 7 4 II I IV III
  • 14.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 14 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Se determinan en forma aproximada los porcentajes, en volumen, de cada uno de los grupos indicados en el párrafo anterior con relación al volumen total y con ellos se clasifican los fragmentos de acuerdo con lo indicado en la Tabla 2 de este Manual. Se estima en los fragmentos de los diferentes grupos, la forma, textura de la superficie y grado de alteración, utilizando para describirlos los adjetivos indicados en la Tabla 1 de este Manual. Designación Grupo de tamaños (Mayor dimensión de las partículas en cm.) Chico 7.5 a 20 Mediano 20 a 75 Grande 75 a 200 Tabla 4. Clasificación de campo de fragmentos de roca. 1.4.2 Clasificación en campo de suelos La clasificación de los suelos en campo, se hace considerando su granulometría, plasticidad, color y olor, como sigue: 1.4.2.1 Granulometría Se extiende una muestra seca del material con tamaño menor de 7.5 cm, sobre una superficie plana con el propósito de estimar, en forma aproximada, los porcentajes de los tamaños de las partículas, forma y composición mineralógica. Para distinguir la grava de la arena se usa el tamaño de 5 mm como equivalente a la malla N° 4 y para los finos basta considerar que las partículas del tamaño correspondiente a la malla N° 200 son aproximadamente las más pequeñas que pueden distinguirse a simple vista. Para esto se procede como sigue: a) Se determina el tamaño de la partícula mayor, que se considera como tamaño máximo.
  • 15.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 15 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH b) Según su tamaño las partículas de material se agrupan en:  Partículas mayores de 5 mm (grava)  Partículas comprendidas entre las de menor tamaño que pueda observarse a simple vista y 5 mm (arena)  Partículas del menor tamaño que se pueda observar a simple vista (finos) c) Se determinan en forma aproximada los porcentajes de cada uno de los grupos mencionados en el punto anterior con relación al volumen total y con ellos se clasifica el suelo como grava, arena, fino o sus mezclas, de acuerdo con el criterio indicado en la Tabla 6 de este Manual. d) Cuando se aprecia que las partículas de menor tamaño del que puede observarse a simple vista constituyen menos del 5% del volumen total, se estima la graduación del material, como bien graduada cuando se observe una amplia gama de tamaños y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios, y como mal graduada cuando se observe la predominancia de un tamaño o de un rango de tamaños, faltando algunos intermedios. e) Cuando se aprecia que las partículas de menor tamaño que pueden observarse a simple vista constituyen más del 12% del volumen total, para identificar el grupo fino del material, se toma la fracción del material que pasa la malla N° 40 (0.425 mm); si no se dispone de esta malla, el cribado puede sustituirse por una separación manual equivalente y se procede como se indica en los párrafos de Dilatancia, Tenacidad, Resistencia en estado seco, Color y Olor. 1.4.2.2 Dilatancia a) De la fracción que pasa la malla No 40 se toma una porción de aproximadamente 10 cm³ y se deposita en la mano donde se le agrega agua en cantidad tal que, al amasarla se obtenga una mezcla de consistencia suave que no presente flujo. Si al efectuar esta operación se excede la cantidad de agua
  • 16.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 16 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH agregada, la mezcla se extiende en la mano y se forma con ella una capa delgada que permita la pérdida por evaporación del exceso de agua. b) Una vez que la mezcla ha obtenido la consistencia deseada, se forma con ella una pastilla como se muestra en la Figura 2. c) Con la palma de la mano ligeramente contraída se sujeta suavemente la pastilla y se sacude en dirección horizontal, golpeando varias veces y en forma vigorosa la mano que la contiene contra la otra mano, a fin de provocar la salida del agua al a superficie, lo cual queda de manifiesto cuando dicha superficie toma una apariencia lustrosa. Al ocurrir esto, se presiona ligeramente la pastilla con los dedos para provocar que el agua desaparezca de la superficie y ésta pierda su lustre. d) Se estima la rapidez con que la superficie de la pastilla toma la apariencia lustrosa al golpear, así como la rapidez con que desaparece ese lustre al presionarla. Se reporta la dilatancia como:  Rápida  Lenta  Nula Una dilatancia rápida es típica de arena fina y de arena limosa (SM) no plástica, así como de algunos limos inorgánicos (ML). Una dilatancia extremadamente lenta o nula es típica de la arcilla (CL o CH). Figura 2
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 17 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.2.3 Tenacidad a) De la pastilla a que se refiere el punto b) del párrafo anterior, se toma una porción y se rola con la mano hasta formar un pequeño rollo de aproximadamente 3 mm. de diámetro. Se reamasa el material y se forma nuevamente el rollo, repitiéndose esta operación varias veces para que el material pierda el exceso de agua y el rollo se fragmente, como se ve en la Figura 3, lo que indica que el suelo ha alcanzado un contenido de agua similar al del límite plástico. b) Se estima el tiempo necesario para que el material alcance el contenido de agua correspondiente al límite plástico, así como la resistencia que opone a ser comprimido el rollo. La tenacidad se reporta como:  Nula (tiempo corto y resistencia muy pequeña)  Media (tiempo medio y resistencia media)  Alta (tiempo largo y resistencia alta) Una tenacidad alta es típica de la arcilla (CL o CH), mientras más alta sea la tenacidad, el material será más compresible. Una tenacidad media o nula es típica de limo y limo orgánico. Figura 3
  • 18.
    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 18 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.2.4 Resistencia en estado seco a) De la fracción que pasa la malla N° 40 se toma una porción de material, y se forma una pastilla de aproximadamente 4 cm de diámetro y 1 cm de espesor, como la mostrada en la Figura 4. b) La pastilla se coloca en un medio adecuado para que pierda lentamente su contenido de agua, hasta que se aprecie visiblemente seca; posteriormente se rompe y se desmorona con los dedos. Si al romper la pastilla se observa que aún contiene agua, se continúa con el secado del material y posteriormente se rompen y desmoronan las fracciones. c) Se estima la dificultad que presenta la pastilla a romperse y desmoronarse; de acuerdo con lo anterior se reporta la resistencia en estado seco como:  Nula  Media  Alta Una alta resistencia en estado seco es característica de una arcilla de alta plasticidad (CH). Una resistencia en estado seco nula es típica de un limo (ML o MH). Figura 4
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 19 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.2.5 Color El color del suelo suele ser un dato útil para diferenciar los distintos estratos y para identificar tipos de suelo, cuando se posee experiencia. Existen algunos criterios relativos al color, por ejemplo, el color oscuro suele ser indicativo de la presencia de materia orgánica o de su naturaleza básica (ferro magnesiano), y los colores claros y brillantes son más bien propios de suelos ácidos (sílices). En la Figura 5 se muestra una clasificación por color. Figura 5 1.4.2.6 Olor Los suelos orgánicos (OL y OH) tienen por lo general un olor distintivo, que puede usarse para su identificación. El olor es particularmente intenso si el suelo está húmedo y disminuye con la exposición al aire, aumentando, por lo contrario, con el calentamiento de la muestra húmeda. Los suelos altamente orgánicos (Turba) prenden estando secos. Arcilla Arena Limo
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 20 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.4.3 Clasificación de campo de mezclas de fragmentos de roca y suelos Con toda la información obtenida como se indica en los incisos 1.4.1 y 1.4.2, y anotada en el formato que se muestra en la Tabla 5, se procede a clasificar el material en su conjunto, conforme a los criterios contenidos en las Tablas 2 y 6 de este Manual. CLASIFICACIÓN DE CAMPO DE FRAGMENTOS DE ROCA Y SUELOS Obra: Fecha: Localización: Laboratorista: Muestra: Fragmentos de roca (Vf): Sondeo: Profundidad: Suelos (Vs): FRAGMENTOS DE ROCA Características T a m a ñ o s Chicos (de 7,5 a 20 cm) Medianos (de 20 a 75 cm) Grandes (de 75 a 200 m) Porcentaje (en volumen) Forma (Redondeada, subredondeada, angulosa, lajeada, acicular) Textura superficial (lisa, rugosa, muy rugosa) Grado de alteración (sano, alterado o muy alterado) Clasificación de los fragmentos: (con base en la Tabla 1 de este Manual)
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 21 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH SUELO Tamaño máximo: (mm) Dilatancia (rápida, lenta o nula): Grava: (% en masa) Tenacidad (alta, media o nula): Arena: (% en masa) Resistencia en el estado seco (alta, media o nula): Finos: (% en masa) Color: Olor: Clasificación de finos: Clasificación del suelo: (con base en la Tabla 6 de este Manual) Clasificación del material: • Los porcentajes en volumen de los diferentes fragmentos de roca que contenga un material, se determinará en forma estimativa Tabla 5. Reporte de clasificación de campo.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 22 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Tipos de suelos Símbolo de suelo[1] Denominación común SUELOSDEPARTICULASGRUESAS[2] Másdelamitaddelmaterialesdetamañomayorqueelmínimoquesepuedeobservar asimplevista GRAVA Másdelamitaddelafraccióngruesaes mayorde5mm(mallaN°4)[3] Menos del 50% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista Amplio rango en los tamaños de las partículas y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios. GW Grava bien graduada, Mezclas de grava y arena, con poco o nada de finos. Predominio de un rango de tamaños con ausencia de algunos tamaños intermedios GP Grava mal graduada, Mezclas de grava y arena, con poco o nada de finos. Más del 12% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista Fracción fina no plástica (para identificación véase grupo ML, abajo) GM Grava limosa, mezclas de grava, arena y limo, mal graduada. Fracción fina plástica (para identificación véase grupo CL, abajo) GC Grava arcillosa, mezclas de grava, arena y arcilla, mal graduada. ARENA Másdelamitaddelafraccióngruesa esmenorde5mm(mallaN°4)[3] Menos del 5% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista. Amplio rango de los tamaños de partículas y cantidades apreciables de todos los tamaños intermedios SW Arena bien graduada, arena con grava y poco o nada de finos. Predominio de un tamaño o un rango de tamaños con ausencia de algunos tamaños intermedios. SP Arena mal graduada, arena con grava y poco o nada de finos. Más del 12% respecto al total son partículas del tamaño mínimo que se puede observar a simple vista Fracción fina no plástica ( para identificación véase grupo ML, abajo) SM Arena limosa, mezclas de arena, grava y limo. Fracción fina plástica ( para identificación véase grupo CL, abajo) SC Arena Arcillosa, mezclas de arena, grava y arcilla. SUELOSDEPARTICULASFINAS[4] Masdelamitaddelmaterialessonpartículasmenoresque eltamañomínimoquesepuedeobservarasimplevista Identificación de la fracción que pasa la malla N° 40 (0.425 mm) LIMOYARCILLA Dilatancia Tenacidad Resistencia en estado seco Rápida Nula Nula ML Limo y arena muy fina, polvo de roca, arena fina limosa. Lenta Media Nula MH Limo de alta compresibilidad, limo micáceo o diatomáceo Lenta a nula Media Media CL Arcilla de baja o mediana compresibilidad, arcilla con grava, arcilla arenosa Nula Alta Alta CH Arcilla de alta compresibilidad Rápida Media Media OL Limo orgánico de baja compresibilidad Rápida a Lenta Media Media OH Limo orgánico de alta compresibilidad Suelo altamente orgánico Fácilmente identificables por su color, olor, sensación esponjosa y frecuentemente por su textura fibrosa. Pt Turba Tablas 6. Clasificación aproximada. [1] Tratándose de suelos con partículas gruesas, en que él % en masa que pasa la malla N° 200 queda comprendido entre casos de frontera que requiere el uso de símbolo doble, como por ejemplo GW-GC que corresponde a una mezcla de grava y arena bien graduada con arcilla, o SW-SM que corresponde a una arena bien graduada limosa. [2] Las cantidades y porcentajes que se manejan son en volumen. [3] Puede considerarse 5 mm como equivalente a la abertura de la malla N°4. [4] Se estima que las partículas más pequeñas apreciables a simple vista corresponden al tamaño de 0.075 mm (malla N° 200).
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 23 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Cuando se trate de materiales constituidos por mezclas de fragmentos de roca y suelo, una vez que se han clasificado individualmente como se indica en el párrafo anterior de este Manual, se clasifican dichos materiales combinando los símbolos que corresponden a las porciones que los integran de acuerdo con lo que se indica a continuación:  Cuando los fragmentos de roca contengan más del 10% de suelo, el material se clasificará con símbolo doble.  Si el volumen de suelo es mayor del 50%, el símbolo de éste se antepondrá al de los fragmentos de roca; si el volumen de suelo está comprendido entre 10 y 50%, su símbolo se colocará enseguida del símbolo de los fragmentos de roca, como se ejemplifica a continuación: Ejemplo 1 Ejemplo 2 Un material contiene: Un material contiene: 60% de GC 40% de Fm 40% de Fgm 30% de SM 20% de Fc 10% de Fg Su símbolo será: Su símbolo será: GC – Fgm Fmcg – SM
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 24 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 1.5 CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 25 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 2.- DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL USO DE MALLAS 2.1 OBJETIVO El objetivo de esta prueba consiste en separar por tamaños las partículas de suelo, pasando a través de una sucesión de mallas de aberturas cuadradas y pesar las proporciones que se retienen en cada una de ellas, expresando dicho retenido como porcentajes en peso de la muestra total. La sucesión de tamaños obtenida mediante el empleo de mallas, da una idea de la composición granulométrica únicamente en dos dimensiones, por lo que las curvas resultantes solo serán representativas de materiales constituidos por partículas de forma equidimensional, si las partículas de un material tienen forma laminar o acicular, es decir, de lajas o agujas, respectivamente, los resultados que se obtengan no serán representativos de los tamaños reales del material, y en consecuencia, de su comportamiento. La prueba tiene dos variantes, el análisis granulométrico estándar y el análisis granulométrico simplificado, los cuales se describen a continuación. El análisis granulométrico estándar consiste esencialmente en separar y clasificar por tamaño las partículas que componen el suelo.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 26 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2.2 EQUIPO Y MATERIAL  Balanza de 20 kg de capacidad y 1 gr de aproximación.  Balanza de 2 kg de capacidad y 0.1 gr de aproximación.  Charola de lámina.  Cucharon de lámina.  Horno con termostato para mantener una temperatura constante de 105 ± 5 °C.  Cepillo de cerdas.  Cepillo de alambre delgado.  Desecador de cristal.  Juego de mallas de las siguientes designaciones: Fracción Malla Variación permisible de la abertura promedio con respecto a la denominación de la malla Abertura máxima permisible para no más del 5% de las aberturas de la malla Abertura máxima individual permisible Diámetro nominal del alambre[1] Designación Abertura nominal Gravas 3” 75.0 ±2.2 78.1 78.7 5.80 2” 50.0 ±1.5 52.1 52.6 5.05 1 ½” 37.5 ±1.1 39.1 39.5 4.59 1” 25.0 ±0.8 26.1 26.4 3.80 ¾” 19.0 ±0.6 19.9 20.1 3.30 ½” 12.5 ±0.39 13.10 13.31 2.67 3/8” 9.5 ±0.30 9.97 10.16 2.27 ¼” 6.3 ±0.20 6.64 6.78 1.82 N° 4 4.75 ±0.15 5.02 5.14 1.54 Arenaconfinos N° 10 2.0 ±0.070 2.135 2.215 0.90 N° 20 0.850 ±0.035 0.925 0.970 0.51 N°40 0.425 ±0.019 0.471 0.502 0.29 N° 60 0.250 ±0.012 0.283 0.306 0.18 N°100 0.150 ±0.008 0.174 0.192 0.11 N° 200 0.075 ±0.005 0.091 0.103 0.053 Tablas 7. Juego de mallas. [1] El diámetro promedio de los alambres que forman cualquier malla, considerados separadamente en cada una de sus dos direcciones, no varía de los valores nominales en más de lo siguientes:  5% para mallas con aberturas mayores de 0.6 mm  7.5 % para mallas con aberturas de 0.6 mm a 0.125 mm  10% Para mallas con aberturas menores de 0.125 mm Nota: Todas las medidas están dadas en milímetros.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 27 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH  Tapa y fondo para el juego de mallas.  Vaso de aluminio de 1 litro.  Agitador de varilla metálica de 6 milímetros de diámetro y 20 cm de longitud.  Agitador metálico del tipo Ro-tap.  Cloruro de calcio anhidro. 2.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 1. Se obtiene por cuarteo (Figura 6) una porción representativa con peso aproximado de 15 kg, el cual se determina y se anota como Wm (Peso de la muestra), con aproximación de un gramo. Fig. 6. Cuarteo de la muestra representativa. 2. Cuando se requiere conocer con mayor exactitud el porcentaje de material que pasa la malla No 200 o bien, en el caso de estudios especiales, la muestra seca y disgregada obtenida como se indico en el paso 1, se someterá a un lavado previo, colocándola en un recipiente provisto de vertedero y aplicándole una corriente de agua en forma continua y de tal manera que derrame sobre la malla
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 28 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Núm. 0.075 convenientemente colocada; durante este proceso la muestra se removerá en forma adecuada para propiciar el arrastre de la fracción fina, suspendiendo el lavado cuando el agua que salga del vertedero este clara; se dejara escurrir la muestra y a continuación se seca en el horno a peso constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C; posteriormente se saca del horno, se deja enfriar a la temperatura ambiente y se determina su peso registrándolo como W’m (Peso de la muestra después del lavado), con aproximación de 1 gramo. La diferencia entre Wm y W’m (Peso de la muestra antes del lavado) es el peso de la fracción que pasa la malla N° 200. 3. Una vez preparada la muestra como se indicó en los pasos 1 y 2, se criba el material por la malla N° 4, como se muestra en la Figura 7, para separarlo en dos fracciones; se determina el peso de ellas, se anota como Wm1 el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75 y como Wm2 a la fracción que pasa esta malla, ambos con aproximación de 1 gr. Fig. 7. Muestra el cribado a través de la malla N° 4. 4. Cuando al preparar la muestra no se le haya sometido a un proceso de lavado como se indicó en el paso 2, se corrige el peso de la fracción que pasa la malla No 4, determinando su contenido de agua y se anota como W2. Generalmente no es necesario determinar la humedad W1 de la fracción retenida en la malla N° 4,
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 29 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH secada al sol, debido a que este valor es relativamente pequeño y puede despreciarse sin introducir error de importancia. Fig. 8. Muestra el secado en el horno para la obtención de la humedad. 2.4 PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA 1. Se criba en forma manual el material retenido en la malla N° 4, a través de las mallas Núm. 75.0, Núm. 50.0, Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5, Núm. 9.5 y Núm. 4.75, comenzando por la mayor abertura y siguiendo el orden en que se indicaron, como se muestra en la Figura 9. Para efectuar esta operación deberá imprimirse a las mallas un movimiento vertical y horizontal, para mantener al material en constante movimiento para que los tamaños menores pasen a través de las aberturas correspondientes. El volumen del material que se coloque en cada malla, deberá ser menor que la capacidad de la misma, con el fin de evitar pérdidas y facilitar el cribado. El paso de las partículas a través de las aberturas de las malla deberá efectuarse libremente. El cribado en una malla deberá suspenderse cuando se estime que el peso de material que pase dicha malla durante 1 minuto no es mayor de 1 gr. Se verificara que las partículas que queden retenidas y que tengan forma de laja o
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 30 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH forma de aguja pueden pasar a través de cada malla, sin forzarlas, acomodándolas con la mano según su dimensión menor, y las que queden atoradas en las tramas, deberán incorporarse a la porción retenida en la malla correspondiente. Fig. 9. Muestra el cribado del material retenido en la malla N° 4. 2. Se pesan los materiales retenidos en cada una de las mallas Figura 10, se anotan los pesos retenidos como Wi, en gramos. Fig. 10. Muestra la forma de pesar el material retenido en cada una de las mallas.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 31 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3. La fracción que pasa la malla N° 4 se cuartea, para obtener el equivalente a 200 gramos de material seco; dicha cantidad se determina previamente aplicando la siguiente fórmula: ( ) Donde: Wh = Es el peso de la muestra húmeda equivalente a 200 gr de material seco. 2 = es el contenido de agua del material que pasa la malla Núm. 4.75, expresado en forma decimal. 4. Se coloca esta muestra en el vaso metálico y se agrega 500 centímetros cúbicos de agua (Figura 11) aproximadamente, dejándose en reposo durante 12 horas, como mínimo. Fig. 11. Agregando 500 cm3 (Aproximados) de agua al material. 5. Después de transcurrido este lapso de tiempo, se lava la muestra a través de la malla Núm. 0.075 (N° 200). El lavado se hará agitando el contenido del vaso con la varilla durante 15 segundos, moviéndola en forma de 8 y dejando reposar dicho contenido durante 30 segundos. Inmediatamente después se decanta la suspensión sobre la malla Núm. 0.075 (N° 200), como se muestra en la Figura 12.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 32 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Para facilitar el paso de las partículas final a través de la malla, deberá aplicarse sobre esta un chorro de agua a baja presión. Fig. 12. Muestra la forma de decantar la suspensión a través de la malla N° 200. 6. Se repite la operación de lavado indicada en el paso 5, hasta que el agua decantada salga clara. 7. A continuación se regresa al vaso metálico el material que se haya retenido en la malla Núm. 0.075 (N° 200). utilizando un poco de agua, la que se decantara del vaso al final de la operación, cuidando que no haya arrastre de partículas. Fig. 13. Muestra la forma de devolver al vaso el material retenido en la malla N° 200. 8. Se seca el material en el mismo vaso metálico, dejándolo en el horno un lapso no menor de 16 horas, a una temperatura de 105 ± 5 °C, hasta peso constante;
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 33 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH a continuación se saca del horno y se deja enfriar en el desecador de cristal hasta que la muestra tenga una temperatura cercana a la ambiental. 9. Se superponen las mallas a partir de la charola de fondo, en el siguiente orden, Núm. 0.075, Núm. 0.150, Núm. 0.250, Núm. 0.425, Núm. 0.850 y Núm. 2.0. Se vierte el material sobre la malla superior, se coloca la tapa, y se efectúa la operación de cribado, imprimiendo al juego de mallas un movimiento vertical y horizontal, durante 5 minutos; en esta operación es conveniente utilizar el agitador mecánico. Fig. 14. Muestra la forma de colocar las mallas para efectuar el cribado de material que paso la malla N°4. 10.Se quita la tapa, se separa la malla Núm. 2.0 y se agita sobre una charola. Hasta que se estime que el peso del material que pase dicha malla durante 1 minuto, no sea mayor de 1 gr. Se vierte sobre la malla Núm. 0.850 el material que pasó la malla Núm. 2.0 y se deposita en la charola. Se repite este procedimiento del cribado adicional con cada una de las mallas restantes. Las partículas que hayan quedado atoradas deberán regresarse a las porciones retenidas correspondientes, cepillando las mallas por al revés. A continuación se pesan los materiales retenidos en cada una de las mallas y se anotan los pesos respectivos como Wj.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 34 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2.5 PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO 1. Los pesos Wi de las porciones retenidas en cada una de las mallas Núm. 50, Núm. 37.5, Núm. 25.0, Núm. 19.0, Núm. 12.5, Núm. 9.5 y Núm. 4.75, se expresaran en % del peso de la muestra seca Wd, anotándolos como retenidos parciales y designándolos como “i”. El peso de la muestra seca se determina por medio de la siguiente fórmula: Dónde: Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicado en el paso 1 de la preparación de la muestra en gramos. Wd1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en gramos, o sea la suma de los pesos Wi; en el caso de que no se lave la muestra, Wd1 se considerara igual a Wm1, en virtud de no haberse tomado en cuenta la humedad de la fracción gruesa. Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra seca, en gramos. Wm1 = Es el peso de la fracción retenida en la malla Núm. 4.75, de la muestra seca, cuando no se efectúa la operación de lavado, en gramos. Wm2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, de la muestra húmeda, en gramos. 2 = Es la humedad de la porción que pasa la malla Núm. 4.75, expresada en fracción decimal. Los valores de los retenidos parciales “i” en %, se registran considerándolos hasta el primer decimal. La suma de los pesos Wi mas el de la fracción Wd2 será igual a Wd y la suma de estos pesos, expresados en %, será el 100%, aproximadamente. En el caso de que la muestra haya sido previamente lavada, la suma de los pesos Wi + Wd2 mas el peso del material que pasa la malla Núm. 0.075 (Wm –W’m) debe ser igual a Wd y la suma de estos pesos expresada en % con relación a Wd deberá ser aproximadamente igual al 100%; cuando este último valor en ambos casos no se obtenga, podrán efectuarse ajustes en forma proporcional para lograrlo.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 35 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2. El retenido parcial correspondiente a la malla Núm. 50.0, deberá restarse de 100, para calcular el % de partículas que pasan dicha malla. 3. Después deberán hacerse sustracciones sucesivas, restando el valor inmediato anterior, el % parcial retenido en la malla que le sigue en abertura inferior, con lo cual se irán calculando los % que pasan en cada una de las de las mallas, hasta llegar a la malla Núm. 4.75. 4. A continuación deberá dividirse los pesos Wj, en gramos, retenidos en cada una de las mallas Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425, Núm. 0.250, Núm. 0.150 y Núm. 0.075, entre el peso de 200 gramos de la muestra seca previamente lavada, después de lo cual deberán multiplicarse los cocientes anteriores por él % que pasa la malla Núm. 4.75, para obtener los % retenidos parciales “j”, aproximándolos hasta la primera decima. La suma de los pesos Wj, restada de 200 gramos, dará el peso del material que pasa la malla Núm. 0.075, el que deberá expresarse también en % respecto al peso total Wd de la muestra seca. Estos % se calcularan empleando la formula siguiente: ( ) Dónde: j = Es el retenido parcial en cada malla desde Núm. 2.0 a la Núm. 0.075 y el que pasa la malla Núm. 0.075 del material seco, en gramos. Wj = Es el peso del material seco retenido parcialmente en cada malla y el de la fracción que pasa la malla Núm. 0.075 del material seco, en gramos. 200 = Es el peso en gramos de la muestra seca, obtenida del material que pasa la malla Núm. 4.75. = Es la fracción que pasa la malla Núm. 4.75, en %. Wd2 = Es el peso de la fracción que pasa la malla Núm. 4.75 de la muestra seca, en gramos. Wd = Es el peso de la porción representativa del material seco, indicada en el paso 1 de la preparación de la muestra, en gramos.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 36 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5. Se calcula en forma análoga a la citada en el paso 3, los valores correspondientes a los % que pasan la malla Núm. 2.0, Núm. 0.850, Núm. 0.425, Núm. 0.250, Núm. 0.150 y Núm. 0.075, y se dibuja la gráfica correspondiente. 6. Para fines de clasificación de suelos deberá calcularse los coeficientes de uniformidad Cu, y de curvatura Cc, que se emplean para juzgar la graduación del material, por medio de las fórmulas siguientes. ( ) Dónde: Cu= Coeficiente de uniformidad del material, número abstracto. Cc= Coeficiente de curvatura del material, número abstracto. D10, D30 y D60 representan los tamaños de las partículas del suelo en milímetros, que en la gráfica de la composición granulométrica corresponden al 10 %, 30% y 60% que pasa, respectivamente. Es decir, D10, D30 y D60 son las abscisas, de la gráfica de la composición granulométrica, correspondiente a las ordenadas de 10%, 30% y 60%, respectivamente. 2.6 EJEMPLO DE CÁLCULO Prácticamente lo que se hará en el ejemplo, será la forma del llenado del formato, la cual se muestra en seguida:
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 37 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DATOS DE LA OBRA FECHA: 26 de Junio del 2008 OBRA: Alcantarillado sanitario OPERADOR: Guillermo Arévalo C. LOCALIZACIÓN: Morelia Mich. CALCULISTA: Guillermo Arévalo C. TRAMO: Km 0+000 a Km 100+000 REVISÓ: Dr. Carlos Chávez N. SUBTRAMO: Km 0+000 a Km 50+000 MATERIALES PARA: Terraplén ORIGEN: Poza rica MUESTRA TOMADA DE: Banco PRUEBA N°: 1 MUESTRA N°: 1 Masas: De la muestra Wm: 15 290 De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1): 5 850 De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2): 9 440 CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Masa de: Recipiente N° 12 Recipiente mas muestra húmeda (W1): 95.03 Recipiente mas muestra seca (w2): 90.43 Recipiente (wt): 19.70 Masa del agua (ww=w1-w2): 4.60 Masa muestra seca (ws=w2-wt): 70.73 Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt): 6.50 % CORRECCIÓN DEL PESO TOTAL DE LA MUESTRA POR HUMEDAD DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Material retenido en la malla N°4 Material que pasa la malla N°4 Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa gr % % gr % % 3” 0.00 10 54.0 16.2 44.0 2" 0.00 20 39.0 11.7 32.3 1 1/2" 157 1.1 98.9 40 40.4 12.2 20.1 1" 395 2.7 96.2 60 17.8 5.4 14.7 3/4" 563 3.8 92.4 100 19.5 5.9 8.8 1/2" 1179 8.0 84.4 200 13.7 4.1 4.7 3/8" 649 4.4 80.0 Pasa N° 200 15.6 4.7 0 N° 4 2910 19.8 60.2 SUMA 200 60.2 Pasa N° 4 8864 60.2 SUMA 14714 100
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 38 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN Fig. 15. Curva de clasificación. Nota: en la gráfica de la granulometria se muestra con las las flechas la forma de de obtener los diametros carateristicos, para el ejemplo mostrado se obtubo un D30= 0.80 mm. DIÁMETROS CARACTERISTICOS COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL CANTIDAD EN % = 0.17 = 28.0 >De 3” 0.0 = 0.80 = 0.79 G 39.8 = 4.75 S 55.5 F 4.7 Pasa la malla N° 4 20.1 2.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA En seguida se muestra el formato para la realización de la práctica por los alumnos. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.010.1110100 %quepasa,enpeso Diámetro en (mm) 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 º 42" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200 0.8 mm 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 39 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DATOS DE LA OBRA FECHA: OBRA: OPERADOR: LOCALIZACIÓN: CALCULISTA: TRAMO: REVISÓ: SUBTRAMO: MATERIALES PARA: ORIGEN: MUESTRA TOMADA DE: PRUEBA N°: MUESTRA N°: Masas: De la muestra Wm: De la fracción retenida en la malla N° 4 (Wm1): De la fracción que pasa la malla N° 4 (Wm2): CONTENIDO DE AGUA DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Masa de: Recipiente N° Recipiente mas muestra húmeda (W1): Recipiente mas muestra seca (w2): Recipiente (wt): Masa del agua (ww=w1-w2): Masa muestra seca (ws=w2-wt): Contenido de agua 2=(100xww/w2-wt): CORRECCIÓN DEL PESO TOTAL DE LA MUESTRA POR HUMEDAD DE LA FRACCIÓN QUE PASA LA MALLA N° 4 Material retenido en la malla N°4 Material que pasa la malla N°4 Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa Malla N° Peso del suelo retenido Porciento retenido parcial Porciento que pasa gr % % gr % % 3” 10 2" 20 1 1/2" 40 1" 60 3/4" 100 1/2" 200 3/8" Pasa N° 200 N° 4 SUMA Pasa N° 4 SUMA
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 40 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH GRÁFICA DE CLASIFICACIÓN DIÁMETROS CARACTERISTICOS COEFICIENTES DE UNIFORMIDAD CLASIFICACIÓN DEL MATERIAL CANTIDAD EN % = = >De 3” = = G = S F Pasa la malla N° 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.010.1110100 %quepasa,enpeso Diámetro en (mm) 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 20042" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 2002" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 4 10 20 40 60 100 200
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 41 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2.8 CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 42 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 3.- DETERMINACIÓN DE LÍMITES DE CONSISTENCIA Y CONTRACCIÓN LINEAL 3.1 OBJETIVO Tiene como objeto conocer las características de plasticidad de la porción de suelo que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuyos resultados se utilizan principalmente en edificación y clasificación de los suelos. 3.1.1 Plasticidad Los tres estados de la materia que se identifican son: el sólido, el líquido y el gaseoso. El estado sólido se identifica por su impenetrabilidad, el líquido y el gaseoso se reconocen porque son estados fluidos. Sin embargo, existe un cuarto estado conocido como estado plástico, caracterizado porque a la materia se le puede dar la forma que uno quiera, esto es que puede ser moldeada; ésta es la consistencia que adquiere la masa para hacer pasteles cuando el panadero la trabaja. En los suelos para lograr ese estado es necesario hacer un “remoldeo” del suelo con espátulas y agregarle o quitarle agua hasta lograr la consistencia plástica; de hecho existe un rango de humedades para las cuales el suelo se comporta plásticamente. Incluso se puede hablar de estado intermedios de la materia tales como el semisólido o el semilíquido dependiendo del contenido de agua del suelo remoldeado. Esto se explica esquemáticamente en la Figura 16, para los distintos estados de la materia: ESTADO SÓLIDO SEMI SÓLIDO PLÁSTICO SEMI LÍQUIDO LÍQUIDO FRONTERA LC LP LL Fig. 16. Estados de un suelo remoldeado haciendo variar su contenido de agua. NOTA: Como podemos ver dependiendo del contenido de agua, los suelos pueden estar en alguno de los siguientes cinco (5) estados de consistencia. 1. Estado líquido: es el que presentan los suelos cuando manifiestan las propiedades de una suspensión.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 43 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2. Estado semilíquido: cuando los suelos tienen el comportamiento de un fluido viscoso. 3. Estado plástico: en el cual los suelos presentan las propiedades de plasticidad mencionadas anteriormente. 4. Estado semisólido: en el que la apariencia de los suelos es de un sólido; sin embargo, al secarse disminuye su volumen. 5. Estado sólido: en el que el volumen de los sólidos no varía aun cuando se le someta a secado. Las fronteras entre los estados de consistencia mencionados anteriormente, fueron establecidas por Atterberg bajo el nombre general de límites de consistencia, los cuales se describen a continuación. 1. LL Límite Líquido: frontera superior entre el estado plástico y el semilíquido. 2. LP Límite Plástico: frontera inferior entre el estado plástico y el semisólido. 3. LC Limite de contracción: frontera entre los estados semisólido y sólido A la diferencia aritmética entre el límite líquido y el límite plástico, se le conoce como índice plástico (IP). La contracción lineal de un suelo es la reducción de volumen del mismo, medida en una de sus dimensiones y expresada como porcentaje de la dimensión original, cuando la humedad se reduce desde la correspondiente al límite líquido o hasta la del límite de contracción. Para conocer las características de plasticidad de los suelos se utilizan el límite líquido, el índice plástico, y la contracción lineal. Para la determinación del límite liquido de un suelo por el método estándar, se emplea el procedimiento de Casagrande, según el cual se define como limite liquido el contenido de agua de fracción de suelo que pasa la malla N° 0.425 (40), cuando al ser colocada en la copa de Casagrande y efectuar en ella una
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 44 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH ranura trapecial de dimensiones especificas, los bordes inferiores de la misma se ponen en contacto en una longitud de 13.0 mm , después de golpear la copa 25 veces, dejándola caer sobre una superficie dura de características especiales, desde una altura de 1 centímetro y a una velocidad de 2 golpes por segundo. En el método estándar el límite líquido se determina de manera gráfica mediante la curva de fluidez, la que se obtiene uniendo los puntos que representa los contenidos de agua correspondientes a diferentes números de golpes, para los cuales la ranura se cierra en la longitud especificada. 3.2 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO 3.2.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.  Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho, con punta redonda.  Cuenta gotas.  Copa de Casagrande calibrada para una altura de caída de 1 cm, provista de ranuradores, uno plano y otro curvo, con las características que se indican en la norma M-MMP-1-07/07.  Vidrio de reloj.  Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ±5 °C.  Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro.  Vaso de 0.5 litros de capacidad. 50 mm8mm 20 mm 13 mm 5 mm 10 mm 110 mm
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 45 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH  Paño absorbente. Fig. 17. Muestra el equipo necesario para la llevar a cabo la prueba. 3.2.2 Preparación de la muestra En la preparación de la muestra para determinar los limites de consistencia y la contracción lineal, se emplean 250 gr de material previamente cribados por la malla Núm. 0.425 (Nº 40). La muestra se coloca en un recipiente apropiado, se le agrega agua en la cantidad necesaria para que tome el aspecto de material saturado y se deja en reposo durante 24 horas aproximadamente, en un lugar fresco, cubriendo el recipiente con un paño que se mantendrá húmedo a fin de reducir al mínimo las pérdidas de agua por evaporación. Fig. 18. Preparación de la muestra.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 46 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.2.3 Procedimiento de la prueba 1. Se toma una muestra de 150 gr, aproximadamente, del material preparado de acuerdo a lo anterior explicado, este material se coloca en una cápsula de porcelana y se procede a homogenizar la humedad con la espátula. Fig. 19. Muestra el material homogenizado. 2. Logrado lo anterior se coloca en la copa de Casagrande, previamente calibrada, una cantidad suficiente de material para que una vez extendido con la espátula se tenga un espesor de 8 a 10 milímetros en la parte central de la muestra colocada. Para extender el material se procede del centro hacia los lados, sin aplicarle una presión excesiva y con el número mínimo de pasadas de la espátula. Fig. 20. Muestra el material extendido en la copa de Casagrande.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 47 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3. Se efectúa una ranura en la parte central del material que contiene la copa, con una pasada firme del ranurador, como se muestra en la Fig. 21, manteniéndolo siempre normal a la superficie del la copa. Si el material se desliza sobre la copa cuando se use el ranurador curvo, podrá darse hasta 6 pasadas profundizando paulatinamente la ranura, de manera que solamente en la última pasada el ranurador toque el fondo de la copa. Fig. 21. Muestra la forma de ranurar el suelo. 4. Se acciona la manivela del aparato para hacer caer la copa, a razón de 2 golpes por segundo y se registra el número de golpes necesarios para que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 mm. Fig. 22. Muestra la unión de 13 mm. 13mm
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 48 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5. Una vez logrado lo anterior se toma aproximadamente 10 gr del material de la porción cerrada de la ranura y se coloca en un vidrio de reloj, para proceder de inmediato a obtener su contenido de agua. Fig. 23. Muestra la una porción de material para la obtención de la humedad. 6. A continuación y una vez que se ha tomado la muestra para la determinación de la humedad, se regresa a la cápsula de mezclado lo que contiene la copa, se lavan y secan tanto la copa como el ranurador. 7. Enseguida se agrega agua con el cuenta gotas al material contenido en la cápsula, se homogeniza el material y se vuelven a realizar las etapas anteriores. Fig. 24. Muestra la forma de agregar agua con él cuenta gotas.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 49 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8. La cantidad de agua agregada al material deberá ser en tal forma que las cuatro determinaciones efectuadas, quedan comprendidas entre 10 y 35 golpes, siendo necesario obtener 2 valores arriba y 2 debajo de 25 golpes. Para consistencias menores de 10 golpes es difícil identificar el momento de cierre de la ranura en la longitud especificada, por otra parte y para más de 35 golpes, se dificulta la ejecución de la prueba. 3.2.4 Procedimiento de cálculo Se dibujan los cuatro puntos correspondientes a cada determinación en un papel semilogarítmico cuyas abscisas representa en la escala logarítmica, el número de golpes y en las ordenadas, en escala aritmética, los respectivos contenidos de agua. A continuación se traza la línea recta que pase lo más cerca posible de cuando menos tres de los puntos obtenidos; la curva así trazada se denomina curva de fluidez, cuya ordenada correspondiente a 25 golpes, se reporta como límite líquido del suelo, expresado como contenido de agua en por ciento y redondeado al número entero más cercano. 3.2.5 Procedimiento por el método simplificado El límite líquido de un suelo por el método simplificado, se determina conociendo un solo punto de su curva de fluidez. Este método es más sencillo que el método estándar, pero puede ser menos preciso, por lo cual cuando se juzgue necesario se recomienda verificar sus resultados con el método estándar. 3.2.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes El equipo es el mismo que para el método estándar. 3.2.5.2 Preparación de la muestra y procedimiento de la prueba La prueba se efectúa en términos generales de la misma forma que la estándar, excepto porque en ésta solo se determina una sola determinación, verificando con dos cierres de ranura y aplicando un número de golpes que este comprendido entre
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 50 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 20 y 30, tomando la muestra correspondiente para la obtención de su contenido de agua. 3.2.5.3 Procedimiento de cálculo El límite líquido se obtiene empleando el método descrito a continuación. 1. Aplicando la siguiente fórmula. ( ⁄ ) Donde: LL= Es el límite líquido del suelo, expresado como contenido de agua, en porciento. WN= Es el contenido de agua de la muestra respectiva, a la cual le fue aplicado un número N de golpes en la prueba, en porciento. N= Es el número de golpes necesarios para lograr que los bordes inferiores de la ranura se pongan en contacto en una longitud de 13 milímetros. En la siguiente tabla se dan los valores del factor( ⁄ ) , para distintos valores de N. N ( ⁄ ) N ( ⁄ ) 20 0.974 26 1.005 21 0.979 27 1.009 22 0.985 28 1.014 23 0.990 29 1.018 24 0.995 30 1.022 25 1.000 Tabla 8. Factores del límite líquido
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 51 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.3 DETERMINACIÓN DEL LÍMITE PLÁSTICO El limite plástico en el suelo se define como el mínimo contenido de agua de la fracción que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), para que se puedan formar con ella cilindros de 3 mm, sin que se rompan o se desmoronen. 3.3.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.  Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho, con punta redonda.  Placa de vidrio con dimensiones mínimas aproximadas de 40 cm de lado y 0.6 cm de espesor.  Balanza de 200 gr de capacidad y 0.01 gr de aproximación.  Alambre de acero, de 3 mm de diámetro y 10 cm de longitud.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C.  Desecador de cristal conteniendo cloruro de calcio anhidro. 3.3.2 Procedimiento de la prueba 1. Se toma una muestra de material preparado de acuerdo con la prueba de LL, a la cual se le da la forma de una pequeña esfera de aproximadamente 12 mm de diámetro, que deberá moldearse con los dedos para que pierda la humedad y se forma un cilindro manipulándolo sobre la palma de la mano, aplicando con los dedos la presión necesaria para tal fin. 2. A continuación, se rola el cilindro con los dedos de la mano sobre la placa de vidrio, dando la presión requerida para reducir su diámetro hasta que este sea uniforme en toda su longitud y ligeramente mayor de 3 mm, la velocidad de rodado deberá ser de 60 a 80 ciclos por minuto, entendiéndose por ciclo un
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 52 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH movimiento completo de la mano hacia adelante y hacia atrás, hasta volver a la posición de la partida. 3. Si al alcanzar dicho diámetro el cilindro no se rompe en varias secciones simultáneamente, su humedad es superior a la del límite plástico. En ese caso se debe juntar todo el material, se forma nuevamente una pequeña esfera, manipulándola con los dedos para facilitar la pérdida de agua y lograr una distribución uniforme de la misma. 4. Se repiten los pasos 1 hasta el 3 hasta lograr que el cilindro se rompa en varios segmentos precisamente en el momento de alcanzar el diámetro de 3 mm. Dicho diámetro se verifica comparándolo con el alambre de referencia. Fig. 25. Muestra cuando el cilindro se rompe al llegar a un diámetro de 3 mm. 5. En seguida se colocan en un vidrio de reloj todos los fragmentos en que se halla dividido el cilindro y se efectúa la determinación del contenido de humedad correspondiente. Fig. 26. Muestra los fragmentos para determinar la humedad.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 53 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6. Para mayor seguridad en los resultados de la prueba, se deberá llevar a cabo por lo menos 3 determinaciones sucesivas del límite plástico, en cada muestra. 7. Los suelos con lo que no es posible formar cilindros del diámetro especificado, con ningún contenido de agua, se consideran como no plásticos. 3.3.3 Cálculos y resultados Se reporta como límite plástico del suelo, el promedio de las humedades que concuerden entre sí, dicho promedio se redondea al número entero más cercano. 3.4 DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO El índice plástico en suelo mide el intervalo de variación de la humedad dentro del cual el suelo presenta una consistencia plástica, de acuerdo con los conceptos expresados anteriormente. Los límites líquido y plásticos corresponden a las fronteras superior e inferior de dicha consistencia, respectivamente. El índice plástico, se define como la diferencia aritmética entre los límites líquido y plástico, se calcula mediante la fórmula siguiente. Dónde: IP= Es el índice plástico del suelo, en por ciento. LL= Es el límite líquido del suelo, en por ciento. LP= Es el límite plástico del suelo, en por ciento. 3.4.1 Cálculos y resultados Se reporta como índice plástico, el resultado de la ecuación anterior, exceptuando los siguientes casos. 1. Cuando el suelo sea muy arenoso y no pueda determinarse el límite plástico, se reporta el límite plástico y el índice plástico como NP (no plástico).
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 54 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 2. Cuando el límite plástico sea igual o mayor que el límite liquido, se reporta el índice plástico como NP (no plástico). 3.5 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN LINEAL La contracción lineal de un suelo se define como la reducción en la mayor dimensión de un espécimen de forma prismática rectangular, elaborado con la fracción de suelos que pasa la malla Núm. 0.425 (N° 40), cuando su humedad disminuye desde la correspondiente al límite líquido hasta la del límite de contracción, expresada como un porcentaje de la longitud inicial del espécimen. Para esta determinación se utilizará una muestra preparada como la utilizada para determinar el límite líquido, o bien se aprovechará el material húmedo que haya sobrado de la determinación del límite líquido. 3.5.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Cápsula de porcelana de 12 cm de diámetro.  Espátula de hoja de acero flexible de 7.5 cm de longitud y de 2 cm de ancho, con punta redonda.  Moldes de lamina galvanizada del Nº 16, con sección de 2 por 2 cm y de 10 cm de longitud.  Calibrador con vernier del tipo Máuser.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C  Grasa grafitada. 3.5.2 Procedimiento de la prueba 1. Se agrega a la muestra agua o material menos húmedo tomando de la porción preparada, hasta lograr que la humedad sea la correspondiente a la del límite líquido, lo cual se verifica empleando la copa de Casagrande y cumpliendo con
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 55 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH la condición de que la ranura se cierre en una longitud de 13 mm precisamente a los 25 golpes. 2. Con el material preparado en las condiciones indicadas se procede a llenar el molde de prueba, al cual se le habrá aplicado previamente una capa delgada de grasa en su interior para evitar que el material se adhiera a sus paredes. El llenado del molde se efectúa en 3 capas, utilizando la espátula y golpeándolo después de la colocación de cada capa contra una superficie dura; para esto último, deberá tomarse el molde por sus extremos, procurando siempre que el impacto lo reciba en toda su base, lo cual se logra conservando paralelismo entre dicha base y la superficie sobre la cual se golpea. En cada caso las operaciones de golpeo deberán prolongarse lo suficiente para lograr la expulsión del aire contenido en la muestra colocada, lo que se pone de manifiesto cuando ya no aparecen burbujas en su superficie. Fig. 27. Muestra el molde enrazado. 3. A continuación se enrasa el material en el molde utilizado con la espátula y se deja orear a la sombra hasta que cambie ligeramente su color, después de lo cual se pone a secar en el horno por un periodo de 18 horas, aproximadamente, a una temperatura de 105 ± 5 °C. 4. Se extrae del horno el molde con el espécimen, se deja enfriar a la temperatura ambiente y a continuación se saca del molde la barra.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 56 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5. Finalmente, se mide con el calibrador la longitud media de la barra del material seco y la longitud interior del molde, con aproximación de 0.01 cm. 3.5.3 Cálculos y resultados La contracción lineal se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula. Donde: CL= Es la contracción lineal aproximada al decimo más cercano, en %. Li= Es la longitud inicial de la barra de suelo húmedo, que corresponde a la longitud interior del molde, en cm. Lf= Es la longitud media de la barra de suelo seco, en cm. 3.6 DETERMINACIÓN DE LA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA El límite de contracción es la frontera entre los estados semi-sólido y sólido, quedando definido como el contenido de agua mínimo para el cual el suelo no retrae su volumen aún cuando pierda o se evapore agua. Observando una gráfica de volumen del suelo en función de su contenido de humedad, observaríamos que todo suelo llega a un punto donde su volumen no decrece aún cuando el contenido de humedad siga disminuyendo. Es este punto, el contenido de humedad que deseamos cuantificar. 3.6.1 El equipo y materiales necesarios son los siguientes  Plato de evaporación de porcelana, de aproximadamente 140 mm de diámetro.  Espátula o cuchillo, con una hoja flexible de aproximadamente 76 mm de largo por 19 mm de ancho.  Molde cilíndrico, metálico o de porcelana, con el fondo plano y de aproximadamente 44 mm de diámetro y 12 mm de altura.  Regla de enrase de acero, de aproximadamente 150 mm de largo.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 57 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH  Taza de vidrio de aproximadamente 57 mm de diámetro y 31 mm de altura, con su borde superior pulido y esencialmente paralela a la base.  Placa de vidrio con 3 puntas para sumergir la muestra en el mercurio.  Probeta con una capacidad de 25 ml y graduada a 0.2 ml.  Balanza con una precisión de 0.01 gr.  Mercurio suficiente para llenar la taza de vidrio. Nota: el mercurio es una sustancia peligrosa que puede causar enfermedad y muerte. La inhalación del vapor del mercurio es un serio riesgo de enfermedad, el mercurio también puede ser absorbido por la piel. El efecto del mercurio es acumulativo. Las precauciones que se deben tomar para evitar la inhalación del vapor, es trabajar en un área bien ventilada, así como evitar el contacto con la piel, usar guantes de látex todo el tiempo. Limpiar los derrames inmediatamente usando un procedimiento explícito para el mercurio.  Horno con termostato que mantenga una temperatura constante de 105 ± 5 °C. 3.6.2 Procedimiento de la prueba 1. Recubrir el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo, vaselina o aceite de silicón para prevenir la adherencia de suelo al molde). 2. Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la capacidad del molde en el centro de éste y extenderlo hasta los bordes, golpeando el molde contra una superficie firme recubierta con papel secante o similar. 3. Agregar una porción similar a la primera y golpear el molde hasta que el suelo este completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie. 4. Agregar material y compactar hasta que el molde este completamente lleno y con exceso de suelo sobre el borde. 5. Enrasar con la regla y limpiar posibles restos de suelo adherido al exterior del molde.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 58 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6. Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el suelo compactado. Restar el peso del molde determinando el peso del suelo húmedo (Wh). Registrar aproximando a 0.01 gr. 7. Dejar secar lentamente al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se despegue de las paredes del molde o hasta que cambie de color oscuro a claro. Nota: Se recomienda efectuar el ensaye, hasta el inicio del secado, en cámara húmeda. Si no se cuenta con este dispositivo se deben tomar todas las precauciones necesarias para reducir la evaporación. 8. Secar en horno a 110 5 °C hasta masa constante. Nota: El secado en horno a 110  5 °C no entrega resultados fiables en suelos que contienen yeso u otros minerales que pierden fácilmente el agua de hidratación o en suelos que contienen cantidades significativas de materia orgánica. En estos casos es recomendable el secado en horno a aproximadamente 60 °C. 9. Pesar el molde con el suelo seco. Restar el peso del molde determinando el peso del suelo seco (Ws). Registrar aproximando a 0.01 gr. 10.Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco. 11.Llenar la taza con mercurio hasta que desborde, enrasar presionando con la placa de vidrio y limpiar los restos de mercurio adheridos al exterior de la taza. 12.Colocar la taza llena de mercurio sobre el plato de evaporación, colocar la pastilla de suelo sobre la superficie del mercurio y sumergirlo cuidadosamente mediante las puntas de la placa de vidrio hasta que ésta tope firmemente contra el borde de la taza (Es esencial que no quede aire atrapado bajo la pastilla de suelo ni bajo la placa de vidrio). 13.En seguida, obtener el volumen de mercurio desplazado por la pastilla de suelo, para esto se pesa y se divide por la densidad del mercurio (γHg = 13.55 g/cm³), registrarlo como volumen de la pastilla de suelo seco (Vs), aproximando a 0.01cm³ (0.01ml).
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 59 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.6.3 Expresión de resultados 14.- Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 0.1 % ( ) Donde: W = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %. Wh = Peso del suelo húmedo, gr. Ws= Peso del suelo seco, gr. 15.- Calcular el límite de contracción, del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 1 %. ( ( ) ) Donde: Wc = límite de contracción, %. W = Humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %. Vh = Volumen de la pastilla de suelo húmedo, cm3 (ml). Vs = Volumen de la pastilla de suelo seco, cm3 (ml). γw = Densidad del agua, gr/cm3 (gr/ml). Ws = Peso del suelo seco, gr. 3.7 EJEMPLO DE CÁLCULO
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 60 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH OBRAS: Físico Matemáticas FECHA: 03 de Julio del 2008 LOCALIZACIÓN: Ciudad Universitaria OPERADOR: SONDEO N°: ENSAYE N°: MUESTRA N°: PROF.: CALCULÓ: DESCRIPCION: Arcilla negra LÍMITE LÍQUIDO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % 100 16 35.71 25.97 9.74 8.31 17.66 55.1 42 21 36.35 26.61 9.74 8.58 18.03 54.0 43 33 36.37 26.78 9.59 8.37 18.41 52.1 LÍMITE PLÁSTICO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % 4 ------ -------- -------- 16.34 14.72 1.62 8.12 6.60 24.5 HUMEDAD NATURAL PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % CONTRACCIÓN LINEAL PRUEBA N° CAPSULA N° LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL CONTRACCION LINEAL ………………………. ………………………. cm cm % 38 10.00 8.33 16.7 CONTRACCIÓN VOLUMETRICA PRUEBA N° CAPSULA N° VOLUMENES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) Vi Vf CV ------------ ------------ Cm3 Cm3 Cm3 ---- gr gr gr gr % 8 17.69 9.24 5.7 48.85 39.37 9.48 21.34 18.03 52.6
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 61 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Nota: en la grafica se muestra la forma de obtener el limite liquido en %. RESULTADOS W (%) LL (%) LP (%) IP (%) CL (%) CV (%) 53.2 24.5 28.7 16.7 52.6 3.8 FORMATO PARA LA PRÁCTICA 16, 55.1 21, 54 33, 52.1 50 51 52 53 54 55 56 57 58 5 50 CONTENIDODEAGUAEN% NÚMERO DE GOLPES 6 7 8 9 10 3020 40 53.2
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 62 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH OBRAS: FECHA: LOCALIZACIÓN: OPERADOR: SONDEO N°: ENSAYE N°: MUESTRA N°: PROF.: CALCULÓ: DESCRIPCION: LÍMITE LÍQUIDO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % LÍMITE PLÁSTICO PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % HUMEDAD NATURAL PRUEBA N° CAPSULA N° N° DE GOLPES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) ------------ ------------ ---------- ----- ---- ---- gr gr gr gr % CONTRACCIÓN LINEAL PRUEBA N° CAPSULA N° LONGITUD INICIAL LONGITUD FINAL CONTRACCION LINEAL ………………………. ………………………. cm cm % CONTRACCIÓN VOLUMETRICA PRUEBA N° CAPSULA N° VOLUMENES PESO CAPSULA+SUE LO HUMEDO PESO CAPSULA+SUE LO SECO PESO DEL AGUA PESO DE LA CAPSULA PESO DEL SUELO SECO CONTENID O DE AGUA (W) Vi Vf CV ------------ ------------ Cm3 Cm3 Cm3 ---- gr gr gr gr %
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 63 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH RESULTADOS W (%) LL (%) LP (%) IP (%) CL (%) CV (%) 50 51 52 53 54 55 56 57 58 5 50 CONTENIDODEAGUAEN% NÚMERO DE GOLPES 6 7 8 9 10 3020 40 53.2
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 64 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3.9 CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 65 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 4.- DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA O PESO ESPECÍFICO RELATIVO DE LOS SÓLIDOS 4.1 INTRODUCCIÓN Estas pruebas permiten determinar las relaciones masa-volumen de los materiales respecto a la relación masa-volumen del agua, así como la absorción de los materiales y se utilizan para calcular los volúmenes ocupados por el material o mezcla de materiales en sus diferentes condiciones de contenidos de agua y el cambio de masa del material debido a la entrada de agua en sus poros, con respecto a su condición en estado seco; las pruebas se realizan de distinta manera en la fracción del material retenida en la malla N°4 (Núm. 4.75 mm) y en la porción que pasa dicha malla. La determinación de las densidades relativas, así como de la absorción, se hace considerando que, si se representa esquemáticamente una muestra de suelo o una partícula gruesa de material pétreo, parcialmente saturadas, formadas por sus fases sólida, líquida y gaseosa, como se indica en la Figura 28 de este Manual, se establecen las siguientes definiciones: Fig. 28. Esquema me una muestra de suelo. Donde: Vm = Volumen del material. Ww = Masa total del material. Va = Volumen de aire. Vs = Volumen sólidos. WS = Masa de los sólidos. Vw = Volumen de volumen de agua. Vv = Volumen de vacios. WS = Masa del agua. Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, Ssat, es un número abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica del material Fase gaseosa Fase líquida Fase sólida MasasVolúmenes Vm Vv Va Vw Vs Ww Ws Wm
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 66 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH saturado a la temperatura del lugar, γsat, y la masa volumétrica del agua destilada a 4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar: ( ) ( ) ( ) Donde: Ssat = Densidad relativa del material saturado y superficialmente seco, (adimensional) γsat = Masa volumétrica del material saturado y superficialmente seco, (kg/m3) γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m3) ws = Masa de sólidos, (kg) ww = Masa del agua en condiciones de saturación, es decir, el agua que ocupa todos los vacíos, (kg) Vm = Volumen del material, (m3) Vv = Volumen de vacíos, (m3) Vs = Volumen de sólidos, (m3) Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, Ss, es un número abstracto que representa la relación entre la masa volumétrica de la fase sólida del material a la temperatura del lugar, γsol, y la masa volumétrica del agua destilada a 4°C, γo, ambas a la presión barométrica del lugar: ( ) Donde: Ss = Densidad relativa de sólidos, es decir, de la fase sólida del material, (adimensional) γsol = Masa volumétrica de la fase sólida del material, (kg/m3) γo = Masa volumétrica del agua destilada a 4°C, (kg/m3) Ws = Masa de sólidos, (kg) Vs = Volumen de sólidos, (m3) Absorción del material es la masa del agua o líquido que penetra en los espacios entre las partículas de un suelo y en las oquedades de las partículas gruesas, cuando se le deja sumergido en agua a una temperatura de 15 a 25°C, durante 24 h; se expresa en por ciento con relación a la masa de sólidos del material.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 67 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.2 EQUIPO  Malla N° 4.  Balanzas una con capacidad de 5 kg y aproximación de 0.5 gr; y otra con capacidad de 1 kg y aproximación de 0.1 gr.  Canastilla  Recipiente adecuado para sumergir la canastilla en agua y saturar el material.  Dispositivo de suspensión.  Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5°C.  Picnómetro  Desecador  Lienzo  Matraz calibrado.  Probeta graduada.  Termómetro de 0.1°C de aproximación.  Fuente de calor.  Bomba de vacío.  Batidora  Cuenta gota o pipeta.  Molde de latón o de acero inoxidable.  Pisón metálico.  Espátula  Capsula de porcelana.  Embudo  Agua  Alcohol  Éter sulfúrico.  Bicromato de potasio.  Ácido sulfúrico.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 68 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 1. De la muestra del material recibida en el laboratorio, se toman aproximadamente 5 kg, los que se secan, disgregan y criban, para separarlos mediante cribado en dos fracciones: el material que se retiene en la malla N°4 y el que pasa por dicha malla, colocando las fracciones en charolas distintas. 4.3.1 Suelos arcillosos o cohesivos 2. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una porción entre 100 y 500 gr. 3. Se deposita este material en una cápsula, se adiciona agua destilada y se mezcla con la espátula hasta obtener una pasta suave. 4. Se coloca la pasta en el vaso de la batidora, se agrega agua destilada hasta completar aproximadamente 250 cm3 y se hace funcionar el aparato durante un lapso de 15 minutos, aproximadamente, para formar una suspensión uniforme. 5. Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se obtiene su masa y se registra como Wsat, en gr. 4.3.2 Suelos arenosos o no cohesivos 6. De la fracción de material que pasa la malla N°4, se separa por cuarteo una porción entre 100 y 500 gr. 7. Se seca el material hasta masa constante, a una temperatura de 105 ± 5 °C y se deja enfriar a la temperatura ambiente. 8. Se sumerge el material en un vaso con agua limpia a una temperatura de 15 a 25 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas. 9. Se decanta el agua, se extiende el material sobre una superficie plana no absorbente y se aplica una corriente de aire a la vez que se mueve en forma continua para asegurar un secado uniforme. 10.Se coloca el molde cónico sobre una superficie plana apoyándolo en su base de mayor diámetro y se llena con material parcialmente seco, se le aplican
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 69 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH veinticinco golpes suaves con el pisón y se levanta verticalmente el molde. Si el material contiene agua superficial mantendrá la forma cónica; en este caso, se continúa la operación de secado, repitiendo frecuentemente el procedimiento del cono antes descrito, hasta que al levantar éste, el material no mantenga la forma cónica, lo que indicará que no contiene agua superficial. Si al efectuar la prueba por primera vez, el material no mantiene la forma cónica, se le agrega un poco de agua, se mezcla perfectamente y se deja en reposo en un recipiente cubierto, durante un tiempo mínimo de 30 minutos, para después repetir la operación de secado que se indica en este Párrafo. 11.Finalmente se toma una porción no menor de 100 gr, de la cual se obtiene su masa y se registra como Wsat, en gr. 4.4 CALIBRACIÓN DEL MATRAZ Previamente al inicio de la prueba, se verificará que el equipo por emplear para el material que pasa la malla N°4 se encuentre calibrado, considerando lo siguiente: 1. Se lava el matraz con una mezcla crónica para eliminar la grasa adherida en su interior. La mezcla crónica para lavado se obtiene disolviendo en caliente 60 gr de bicromato de potasio en 300 cm3 de agua destilada, a la cual se le adicionan en frio 450 cm3 de ácido sulfúrico comercial. 2. Se enjuaga el matraz con agua destilada y se escurre perfectamente, bañando a continuación su pared interior con alcohol para eliminar los residuos de agua. 3. Para finalizar el lavado se enjuaga nuevamente el matraz con éter sulfúrico y con objeto de facilitar su eliminación, se coloca el matraz en un soporte con la boca libre hacia abajo, durante 10 minutos. 4. Se determina la masa del matraz seco y limpio, se registra como Wf, en gr. 5. Con agua destilada a la temperatura ambiente, se llena el matraz hasta aproximadamente 0.5 cm debajo de la marca de aforo, dejándola reposar durante unos minutos.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 70 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6. Se verifica que la temperatura del agua dentro del matraz sea uniforme, para lo cual se toman lecturas con el termómetro a diferentes profundidades. Si la temperatura no es uniforme y la diferencia es menor de 0.2 °C, se tapa el matraz con la palma de la mano y se voltea lentamente procurando evitar la formación de burbujas; finalmente se mide la temperatura del agua colocando el bulbo del termómetro en el centro del matraz y se registra dicha temperatura como to, en °C. 7. Utilizando el cuentagotas o pipeta, se agrega agua destilada hasta que la parte inferior del menisco del líquido coincida con la marca de aforo. 8. Posteriormente, sin tocar o alterar dicho menisco se seca cuidadosamente el interior del cuello del matraz con el lienzo absorbente enrollado y se determina la masa del matraz lleno de agua, registrándolo como Po, en gr. 9. Siguiendo los pasos de 6 a 8 de la calibración del matraz, se efectúan otras cuatro determinaciones de masa Po del matraz lleno de agua, a las temperaturas de 5 y 10 °C por abajo y 5 y 10 °C por arriba, aproximadamente, de las temperaturas como t-5, t-10, y t5, t10, respectivamente. 10.Finalmente, sobre un sistema de ejes coordenados, se dibuja una curva de calibración para el matraz de prueba, marcando las temperaturas en las abscisas y las masas en las ordenadas, y se traza una curva suave y continua como se ilustra en la Figura 29.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 71 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 29. Curva de calibración del matraz. 4.5 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA RETENIDO EN LA MALLA N° 4 1. Se lava la porción del material retenido en la malla N° 4, con el fin de eliminar cualquier residuo de polvo o material contaminante que contenga. 2. Se seca la porción lavada hasta masa constante a una temperatura entre 105 ± 5 °C y se mantiene en estas condiciones durante 24 horas. 3. Transcurrido este tiempo, se extrae del agua el material y se desliza sobre el lienzo absorbente ligeramente humedecido para secarla superficialmente; las partículas mas grandes se secan en forma individual. La condición de saturación y superficialmente seco se logra cuando las partículas, no obstante que se noten húmedas, han perdido la película brillante visible de agua. Esta operación se llevara a cabo en forma rápida para evitar cualquier pérdida por evaporación.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 72 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4. Se obtiene la masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua y se registra como WC, en gr. 5. Se obtiene la masa del material saturado y superficialmente seco y se registra como W1, en gr. 6. Inmediatamente después se coloca el material dentro de la canastilla de alambre, se sumergen ambos en agua limpia a 23 ± 2°C y se suspende en el centro del platillo de la balanza, por medio del dispositivo previsto para tal fin. La canastilla se sumergirá a una profundidad adecuada para que ésta y el material queden completamente cubiertos por el agua. Cuando se aprecie que no salen burbujas de la canastilla y material sumergidos, se determina la masa del material con la canastilla y se registra como W2, en gr. 7. Se saca del agua la canastilla con el material, se vierte el material en una charola y se coloca dentro del horno a una temperatura de 105 ± 5°C, para su secado hasta masa constante. 8. Después de secado el material, se deja enfriar dentro del desecador hasta que alcance la temperatura ambiente y a continuación, se determina su masa como WS, en g. 9. Se determina la masa del material sumergido en el agua restando a la masa W2, la masa WC, de la canastilla sumergida y se registra como W3, en gr. 4.5.1 Cálculos y resultados Las densidades relativas y la absorción del material retenido en la malla N°4 se calculan como se indica a continuación. a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente expresión: Donde: Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional)
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 73 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Ws = Masa del material secado al horno, (gr) W3 = Masa del material saturado y sumergido en agua, (gr), se calcula como: W2 = Masa de la canastilla conteniendo al material saturado, sumergido en el agua, (gr) Wc = Masa de la canastilla vacía y sumergida en el agua, (gr) b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente expresión: Donde: Wab = Absorción del material, (%) W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (gr) WS = Masa del material secado al horno, (gr) 4.6 PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD RELATIVA DE SÓLIDOS DEL MATERIAL RETENIDO EN LA MALLA N°4 Cuando no se requiere mucha precisión en la determinación de la densidad relativa de sólidos, a que se refiere el inciso a) del procedimiento anterior de esta prueba, el volumen del material, se podrá determinar cómo se indica a continuación. 1. Se coloca el picnómetro sobre una superficie horizontal libre de vibraciones y se llena con agua destilada hasta el nivel de derrame, dejando abierto el grifo de salida. Bajo el grifo, en su extremo, se coloca una probeta graduada vacía. 2. Del material saturado y superficialmente seco, se obtiene su masa y se registra como W1, en gr, se sumerge el material en el picnómetro y se recolecta en la probeta graduada el agua desalojada. Al concluir la inmersión del material, se mide sobre la escala de la probeta graduada el volumen correspondiente y registra como Vm, en cm3. 3. Se extrae el material del picnómetro y se coloca en una charola para secarlo en el horno a una temperatura de 105 ± 5°C durante 20 horas o hasta masa
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 74 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH constante. Transcurrido este tiempo, el material se saca del horno y de deja enfriar hasta temperatura ambiente. 4. Una vez enfriado, se determina la masa del material seco y se registra como WS, en gr. 4.6.1 Cálculos y resultados Se reporta como resultado de la prueba, densidad relativa de sólidos, utilizando la siguiente expresión. ( ) Donde: SS = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional) W1 = Masa del material saturado y superficialmente seco, (g) WS = Masa del material secado al horno, (g) Vm = Volumen total del material, (m3) 4.7 PROCEDIMIENTO DE PRUEBA PARA MATERIA QUE PASA LA MALLA N° 4 1. Inmediatamente después de preparar la muestra que pasa la malla N°4, utilizando el embudo, se introduce el material en el matraz previamente calibrado, como se muestra en la Figura 30. Posteriormente se llena el matraz con agua destilada hasta aproximadamente la mitad de su capacidad.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 75 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 30. Muestra como se introduce el material al matraz. 2. Empleando el dispositivo de succión, se aplica vacío al matraz durante 15 min, con objeto de extraer el aire atrapado en la muestra, como se muestra en la Figura 31. Para facilitar este proceso se agita cuidadosamente la suspensión con un movimiento giratorio del matraz alrededor de su eje. La succión máxima que se aplique no deberá exceder de 100 mm de Hg (0.136 kg/cm3). En caso de no contar con el dispositivo de succión, utilizando la parrilla eléctrica o fuente de calor, se pone en ebullición el agua del matraz durante 10 min aproximadamente, moviendo al mismo tiempo el material con el agitador mientras hierve, hasta expulsar el aire atrapado. Fig. 31. Muestra como se aplica la sección.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 76 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 3. Se deja enfriar el matraz hasta alcanzar la temperatura ambiente y se adiciona el volumen de agua destilada necesaria para alcanzar la marca de aforo, como se muestra en la Figura 32, y en su caso, se vuelve aplicar el vacio para asegurar que no haya quedado aire atrapado en la muestra, lo cual ocurriría cuando ya no se observe ninguna variación en el nivel del menisco; si es necesario, se quitara o agregara agua destilada utilizando el cuentagotas, de tal forma que el nivel inferior del menisco coincida con la marca de aforo. Fig. 32. Muestra el matraz después de llenarlo y su pesado. 4. Se secan cuidadosamente la superficie exterior del matraz y el interior del cuello del mismo. Para esta última operación se emplea un lienzo absorbente enrollado, evitando tocar el menisco. 5. Se obtiene la masa del matraz con el material y el agua, registrándolo como, Wfsw, en gr. 6. Se tapa el matraz y se invierte varias veces en forma cuidadosa con el fin de uniformizar la temperatura de la suspensión, a continuación se coloca el bulbo del termómetro en el centro del matraz, como se muestra en la Figura 33 y se registra la temperatura, misma que es considerada como la temperatura de la prueba tp.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 77 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 33. Muestra la forma de colocar el termómetro. 7. Hecho lo anterior, se vierte toda la suspensión a una capsula de porcelana, empleando el agua necesaria para arrastrar todas las partículas de suelo y se deja reposar durante 24 h. Se elimina el agua sobrante mediante una cuidadosa decantación y se lleva la muestra al horno para su secado total a masa constante, a una temperatura de 105 ± 5°C; se determina y se anota la masa seca de la muestra, WS, en gr. 8. En caso de suelos arenosos o no cohesivos, el periodo de reposo podrá reducirse hasta que se observe limpio el tirante de agua, continuando la prueba en la forma descrita en el paso anterior. 9. Finalmente, utilizando la curva de calibración del matraz, se obtiene la masa del matraz con el agua, en gr, correspondiente a la temperatura de prueba tp y se registra como Wfw. 4.7.1 Cálculos y resultados Se calcula y se reporta como resultado de la prueba lo siguiente: a) La densidad relativa del material seco, se determina empleando la siguiente expresión:
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 78 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Donde: Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional) Ws = Masa del material secado al horno, (gr) Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la curva de calibración del matraz, (gr) Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp, (gr) b) La absorción del material, se determina empleando la siguiente expresión: Donde: Wab = Absorción del material, (%) W1 = Masa del suelo no cohesivo, saturado y superficialmente seco, (g) WS = Masa del material secado al horno, (g)
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 79 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.8 EJEMPLO DE CÁLCULO OBRA: COMUNIDAD AJOLOTE LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN SONDEO N°: 1 ENSAYE N°: 774 MUESTRA N°: PROFUNDIDAD: 0.90 m DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: FECHA: OPERADOR: Erick Oliver CALCULÓ: Erick Oliver DENSIDAD DE SOLIDOS PRUEBA N° Matraz N° 2 12 Wfsw (gr) 717.5 708.2 Temperatura (°C) 36 35 Wfw (g) 686.616 679.275 Capsula de evaporación N° 2 4 Peso de la capsula + muestra seca (gr) 275 270 Peso de la capsula (gr) 225 220 WS (gr) 50 50 Ss (adimensional) 2.616 2.37 Ss = Densidad relativa de sólidos del material, (adimensional): Ws = Masa del material secado al horno, (g) Wfw = Masa del matraz lleno de agua a la temperatura de prueba tp, determinada gráficamente de la curva de calibración del matraz, (g) Wfsw = Masa del matraz contenido al suelo y agua hasta la marca de aforo, a la temperatura de prueba tp, (g)
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 80 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.9 FORMATO PARA LA PRÁCTICA OBRA: LOCALIZACIÓN: SONDEO N°: ENSAYE N°: MUESTRA N°: PROFUNDIDAD: DESCRIPCION DEL MATERIAL: FECHA: OPERADOR: CALCULÓ: DENSIDAD DE SOLIDOS PRUEBA N° Matraz N° Wfsw (gr) Temperatura (°C) Wfw (gr) Capsula de evaporación N° Peso de la capsula + muestra seca (gr) Peso de la capsula (gr) WS (gr) Ss (adimensional)
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 81 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 4.10CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 82 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRUEBAS DE COMPACTACIÓN Se entiende por compactación la aplicación mecánica de cierta energía, o cantidad de trabajo por unidad de volumen, para lograr una reducción de los espacios entre las partículas sólidas de un suelo, con el objeto de mejorar sus características mecánicas. Al obtenerse un mejor acomodo de las partículas sólidas y la expulsión de aire que contiene el suelo, se produce un aumento de su peso volumétrico o específico. Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a su contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación, su peso volumétrico va aumentando, propiciado por la acción lubricante del agua, hasta que llega un momento en el que el peso volumétrico del material seco, calculado a partir del peso volumétrico del material húmedo y de la humedad, alcanza un valor máximo. Al contenido de agua con el que se obtiene el mejor acomodo de partículas y el mayor peso volumétrico o específico del material seco, para una determinada energía de compactación, se le denomina humedad óptima y al peso volumétrico correspondiente se le designa como peso volumétrico o peso específico seco máximo. Cuando a partir de esta condición de humedad óptima y peso volumétrico seco máximo, se incrementa el agua para un mismo volumen, el agua con el aire ocuparían el lugar de algunas partículas de suelo, obteniéndose en consecuencia pesos volumétricos que van siendo menores a medida que el agua aumenta. Si en un sistema de ejes coordenados se sitúan los puntos correspondientes a cada peso volumétrico seco con su respectiva humedad y se unen con una curva, quedará representada la variación del peso volumétrico de un material para diferentes contenidos de agua y una misma energía de compactación; ésta curva adopta aproximadamente la forma de una parábola, siendo más pronunciada su curvatura en el caso de suelos arenosos que en los suelos arcillosos.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 83 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH El contenido de agua óptimo y el peso volumétrico seco máximo de un suelo, también varían con la energía de compactación; cuando ésta se aumenta, se obtienen mayores pesos volumétricos secos máximos con humedades óptimas menores. A su vez, la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo son función del tipo de suelo; los suelos gruesos, para una misma energía de compactación, tienen en general mayores pesos volumétricos y menores contenidos de agua que los suelos finos. De acuerdo con la naturaleza de los materiales y con el uso que se les pretenda dar, se han establecido procedimientos de prueba para llevar a cabo la compactación de los suelos en el laboratorio, con objeto de referenciar y evaluar la compactación que se alcanza con los procedimientos aplicados en el campo, para determinar el grado de compactación del material. Tomando en cuenta la forma de aplicar la energía al material, las pruebas de compactación que generalmente se emplean son de los siguientes tipos: Por impactos, como son las pruebas de: Compactación dinámica AASHTO estándar, Proctor SOP, AASHTO modificada de 3 y 5 capas y los Métodos de California y de Texas. Por carga estática, como es la prueba de compactación Porter. Por amasado, como es el caso del método de compactación de Hveem. Por vibración, como es el método de compactación en que se utiliza una mesa vibratoria. En este manual se verán las pruebas Porter (prueba de compactación por carga estática) y compactación Proctor AASHTO con sus diferentes variantes, estas se describen a continuación: Cada prueba, según su tipo, se realizara compactando el material con el pisón y en el número de golpes que se indique en la Tabla 9, según la variante de la prueba, las cuales se describen a continuación:
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 84 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH c) Variante A, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior. d) Variante B, que se aplica a materiales que pasan la malla N°4 (4.75 mm) y se compactan en el molde de 152.4 mm de diámetro interior. e) Variante C, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se compactan en el molde de 101.6 mm de diámetro interior. f) Variante D, que se aplica a materiales que pasan la malla ¾” (19 mm) y se compacta en el molde 152.4 mm de diámetro interior. Tipo de prueba Estándar Modificada Masa del pisón, kg 2.5±0.01 4.54±0.01 Número de capas del material 3 5 Diámetro del pisón, cm 50.8 50.8 Altura de caída del pisón, cm 30.5±0.1 45.7±0.1 Variante A B C D Tamaño máximo del material, mm 4.75 (N°4) 19.0 (3/4”) Tamaño de la muestra de prueba, kg 4.0 7.5 4.0 7.5 Diámetro int. Del molde, mm 101.6±0.4 152.4±0.7 101.6±0.4 152.4±0.7 Numero de golpes por capa 25 56 25 56 Tablas 9. Juego de mallas. La variante por usarse se indicará en la especificación para el material que está siendo probada. Si ninguna variante está especificada se utilizará la variante A.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 85 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 5.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR 5.1 OBJETIVO Determinar el peso volumétrico seco máximo (γdmáx.) y la humedad óptima del suelo en estudio (Wópt.). 5.2 EQUIPO  Molde de forma cilíndrica, de 101.6 ± 0.4 y/o 152.4 ± 0.7 mm de diámetro interior, según la variante de la prueba que se vaya a realizar.  Pisón de un peso de 2.5 y/o 4.54 kg, según la variante de la prueba.  Charola rectangular de 40X70X10 cm.  Cápsulas metálicas, con tapa.  Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C.  Balanza de capacidad mínima de 15 kg y con aproximación a 5 gr; otra con capacidad mínima de 2 kg y aproximación a 0.1 gr.  Probeta con capacidad de 100 ml y/o 500 ml.  Malla N° 4 y/o ¾”.  Regla o solera para enrasar.  Cucharón.  Vaso de aluminio.  Agua.  Aceite y brocha.  Estopa para limpieza del molde.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 86 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA 1. Después de su secado y disgregado y cuarteo, se separa una porción representativa (como se muestra en la Figura 34) de aproximadamente 4 kg para las variantes A y C, y de aproximadamente 7.5 kg, para las variantes B y D. Fig. 34. Muestra la porción de material cribado por la malla N° 4 y/o ¾”. 2. En el caso de las variantes A y B, el material se criba a través de la malla N°4 (4.75 mm), mientras que para las variantes C y D se hace a través de la malla ¾” (19 mm). 3. Se homogeniza perfectamente el material que constituye la porción de la prueba, como se muestra en la Figura 35. Figura 35
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 87 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.4 PROCEDIMIENTO 1. Se pesan las cápsulas de aluminio y el molde de compactación, anotando estos datos en el registro correspondiente. 2. Se le incorpora la cantidad de agua suficiente (como se muestra en la Figura 36) para que tenga de un 4 a un 6% abajo de la humedad óptima estimada, se uniformiza la humedad. Figura 36 3. En caso de que se hayan formado grumos durante la incorporación del agua, se revuelve el material hasta disgregarlo totalmente. Se mezcla cuidadosamente la porción para homogeneizarla y se divide en 3 partes aproximadamente iguales, en el caso de la prueba estándar y en 5 para la prueba modificada. 4. Se coloca una de las fracciones de material en el molde de prueba seleccionado de acuerdo a la variante de que se trate, con su respectiva extensión, el cual se apoya sobre el bloque de concreto para compactar el material con el pisón, altura de caída y número de golpes correspondiente según la variante de la prueba. Se escarifica ligeramente la superficie de la capa compactada y se repite el procedimiento descrito para las capas subsecuentes.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 88 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 37 y 38. Muestra la forma de compactar el material en el molde. 5. Terminando la compactación de todas las capas, se retira la extensión del molde y se verifica que el material no sobresalga en un espesor promedio de 1.5 cm como máximo; de lo contrario la prueba se repetirá utilizando de preferencia una nueva porción de prueba con masa ligeramente menor que la inicial, en caso de que no exceda dicho espesor, se enrasa el molde y se pesa, registrándolo como: Peso del molde + suelo húmedo. Fig. 39 y 40. Muestra el procedimiento del paso 5.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 89 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Fig. 41 y 42. Muestra el procedimiento del paso 5. 6. Se saca el material del molde, se corta longitudinalmente (como se muestra en la Figura 43) y de su parte central se obtiene una porción representativa para determinar su contenido de humedad. Figura 43 7. Se vacía el suelo húmedo a la primera cápsula de aluminio que se haya pesado, hasta completar las ¾ partes de su capacidad, la cual se pesa y se registra como: (Peso de cápsula + suelo húmedo) Las cápsulas se introducen al horno; esto es con el fin de determinar el contenido de agua para este ensaye.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 90 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8. Se reintegra al resto del material que se encuentra en la charola, se disgrega hasta dejarlo como estaba inicialmente. 9. Se le hace el incremento de agua recomendado, que es de un 2% con respecto al peso inicial de la muestra (4,000 gr); por lo que la cantidad de agua a agregar es: Cantidad de agua = 4,000 X 0.02 = 80 gr de agua u 80 ml. 10.Se distribuye la humedad en forma homogénea y se repite la compactación como se describió anteriormente; se compacta las veces necesarias hasta que el peso del molde + suelo húmedo de un valor igual o menor que el inmediato anterior. 11.Es recomendable que esta prueba se logre en un mínimo de 4 ensayes y un máximo de 6, con el fin que se logre definir la parábola de forma completa. 12.Después de 24 hrs. las cápsulas son extraídas del horno y se pesan, registrándolas como: Peso de cápsula + suelo seco
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 91 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.5 EJEMPLO DE CÁLCULO OPERADOR: CALCULISTA: FECHA: OBRA: COMUNIDAD EL AJOLOTE TIPO DE PRUEBA: VARIANTE A LOCALIZACIÓN: ZACAPU, MICHOACÁN MOLDE N°: 4 VOL: cm3 PESO: 1960 gr SONDEO: 1 ENSAYE N°: 774 P. MARTILLO: 2.5 K g ALTURA CAIDA: 30.5 cm MUESTRA N°: PROF: 0.90 m N° DE CAPAS: 3 N° DE G. POR CAPA: 25 PRUEBA N° 1 2 3 4 5 6 7 8 Peso del molde + suelo húmedo (gr) 3375 3475 3480 3440 Peso del molde (gr) 1960 1960 1960 1960 Peso suelo húmedo (g) 1415 1515 1520 1480 Peso especifico húmedo (T/m3) 1.503 1.609 1.614 1.572 Cápsula N° 1 1 1 1 Peso cápsula + suelo húmedo (gr) 200.2 217.24 216 216.11 Peso cápsula + suelo seco (gr) 169.55 178.7 175.98 174.6 Peso del agua (gr) 30.65 38.54 40.02 41.51 Peso de la cápsula (gr) 116 116 116 116 Peso suelo seco (gr) 53.55 62.7 59.98 58.60 Contenido de agua (%) 57.24 61.47 66.72 70.84 Peso especifico seco (T/m3) 0.956 0.996 0.968 0.920 Relación de vacios: e Peso del suelo húmedo. ( ) ( ) Peso volumétrico húmedo en kg/m 3 Donde: V = Volumen del molde, en m 3
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 92 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Peso del agua. ( ) ( ) Peso del suelo seco ( ) ( ) Contenido de agua. , en % Pesos volumétricos secos. ( ) Se grafican los 2 últimos renglones del registro, de la siguiente forma: En el eje de las abscisas se indican los contenidos de agua (ω) en % y en el eje de las ordenadas los pesos volumétricos secos (γd). En el punto más alto de la parábola, con la horizontal se obtiene el peso volumétrico seco máximo (γdmáx.) y con la vertical se obtiene la humedad óptima (ωópt).
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 93 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 44. Muestra la forma de obtener γdmáx y ωópt. 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 Pesoespecificoseco(T/m3) ω (%) γdmáx = 0.99 Curva de Cero vacíos de aire (Ss = 2.8)
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 94 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA OPERADOR: CALCULISTA: FECHA: OBRA: TIPO DE PRUEBA: LOCALIZACIÓN: MOLDE N°: VOL: cm3 PESO: gr SONDEO: ENSAYE N°: P. MARTILLO: g ALTURA CAIDA: cm MUESTRA N°: PROF: N° DE CAPAS: N° DE G. POR CAPA PRUEBA N° 1 2 3 4 5 6 7 8 Peso del molde + suelo húmedo (gr) Peso del molde (gr) Peso suelo húmedo (gr) Cápsula N° Peso cápsula + suelo húmedo (gr) Peso cápsula + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) Peso de la cápsula (gr) Peso suelo seco (gr) Contenido de agua (%) Peso especifico seco (T/m3) Relación de vacios: e
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 95 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Pesoespecificoseco(T/m3) ω (%)
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 96 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 5.7 CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 97 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 6.- PRUEBA DE COMPACTACIÓN PORTER ESTÁNDAR 6.1 OBJETIVO En esta práctica el alumno(a) determinará la compactación por carga estática para calcular el Peso Volumétrico Seco Máximo (γdmáx) y la Humedad Óptima de Compactación en suelos con partículas gruesas empleadas en la construcción de terracerías o en arenas y materiales finos (no cohesivos) que tengan un Índice Plástico menor a 6 (IP<6), a los cuales no es posible someterlos a la prueba Proctor. 6.1.1 Generalidades. En suelos friccionantes es muy común que las pruebas dinámicas produzcan una curva de compactación con una forma inadecuada para la determinación del Peso Volumétrico Seco Máximo y una Humedad Óptima de Compactación. También, para este tipo de suelos existen otras pruebas de compactación en las que usualmente se define una curva de compactación de forma típica, adaptada para los fines que se persiguen. Una de estas es la prueba de compactación estática, que introdujo O. J. Porter y que alcanzó su forma definitiva alrededor de 1935. En ella se compacta al suelo colocándolo dentro de un molde cilíndrico de 6" de diámetro, el suelo se dispone en tres capas y se acomoda con 25 golpes de una varilla con punta de bala, lo que no significa una compactación intensa, pues la varilla es ligera y la altura de caída que no está especificada es la mínima utilizable por el operador para la manipulación cómoda. La compactación propiamente dicha se logra al aplicar al conjunto de tres capas una presión de 140.6 Kg/cm², la cual se mantiene durante un minuto. Este método de prueba sirve para determinar el Peso Volumétrico Seco Máximo y la Humedad Óptima de Compactación en suelos con partículas gruesas que se
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 98 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH emplean en la construcción de terracerías; también se puede emplear en arenas y en materiales finos cuyo Índice Plástico sea menor que 6. El método consiste en preparar especímenes con material que pasa la malla de 1”, a los que se le agregan diferentes cantidades de agua y se compactan con carga estática. La aplicación más importante de ésta prueba en particular es la fabricación de especímenes de suelo que cumplan con las condiciones antes descritas para determinar su Valor Relativo de Soporte (VRS) y también se emplea en la determinación del Grado de Compactación en los casos en que así se requiera. Sin embargo es necesario mencionar que el Valor Relativo de Soporte (VRS) obtenido de la prueba Porter Estándar únicamente servirá como un dato complementario de la calidad de los suelos, esto se explica de manera más detallada en la práctica siguiente donde es analizado precisamente este parámetro. 6.2 EQUIPO  Molde cilíndrico de compactación de 15.75 cm de diámetro interior y 12.75 cm de altura, provisto de collarín y una base con dispositivo para sujetar el cilindro.  Máquina de compresión con capacidad mínima de 30 toneladas y aproximación de 100 kg.  Varilla metálica de 19 mm de diámetro y 30 cm de longitud, con punta de bala.  Placa circular para compactar, con diámetro de 15.45 cm con dispositivos para sujetarla en la cabeza de aplicación de la carga.  Malla de 1”, abertura 25.4 mm.  Balanza con capacidad mínima de 20 kg y aproximación de 5 gr.  Calibrador con vernier tipo máuser.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 99 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.3 PROCEDIMIENTO La preparación de la muestra se efectúa como se indica a continuación: 1. De una muestra obtenida en campo, teniendo cuidado de secar el material únicamente lo necesario para facilitar su disgregación, se toma y criba una cantidad suficiente para obtener una porción de 16 kg de material que pasa la malla de 1”. Figura 45. Muestra el pesado del material. 2. Se divide mediante cuarteo la porción que pase la malla de 1”, en 4 partes con pesos aproximadamente iguales. La prueba se efectúa en la forma siguiente: 3. Se toma una de las 4 partes del material y se le incorpora la cantidad de agua necesaria frotando el material entre las manos, para que una vez repartida uniformemente, presente una consistencia tal que, al ser comprimido en la palma de la mano, la humedezca muy ligeramente. Para favorecer lo anterior en algunos casos será necesario dejar el material húmedo un cierto tiempo en reposo, cubierto con una lona húmeda.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 100 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figuras 46 y 47. Muestran la forma de incorporar el agua al material. 4. Se coloca el material humedecido, dentro del molde con su collarín instalado, en 3 capas del mismo espesor aproximadamente y se le da a cada una de ellas 25 golpes con la varilla metálica, distribuyéndolos uniformemente. Figuras 48 y 49. Muestran la forma de colocar el material en el molde. 5. Al terminar la colocación de la última capa, se toma el molde que contiene el material, se coloca en la máquina de compresión y se compacta aplicando lentamente carga uniforme, hasta alcanzar en un lapso de 3 minutos la presión de 140.6 kg/cm2, equivalente a una carga de 26.5 toneladas, aproximadamente; se mantiene esta carga durante 1 minuto y se hace la descarga en el siguiente minuto. Al llegar a la carga máxima se observa la base del molde y si está ligeramente humedecida, el material tiene la Humedad Óptima de Compactación y ha alcanzado su Peso Específico o Volumétrico Máximo.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 101 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figuras 50 y 51. Muestra la maquina de carga y los medidores de presión. 6. Si al llegar a la carga máxima, no se humedece la base del molde, la humedad con que se preparó la muestra es inferior a la óptima y por lo tanto, se toma otra porción representativa del material y se le adiciona una cantidad de agua igual a la del espécimen anterior, más 80 cm3; se mezcla uniformemente y se repiten en ésta los pasos 4 y 5. Se preparan los especímenes que sean necesarios siguiendo los pasos indicados en este subpárrafo, hasta lograr que en uno de ellos se observe el inicio del humedecimiento de la base del molde con la carga máxima, lo cual generalmente se consigue con menos de 4 especímenes. Figura 52. Muestra la incorporación del agua. 7. Si antes de llegar a la carga máxima se humedece la base del molde por haberse iniciado la expulsión de agua la humedad con que se preparó la
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 102 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH muestra es superior a la óptima y en este caso se procede como se indica en el paso 6, con la diferencia que en lugar de adicionar 80 cm3 de agua, se disminuyen estos 80 cm3 en cada nueva porción representativa del material, hasta lograr que en una de ellas, con la carga máxima, se observa el inicio del humedecimiento de la base del molde. 8. Terminada la compactación del espécimen preparado con la humedad óptima, se retira el molde de la máquina de compresión y se determina la altura del espécimen, he , restando de la altura del molde, la altura entre la cara superior del espécimen y el borde superior del molde; se registra este valor en centímetros con aproximación de 0.1 mm. Figura 53. Muestra la medición de la muestra. 9. Se pasa el molde de compactación que contiene el espécimen compactado y se anota dicho peso Wi, en gr, con aproximación de 1 gr. 10. Se saca el espécimen del cilindro, se corta longitudinalmente y de la parte central se obtiene una muestra representativa y se le determina su contenido de agua, Wo, el cual se anota en la hoja de registro.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 103 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figuras 54 y 55. Muestran pesado y secado del material, para la obtención de la humedad. 6.4 CÁLCULOS 1. El volumen del espécimen compactado con la humedad óptima se calcula por medio de la siguiente fórmula: Dónde: V= Es el volumen del espécimen, (cm3) Am= Es el área de la sección transversal del cilindro de compactación, (cm2) he= Es la altura del espécimen, (cm) 2. El peso específico húmedo se calcula por medio de la siguiente fórmula: Dónde: m= Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm3 = ton/m3) Wi= Es el peso del espécimen húmedo, más el peso del molde de compactación, (gr) Wt= Es el peso del molde de compactación, (gr) V= Es el volumen del espécimen, (cm3) 3. El peso específico seco máximo, dmax, se calcula mediante la siguiente fórmula:
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 104 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Dónde: dmax = Es el peso específico máximo del espécimen en estado seco, en gr/cm3 = ton/m3. Enseguida se muestra la conversión. ⁄ ⁄ ⁄ ⁄ m = Es el peso específico del espécimen húmedo, (gr/cm3) Wo = Es la humedad óptima del espécimen, (%) 4. Se reporta el peso específico seco máximo dmax, en kilogramos por metro cúbico y la humedad óptima Wo, en porciento (%), como valores correspondientes al material ensayado. 6.5 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES 1. Antes de colocar el material en el molde es necesario aceitar su interior para evitar que se quede adherido en el mismo, además, deberá aceitarse también la placa con que se aplica la carga en la máquina de compresión. La placa del molde Porter deberá encontrarse perfectamente limpia para poder apreciar la salida del agua. 2. La cantidad de agua necesaria para lograr la consistencia deseada en el material ronda alrededor de los 500 mililitros pudiendo variar de acuerdo a la absorción que presenta. Es preciso señalar que los materiales de origen volcánico requieren en algunas ocasiones un volumen muy por encima de esta cantidad.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 105 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 56. Muestran la probeta con los 500 mililitros. 3. Es conveniente valerse de una cuña para mezclar perfectamente el material y lograr con ello un humedecimiento uniforme ya que usando solo las manos, el material depositado en el fondo de la charola no alcanza a recibir parte del amasado. 4. Para obtener la altura entre la cara superior del espécimen y el borde superior del molde (una vez terminada la compactación) se realizan 4 mediciones en puntos diametralmente opuestos con un calibrador vernier. Para hacer estas mediciones el molde Porter no debe tener puesto el collarín. 5. Las causas más frecuentes de error en esta prueba son las siguientes:  Que la distribución del agua en el material no sea uniforme.  Que la carga de compactación no se aplique en la forma especificada.  Que para fines de estimación de la humedad óptima se considere como humedecimiento de la base del molde, un exceso de agua libre expulsada al aplicar la carga de compactación.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 106 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.6 EJEMPLO DE CÁLCULO  Datos generales del molde Porter. No. Molde = 04 Altura del molde (h1) = 12.72 cm Área del molde (Am) = 191.10 cm2 Peso del molde (Wt) = 6700 gr  Determinación de la altura del espécimen (he). Lecturas obtenidas con el vernier: L1 = 2.39 cm L2 = 2.38 cm L3 = 2.41 cm L4 = 2.35 cm h2 (Lectura promedio) = (2.39 cm + 2.38 cm + 2.41 cm + 2.35 cm) / 4 = 2.38 cm he = h1 - h2 he = 12.72 cm – 2.38 cm = 10.34 cm  Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos. ⁄ ( ) ( ) ⁄
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 107 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.7 FORMATO PARA LA PRÁCTICA  Datos generales del molde Porter. N° Molde = Altura del molde (h1) = Área del molde (Am) = Peso del molde (Wt) =  Determinación de la altura del espécimen (he). Lecturas obtenidas con el vernier: L1 = L2 = L3 = L4 = h2 (Lectura promedio) = he = h1 - h2 he =  Determinación del volumen del espécimen, en decímetros cúbicos. ( )
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 108 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 6.8 CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 109 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 7.- VALOR RELATIVO DE SOPORTE ESTÁNDAR (VRS) 7.1 OBJETIVO Determinar si el suelo en estudio, tiene la calidad para ser empleado en las capas: base, sub-base y sub-rasante. Para ésta prueba se utiliza un suelo compactado por medio de la prueba Porter. 7.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR  Prensa con capacidad de 5,000 kg.  Depósito con agua para saturar el suelo compactado.  Papel filtro de 15.2 cm de diámetro.  Placa circular perforada de 15.2 cm de diámetro.  2 placas circulares de carga de 15.2 cm de diámetro y de 3 kg de peso cada una.  Un trípode metálico para referencia de mediciones.  Pistón de penetración de 4.95 cm de diámetro.  Extensómetro con carrera de 2.54 cm y una aproximación de 0.01 mm.  Cronómetro o reloj.  Calibrador con vernier. 7.3 PROCEDIMIENTO 1. Estando el suelo ya compactado, se pone encima un papel filtro, para que no se erosione, al momento de introducirlo a inmersión total en agua.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 110 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 57. Muestran la colocación del papel filtro. 2. Arriba del papel se coloca una placa circular perforada y encima de ésta, las 2 placas circulares de carga, sobre la extensión del molde se coloca el trípode, que servirá como referencia de mediciones de altura y conocer si el suelo presenta expansión. Figura 58. Muestran la colocación de todos los instrumentos. 3. Se introduce todo el conjunto al depósito con agua, de tal forma que el molde quede sumergido, con un tirante de 2 cm arriba del borde superior de la extensión del molde.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 111 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 59. Muestran todo el conjunto en el depósito. 4. Utilizando el vernier, se hace una primera lectura de altura, medida sobre el trípode hasta la parte central de vástago de la placa circular perforada; anotando esta lectura como (Li), se verifica cada 24 horas y cuando en dos lecturas sucesivas se observe que no hay diferencia, se anota su valor como lectura final (Lf) con aproximación de 0.01 mm. El período de saturación generalmente varía de 3 a 5 días. 5. Todo lo descrito en el paso 4, es con el fin de determinar el porcentaje de expansión que puede tener un suelo y se obtiene con la siguiente fórmula: ( ) Dónde: Li y Lf son la longitud inicial y final respectivamente del espécimen antes y después de la expansión. he = Altura del espécimen, (cm) 6. Se retira el molde del agua, se le retira la extensión, el papel filtro y la placa circular perforada, colocándose en medio de las placas de carga el pistón de penetración, después se coloca el molde en la parte central de la prensa.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 112 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 60. Muestran todo el conjunto en la máquina para aplicar la carga. 7. Se coloca el extensómetro que va a indicar las penetraciones estandarizadas para esta prueba; estas son: 1.27 mm, 2.54 mm, 3.81 mm, 5.08 mm, 7.62 mm, 10.16 mm y 12.70 mm. 8. Se aplica una precarga de 10 Kg e inmediatamente después, sin retirar la carga, se ajusta el extensómetro en cero, para iniciar la penetración vertical del pistón de penetración. 9. Se aplica carga para que el pistón penetre al espécimen a una velocidad de 1.27 mm/minuto, anotando las cargas necesarias para obtener cada una de las penetraciones descritas anteriormente.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 113 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 7.4 CÁLCULOS Los resultados se llevan a la gráfica (penetraciones contra carga), obteniéndose la llamada curva de valor relativo de soporte estándar y se obtiene finalmente el resultado de este con la siguiente fórmula: Dónde: C2.54 = Carga correspondiente a la penetración de 2.54 mm o cualquier otra en Kg. 1360 = Equivale a la carga que presentaría un material de buena calidad, para esa penetración; por ejemplo: una caliza triturada. Dónde: Y = Carga en kg. X = Deformación en la celda de carga. 7.5 EJEMPLO DE CÁLCULO RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg) X (mm) Y (kg) VRS 1.27 mm 48 447.32 32.891 2.54 mm 84.56 760.45 55.92 3.81 mm 106.76 950.56 69.89 5.08 mm 130.12 1150.67 84.61 7.62 mm 168.61 1480.34 108.85 10.16 mm 200.79 1756 129.12 12.70 mm 230.46 2010.12 147.80
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 114 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH NOTA: El sacar el valor de la carga a los 2.54 mm de penetración, como se muestra con las flechas, solo se utiliza cuando resultan curvas raras y se tienen que corregir. Rangos para la clasificación del material, por medio de la gráfica. 0 a 5% Sub-Rasante Muy mala PRUEBA DE EXPANSIÓN 5 a 10% Sub-Rasante Mala dudosa Muestra N° Altura Inicial Altura Final Expansión 10 a 20% Sub-Rasante Regular a buena 1 cm 3.45 cm 3.39 cm 0.65 cm 20 a 30% Sub-Rasante Muy buena 30 a 50% Sub-Base Buena calidad 50 a 80% Base de regular calidad 80 a 100% Base de buena calidad Por lo tanto se trata de un material que se puede utilizar para una base de regular calidad. Con una expansión de 0.65 cm, lo cual quiere decir que es muy baja. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Carga(kg) Penetración (mm) 100% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 5%
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 115 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 7.6 FORMATO PARA LA PRÁCTICA RESISTENCIA A LA PENETRACIÓN (kg) X (mm) Y (kg) VRS 1.27 mm 2.54 mm 3.81 mm 5.08 mm 7.62 mm 10.16 mm 12.70 mm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Carga(kg) Penetración (mm) 100% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 5%
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 116 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 7.7 CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 117 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH PRÁCTICA N° 8.- DETERMINACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO DE CAMPO 8.1 OBJETIVO Determinar el peso volumétrico seco de campo para determinar el grado de compactación. 8.2 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR  Barreta, pico, pala, cincel, mazo, cuchillo, cuchara de albañil y cucharon de acero galvanizado de 20 cm de largo, 11 cm de ancho y 10 cm de altura.  Bascula de 20 kg de capacidad y 5 gr de aproximación y otra con capacidad de 2 kg y 0.1 gr de aproximación.  Horno capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C.  Bolsa de plástico gruesa, para evitar la pérdida de humedad en las muestras.  Arena limpia y seca, con partículas densas y redondeadas, cuyo tamaño estén entre las mallas No 30 y No 20. 8.3 PROCEDIMIENTO 1. En la capa compactada se selecciona el sitio donde se va a realizar la cala o sondeo el cual consiste en hacer una pequeña excavación cuadrada de aproximadamente 20 cm por lado y en todo es espesor de la capa.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 118 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 61. Muestran la marcación de la zona para hacer la excavación. 2. El material producto de la pequeña excavación se deposita en una bolsa de plástico colocando dentro de ella una etiqueta que contenga toda la información del sondeo realizado. Figura 62. Muestran el material obtenido de la excavación. 3. Se vacía la arena en la cala dejándola caer de una altura de 20 cm hasta llenar totalmente la excavación, la cual se enraza con una espátula o regla metálica.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 119 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH Figura 63. Muestran la forma de llenar el agujero con la arena. 4. Se retira la arena que no se utilizó en el sondeo y se rellena la excavación de la capa compactada. Figura 64. Muestran el rellenado del agujero para del sondeo. 5. Al material que se excavo del sondeo se determina su humedad. Figura 65. Muestran secado para la obtención de la humedad.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 120 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.4 EJEMPLO DE CÁLCULOS 1. Se determina el volumen total de la cala, dividiendo el peso de la arena usada entre su peso volumétrico medio. 2. Se hace la determinación de los pesos secos, los pesos volumétricos y el % de compactación, siguiendo la secuela de cálculos que aparecen el la hoja anexa. LABORATORIO DE: Mecánica de suelos CIUDAD: Morelia CALLE: ---------------------------------------------- CAPA DE: Suelo para terraplén FECHA: 9 de Septiembre 2008 OBRA: --------------------------- P.V.S.S. ARENA: 1.14 Ton/ m3 UBICACIÓN P.V.S (Ton/m3) HUMEDADES (%) (%) DE COMP AC. PESO (kg) VOL. SOND (cm3) PESO VOL. HÚM. (Ton/m3) PESO (kg) LAB. CAM. LAB. CAM. MAT. HUMEDO ARENA INICIAL ARENA FINAL ARENA SOND. HÚMEDO SECO AGUA C.U. 1.8 1.75 25 32.5 97.2 2.485 2.00 0.385 1.615 1416.6 1.754 0.265 0.200 0.065 ( ⁄ ), P.V.H. = Peso volumétrico húmedo, ⍵= Humedad en %, P.V.S.C. = Peso volumétrico seco de campo, = Peso volumétrico seco máximo.
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 121 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.5 FORMATO PARA LA PRÁCTICA LABORATORIO DE: FRACCIONAMIENTO: CALLE: CAPA DE: FECHA: OBRA: P.V.S.S. ARENA: UBICACIÓN P.V.S (Ton/m3) HUMEDADES (%) (%) DE COMP AC. PESO (kg) VOL. SOND (cm3) PESO VOL. HÚM. (Ton/m3) PESO (kg) LAB. CAM. LAB. CAM. MAT. HUMEDO ARENA INICIAL ARENA FINAL ARENA SOND. HÚMEDO SECO AGUA
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 122 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH 8.6 CONCLUSIONES
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    [MANUAL DE MECÁNICADE SUELOS] August 11, 2008 123 Facultad de Ingeniería civil | UMSNH REFERENCIAS Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Métodos de Muestreo y Prueba de Materiales, Clasificación de fragmentos de Roca y Suelos. M-MMP-1-02/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Granulometría de Materiales Compactables para Terracerías. M-MMP-1-06/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Límites de Consistencia. M- MMP-1-07/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Densidades Relativas y Absorción. M-MMP-1-05/03. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Compactación AASHTO. M-MMP-1-09/06. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Masas Volumétricas y Coeficientes de Variación Volumétrica. M-MMP-1-08/03. Brajam M. Das, Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Thomson Learning, Sacramento, California. Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma De chihuahua (1989), Instructivo para efectuar Pruebas en Suelos, Chihuahua, Chihuahua.