Instituto Tecnológico de Costa Rica. Escuela de Ingeniería en Construcción. Laboratorio de Mecánica de Suelos I CO-3304.

Transcripción

1 Instituto Tecnológico de Costa Rica Escuela de Ingeniería en Construcción Laboratorio de Mecánica de Suelos I CO-3304 Informe I: Reducción de muestras en el laboratorio, Contenido de humedad en Suelos, Preparación de muestras, Granulometría de Suelos, Límites de Atterberg, Clasificación de suelos Profesor: Dr. Rafael Baltodano Goulding Estudiante: Marcos Anchia Céspedes Carne: Grupo 2 II Semestre 21 de marzo 2012

2 1. Resumen La elaboración del primer informe se requirió una muestra de un suelo para ser preciso dos carretillos y se redujo por medio del cuarteo como lo específica la norma ASTM C-702, para realizarle distintos ensayos; como es la determinación del contenido de humedad (ASTM D-2216), el cual fue de un 8.06%; análisis granulométrico se realizó por medio del tamizado como lo establece la norma ASTM D-422, tanto de la parte fina de la muestra como de la parte gruesa; posteriormente a la muestra se le realizó limites de Atterberg (ASTM D-4318) y se obtuvo que el límite líquido (LL), fue de y no tiene límite plástico (LP), puesto que no tiene índice de plasticidad (IP), ya que es un suelo granular; entre la conclusión para este reporte hubo que clasificar el suelo por el método que propone el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS, ASTM D-2487), siendo un suelo de tipo Grava mal graduada. La clasificación del suelo se hace a partir de los resultados obtenidos y analizados en los ensayos realizados. Dichos ensayos permiten dar un conocimiento del tipo del suelo, así como algunas características del suelo, que ayudarán a la toma de decisiones y a la hora de realizar un diseño. 2. Introducción En el diseño de cimentaciones de estructuras para diferentes obras se requiere del conocimiento de factores como: (a) la carga que será transmitida por la superestructura de la cimentación; (b) los requisitos del reglamento local de construcción; (c) el comportamiento y la deformabilidad asociada al esfuerzo de los suelos que soportarán al sistema de cimentación, y (d) las condiciones geológicas del suelo considerado (Das, Braja M, 2001). De ahi la importancia de conocer las características del suelo, por

3 medio de los ensayos previos a la construcción de algún proyecto, tales como porcentaje de humedad, la granulometría del suelo, limite plástico, limite líquido, índice de plasticidad y el tipo de suelo donde se va a realizar la estructura y con dichos resultados de éstos ensayos se pueda realizar un diseño eficiente a las especificaciones del tipo suelo, para luego planificar y ejecutar un proyecto; ya que si hay un faltante de ensayos correspondientes no se podrá conocer las características del suelo, lo que implica un diseño defectuoso y peligroso, lo que podría ocasionar grandes daños a la estructura, en el caso que el diseño no fue el correspondiente. 3. Marco Teórico El Suelo es un material primario de importancia ya que toda cimentación transmite la carga de la estructura que soporta al estrato. Entonces, en el momento de realizar el muestreo para un ensayo tiene gran importancia como el mismo, ya que la muestra debe ser representativa del suelo que se quiere estudiar. La presencia del agua en el suelo reduce la resistencia al corte del suelo cohesivo, debido, al aumento de la presión de poros, hay una reducción en los esfuerzos efectivos. El contenido de agua o humedad, indica la relación que se da entre el peso del agua contenida en el suelo y el peso sólido de la muestra. El porcentaje de agua se determino a partir de la norma ASTM C-702. Normalmente se expresa en porcentaje y se calcula de la siguiente manera: * (Ec.1) *Fuente: Braja M Das (2001) Siendo Ww: peso del agua Ws: el peso de los sólidos En el ensayo también se necesita determinar la granulometría del suelo, para clasificar un suelo se debe conocer su distribución granulométrica (Das Braja, 2001);

4 que en este caso, el suelo se determina mediante análisis granulométrico por medio de mallas. Un análisis granulométrico por mallas se efectúa tomando una cantidad de suelo seco lavado y pasándolo a través de una columna de mallas de abertura cada vez más reducida y con una charola en el fondo. Se pesa la cantidad de suelo retenido en cada malla y se determina el porcentaje acumulado de suelo que pasa a través de la malla (M. Braja Das). La norma ASTM D-422 especifica que el suelo se debe tamizar en las mallas: 3, 2, 1 ½, 1, ¾, 3/8,N 4, N 10, N 20, N 40, N 100, N 200. En este ensayo la muestra se divide en 2, se utiliza la N 10, ya que lo retenido se utiliza para determinar la curva granulométrica de los gruesos y lo que pasa se utiliza para la curva granulométrica de los finos. Las curvas granulométricas demuestran cómo se distribuye un suelo, por ejemplo: Figura 1.1 Curva de distribución granulométrica de un suelo grueso obtenida con cribado por mallas. (Fuente: M. Braja Das 2001) Se pueden determinar dos parámetros de la curvas granulométricas de suelos gruesos: (1) Coeficiente de uniformidad (Cu) y (2) Coeficiente de graduación o coeficiente de curvatura (Cc): Ec.2 Ec.3

5 Por otra parte se necesita determinar los límites de Atterberg; M.Braja Das (2001) los define como: El límite líquido (LL) se define como el porcentaje de contenido de agua con el cual el suelo cambia de estado líquido a un estado plástico (Se designa con la Prueba ASTM D-4318). El limite plástico (LP) se define como el contenido de agua, en por ciento, con el que el suelo cambia de estado plástico a uno semisólido (Se designa con la Prueba ASTM D-427). Obteniendo el LL y el LP se puede obtener el índice de plasticidad (IP): (Ec.4) Por último para la clasificación del suelo por medio del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), se realiza con ayuda de la determinación del análisis granulométrico, el LL y con las tablas (M. Braja Das 2001, págs ). 4. Objetivos 4.1 Objetivo general: Determinar las propiedades de la muestra de un suelo por medio de ensayos estandarizados por la ASTM. 4.2 Objetivo especifico: Obtener una muestra representativa de un suelo por medio del cuarteo que especifica la norma ASTM C-702. Determinar la cantidad de humedad, por medio de la norma ASTM D-2216, de una muestra de suelo. Realizar el análisis granulométrico de la muestra del suelo, en base a los datos obtenidos en el tamizaje, norma ASTM D-422. Determinar los límites de Atterberg. Clasificar la muestra del suelo por medio del método SUCS.

6 5. Método y materiales 5.1. Reducción de muestras en el laboratorio y determinación del contenido de humedad. Según las normas ASTM C702 y ASTM D Procedimiento para la preparación de muestras (Clasificación de Suelos). Se utiliza el procedimiento descrito en la norma ASTM C702 para la reducción de la muestra. A partir del procedimiento descrito en la norma ASTM D422 se realizara la separación de la muestra, variando la utilización de la malla No. 10 por la malla No. 4 para separar la parte gruesa de la parte fina del suelo. La cantidad de material más fino que pasa la malla No. 200 se determina a partir del procedimiento y cálculos descritos en la norma ASTM D Proceso para la granulometría de suelos. Norma ASTM D La determinación de los límites de Atterberg y clasificación de suelos. Se realiza según la norma ASTM D4318. La clasificación de la muestra se sigue el procedimiento y cálculos establecidos en la norma ASTM D Resultados Tabla 1. Pesos de finos de muestra, para calcular el contenido de humedad. Humedad Peso (±0,01)g (%) Wbandeja 66.7 Wband + total Wtotal Wseco + band Wseco w agua Fuente: Elaboración propia, resultados obtenidos en laboratorio.

7 Tabla 2: Pesos de gruesos de muestra, para calcular el contenido de humedad. Peso (±0,01)g Humedad (%) Wbandeja 2395 Wband + total Wtotal Wseco + band Wseco w agua Granulometría. Fuente: Elaboración propia, resultados obtenidos en laboratorio. Tabla 3: Distribución granulométrica de la muestra del suelo. Fino Malla N WRef (±0,01)g % Ref Ref.Ac (±0,01)g % Pas Charola TOTAL E -0.4 GRUESO Malla N WRef (±0,5)g % Ref Ref.Ac (±0,5)g % Pas 3" " /2" " /4" /8" N Charola Ws= 10804

8 Contenido de humedad WsL= 8718 E= 0.2 Fuente: Elaboración propia, resultados obtenidos en laboratorio. Limites de Atterberg. Tabla 4: Datos obtenidos para la obtención de límite líquido. Prueba W Bandeja W Bandeja + suelo humedo W Bandeja + suelo seco W agua W bandeja W suelo seco Contenido de humedad N de golpes LL = % Fuente: Elaboración propia, resultados obtenidos en laboratorio. Grafica 2: Línea de tendencia del límite liquido de la muestra y = x Numero de golpes Según la línea de tendencia el LL= Fuente: Elaboración propia, resultados obtenidos en laboratorio

9 Clasificación de la Muestra de Suelo. Según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Primero se puede descartar que el suelo sea turba (Pt). Para saber si es fino o granular debemos conocer el % pasando la malla #200; que para este caso es menor al 50%, por lo tanto es suelo es granular. En la malla #4 se tiene un peso retenido acumulado N 4>50%, por lo que es un suelo tipo Grava (G) y como el porcentaje pasando la malla #200 es <5% la grava está limpia, GP. Para determinar el Cu y el Cc se hace con la ecuación Ec.2 Así: Ec.3 Así: La muestra que se utilizó para los ensayos corresponde a una Grava mal graduada 7. Análisis La porción de la muestra fina de suelo se le determinó el contenido de humedad, por medio de la prueba ASTM D-2216 de un 8,06%, dicho suelo tiene una capacidad moderada de absorber agua, sin embargo hay que tomar en cuenta que la muestra se dejo enfriar antes de pesarla cuando salió del horno, lo cual podría ocasionar que la muestra absorba humedad del aire; mientras que la parte de la muestra gruesa se obtuvo un contenido de humedad de 4.43%, lo que significa que tiene una capacidad baja de absorber agua. Asimismo, es de suma importancia que en el estudio se tome los cuidados necesarios para lograr establecer un resultado preciso y veras, ya que se debe asegurar la pureza de la muestra, lo anterior porque la presencia de materia orgánica en la misma genera alteraciones en el valor de la humedad obtenido. Por otra parte en el proceso de análisis granulométrico, se realizó por aparte el tamizado de la muestra gruesa, de la fina, las cuales dieron para la fina un error del 0.4 % y

10 gruesa un error de 0.2% lo que dice que el proceso se llevo a cabo correctamente a nivel de un técnico profesional, donde se puede partir que los datos son confiables, además un factor de error es que hay dos charolas, y puede haber perdida de muestra.. Asimismo a la hora de determinar el porcentaje de finos solo se tomo en cuenta lo que paso la malla N 200, y no los finos cuando se lavo el material que había pasado la malla N 4. Por otra parte, en cuanto a los limites de Atterberg, el limite plástico no se determino, pues el suelo no tiene índice de plasticidad, porque las partículas eran granulares, mientras que según la línea de tendencia se obtuvo un LL de Conclusiones: El contenido de humedad de la muestra es de 8,06% el cual es relativamente bajo. Obtener una muestra representativa del suelo permite tener características reales del suelo El suelo es no plástico, posee un límite líquido de 26.99, es un suelo tipo grava mal graduada. 9. Bibliografías Braja M. D. (2001). Principios de ingeniería de cimentaciones. California: International Thompson Editores.