Instructivo de guía Mecanica de Suelos 2022 PDF

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS

GUÍA ACADÉMICA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE

MECÁNICA DE SUELOS 1

2009 - 2010

REGLAMENTO INTERNO DEL LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS 1. Las prácticas en el laboratorio se realizarán a la hora y día indicados, en los horarios y con los respectivos profesores. Luego de iniciada la práctica no podrá ingresar ningún estudiante. 2. Se tomará lista al comienzo de la clase y si el profesor o el ayudante de cátedra lo creyeran pertinente, se tomará lista en el transcurso de la práctica o al final de la misma. Si el estudiante no estuviese presente se le anulará la asistencia y consecuentemente no se receptará el informe correspondiente. 3. Para la ejecución de la práctica, se deberá retirar los equipos previa presentación del carné o cualquier documento que lo identifique y que sea perteneciente al estudiante del grupo que vaya a retirar el mencionado equipo. 4. Cualquier desperfecto en los equipos que ocurra en el transcurso de la práctica, por defectuosa utilización del mismo, deberá ser reparado por los integrantes del grupo: en caso de no existir arreglo se devolverá al laboratorio un equipo nuevo, de igual calidad. 5. Una vez terminada la práctica, cada grupo deberá dejar la mesa completamente limpia y arreglada y los equipos deberán ser devueltos correctamente lavados. El bodeguero comprobará el buen estado del equipo y procederá a la entrega del documento respectivo. Caso contrario quedará detenido el documento y consecuentemente no se enviarán las calificaciones del grupo al profesor correspondiente, hasta cuando se arregle el equipo dañado. 6. El trabajo adicional que se requiera realizar en la práctica (como por ejemplo la medición de pesos secos), se lo hará al día siguiente de ejecutada la práctica entre las 14:00 y las 15:30 horas. En caso de que no se hagan las mediciones respectivas en el día y horas señaladas, el laboratorio desechará las muestras e indicará al ayudante respectivo el grupo al que pertenecen las muestras para que según su criterio califique o anule el informe respectivo. 7. Los informes de las prácticas se realizarán de la forma como se indica en el anexo “Presentación del Informe de Práctica” y presentados a los ocho días a partir de la fecha en que se realizó la práctica. En el eventual caso de que el profesor disponga otra fecha de entrega se deberá respetar esta disposición. La hora de entrega será la indicada en el horario como inicio de la práctica. 8. Los informes serán recibidos, única y exclusivamente en la Dirección de este Laboratorio. 9. No se recibirá ningún informe atrasado, salvo que exista autorización escrita del profesor, previa la justificación correspondiente. 10. Los informes calificados serán devueltos a los ocho días después de ser presentados. 11. En caso de que el estudiante no tenga asistencia a la práctica no tendrá derecho a presentar su informe, por lo que anulará cualquier informe presentado sin su debida justificación. 12. Para la realización de una práctica no efectuada oportunamente, se dirigirá una solicitud a la Dirección del Laboratorio, presentando una de las justificaciones establecidas en el reglamento de la Facultad, hasta ocho días después de su ejecución. De acuerdo a las disponibilidades del laboratorio, la Dirección autorizará la realización de la práctica atrasada e indicará el día y la hora respectiva. En caso de que no se disponga de material, equipo o personal en el laboratorio, la Dirección tendrá la facultad de negar la solicitud. 13. Se receptará cualquier reclamo hasta ocho días después de ser devueltos los informes, para lo cual el estudiante deberá presentar el informe motivo del reclamo; pasado este tiempo no se aceptará ningún reclamo.

I

ANEXO PRESENTACIÓN DEL INFORME DE PRÁCTICAS 1. NORMAS 1.1. Los informes deben presentarse en una carpeta de cartulina, debidamente engrapados. 1.2. La carpeta en el lado inferior derecho debe contener la siguiente información: Título de la práctica, nombre del estudiante, curso, paralelo, grupo y número del informe. 1.3. Los informes deben presentarse en papel blanco, tamaño regularizado por el INEN, formato A4. 1.4. Los datos y resultados deben presentarse correctamente tabulados. 1.5. Las hojas deben ir numeradas en la parte derecha con dos números: el primero que indica el número de orden de la hoja y el segundo el número total de hojas del informe. 1.6. Los informes deben ser completos en su contenido. 1.7. Los informes deben presentarse limpios, con ortografía y construcción gramatical correctos. 1.8. Los informes deben incluir obligatoriamente los siguientes puntos que aparecerán como títulos de párrafos del informe. Cada uno de estos puntos serán calificados de acuerdo al porcentaje que se indica. 2. ORDEN 2.1. Hoja en blanco para calificaciones y observaciones del Profesor o Ayudante de Cátedra. 2.2. Hoja de título que contendrá la siguiente información: Universidad, Facultad, Escuela, Materia, Nombre de la Práctica, nombre del estudiante, curso, paralelo, grupo, fecha de ejecución, fecha de entrega. NOTA: Cualquier omisión de uno de estos datos, representará disminución de puntos, inclusive lo mencionado en el numeral 1.1. 2.3. INTRODUCCIÓN: (5%) Presentar una descripción general de los aspectos relacionados al tema; proveer información necesaria para la comprensión del contenido del informe. 2.4. OBJETIVOS: (5%) Se deberá indicar el o los objetivos a los cuales se desea llegar con la realización de la práctica. 2.5. REALIZACIÓN Y EQUIPO: (10%) El alumno en forma breve y concisa debe describir el procedimiento utilizado para la realización de la práctica, además deberá enumerar todo el equipo y material empleado en la ejecución del mismo. NOTA: No incluir instructivos del laboratorio. 2.6. CODIFICACIÓN DE DATOS, DIBUJO DE DIAGRAMAS Y RESULTADOS: (20%) Deben llenarse correctamente todos los formularios referentes a la práctica, que se hayan entregado en el laboratorio. Los datos numéricos deben ser consistentes en las cifras significativas, guardando uniformidad en sus cifras decimales.

II

Los diagramas se realizarán con los datos obtenidos en el ensayo; estos se consignarán en los respectivos formularios del instructivo y en caso de que se requiera de hojas adicionales, se deberá usar hojas de papel milimetrado y/o semilogarítmico. Los dibujos deben ser hechos a tinta. Las curvas deben ser trazadas con líneas finas y definidas. Cuando existan varias curvas deben identificarse utilizando diferentes trazos o colores. La(s) escala(s) utilizada(s) para graficar los diagramas deben constar en la hoja respectiva. NOTA: Si los datos están mal codificados y por ende los diagramas mal efectuados, este error incidirá en la calificación de las conclusiones. 2.7. FORMULAS Y CÁLCULOS TÍPICOS: (10%) Se deberá describir en forma clara y precisa cómo se obtuvieron los resultados, incluyendo todas las fórmulas que se usaron para el efecto. 2.8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: (35%) El alumno debe tratar en este punto lo referente a:  



Comentarios sobre la práctica en cuanto a dificultades, mejoras, inexactitudes y cualquier otro aspecto de la parte mecánica de la misma. Análisis de los resultados, ubicándolos sobre todo como características peculiares o no de los suelos ensayados; verificando si los valores numéricos obtenidos están en concordancia con el tipo de suelo investigado, para lo cual debe recurrir a los autores especializados, o explicando las posibles causas del error, si hubiera resultados inesperados. Se deberá dar espacial énfasis a la comparación de los resultados entre sí y con los suelos típicos del país.

NOTA: La opinión de cada estudiante será personal, pues no interesa la opinión colectiva del grupo. 2.9. BIBLIOGRAFÍA Y PRESENTACIÓN: (5%) Enumerar las diferentes fuentes de consulta que se tuvo para elaborar el informe. Se verificará conceptos extraídos de textos.

CAUSAS PARA LA ANULACIÓN DE UN INFORME 1. Informe presentado por el estudiante sin su respectiva asistencia a la práctica. 2. Ausencia del estudiante antes de haber finalizado la práctica. 3. Copias textuales de otros informes, incluyendo informes de estudiantes pertenecientes al mismo grupo. 4. Informe no presentado en el plazo establecido, salvo autorización del correspondiente profesor de la práctica.

III

MECÁNICA DE SUELOS 1 PRÁCTICAS DE LABORATORIO PRIMER TRIMESTRE 

PRÁCTICA #1:

TOMA DE MUESTRAS EN EL CAMPO (1 semana) Clases de muestras de acuerdo al objetivo y al método de extracción. Toma de muestras “alteradas”, toma de muestras “inalteradas”. Práctica en el campo. 

PRÁCTICA #2:

IDENTIFICACIÓN, DESCRIPCIÓN Y DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD EN SUELOS (1 semana) Identificación y descripción detallada de cada una de las muestras de suelo entregadas al grupo. Ensayo de humedad con dos pruebas para cada muestra. Uso de cuatro muestras como mínimo. 

PRÁCTICA #3:

PESOS ESPECÍFICOS Y RELACIONES FUNDAMENTALES (1 semana) Métodos para determinar el peso y el volumen de diferentes clases de suelos. Determinación en el laboratorio de las relaciones fundamentales: relación de vacíos, porosidad y saturación. Comparación de resultados. Uso de seis muestras: suelos cohesivos de volumen regular y volumen irregular: suelos no cohesivos. 

PRÁCTICA #4:

PESO ESPECÍFICO DE LOS SÓLIDOS (1 semana) Determinación del volumen por desplazamiento de agua en el picnómetro. Eliminación del aire por ebullición o por vacío. Evaluación de los resultados obtenidos. Uso de una muestra de suelo fino. 

PRÁCTICA #5:

GRANULOMETRÍA (1 semana) Método seco y método del lavado. Cálculo del peso inicial. Determinación del peso seco inicial. Particularidades del ensayo en suelos. Uso de dos muestras: arena y limo arenoso. 

PRÁCTICA #6:

LÍMITE LÍQUIDO Y LÍMITE PLÁSTICO (1 semana) Ensayo de límite líquido con cinco puntos como mínimo. Ensayo de límite plástico con tres intentos como mínimo fijación de procedimientos de ensayo. Cálculo de índices de plasticidad. Uso de una muestra: limo arcilloso. 

PRÁCTICA #7:

LÍMITE DE CONTRACCIÓN (1 semana) Repetición de límite líquido y límite plástico en un suelo. Método de laboratorio para determinar el límite de contracción. Uso de un suelo: de mediana contracción. TOTAL PRIMER TRIMESTRE = SIETE SEMANAS SEGUNDO TRIMESTRE 

PRÁCTICA #8:

CLASIFICACIÓN SUCS (1 semana) Descripción y empleo de las propiedades utilizables según el procedimiento manual-visual. Dilatancia, tenacidad, dureza seca. Secuencia para llegar a la clasificación. Uso de tres suelos típicos de comportamiento extremo para fijar los procedimientos y los resultados.

IV



PRÁCTICA #9:

CLASIFICACIÓN SUCS (1 semana) Aplicación de los métodos conocidos a siete suelos diferentes y conocimiento de casos particulares. La clasificación como auxiliar en el conocimiento del comportamiento del suelo. 

PRÁCTICA #10:

ENSAYO DE PENETRACIÓN ESTÁNDAR (1 semana) Mecanismo de ensayo. Ejecución del ensayo, obtención de N. descripción de muestras. Relación de N con parámetros de resistencia y compresibilidad. Limitaciones del ensayo. 

PRÁCTICA #11:

PERMEABILIDAD (1 semana) Uso del permeámetro de carga constante en suelos permeables y del permeámetro de carga variable en suelos poco permeables. Determinación del coeficiente de permeabilidad. Inexactitudes del ensayo; arena limpia y arena limosa. 

PRÁCTICA #12:

COMPACTACIÓN (1 semana) Fundamentos teóricos, métodos de compactación, diferentes ensayos, normas. Usos. Equipos de compactación. Realización del ensayo con un suelo fino. TOTAL SEGUNDO TRIMESTRE = SEIS SEMANAS TERCER TRIMESTRE 

PRÁCTICA #13:

DENSIDAD DE CAMPO (1 semana) Ensayo con el cono de arena o con el aparato volumétrico, de acuerdo al tipo de suelo. Comparación con los datos del ensayo de compactación. 

PRÁCTICA #14:

CONSOLIDACIÓN (3 semanas) El ensayo de consolidación; curvas de consolidación, curva de compresibilidad, determinación de parámetros. El ensayo se realiza con cinco estados de carga en una muestra compresible. La última clase de esta práctica será dedicada exclusivamente a cálculos del ensayo y elaboración del informe. 

PRÁCTICA #15:

ENSAYO DE EXPANSIÓN (1 semana) Ejecución del ensayo en una muestra remoldeada o inalterada de suelo arcilloso. Explicación de los conceptos de hinchamiento libre y presión de expansión. Dibujo de curvas y obtención de parámetros. 

PRÁCTICA #16:

CORTE DIRECTO (1 semana) Realización del ensayo en una arena suelta. Método y limitaciones. Dibujo de curvas y determinación de parámetros de resistencia. Validez del ensayo. 

PRÁCTICA #17:

COMPRESIÓN NO CONFINADA (1 semana) Ejecución del ensayo en una muestra remoldeada de suelo arcilloso. Explicación del método y funcionamiento del equipo. Similitud del ensayo de compresión en hormigón. Dibujo de curvas y determinación de parámetros. Concepto de sensibilidad.

V



PRÁCTICA #18:

ENSAYO TRIAXIAL (1 semana) Explicación del mecanismo y formas de realizar el ensayo. Ejecución del ensayo en una muestra “cohesiva-friccionante”. Dibujo de curvas y determinación de parámetros de resistencia. TOTAL TERCER TRIMESTRE = SIETE SEMANAS

VI

SÍMBOLOS, UNIDADES Y TÉRMINOS BÁSICOS SÍMBOLO av B Cc Cr Cs CU CV c cc cu D D10, D30, D60

UNIDAD cm.s2/Kg m 1 1 1 1 cm2/s Kg/cm2 1 Kg/cm2 mm mm

Ee E e Gc h Ic If IG IL IP IT i k Ls mv N n P Q q qu

Kg.cm/cm3 Kg/cm2 1 % cm 1 1 1 1 % 1 1 Cm/s % cm.s2/Kg % Kg m3/s Kg/cm2 Kg/cm2

Rc Ss Sr T V Va Vs Vi Vf Vs Vv Vw v W Wa Ws Ww w wN wC wL wp

1 1 % Kg cm3 cm3 % cm3 cm3 cm3 cm3 cm3 cm/s g g g g % % % % %

TERMINO Coeficiente de compresibilidad Ancho de la cimentación Índice de compresión Índice de recompresión Índice de esponjamiento Coeficiente de uniformidad Coeficiente de consolidación Cohesión Coeficiente de curvatura Cohesión aparente Diámetro de la partícula Diámetro de las partículas que corresponden al 10, 30 y 60% que pasan, en la curva granulométrica Energía específica Módulo de elasticidad del suelo Relación de vacíos Grado de Compactación Carga hidráulica Índice de consistencia Índice de flujo Índice de grupo Índice de liquidez Índice de plasticidad Índice de tenacidad Gradiente hidráulico Coeficiente de permeabilidad Contracción lineal Coeficiente de variación volumétrica Número de golpes S. P. T. Porosidad Carga Axial Caudal o descarga Esfuerzo axial aplicado Esfuerzo máximo de falla a la compresión no confinada Relación de contracción Peso unitario relativo de las partículas sólidas Grado de Saturación Fuerza de corte Volumen total del suelo Volumen del aire Contracción volumétrica Volumen inicial Volumen final Volumen de sólidos Volumen de vacíos Volumen de agua Velocidad de descarga Peso total del suelo Peso del aire (considerado nulo) Peso de las partículas sólidas Peso del agua Contenido de agua o humedad Contenido natural de agua Límite de contracción Límite líquido Límite plástico

VII

w0

% g/cm3

γa γw γ γd

g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 g/cm3 1

γ0

γdmax γs ε η ∆σ ∆σf σ σ1, σ2, σ3 σ’p

τ τf τ max ø

g.s/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 Kg/cm2 º

Contenido óptimo de agua Peso unitario del agua destilada 4ºC de temperatura Peso unitario del aire Peso unitario del agua Peso unitario de la masa de suelo Peso unitario del suelo seco Peso unitario máximo del suelo seco Peso unitario de las partículas sólidas Deformación lineal unitaria, coeficiente térmico de expansión volumétrica Viscosidad dinámica del agua Esfuerzo desviador Esfuerzo desviador de falla Esfuerzo normal Esfuerzos principales Presión de preconsolidación Esfuerzo cortante Resistencia al esfuerzo cortante Resistencia máxima al esfuerzo cortante Ángulo de fricción interna

VIII

ÍNDICE

PÁGINA

CAPITULO 1 OBTENCIÓN DE MUESTRAS DE SUELO 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6.

1

Introducción Tipos de muestras y sus usos Obtención de muestras alteradas Proceso de cuarteo Obtención de muestras inalteradas Identificación de las muestras

1 1 1 3 6 11

CAPITULO 2 RELACIONES FUNDAMENTALES DE LOS SUELOS

13

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5.

13 15 19 24 28

Introducción Contenido de agua o humedad Peso unitario de los suelos Determinación de las relaciones fundamentales Peso unitario de las partículas sólidas

CAPITULO 3 GRANULOMETRÍA DE LOS SUELOS

36

3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

36 36 43 51

Introducción Granulometría por tamizado Granulometría por hidrómetro Granulometría combinada

CAPITULO 4 CONSISTENCIA DE LOS SUELOS

55

4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5

55 55 57 63 67

Introducción Preparación de las muestras Límite líquido Límite plástico Límite de contracción

CAPITULO 5 CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS

74

5.1. 5.2.

74 74

5.3 5.4.

Introducción Sistema Unificado de Clasificación de Suelos Procedimiento Manual – Visual Sistema Unificado de Clasificación de Suelos Procedimiento de laboratorio Sistema de Clasificación de Suelos AASHTO

83 90

CAPITULO 6 COMPACTACIÓN DE LOS SUELOS

96

6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5.

96 96 98 103 105

Introducción Preparación de las muestras Compactación Proctor estándar Compactación Proctor modificado Compactación Wilson – Harvard Miniatura

IX

CAPITULO 7 PESO UNITARIO DEL SUELO EN SITIO

109

7.1. 7.2. 7.3. 7.4.

109 109 116 120

Introducción Método del cono y arena Método del medidor del balón de caucho Método Nuclear

CAPITULO 8 PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS

121

8.1. 8.2. 8.3. 8.4.

121 121 122 128

Introducción Determinación del coeficiente de permeabilidad Permeámetro de carga constante Permeámetro de carga variable

CAPITULO 9 CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS

133

9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6. 9.7. 9.8. 9.9. 9.10.

133 133 133 133 135 136 137 137 139 145

Introducción Definición Objetivo Equipo Preparación de la muestra Colocación de la muestra en el consolidómetro Colocación del consolidómetro en el bastidor de carga Procedimiento del ensayo Cálculos y gráficos Comentarios Generales

CAPITULO 10 EXPANSIÓN

151

10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 10.5. 10.6. 10.7.

151 151 151 152 152 153 155

Introducción Objetivo Equipo Muestreo Preparación de la muestra Ensayo de Expansión Cálculos

CAPITULO 11 RESISTENCIA AL ESFUERZO CORTANTE DE LOS SUELOS

157

11.1. 11.2. 11.3. 11.4. 11.5.

157 158 159 168 181

Introducción Determinación de la resistencia al esfuerzo cortante Ensayo de corte directo en arenas Ensayo de compresión triaxial Ensayo de compresión no confinada

CAPITULO 12 ENSAYOS EN SITIO PARA DETERMINAR LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL SUELO

188

12.1. 12.2. 12.3.

188 188 196