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MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO DE SUELOS GEOTECNIA APLICADA I

Documento para la realización de prácticas de laboratorio de mecánica de suelos y rocas, creado como guía para estudiantes de las asignaturas de geotecnia aplicada I. Los procedimientos descritos cumplen con los requisitos de las normas del Instituto Nacional de Vías (INVIAS) y la sociedad americana para la prueba de materiales (ASTM).

CONTENIDO 1. INDUCCIÓN Y RECONOCIMIENTO ................................................................ 5 1.1.

OBJETIVO ................................................................................................. 5

1.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ........................................................................ 5

1.3.

PROCEDIMIENTO ..................................................................................... 5

1.4.

CUESTIONARIO ........................................................................................ 5

2. EXPLORACION DE CAMPO METODO MANUAL, ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR SPT .......................................................................... 7 2.1.

OBJETIVO ................................................................................................. 7

2.2.

GENERALIDADES ..................................................................................... 7

2.3.

EQUIPOS Y MATERIALES ........................................................................ 7

2.4.

PROCEDIMIENTO ................................................................................... 12

2.5.

CUESTIONARIO ......................................... ¡Error! Marcador no definido.

3. PREPARACION DE MUESTRAS ...................... ¡Error! Marcador no definido. 3.1.

OBJETIVO .................................................. ¡Error! Marcador no definido.

3.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ......................... ¡Error! Marcador no definido.

3.3.

GENERALIDADES ...................................... ¡Error! Marcador no definido.

3.4.

PROCEDIMIENTO ...................................... ¡Error! Marcador no definido.

3.5.

CUESTIONARIO ......................................... ¡Error! Marcador no definido.

4. ENSAYOS DE CARACTERIZACION ................ ¡Error! Marcador no definido. 4.1.

OBJETIVO .................................................. ¡Error! Marcador no definido.

4.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ......................... ¡Error! Marcador no definido.

4.3.

GENERALIDADES ...................................... ¡Error! Marcador no definido.

4.4.

PROCEDIMIENTO ...................................... ¡Error! Marcador no definido.

4.5.

CUESTIONARIO ......................................... ¡Error! Marcador no definido.

5. COMPRESIÓN INCONFINADA ...................................................................... 17 5.1.

OBJETIVO ............................................................................................... 17

5.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ...................................................................... 17

5.3.

GENERALIDADES ................................................................................... 17

5.4.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................... 17

5.5.

PROCEDIMIENTO ................................................................................... 18

5.6.

CÁLCULOS .............................................................................................. 20

5.7.

CUESTIONARIO ...................................................................................... 21

6. CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL Y EXPANSIÓN EN SUELOS ........... 24 6.1.

OBJETIVO ............................................................................................... 24

6.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ...................................................................... 24

6.3.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................... 26

6.4.

PROCEDIMIENTO ................................................................................... 26

6.5.

CÁLCULOS .............................................................................................. 27

6.6.

CUESTIONARIO ...................................................................................... 32

7. ENSAYO DE CORTE DIRECTO EN SUELO ................................................. 34 7.1.

OBJETIVO ............................................................................................... 34

7.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ...................................................................... 34

7.3.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................... 35

7.4.

GENERALIDADES ...................................... ¡Error! Marcador no definido.

7.5.

PROCEDIMIENTO ................................................................................... 36

7.6.

CÁLCULOS .............................................................................................. 38

7.7.

CUESTIONARIO ...................................................................................... 41

8. COMPRESION ISOTROPICA ........................................................................ 43 8.1.

OBJETIVO ............................................................................................... 43

8.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ...................................................................... 43

8.3.

GENERALIDADES ................................................................................... 48

8.4.

PROCEDIMIENTO ................................................................................... 54

8.5.

CÁLCULOS .............................................................................................. 59

8.6.

CUESTIONARIO ...................................................................................... 63

9. TRIAXIAL ........................................................................................................ 65 9.1.

OBJETIVO ............................................................................................... 65

9.2.

EQUIPOS Y MATERIALES ...................................................................... 65

9.3.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA ......................................................... 66

9.4.

PROCEDIMIENTO ................................................................................... 66

9.5.

CÁLCULOS .............................................................................................. 69

9.6.

CUESTIONARIO ...................................................................................... 72

10.

BENDER ELEMENT.................................................................................... 74

10.1.

OBJETIVO ............................................................................................ 74

10.2.

EQUIPOS Y MATERIALES................................................................... 74

10.3.

GENERALIDADES ............................................................................... 75

10.4.

PROCEDIMIENTO................................................................................ 75

10.5.

CUESTIONARIO................................................................................... 76

Tabla 1. Formato - Reconocimiento de Equipos y Materiales ............................................................ 6 Tabla 2. Formato-Exploración de campo .......................................................................................... 16 Tabla 3. Formato de Cálculos- Ensayo de Compresión Simple. ........................................... 20 Tabla 4. Formato – Compresión Inconfinada .................................................................................... 23 Tabla 5. Formato de Cálculos Consolidación (1) ..................................................................... 29 Tabla 6. Formato de Cálculos Consolidación (2) ..................................................................... 30 Tabla 7. Formato – Consolidación Unidimensional........................................................................... 33 Tabla 8. Tiempo por defecto para la alcanzar la falla en el espécimen. ........................... 37 Tabla 9. Formato para Cálculos- Ensayo de Corte Directo ................................................... 38 Tabla 10. Formato – Ensayo de corte directo en suelo..................................................................... 42 Tabla 11. Valores de ϕ para suelos granulares ................................................................................. 51 Tabla 12. Intervalos de presión de cámara para un ensayo de compresión isotrópica.................... 52 Tabla 13. Valores de K para suelos .................................................................................................... 56 Tabla 14. Cálculos del desalojo de volumen DV................................................................................ 60 Tabla 15. Resultados de ensayo ........................................................................................................ 61 Tabla 16 Valores línea de consolidación y descarga ......................................................................... 63 Tabla 17. Formato – Compresión Isotrópica ..................................................................................... 64 Tabla 18. Formato de cálculos triaxial............................................................................................... 72 Tabla 19. Formato - Triaxial............................................................................................................... 73 Ilustración 1 Identificación del material de Acuerdo al Tipo de Falla Presentada. ........ 19 Ilustración 2. Consistencia de la Arcilla de Acuerdo al q u Obtenido. .................................. 22 Ilustración 3. Cv Por Medio Del Método de Taylor. ................................................................. 28 Ilustración 4. Gráfica Presión Contra Relación de Vacíos ...................................................... 31 Ilustración 5. Gráfica- Cálculo de Cr y Cc ................................................................................... 32 Ilustración 6. Caja Para El Ensayo De Corte Directo ................................................................ 38 Ilustración 7. Esfuerzo Cortante Vs Esfuerzo Normal .............................................................. 40 Ilustración 8. Esfuerzo Cortante Vs Desplazamiento Horizontal .......................................... 41 Ilustración 9. Probeta de suelo utilizada para la saturación. ............................................................ 44 Ilustración 10. Piedra porosa utilizada en el ensayo......................................................................... 45 Ilustración 11. Bloque de carga y pedestal adaptados al equipo de triaxial. ................................... 45 Ilustración 12. Cámara del triaxial..................................................................................................... 47 Ilustración 13. Esquema con partes de cámara triaxial .................................................................... 48 Ilustración 14. Tipos comunes de pruebas esfuerzo-deformación ................................................... 49 Ilustración 15. Compresión e hinchazón del modelo durante el ciclo carga- descarga. ................... 50 Ilustración 16. Esquema de aplicación medición de presión de cámara .......................................... 52 Ilustración 17. Esquema de aplicación medición de presión de poros ............................................. 53 Ilustración 18. Muestra con papel filtro puesto................................................................................ 54 Ilustración 19. Dilatador de membrana al vacío. .............................................................................. 55 Ilustración 20. Esquema de aplicación medición de presión de cámara .......................................... 58 Ilustración 21. Ejemplo de cálculo de diagramas de fase. ................................................................ 59 Ilustración 22. Determinación parámetro de Skempton. ................................................................. 60 Ilustración 23. Tiempo vs desalojo de volumen. ............................................................................... 61 Ilustración 24. Curva de consolidación isotropica............................................................................. 62

1. INDUCCIÓN Y RECONOCIMIENTO 1.1. OBJETIVO Conocer los diferentes equipos y materiales disponibles en el laboratorio de suelos para la realización de perforaciones, y entender su uso adecuado para la obtención de muestras. 1.2. ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

EQUIPOS Y MATERIALES Barreno Hoyadora Shelvys Trípode Brazo extensor Collar Barra Papel vinipel

✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

Papel aluminio Carretilla Pesas Tubo extensor Uniones de tubo Extensiones de tubo Aceite vegetal Cinta bolsas

1.3. PROCEDIMIENTO Se debe realizar un formato para nombrar las muestras; el de las muestras inalteradas debe contener número de muestra, profundidad, y lado de arriba y de debajo de la perforación; además de otros datos pertinentes como quienes realizan la perforación, temperatura, fecha y hora. ➢ Explicación del equipo y el manejo de este. ➢ Se lleva el equipo al lugar designado para realizar la perforación. ➢ Se realiza la demostración del manejo de los equipos. 1.4. • •

CUESTIONARIO Describir los diferentes equipos que existen para la perforación de suelo y roca Realizar la descripción visual del suelo explorado según la norma INVIAS.

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL Tabla 1. Formato

- Reconocimiento de Equipos y Materiales

Pedagogical and Technological University of Colombia

N°

Name of the team

Faculty of Engineering School of Civil Engineering Geotechnical Laboratory Equipment and Materials Recognition Description Units

Precision

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

2.1.

2. EXPLORACION DE CAMPO METODO MANUAL, ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR SPT OBJETIVO

Realizar un sondeo mediante barreno manual, con el fin de extraer muestras alteradas e inalteradas, para conocer las características, parámetros físicos y mecánicos que presenta el subsuelo de un terreno determinado. 2.2.

GENERALIDADES

Trabajo de campo realizado en la semana 3, consiste en un sondeo de una profundidad de 4.5 m Los sondeos serán realizados mediante un equipo manual compuesto por barreno helicoidal y tubos de pared delgada shelby para extraer muestras inalteradas. Para la recuperación de muestras, se recomiendan: 1. Muestreo alterado cada cambio de estrato o en su defecto cada 50 cm. 2. Muestreo inalterado cada cambio de estrato con tubo shelby o cada 1.5 m. 3. Los ensayos de humedad natural cada 50 cm; se deberán realizar inmediatamente después de sustraída la muestra o en su defecto seguidamente después de haber terminado la perforación. 4. Los ensayos de resistencia de suelos con las muestras inalteradas se deben hacer lo más pronto posible después de haber realizado la perforación con el fin de no alterarlas. 2.3.

EQUIPOS Y MATERIALES

1 Barreno Helicoidal

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6 metros de tubería (extensiones)

1 Barra

1 Hoyadora

2 Llaves de tubo de 24”

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1 Pesa, cabezote y base

1 Barra guía

Tubos de pared delgada (Shelby)

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Bolsas pequeñas.

plásticas

1 Rollo de papel aluminio

1 rollo de papel vinipel.

Cinta de enmascarar

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Marcador

Aceite vegetal (± ½ litro)

Flexómetro.

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Cámara fotográfica.

Elementos de protección personal (Guantes de cuero, curas, casco, etc.).

Formato de registro de campo

2.4.

PROCEDIMIENTO

•

Realizar reconocimiento y descripción del lugar en el cual se tiene programado el sondeo.

•

Utilizar la barra para retirar la capa orgánica de la zona a perforar

•

Hacer un hueco de 50 cm de profundidad y aproximadamente 30 cm de diámetro con ayuda de la barra y la hoyadora.

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Introducir el barreno helicoidal para continuar con la perforación, cuando sea necesario se utiliza la extensión, hasta extraer el material a las profundidades adecuadas (cada 50 cm).

•

Con ayuda de las llaves de tubos hacer girar el helicoidal hasta penetrar lo necesario (máximo 30 cm para no tener inconvenientes con la extracción del mismo).

•

Haciendo palanca con la barra y haciendo fuerza hacia arriba con las llaves de tubos extraer el barreno helicoidal teniendo cuidado de no perder la muestra de suelo. Para la extracción del barreno, recordar los métodos de pesas invertidas o de palancas.

•

Tomar aproximadamente 200 o 300 gramos de muestra cada 50 cm y cada cambio de estrato y envolverlas en papel aluminio para determinar la humedad natural del estrato correspondiente.

•

Tomar aproximadamente 2 Kg de muestra cada 1 metro para realizar los diferentes ensayos de caracterización física del suelo (Limites de consistencia, gravedad específica, relaciones de fases, granulometría, entre otros).

•

Referenciar adecuadamente cada muestra extraída con una etiqueta que tenga datos de localización, profundidad y N° de muestra.

•

Seleccionar y separar las muestras para cada ensayo específico a realizar.

•

Cuando se vaya a extraer una muestra con tubo de pared delgada o shelby, se reemplaza el barreno helicoidal por el tubo, previamente aceitado. Se introduce en el orificio, ejerciendo una presión utilizando la pesa con el fin de tomar una muestra aproximadamente de 15 a 20 cm, teniendo cuidado de no alterarla. Este procedimiento se realiza a 1.5, 3.0 y 4.5 metros de profundidad y cada cambio de es...