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El informe presenta los resultados de ensayos realizados en muestras de suelo para determinar su índice de resistencia y su clasificación según la normativa Invias. Se busca establecer una relación entre el comportamiento de los suelos y su densidad seca, así como determinar su disposición final. Se describen los ensayos realizados y se presentan los cálculos y resultados obtenidos.
Tipo: Resúmenes
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Sara Lucía Carrero Rojas 347559 Adriana Cristina Correa Acosta 347166 José María Daza Daza 344085 Andrés David Cubillos Esparza 348475 Wanderlei Fabiahno Figueroa Hernández 351464
Ing. Norma Cristina Solarte Vanegas
Luego de realizar los respectivos análisis y cálculos se realiza la curva granulométrica. La cual nos ayudara a conocer la gradación de la muestra, con ayuda de los valores de D10, D30 Y D60.para este caso puntual no existe el D10, por lo que resulta imposible realizar el análisis de si el suelo estudiado está bien o mal gradado.
1000 10 1 0.1 0.
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CURVA GRANULOMETRICA
ABERTURA DEL TAMIZ.
% QUE PASA.
Gráfica 1. Curva Granulométrica INV. E -125-13 Determinación de Limite Líquido de los suelos. Las prácticas realizadas en el laboratorio para este informe tienen en cuenta la normativa INVIAS para la determinación de los límites presentes en el suelo estudiado. Límite líquido, Límite plástico e Índice de plasticidad. El límite líquido es una humedad que corresponde a la frontera convencional entre estado semilíquido y estado plástico. El límite plástico es una humedad que corresponde a la fronte convencional entre estado plástico y semisólido. El índice de plasticidad de un suelo es el tamaño del intervalo de contenido de agua, expresado como un porcentaje de la masa seca de suelo, dentro del cual el material está en un estado plástico. Este índice corresponde a la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite plástico del suelo. Los anteriores factores mencionados son características importantes de los suelos debido a que le permiten a laboratorista determinar el tipo de suelo que se está explorando, tomando en cuenta el contenido de agua presente en éste. La clasificación según la normativa colombiana puede realizarse de dos maneras; usando el método de Casagrande (método utilizado en este informe) o el método internacional AASHTO. Peso del Agua Peso del Suelo Seco Humedad del Suelo
Tabla 5. Fórmulas para Determinación del Límite Líquido Límite Líquido: ENSAYO Nº 1 2 3 4 Nº de Golpes 29 29 15 15 Recipiente Nº 159 152 178 150 R + Suelo Hum. 14.82 12.79 14.18 13. R + Suelo Seco 13.14 11.53 12.52 12. Peso de agua 1.68 1.26 1.66 1. Peso de Recip. 6.88 6.77 6.72 6. Peso de S. Seco 6.26 4.76 5.80 5. % de Humedad 26.84 26.47 28.62 27. Tabla 6. Datos para la Determinación del Límite Líquido
(^2310 )
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
DETERMINACION DE LIMITE LIQUIDO
Numero de golpes
% de Humedad
Gráfica 2. Determinación del Límite Líquido Resultados Límite Líquido 27. Tabla 7. Determinación del Límite Líquido INV. E -126-13 Determinación e Índice de Plasticidad del Suelo. Peso del Agua Peso del Suelo Seco Humedad del Suelo
Limite Plástico (LP) Indice de Plasticidad
Tabla 8. Fórmulas para Determinación del Límite Plástico e Índice de Plasticidad Límite Plástico: ENSAYO Nº 1 2 Recipiente Nº 163 164 R + Suelo Hum. 11.03 11. R + Suelo Seco 10.27 10. Peso de agua 0.76 0. Peso de Recip. 6.81 6. Peso de S. Seco 3.46 3. % de Humedad 21.97 22. Tabla 9. Datos para la Determinación del Límite Plástico e Índice de Plasticidad Resultados Límite Plástico 21, Ind. Plástico 5, Tabla 10. Determinación del Límite Plástico e Índice de Plasticidad INV.E-142-13 relación de humedad - peso unitario seco en suelos.
Mediante la INV E 142-13 podemos conocer las características de los datos de ensayo para realizar el laboratorio cuyas dimensiones y valores serian: Tabla 11. Datos de Ensayo
Se puede observar en la Tabla 11 que se ejecutara el método C de Proctor modificado por su diferencia de numero de golpes por cada con el método A y B.
Volumen (cm^3 ): 2127.9 Altura de caída (cm): 45.
Altura molde (cm): Peso molde (g): 11.65 5848 Peso martillo (kg):Martillo N°: (^) 4.5 1
Molde N°: 3^ DATOS ENSAYO No. De capas: 5 Diámetro molde (cm): 15.25 Golpes por capa: 56
Fracción gruesa (%): Sobretamaños (%): 0.00.0 Gravedad específica suelo:Método: N.RC
Peso fracción gruesa seca (g): Fracción fina (%): (^) 100.0 0 Tamiz de separación sobretamaños:Gravedad especifica sobretamaños: 3/4"N.A Peso fracción fina seca (g): 12662^ DATOS MUESTRA Humedad sobretamaños (%): N.A
En este ensayo los datos recolectados y proporcionados por el equipo de laboratorio fueron los siguientes:
Tabla 16. Dato Iniciales CBR La siguiente tabla indica la carga aplicada (lb) a diferentes penetraciones de la muestra(plg). MOLDE Nº 1 9 20 Penetración (Plg) golpes
Tabla 17. Datos Iniciales Penetración- Carga Los datos que necesitamos para este ensaño están relacionados con esfuerzos, por lo que se debe
Tabla 18. Datos Penetración- Carga
Numero de golpes por capa 56 25 10 Molde No^1 9 Peso molde + muestra compactada (g)
13146 13080 12574 Peso molde (g)^8532 8713 Volumen del molde (cm3) 2123.1^ 2123.1^ 2123. Lectura de expansión inicial 0.083 0.063 0. Lectura de expansión 1er dia 0.083 0.063 0. Lectura de expansión 2do dia 0.083 0.065 0. Lectura de expansión 3er dia 0.083 0.065 0. Lectura de expansión 4to dia 0.083 0.065 0.
Penetración (Plg) golpes
Ya conociendo los valores de esfuerzo y profundidad de penetración se procede a realizar las gráficas de esfuerzo vs penetración, para así realizar las correcciones de ser necesario, en el caso estudiado fue necesario realizar las 3 correcciones debido a que la geometría de la curva en el inicio en los 3 casos fue convexa, por esta razón se realizan las respectivas correcciones que consisten en el trazo de una recta tangente a la curva, en donde se busca unir el punto más bajo de la cóncava con el punto más alto de la convexa, con esto explicado, se obtienen las siguientes gráficas para cada uno de los ensayos realizados a los diferentes números de golpes.
Grafica 4. Esfuerzo vs penetración 56 golpes
Grafica 5. Esfuerzo vs penetración 25 golpes
Tabla 21. CBR corregido escogido 0,2” CBR de diseño. A partir de los CBR obtenidos para los distintos números de golpes y los pesos específicos secos, se determina el CBR de diseño. El valor de CBR para este suelo bajo las condiciones de humedad y densidad especificadas en la norma, la cual indica que se debe calcular el CBR para la muestra a un 95% de su densidad máxima del suelo seco. Para el cálculo de las densidades se emplean las siguientes formulas.
Haciendo uso de las fórmulas, encontramos los datos esperados, la densidad del suelo seco, para así lograr hacer la relación entre densidad del suelo seco vs CBR corregido con la finalidad de conocer el CBR de diseño al 95% de esta densidad. Capsula Nº (^) 23 55 7 Peso capsula + suelo humedo 151.32 148.91 124. Peso capsula + suelo seco 140.99 137.94 112. Peso capsula 21.16 32.02 21. peso humedo 130.16 116.89 103. peso del agua 10.33 10.97 12. contenido de humedad 8.62 10.36 14. CONTENIDO DE SUELO SECO 119.83 105.92 90. DENSIDAD DEL SUELO SECO (gr/cm3) 2.00 1.86 1. DENSIDAD SUELO HUMEDO (gr/cm3) 2.17 2.05 1.
DENSIDAD MAXIMA gr/cm3 2 DENSIDAD PROCTOR gr/cm3 1. 95% DENSIDAD MAXIMA 1.
CBR DISEÑO (mínimo) 57.2 %
Cálculo de la expansión del suelo. Las lecturas proporcionadas por el equipo de laboratorio fueron los siguientes, indican la expansión a lo largo de los días de ensayo. GOLPES 56 25 10 Lectura de expansión inicial (plg)
Lectura de expansión 1er día (plg)
Lectura de expansión 2do día (plg)
Lectura de expansión 3er día (plg)
Lectura de expansión 4to día (plg)
La fórmula de la expansión es:
Altura del molde: este dato está definido por la norma con un valor de 4.58”
EXPANSIÓN DEL ESPECIMEN (%)
10 25 56 0 0.
ANÁLISIS DE RESULTADOS INV. E -125-13 Determinación de Limite Líquido de los suelos - INV. E -126-13 Determinación e Índice de Plasticidad del Suelo Tomando en cuenta los resultados obtenidos en la práctica de límites y calculando el índice de plasticidad, se procede a utilizar la casa de Casagrande presentada a continuación donde se resaltan los tipos de suelos que se pueden trabajar tomando en cuenta el Limite líquido e índice de plasticidad de éste.
Imagen 1. Carta de Plasticidad de Casagrande Tomada de: https://www.diccionario.geotecnia.online/palabra/carta-de-plasticidad-de-casagrande/ Como lo muestra la Gráfica 2. partiendo de una cantidad de golpes igual a 25 en el aparato del límite liquido se determinó que dicho límite encontrado en el suelo es igual a 27.1%. El Límite plástico calculado como el promedio de la humedad de dicha práctica es de 21.99%. El Índice de plasticidad presente en el suelo arrojó un valor de 5.11% El tipo de suelo según la clasificación usando la carta de Casagrande y tomando la granulometría anteriormente corresponde a una arena limo-arcillosa. Lo anterior en base a la clasificación granulométrica que arroja como una arena y a su vez se realiza un ensayo de Límites de Atterberg debido a la cantidad de finos presentes en la muestra de suelo estudiada. La doble nomenclatura del suelo se debe a que su Índice de Plasticidad se encuentra en un rango de valores entre cuatro
INV.E-142-13 relación de humedad - peso unitario seco en suelos. El ensayo de Proctor modificado según la INV E 142-13 se emplea para determinar la relación entre el peso específico vs la humedad y se representa mediante la curva de compactación. El científico Proctor estudio el predominio que ejercía el contenido inicial de agua del suelo (muestra sin alterar) y observo que el contenido de agua creciente, partiendo desde valores pequeños da como resultado pesos específicos altos, por lo que mejora la compactación en los suelos, pero esto no era constante, sino que al pasar el contenido de humedad por cierto valor los pesos específicos secos disminuían, disminuyendo la compasión de la muestra. Sobre la muestra de arena limo-arcillosa obtenida de la clasificación del suelo se realizaron 4 ensayos de Proctor modificado con el fin de obtener la humedad y el peso específico seco máximo representativo de cada ensayo.
Imagen 4. Metodos para realizar el ensayo de proctor modificado Se utilizó el método C el cual nos brinda una mayor compactación en el suelo a comparación con los métodos A y B, que se diferencian en la cantidad de golpes generados por el martillo (con una energía de compactación aproximada de 2700 KN-m/m3). Se realizan diferentes especímenes aumentando la humedad a medida que se realiza el ensayo, con el fin de encontrar la mejor relación entre la densidad seca y la humedad, hasta que está alcance su mayor densidad en la curva de compactación con poco porcentaje de humedad. Luego se resuelven los cálculos de los datos obtenidos en el laboratorio, posteriormente plasmados en la tabla 14 que serán útiles para realización de la gráfica 3. Después de ubicar en la curva de compactación cada valor de humedad y densidad seca de los diferentes ensayos, se procede a realizar la respectiva regresión lineal para encontrar los valores óptimos, dando como resultado la gráfica 3. Ecuación determinada de la regresión lineal de la gráfica 3.
Se obtiene que después de añadirles valores a esta encontramos los valores de densidad seca optima (el máximo valor de densidad) y humedad optima los cuales fueron:
Densidad máxima seca: 9.1 Kn/mˆ Humedad optima: 19.362% Estos resultados varían de acuerdo con la energía de compactación que es ejercida por el martillo, es de entenderse que, con un número mayor de golpes, una mayor masa y un aumento en la distancia para martillo se evidencia un incremento en la energía de compactación, lo que hace que el suelo se compacte eficientemente. claramente lo anterior va de la mano con la humedad ya que esta está relacionada con la fluidez y hace que las partículas del suelo se acomoden, permitiendo así un mayor acceso de masa de suelo hasta cierto punto. Una buena compactación es fundamental para la capa de subrasante ya que gracias a esta es menos vulnerable a las filtraciones de agua (impermeable) y mejora la compresibilidad. INV. E -148-13 CBR de suelos compactados en laboratorio y sobre muestras inalteradas CBR CORREGIDO 0.1” DATOS 56 25 10 Esfuerzo patrón 1000 1000 1000 Esfuerzo muestra 692 354,5 200 CBR 69,2 35,45 20 CBR CORREGIDO 0.2” DATOS 56 25 10 Esfuerzo patrón 1500 1500 1500 Esfuerzo muestra 1455 690 300 CBR 97 46 20
CBR COREGIDO 0.2” a 56 golpes 97%
Tabla 21. CBR calculado Analizando los valores obtenidos del CBR corregido siguiendo la normativa INV-E-148, la cual indica que el CBR corregido debe ser calculado mediante la relación de esfuerzos del suelo ensayado con el suelo patrón, estos valores nos muestran como a los 56 golpes los valores de CBR para 0.1 pulgadas y 0.2 pulgadas de penetración son 69.2% y 97% respectivamente según la Norma INV-E 148, nos indica que el valor del CBR corregido que se debe tomar para la muestra ensayada debe ser el de 0.1 pulgadas de penetración a 56 golpes, debido a que éste tendrá un valor mayor, pero en el caso de este ensayo esto no ocurrió. La normativa nos indica que para esta situación el ensayo debe ser repetido, con el fin de hallar un valor correcto de CBR por causas obvias esto no se puede realizar, por lo que se decidió emplear los datos ya calculados con un CBR de 97% obtenido de los 56 golpes a una penetración de 0.2 pulgadas, con respecto a esto se desarrollan y despliegan la totalidad de análisis Realizando las investigaciones relacionadas a CBR, para lograr hacer un análisis correcto del CBR con respecto al tipo de suelo y a la funcionalidad que éste puede tener para la construcción de una subrasante encontramos la siguiente tabla, en la cual se describen los rangos de CBR para definir su uso constructivo en las diferentes capas de una vía.
Tabla.22 Clasificación y uso del suelo según el valor de CBR. Fuente: Assis A., 1988. Haciendo el respectivo análisis del valor calculado del CBR con un valor de 97% y basándonos en la tabla 22, tenemos distintos valores de CBR, su uso y clasificación. Se puede decir que le suelo presentado tiene una clasificación cualitativa excelente y se puede usar como una base. Pero cabe recordar que es incierto porque aún se tiene que llevar acabo la repetición del ensayo a causa de que la relación de soporte a 0.2 pulgadas de penetración fue mayor que la de 0.1”, estos valores
Con respecto al otro aspecto analizado en el ensaño de CBR, el cual fue la expansión, La expansibilidad es una propiedad física de los suelos en la que existe un hinchamiento cuando se permite el acceso al agua durante un determinado periodo de tiempo. El porcentaje de expansibilidad obtenido a los diferentes golpes es decir 10,25 y 56, del ensayo 1 fue de -0.30927, el ensayo 2 tuvo un valor de 0.04123 y finalmente el ensayo 3 no se produjo ningún cambio por lo que su valor es de 0.
EXPANSIÓN DEL ESPECIMEN (%)
10 25 56 0 0.
Tabla 23. Expansión del Espécimen Básicamente estos resultados nos quieren decir que a una mayor compactación es suelo se torna más impermeable y se retracta a medida que aumenta el contenido de agua; cuando producimos una compactación optima con golpes 25 por capa el suelo se hincha y se torna expansivo a medida que aumenta la cantidad el contenido de agua por lo que causa una “hinchazón”, el tercer ensayo con 10 golpes por capa se mantiene constante por lo que retracta ni se hincha. Conclusiones: Se determinó el valor de la resistencia de soporte californiana (CBR) para el suelo estudiado en laboratorio. se estableció que dicho suelo no posee propiedades para ser utilizado en el proceso constructivo de una base granular debido a que las propiedades de sus límites no cumplen con lo establecido por la normativa. El suelo estudiado presentó confusión al momento de establecer su respectiva nomenclatura debido a los valores arrojados por la granulometría y los Límites de Atterberg. Pese a lo anterior se logró clasificar el suelo remitiéndose a la normativa y la teoría general del estudio y clasificación de suelos. Se establece que se debe hacer una segunda practica de CBR debido a que los valores de éste expresados en la penetración del suelo a una pulgada (1”) y dos pulgadas (2”) arrojaron que la segunda fue mayor. Sin embargo, remitiéndose a la normativa se continúa realizando el estudio debido a que los valores entre ambas penetraciones son cercanos. Las especificaciones generales de la construcción de carreteras permiten establecer, en el capítulo 3.1, que el suelo estudiado funciona como suelo de un afirmado, es decir, un suelo con las condiciones adecuadas para la construcción de una subrasante. Lo anterior gracias los valores reportados en los cálculos de los Límites de Atterberg y el valor del CBR que se encuentran entre el rango establecido y resultado superior respectivamente establecidos por la normativa. El CBR calculado a los cincuenta y seis golpes y el encontrado con el noventa y cinco por ciento del Proctor (95%) son rangos claves para la construcción del afirmado debido a que el primero muestra el valor patrón que debe ser alcanzo o superado al momento de compactarlo y el segundo el valor que logrará alcanzar el suelo si es lo suficientemente compactado. Se establece que a mayor compactación aumentará la capacidad de soporte del suelo estudiado. Lo anterior se evidencia en la gráfica número siete (7) del archivo.
Referencias: INV. E -123-13 Determinación de tamaños de partículas de Suelo. https://www.invias.gov.co/index.php/informacion-institucional/139-documento-tecnicos/ 1988-especificaciones-generales-de-construccion-de-carreteras-ynormas-de-ensayo-para- materiales-de-carreteras INV. E -125-13 Determinación de Limite Líquido de los Suelos. https://www.invias.gov.co/index.php/informacion-institucional/139-documento-tecnicos/ 1988-especificaciones-generales-de-construccion-de-carreteras-ynormas-de-ensayo-para- materiales-de-carreteras INV. E -126-13 Determinación e Índice de Plasticidad del Suelo. https://www.invias.gov.co/index.php/informacion-institucional/139-documento-tecnicos/ 1988-especificaciones-generales-de-construccion-de-carreteras-ynormas-de-ensayo-para- materiales-de-carreteras INV.E-142-13 Relación de Humedad - Peso Unitario Seco en Suelos. https://www.invias.gov.co/index.php/informacion-institucional/139-documento-tecnicos/ 1988-especificaciones-generales-de-construccion-de-carreteras-ynormas-de-ensayo-para- materiales-de-carreteras INV. E -148-13 CBR de suelos compactados en laboratorio y sobre muestras inalteradas. https://www.invias.gov.co/index.php/informacion-institucional/139-documento-tecnicos/ 1988-especificaciones-generales-de-construccion-de-carreteras-ynormas-de-ensayo-para- materiales-de-carreteras Andrés Sandoval-Vallejo, E., & Albeiro Rivera-Mena, W. (2019). Correlación del CBR con la resistencia a la compresión inconfinada. Ciencia e Ingeniería Neogranadina, 29(1), 135–
151. https://doi.org/10.18359/rcin. Camargo Gómez, A. M., & Rangel Florez, M. A. (n.d.). Comparación del peso específico seco máximo y humedad óptima en los ensayos de compactación para las arenas limosas de la UPB seccional Bucaramanga. Universidad Pontificia Bolivariana-Seccional Bucaramanga.
