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ELABORACIÓN DE UNA GUÍA METODOLÓGICA PARA LAS PRÁCTICAS

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William Noguera

on 5 November 2013

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ELABORACIÓN DE UNA GUÍA METODOLÓGICA PARA LAS PRÁCTICAS
DEL LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS DE LA UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA.

GERALDINES GONZALEZ CERVANTES
WILLIAM HUMBERTO NOGUERA ÁLVAREZ

Trabajo de grado presentado como requisito para optar el
Título de Ingeniero Civil

Director
ING. LEIDY JOHANA QUINTERO LEMUS
INTRODUCCIÓN
Las propiedades físicas y mecánicas del suelo determinan la capacidad que tiene éste para ofrecer los diferentes usos a los que el hombre le dé provecho.

Recopilar las especificaciones necesarias para realizar los ensayos de laboratorio.

Procedimientos basados en las NTC, I.N.V. E, ASTM, AASTHO.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Teoría a la experimentación y observación directa del comportamiento de los suelos.

Primer Manual: Joseph E. Bowles.
En Colombia: Nacional, La Salle, Escuela de Ingenieros.

Ejecución Incorrecta.
Retrasos en la realización de las pruebas.
Resultados Erróneos.
Cancelación de la asignatura.
Atraso en la carrera.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
¿Cómo se soluciona la inadecuada interpretación y aplicación de las normas que rigen los ensayos de laboratorio correspondientes a la mecánica de suelos?


OBJETIVOS
Elaborar una guía metodológica para la realización de ensayos en el laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña.


OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Recopilar la información suministrada en las normas técnicas colombianas (NTC) y las normas internacionales (ASTM).
Plantear el marco conceptual de cada ensayo de laboratorio a desarrollar en la guía metodológica.
Realizar los ensayos de laboratorio correspondientes a la asignatura Mecánica de Suelos.
Plantear procedimientos detallados para la realización de los ensayos.

JUSTIFICACIÓN
Con la creación de este manual quedaran suplidas algunas de las necesidades que se presentan en la realización de ensayos de laboratorio.

La idea de la propuesta es suministrar a los estudiantes y profesores un documento que les permita desarrollar sin inconvenientes los procedimientos de los ensayos.

Crear una herramienta didáctica.

La precaución será la garantía para proporcionar una información confiable en el documento.

MANEJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO
RECOLECCIÓN, CONSERVACIÓN, Y TRANSPORTE DE MUESTRAS DE SUELO EN EL TERRENO
Ensayo de laboratorioN°1 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE AGUA DEL SUELO
1.1 Determinación del contenido de agua del suelo mediante el horno de secado
1.2 Determinación del contenido de humedad mediante un probador con carburo de calcio (Humedómetro)
1.3 Determinación del contenido de agua mediante la estufa (Método Alternativo)
Ensayo de laboratorioN°2 PESO UNITARIO DEL SUELO
Ensayo de laboratorioN°3 MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINACIÓN DEL LIMITE LIQUIDO, DEL LIMITE PLASTICO Y DEL INDICE DE PLASTICIDAD DE LOS SUELOS COHESIVOS
3.1 Determinación del límite liquido de los suelos
3.2 Determinación del límite plástico e índice de plasticidad de los suelos
Ensayo de laboratorioN°4 FACTORES DE CONTRACCIÓN DE SUELOS POR MEDIO DEL MÉTODO DE MERCURIO
Ensayo de laboratorioN°5 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS
5.1 Granulometría por tamizado
5.2 Granulometría por hidrómetro
Ensayo de laboratorioN°6 DETERMINACIÓN DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS SUELOS.
6.1 Gravedad especifica de los agregados finos, método de ebullición
6.2 Gravedad especifica de los agregados finos, método de vacío
6.3 Gravedad especifica de los agregados gruesos
Ensayo de laboratorioN°7 ENSAYO DE RELACIÓN DE HUMEDAD – MASA UNITARIA SECA EN LOS SUELOS
7.1 Ensayo de compactación próctor estándar
7.2 Ensayo de compactación próctor modificado
Ensayo de laboratorioN°8 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD EN EL TERRENO (MÉTODO DEL CONO DE ARENA)
Ensayo de laboratorioN°9 PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS
9.1 Método de la cabeza constante
9.2 Método de la cabeza variable
Ensayo de laboratorioN°10 CONSOLIDACIÓN UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS
Ensayo de laboratorioN°11 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN INCONFINADA DE SUELOS COHESIVOS
Ensayo de laboratorioN°12 ENSAYO DE CORTE DIRECTO BAJO CONDICIONES CONSOLIDADAS Y DRENADAS
Ensayo de laboratorioN°13 DENSIDAD RELATIVA
Ensayo de laboratorioN°14 POTENCIAL DE EXPANSIVIDAD DE UN SUELO EN EL APARATO DE LAMBE
Ensayo de laboratorioN°15 INDICE DE EXPANSIÓN DE LOS SUELOS (EDÓMETRO)
Ensayo de laboratorioN°16 CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA

CONTENIDO
MANEJO Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO
Procedimiento en el laboratorio

Planear adecuadamente el trabajo del laboratorio.
Puntualidad.
Atender y respetar las normas de seguridad.
Realizar las prácticas del laboratorio con responsabilidad.

Equipos e Insumos de Laboratorio

Equipos: Balanzas
 Hornos

Insumos : Cristalería
Elementos de Porcelana
Herramientas
RECOLECCIÓN, CONSERVACIÓN Y TRANSPORTE DE MUESTRAS DE SUELO EN EL TERRENO.
Tipos de sondeos.
Tipo de muestras: Alteradas.
Inalteradas.

Conservación y transporte de muestras
Formas de conservación
Rotulación de las muestras

Métodos de Clasificación
Método A
Método B
Método C
Método D
LABORATORIO
Objetivo del Laboratorio.
Muestra: Alterada o Inalterada.
Seguridad en el laboratorio.
Precauciones para la realización del ensayo.
Equipo de Laboratorio.
Procedimiento.
Cálculos.
Análisis de Resultados.
Normas que rigen el ensayo de laboratorio.
Formato.
Ensayo de Laboratorio N° 4
FACTORES DE CONTRACCIÓN DE SUELOS POR MEDIO DEL MÉTODO DE MERCURIO (NTC 1503; I.N.V. E – 127 – 07) (Límite de Contracción).
Objetivo del Laboratorio:
Determinar experimentalmente el límite de contracción de una muestra de suelo.

Muestra: Alterada.
Exponga el suelo, tal como fue recibido en campo, a la temperatura ambiente hasta que se seque completamente. Rompa completamente los terrones, en el mortero, con el martillo de caucho o con el uso de un muestrador.
Se seleccionan alrededor de 30 g de suelo de la porción completamente mezclada del material que ha pasado por el tamiz 425 mm (No. 40), la cual, se obtiene de acuerdo con la norma ASTM D 421.

Seguridad en el Laboratorio
El mercurio es una sustancia peligrosa que puede ocasionar enfermedad y muerte. La inhalación del vapor de mercurio representa un riesgo serio para la salud. El mercurio también se puede absorber a través de la piel. Los efectos del mercurio son acumulativos.
Advertencias



Fuente: GALLARDO A, Romel J.
Espécimen debe hacerse con una mezcla homogénea, con consistencia cercana o superior al límite líquido.
La capa de vaselina, grasa de silicona o lubricante debe distribuirse muy bien dentro del recipiente.
Distribuya completamente la muestra de suelo y expulse las burbujas de aire presentes en ella.
Recuerde depositar en el recipiente original el exceso de mercurio.
Al finalizar el ensayo, se deben desechar las muestras de suelo contaminadas con mercurio, de una manera que no afecten el medio ambiente.
Precauciones para la realización del ensayo
Equipos de Laboratorio
 Espátula.
 Placa de vidrio.
 Balanza con aproximación de 0.01gr.
 Mercurio.
 Horno de secado a una temperatura de 110°C ± 5°C.
 Guantes de caucho.
 Tamiz N°40
 Vaselina, grasa de silicona o lubricante similar.
 Recipiente metálico pequeño.
 Recipiente de porcelana.
 Recipiente de aluminio.
 Frasco de vidrio.

Procedimiento
Paso 1:
1. Tomar una cantidad de muestra considerable y pasarla por el tamiz N°40. Ver fotografía N°49.
Paso 2:
Seleccione alrededor de 30 gr del material que paso este tamiz y deposítelo en el recipiente de porcelana o en una tara como se aprecia en la fotografía N°50.
Paso 3:
Adicione una cantidad de agua destilada a la muestra, y revuelva como se indica en la fotografía N°51, hasta formar una mezcla pastosa que tenga una consistencia que esté por encima del límite líquido.
Paso 4:
Aplique una delgada capa de vaselina, grasa de silicona o lubricante similar en el interior del recipiente pequeño para evitar que se adhiera la muestra de suelo en el recipiente, luego lleve a la balanza para registrar el peso del recipiente lubricado previamente marcado, como se muestra en la fotografía N°52.
Paso 5:
Con la espátula deposite en el recipiente lubricado una porción de mezcla equivalente a 1/3 del volumen de su capacidad. Golpee suavemente el recipiente sobre el mesón, como se aprecia en la fotografía N°53, de manera que la mezcla se esparza completamente y se expulsen las burbujas de aire.
Paso 6:
Agregue nuevamente mezcla al recipiente y repita el proceso anterior hasta llenarlo completamente y que el exceso de material se rebose por los lados, luego con la espátula enrase la muestra de suelo y limpie el recipiente por fuera, como lo indica la fotografía N°54 presentada a continuación.
Paso 7:
Determine y registre el peso del recipiente más suelo húmedo, ver fotografía N°55.
Paso 8:
Deje secar la muestra a temperatura ambiente hasta que el color cambie de oscuro a claro (o pierda brillo), como se muestra en la fotografía N°56, y lleve al horno de secado a una temperatura de 110°C ± 5°C hasta que alcance un peso constante.
Paso 9:
Retire del horno, deje enfriar a temperatura ambiente, determine el peso del recipiente más suelo seco, como se indica en la fotografía, y saque la muestra del recipiente pequeño.

Paso 10 :
(a):
Agregue mercurio hasta llenar completamente el recipiente pequeño y colóquelo dentro del recipiente de aluminio. Enrase utilizando la lámina de vidrio de tres puntas metálicas, de manera que éstas queden dentro del recipiente pequeño, como se detalla en la fotografía N°59, y realice movimientos circulares para remover el excedente de mercurio del recipiente pequeño.
(b):
Lleve a la balanza el recipiente pequeño con mercurio como se muestra en la fotografía N°60, y registre su peso.
(c):
Deposite el mercurio contenido en los recipientes en su envase original. Véase fotografía N°61.
(d):
Registre el peso del recipiente pequeño en la balanza, para determinar el peso del mercurio contenido en el recipiente, ver fotografía N°62. El peso del mercurio es necesario para determinar el volumen de la muestra húmeda, que se obtiene dividiendo este valor por la densidad del mercurio. (γHg = 13.55 Mg/m3).
Paso 11:
(a):
Colocar el frasco de vidrio sobre el recipiente de aluminio, llene el frasco con mercurio hasta rebosar y enrase utilizando la lámina de vidrio de tres puntas metálicas, vea detalles en la fotografía N°63. Limpie cuidadosamente el mercurio adherido por fuera del recipiente y retire cuidadosamente el frasco de vidrio para devolver al recipiente original el mercurio que se rebasó.
(b):
Vuelva a colocar el frasco de vidrio lleno de mercurio sobre el recipiente de aluminio, y ponga la muestra de suelo seco sobre la superficie de mercurio. Utilizando la lámina de vidrio con las tres puntas, presione la muestra hasta sumergirla, como se observa en la fotografía N°64 presentadas a continuación, y muévala circularmente para que se riegue y se rebose el mercurio desplazado por la muestra seca.
(c):
Retire el frasco de vidrio con la muestra seca y lleve a la balanza el recipiente de aluminio con el mercurio desplazado por la muestra, para registrar su peso en la balanza. Deposite el mercurio en el recipiente original y pese el recipiente de aluminio, fotografía. El peso del mercurio es necesario para determinar el volumen de la muestra seca, que se obtiene dividiendo este valor por la densidad del mercurio. (γHg = 13.55 Mg/m3).
(d):
Deposite el mercurio contenido en el frasco de vidrio en el recipiente original, como se observa en la fotografía N°66, sea cuidadoso al sacar la muestra seca, se recomienda hacerlo de forma inclinada para que no quede mercurio adherido a ella.
CÁLCULOS
1. Determinar el contenido de humedad de la muestra de suelo.

2. Hallar el volumen de la muestra de suelo húmedo y suelo seco.

3. Calcular el límite de contracción de la muestra, de la siguiente manera:

4. Determinar la relación de contracción aplicando la siguiente ecuación:

Análisis de resultados
Registrar los datos tomados del ensayo de laboratorio en el Formato N°4 con el fin de organizar la información y facilitar la realización de los cálculos requeridos.

El cálculo del límite contracción del suelo se realiza aplicando la Ec. 9, la cual está en función del contenido de humedad y el volumen húmedo y seco de la muestra de suelo.

Normas que rigen este ensayo de laboratorio
Norma técnica colombiana NTC 1503 (Factores de contracción de suelos por medio del método de mercurio).
I.N.V. E – 127 – 07 (Determinación de los factores de contracción de los suelos).
AASHTO T 92 – 97 (2001) (Standard Method of Test for Determining the Shrinkage Factors of Soils).
ASTM D 427 – 98 (Test Method for Shrinkage Factors of Soils by the Mercury Method (Withdrawn 2008).
Ensayo de Laboratorio N°9.
PERMEABILIDAD DE LOS SUELOS
METODO DE LA CABEZA CONSTANTE (I.N.V. E – 130 – 07)
Objetivo de Laboratorio:
Determinar el coeficiente de permeabilidad mediante el método de carga constante para suelos granulares.
Muestra:
Alterada.
Seguridad en el laboratorio.
Precauciones para la realización del ensayo.
Equipos de Laboratorio:
 Permeámetro de carga constante.
 Dispositivo de abastecimiento de agua.
 Probeta graduada, capacidad 1000 cm3.
 Balanza de precisión, aproximación 0.1 g.
 Termómetro.
 Cronómetro.
 Calibrador.
 Espátula.
 Metro.

Procedimiento
Paso 1
Paso 2
Paso 3
Paso 4
Paso 5
Paso 6
Paso 7
Paso 8
Paso 9
Paso 10
Paso 11
Paso 12
Paso 13
Paso 14
Paso 15
Paso 16
Paso 17
Paso 18
Paso 19
Cálculos
1. Calcular el coeficiente de permeabilidad por el método de cabeza constante, de la muestra de suelo.

2. Obtener el valor del coeficiente de permeabilidad a la temperatura a 20°C, mediante la siguiente ecuación:
Análisis de Resultados

Normas que rigen este ensayo de Laboratorio:
I.N.V. E – 130 – 07 (Permeabilidad de suelos granulares (cabeza constante)).
AASHTO T 215 – 70 (2003) (Standard Method of Test for Permeability of Granular Soils (Constant Head) (ASTM D 2434-68 (1994e1)).
ASTM D 2434 – 68 (2000) (Standard Test Method for Permeability of Granular Soils (Constant Head))
Formato
GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LOS AGREGADOS FINOS, MÉTODO DE VACÍO
(NTC 1974; I.N.V. E – 128 – 07; I.N.V. E – 222 – 07).
Los profesores y estudiantes de la asignatura de mecánica de suelos de la Universidad Francisco de Paula Santander Ocaña cuentan con una guía metodológica para la realización de las prácticas de laboratorios que facilita la ejecución de cada proceso.

El documento elaborado es una herramienta de trabajo que describe los procedimientos de los ensayos de laboratorio de suelos de una manera detallada, didáctica y sencilla.

Se reducen los inconvenientes en la realización de cada ensayo, debido al explicito planteamiento con el que ha sido elaborada.
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
Es fundamental contar con diversas fuentes de información que faciliten su contenido, lo cual permita describir fácil y detalladamente los conceptos, procedimientos y realización de cálculos correspondiente a cada ensayo.

Se debe disponer de una cámara fotográfica que permita captar buenas imágenes, con el fin de obtener un registro fotográfico amplio y nítido.

Leer las normas previamente a la realización de los ensayos, con el objeto de evitar inconvenientes en la ejecución del proceso con la toma de datos.

La redacción de este documento de consulta debe ser clara para garantizar la buena interpretación.
GRACIAS
Formato
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