Este documento resume los principales aspectos de los ensayos de laboratorio de suelos. Explica que el propósito de los ensayos es clasificar los suelos y cuantificar sus propiedades de ingeniería para el diseño de estructuras viales. Describe los equipos y normas utilizados en el laboratorio, así como los procedimientos para la toma, almacenamiento y preparación de muestras. Finalmente, detalla los principales ensayos de suelos realizados.
2. EL PROPOSITO DE LOS ENSAYOS DE LABORATORIO
ES:
ES:
¾¾¾¾¾CLASIFICAR LOS SUELOS Y MATERIALES
¾CUANTIFICAR LAS PROPIEDADES INGENIERILES
PARA EL DISEÑO DE LAS ESTRUCTURAS DE LA VIA
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3. AASHTO
ASTM
INVIAS
CADA
ENSAYO
TIENE UNA
NORMA:
(VER LIBROS DE
NORMAS DE
ENSAYOS INVIAS)
INVIAS)
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4. LABORATORIO DE SUELOS
- AREAS AMPLIAS Y EQUIPOS COMPLETOS
- AREA DE MANEJO DE MUESTRA
CENTRAL - CUARTO HÚMEDO (T CONTROLADA)
- EQUIPOS
- CALIBRACION PERMANENTE
- FIJO O MOVIBLE
- EN CAMPO - ENSAYOS BASICOS
- ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS
ALGUNOS ENSAYOS QUE NO SE PUEDEN REALIZAR EN EL
LABORATORIO DE CAMPO SE EFECTÚAN EN EL
LABORATORIO CENTRAL
CENTRAL
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5. ƒƒ ƒƒ ƒƒ PERSONAL DE LABORATORIIO
ƒ INGENIEROS
ƒ GEOTECNOLOGOS
ƒ LABORATORISTAS NO GRADUADOS
DEBEN REALIZARSE PROGRAMAS DE
ENTRENAMIENTO PARA CALIFICAR EL PERSONAL
PERSONAL
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6. ASPECTOS MINIMOS:
¾MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE MUESTRAS
¾SELECCIÓN DE LAS MUESTRAS
¾ PREPARACION DE MUESTRAS
¾ PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO DE ACUERDO A LA NORMA
¾ PRECISION DE LAS MEDIDAS
¾ MANTENIMIENTO Y CALIBRACION DE LOS EQUIPOS
¾ REVISION Y CHEQUEO DE LOS DATOS Y CALCULOS
¾ PRESENTACION DE LOS CALCULOS Y DATOS
¾¾¾¾¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ¾¾ ASEGURAMIENTO DE CALIDAD
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7. Calibración del equipo
99Tamices, hornos,moldes de compactación, celdas de
triaxial y permeabilidad en forma periódica para
tolerancias de dimensiones.
99Equipos de compresión - - ->Chequeados cada tres
meses y calibrados anualmente.
99Balanzas - - -> diariamente para nivelación y
ajuste.
99Software - - -> periodicamente.
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8. DATOS ERRONEOS CONDUCEN A DISEÑOS
EQUIVOCADOS
“UN ENSAYO BIEN HECHO ES MEJOR QUE MUCHOS
ENSAYOS MAL HECHOS””
HECHOS”
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9. CANTIDAD DE ENSAYOS NECESARIOS
DEPENDEN DE:
ƒƒƒƒ ƒƒ ƒCOMPLEJIDAD DEL PROYECTO
ƒ MAGNITUD DE LAS CARGAS
ƒ CONOCIMIENTO ANTERIOR (INFORMACION
SECUNDARIA)
ƒ LIMITACIONES GEOLOGICAS DETECTADAS
ƒ HETEROGENEIDAD DE LOS SUELOS
ƒƒ ƒƒ JAIME SUAREZ DIAZ
10. ƒNOMBRE DEL PROYECTO
ƒNUMERO DEL PROYECTO
ƒNUMERO DE SONDEO
ƒPROFUNDIDAD DE LA MUESTRA
ƒFECHA DE TOMA
ƒOBSERVACIONES DE DETALLES INUSUALES
ƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒƒMANEJO DE LAS MUESTRAS
- IDENTIFICACION COMPLETA:
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11. LAS MUESTRAS DEBEN ENSAYARSE TAN
PRONTO COMO SEA POSIBLE
POSIBLE
LAS MUESTRAS QUE NO SE ENSAYEN
INMEDIATAMENTE, DEBEN SELLARSE PARA QUE NO
PIERDAN HUMEDAD Y GUARDARSE EN EL CUARTO
HUMEDO A HUMEDAD RELATIVA CERCANA AL 100%.
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12. ¾LOS TUBOS DEBEN GUARDARSE
VERTICALMENTE
¾¾¾NO DEBEN COLOCARSE UNAS
MUESTRAS ENCIMA DE OTRAS
¾¾OTRAS
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13. ¾LA EXTRUSION DE LA MUESTRA DE UN
TUBO DEBE HACERSE EN LA MISMA
DIRECCION DE LA TOMA DE LA MUESTRA.
¾¾¾LOS EXCESOS DE TUBO LIBRE DEBEN
CORTARSE ANTES DE EXTRUIR LA MUESTRA.
¾¾JAIME SUAREZ DIAZ
14. LAS MUESTRAS INALTERADAS SE
DEBEN GUARDAR SELLADAS CON
CERA EN VARIAS CAPAS
CAPAS
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15. CORTADO DE LAS MUESTRAS
UTILIZAR UNA CUERDA MUSICAL FINA
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16. ƒƒƒEL RECOBRO DE LA MUESTRA NO DEBE SER
SUPERIOR NI INFERIOR A 1.0
ƒ EN LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA NO DEBEN
OBSERVARSE DISTORSIONES VISIBLES
ƒ LA LONGITUD Y EL PESO DE LA MUESTRA NO
DEBEN CAMBIAR DURANTE EL TRANSPORTE,
ALMACENAMIENTO Y MANEJO
ƒƒ ƒƒ MUESTRAS IINALTERADAS
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17. EL CUARTO HUMEDO
Las muestras deben guardarse en un ambiente
húmedo para prevenir cambios en la humedad
humedad
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18. Pregunta : Que está mal en este cuarto húmedo ?
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19. Tobos Shelby vistos con rayos X
Los rayos X se utilizan para detectar problemas en las
muestras durante el muestreo y el transporte y para
observar su cualidad.
JAIME SUAREZ DIAZ
20. Cuál pudo ser la causa de la separación que se ve en esta
fotografía de rayos X
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22. Conceptos teóricos básicos a tener en
cuenta :
¾¾ Relaciones Peso-volumen
¾¾ Procesos de carga-deformación
¾¾ Principios de esfuerzos efectivos
¾¾ Sobrecargas
¾¾ Selección y asignación de ensayos
¾¾ Identificación visual de los suelos
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23. ‰ Minerales compuestos de :
¾Granos de suelo
¾Agua
¾ Aire
‰‰ ¾¾¾¾¾¾Las tres fases de los suelos
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24. ‰ El Peso y volumen de las
muestras depende de :
¾ Gravedad específica de los
granos de suelo (sólidos)
¾ El tamaño y espacio entre
los granos de suelo.
(vacíos y poros)
¾ Volumen de vacíos lleno de
agua
‰‰ ¾¾¾¾¾¾Relaciones Peso - Volumen
•aire
•Agua
•sólidos
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25. RELACIONES PESO-VOLUMEN
Humedad w
Gravedad específica G
Peso unitario γγ
γ
Porosidad n
Relación de vacíos e
% de saturación S
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26. ‰ La deformación depende de :
¾ El contacto grano-grano (Fuerzas
intergranulares)
¾ El volumen de agua en los vacíos
‰ Al deformarse por compresión el suelo :
¾ Incrementa el contacto grano-grano
¾ Soporta las cargas aplicadas
‰‰ ¾¾¾¾‰‰ ¾¾¾¾Carga - Deformación
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27. ‰ Si la cantidad de agua en los vacíos aumenta:
¾ Aumenta la presión del agua de los poros sobre los
granos.
¾ Se reducen las fuerzas de contacto intergranulares.
‰ Si la muestra se satura :
¾ El aire de los vacíos es expulsado
¾ Las partículas de suelo se reacomodan
‰‰ ¾¾¾¾ ‰‰ ¾¾¾¾reacomodan
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28. Esfuerzos Efectivos en Suelos Saturados
‰‰ Para suelos por debajo del nivel de agua:
¾¾ El suelo está saturado
¾¾ Esfuerzo total ())) = Peso unitario total ×× profundidad
(z)
¾¾ Presión de poros (u) = Peso unitario del agua ×× altura de
agua (z)
¾¾ Presión efectiva ())’’) = )) - u
™™ Para suelos parcialmente saturados la presión
efectiva está influenciada por :
¾¾ Estructura de suelo
¾¾ Grado de saturación
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29. Sobrecargas
¾¾ Los suelos están afectados
por el peso del suelo sobre
ellos.
¾¾ Cuando se toma una
muestra los esfuerzos de
sobrecarga se alivian
¾¾ En el ensayo se deben re-establecer
las condiciones
in-situ.
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30. ¾¾ Elementos de suelo por encima del nivel de
agua:
¾¾ uo = 0 (Completamente seco)
¾¾ uo = γγw (z - zw) (Capilaridad completa)
‰‰ Elementos de suelo por debajo del nivel freático
¾¾Presión de sobrecarga total : σσvo = γγt ΔΔz
¾¾Presión de sobrecarga efectiva σσ’’vo = σσvo - uo
¾¾ uo = γγw (z - zw)
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31. Criterios para determinar la extensión
del programa de ensayos
ensayos
¾¾ Tipo y tamaño del proyecto
¾¾ Cargas a colocarse sobre los suelos de fundación
¾¾ Tipos de cargas
¾¾ Tolerancias críticas del proyecto
¾¾ Variaciones verticales y horizontales del perfil de suelo
¾¾ Peculiaridades conocidas o sospechadas de los suelos en
la locación del proyecto.
¾¾ Presencia observada de intrusiones, fisuras,
concresiones, superficies de falla etc.
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33. NORMAS DE ENSAYO DE MATERIALES PARA
NORMAS
I.N.V.E. –– – 101
A I.N.V.E. 171
CARRETERAS
CARRETERAS
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34. I.N.V.E. –– – 101 INVESTIGACION Y ROCAS PARA PROPOSITOS DE INGENIERIA
I.N.V.E. –– – 102 DESCRIPCION E IDENTIFICACION DE SUELOS
I.N.V.E. –– – 103 CONSERVACION Y TRANSPORTE DE MUESTRAS DE SUELOS
I.N.V.E. –– – 104 PROCEDIMIENTOS PARA LA PREPARACION DE MUESTRAS DE SUELO POR
CUARTEO
I.N.V.E. –– – 105 OBTENCION DE MUESTRAS PARA PROBETAS DE ENSAYO MEDIANTE
TUBOS DE PARED DELGADA
I.N.V.E. –– – 106 PREPARACION EN SECO DE MUESTRAS DE SUELO PARA ANALISIS
GRANULOMETRICO Y DETERMINACION DE LAS CONSTANTES FISICAS
I.N.V.E. –– – 107 PREPARACION DE MUESTRAS HUMEDAS DE SUELO PARA ANALISIS
GRANULOMETRO Y DETERMINACION DE LAS CONSTANTES FISICAS
I.N.V.E. –– – 108 PERFORACION CON BROCAS DE DIAMANTE PARA INVESTIGACIONES EN EL
SITIO
I.N.V.E. –– – 109 MUESTREO DE SUELOS MEDIANTE TUBO CON CAMISA INTERIOR DE
ANILLOS
I.N.V.E. –– – 110 INVESTIGACION Y MUESTREO DE SUELOS MEDIANTE BARRENAS CON
VASTAGO HUECO
I.N.V.E. –– – 111 ENSAYO DE PENETRACION NORMAL Y MUESTREO CON TUBO PARTIDO DE
LOS SUELOS
I.N.V.E. –– – 112 TOMA DE MUESTRAS SUPERFICIALES DE SUELO INALTERADO
35. I.N.V.E. –– – 121 DETERMINACION DEL CONTENIDO ORGANICO EN SUELOS MEDIANTE
PERDIDA POR IGNICION
I.N.V.E. –– – 122 DETERMINACION EN LABORATORIO DEL CONTENIDO DE AGUA
(HUMEDAD) DE SUELO, ROCA Y MEZCLAS DE SUELO –– – AGREGADO
I.N.V.E. –– – 123 ANALISIS GRANULOMETRICO DE SUELOS POR TAMIZADO
I.N.V.E. –– – 124 ANALISIS GRANULOMETRICO POR MEDIO DEL HIDROMETRO
I.N.V.E. –– – 125 DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO DE LOS SUELOS
I.N.V.E. –– – 126 LIMITE PLASTICO E INDICE DE PLASTICIDAD
I.N.V.E. –– – 127 DETERMINACION DE LOS FACTORES DE CONTRACCION DE LOS SUELOS
I.N.V.E. –– – 128 DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO DE LOS SUELOS Y DEL
LLENANTE MINERAL
I.N.V.E. –– – 129 HUMEDAD CENTRIFUGA EQUIVALENTE
I.N.V.E. –– – 130 PERMEABILIDAD DE SUELOS GRANULARES
I.N.V.E. –– – 131 pH DE LOS SUELOS
I.N.V.E. –– – 132 DETERMINACION DE SUELOS EXPANSIVOS
I.N.V.E. –– – 133 EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS
36. I.N.V.E. –– – 141 RELACIONES DE PESO UNITARIO –– – HUMEDAD EN LOS SUELOS EQUIP NORMAL
I.N.V.E. –– – 142 RELACIONES DE PESO UNITARIO –– – HUMEDAD EN LOS SUELOS EQUIPO MODIFICADO
I.N.V.E. –– – 143 ENSAYO DE COMPACTACION CONSIDERANDO FAMILIAS DE CURVAS METODO DE
UN PUNTO
I.N.V.E. –– – 144 RELACIONES ENTRE LA CAPILARIDAD Y LA HUMEDAD PARA SUELOS DE GRANO
MEDIANO A GRUESO POR MEDIO DEL APARATO DE PLACA POROSA
I.N.V.E. –– – 145 RELACIONES ENTRE LA HUMEDAD Y LA CAPIRALIDAD PARA SUELOS FINOS POR
MEDIO DEL APARATO CON LA MEMBRANA A PRESION
I.N.V.E. –– – 146 DETERMINACION DE LA DENSIDAD Y HUMEDAD DE EQUILIBRIO
I.N.V.E. –– – 147 DETERMINACION DEL VALOR DE RESISTENCIA R Y DE LA PRESION DE EXPANSION
DE SUELOS COMPACTADOS
I.N.V.E. –– – 148 RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO
I.N.V.E. –– – 149 MEDICIONES DE LA PRESION DE POROS
I.N.V.E. –– – 150 DETERMINACION DE LA HUMEDAD EN SUELOS MEDIANTE UN PROBADOR CON
CARBURO DE CALCIO
I.N.V.E. –– – 151 CONSOLIDACION UNIDIMENSIONAL DE LOS SUELOS
I.N.V.E. –– – 152 COMPRESION INCONFINADA EN MUESTRAS DE SUELOS
I.N.V.E. –– – 153 PARAMETROS DE RESISTENCIA DEL SUELO MEDIANTE COMPRESION TRIAXIAL
I.N.V.E. –– – 154 DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL CORTE METODO DE CORTE DIRECTO (CD)
(CONSOLIDADO DRENADO)
I.N.V.E. –– – 155 RESISTENCIA NO DRENADA EN ESPECIMENES DE ROCAS MEDIANTE COMPRESION
TRIAXIAL SIN MEDIR PRESIONES DE POROS
I.N.V.E. –– – 156 MODULO RESILIENTE DE SUELOS DE SUBRASANTE
I.N.V.E. –– – 157 DETERMINACION DE LA SUCCION DE UN SUELO CON EL METODO DEL PAPEL DE
FILTRO
37. I.N.V.E. –– – 161 PESO UNITARIO DEL SUELO EN EL TERRENO METODO DEL CONO DE
ARENA
I.N.V.E. –– – 162 PESO UNITARIO DEL SUELO EN EL TERRENO METODO DEL BALON DE
CAUCHO
I.N.V.E. –– – 163 PESO UNITARIO DEL SUELO EN EL TERRENO METODO DEL CILINDRO
PENETRANTE
I.N.V.E. –– – 164 PESO UNITARIO DEL SUELO Y DEL SUELO-AGREGADO EN EL TERRENO
MEDIANTE METODOS NUCLEARES
I.N.V.E. –– – 165 DETERMINACION DE LA HUMEDAD EQUIVALENTE DE SUELOS EN EL
TERRENO
I.N.V.E. –– – 166 HUMEDAD DEL SUELO-AGREGADO EN EL TERRENO METODOS NUCLEARES
I.N.V.E. –– – 167 RATA DE INFILTRACION DE AGUA EN EL TERRENO EMPLEANDO
INFILTROMETROS DE ANILLO DOBLE
I.N.V.E. –– – 168 ENSAYO DE PALCA CON CARGA ESTATICA NO REPETIDA, PARA EMPLEAR
EN LA EVALUACION Y DISEÑO DE PAVIMENTOS
I.N.V.E. –– – 169 RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL TERRENO
I.N.V.E. –– – 170 ENSAYO DE CORTE SOBRE SUELOS COHESIVOS EN EL TERRENO, USANDO
LA VELETA
I.N.V.E. –– – 171 INSTALACION, MONITORIA Y PROCESAMIENTO DE DATOS DE
INCLINOMETRO DE RECORRIDO PARA TALUDES
38. Ensayo de compactación
¾ Se realizan ensayos de
compactación variando
los contenidos de agua.
¾¾ ¾ Se grafica densidad
contra humedad
¾¾ humedad
JAIME SUAREZ DIAZ
44. Ensayo de
Contenido de materia orgánica
¾ Se secan las muestras a 110ºC y se pesan.
¾ Las muestras se calientan gradualmente hasta
440ºC, y se mantienen a esa temperatura.
¾ La pérdida de peso (%) es el contenido de
materia orgánica
¾¾¾¾¾¾JAIME SUAREZ DIAZ
45. Ensayo de permeabilidad
„ Cabeza constante
– Permeabilidad de materiales gruesos
(permeables).
– El gradiente hidráulico es constante
„ Cabeza variable
– Permeabilidad de arcillas
„ El gradiente hidráulico disminuye a medida
que el agua atravieza la muestra.
„„ –– –– „„ –– „„ JAIME SUAREZ DIAZ
46. PERMEABIILIIDAD
Q = K x i x A
Q = CAUDAL
i = GRADIENTE HIDRAULICO
A = Área
K = COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD
47. ENSAYO DE PERMEABIILIIDAD
SUELOS GRUESOS ENSAYO DE CABEZA CONSTANTE
SUELOS FINOS ENSAYO DE CABEZA VARIABLE
JAIME SUAREZ DIAZ
48. PERMEABIILIIDAD
SUELO K –– CM/SEG
GRAVA 1 A 100
ARENA GRUESA 1 A 0.01
ARENA FINA 0.01 –– 0.001
LIMOS 0.001 –– 0.0001
ARCILLA 0.000001
51. ¾ Se coloca una
muestra inalterada en
un cilindo anular y se
le van colocando
cargas incrementales
midiendo la
deformación vertical.
¾¾Ensayo de Consolidación
JAIME SUAREZ DIAZ
67. Analogía del resorte
Presión total =
presión en el esqueleto (efectiva) + presión en el agua
JAIME SUAREZ DIAZ
68. Relación de vacíos vs. Log de Presión
RReeccoonnssoolliiddaacciioonnCCoonnssoolliiddaacciioonnVViirrggeenn
e
IInnddiiccee ddee Coompprreessiióónn Ccc
CCrr PPcc
C
c
c
Log P
Cc = Indice de compresión
Cr = Indice de re-compresión
Pc = Preconsolidación
JAIME SUAREZ DIAZ
69. Terraplén
Y = 20
ARENA GRAVOSA
Y = 18
AArrcciillllaa bbllaannddaaYY == 1166 eeOO == 22..009966
Arreennaa
Calcular 1. Asentamiento
2. Tiempo
8
7
22
Ejemplo
JAIME SUAREZ DIAZ
70. Curva e-log P
ΔΔ PP == 22990000
PP00 ++ ΔΔ PP == 44440000
e eo = 2.096
ee11 == 11..558822
PP00
ΔΔee == 00..551144
P0 =
1500
Cc =1.1
Log P
JAIME SUAREZ DIAZ
73. Ensayo de potencial de expansión de
arcillas
arcillas
¾Coloque la muestra en un
anillo.
¾ Aplique una sobrecarga
¾ Saturela
¾Mida la altura de expansión
¾¾¾¾¾¾¾¾JAIME SUAREZ DIAZ
74. Ensayo de prresiión de expansiión
FUERZA DE EXPANSION
MUESTRA
Coloque la muestra en un anillo.
Saturela
Mida la presión de expansión
expansión
JAIME SUAREZ DIAZ
78. Ensayo de potencial de colapso
¾Coloque la muestra en un anillo
¾ Colóquele una carga
¾ Satúrela
¾Mida la deformación (hundimiento)
¾¾¾¾¾¾¾¾JAIME SUAREZ DIAZ
79. ENSAYO C..B..R..
CALIFORNIA BEARIN RATIO
DESARROLLADO EN 1929
CARGA
CILINDRO DE
1935 MM2 DE
AREA
PENETRAR
2.5 MM
5.0 MM