1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL ASIGNATURA: MECÁNICA DE SUELOS II CÓDIGO DE LA MATERIA CIV 502 TOMO 1 - CAPÍTULO VIII Unidades de Cátedra TEMA: Fenómeno capilar y proceso de contracción Nivel: Quinto - Semestre: Quinto - Paralelo “A y B” Período Académico. Miércoles 01 de Abril del 2015 – Agosto del 2015 Campus Universitario “Ms.C. Edison Riera Rodríguez” Av. Antonio José de Sucre km 1 ½ vía a Guano Teléfonos: 2364316 – 2364315 – 2364314 – 2364307 RIOBAMBA – CHIMBORAZO - ECUADOR Riobamba, Miércoles 01 de Abril del 2014 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Armando Granizo Lara INGENIERO CIVIL Especializado en Hidráulica Cursando Maestría en Seguridad Industrial, Prevención y Mención Ocupacional Ex -Técnico del Departamento de Infraestructura. Ex - Docente de la Asignatura Hidromecánica I, Ex - Docente de la Asignatura de Mecánica de Suelos I, Docente de la Asignatura Mecánica de Suelos II y III. Docente de la Asignatura de Topografía I, de la Carrera de Ingeniería Civil, Escuela de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Chimborazo. Email:
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[email protected] Blogs: armandogranizolara.blogspot.com nucleoinvetigacionmecanicadesuelos.blogspot.com www.unach.edu.ec Oferta Académica – Blog Docente Teléfonos: 032-952409; 032-606607; 032-952400-032 966551 Celular No. 0997059073 3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Contenido 8. Fenómeno capilar y proceso de contracción ................................................................................................ 7 8.1. Tensión superficial. Generalidades. ...................................................................................................... 7 Figura 8.1: Menisco semiesférico formado en el extremo inferior de un tubo ............................................ 8 8-2. Ángulo de contacto. ............................................................................................................................. 11 8-3. Ascensión capilar. ................................................................................................................................ 13 8-4. Efectos capilares....................................................................................................................... 15 8-5. Proceso de contracción en suelos finos. ......................................................................................... 21 Anexo VIII-a ..................................................................................................................................................... 23 Fórmula de LAPLACE........................................................................................................................................ 23 Anexo 8-c ......................................................................................................................................................... 29 Problemas resueltos ........................................................................................................................................ 29 Problema resuelto No.1 .............................................................................................................................. 29 Problema resuelto No.2 .............................................................................................................................. 32 Problema resuelto No.3 .............................................................................................................................. 32 Problema resuelto No.4 .............................................................................................................................. 33 Problemas propuestos..................................................................................................................................... 36 Problema propuesto No. 1 ......................................................................................................................... 36 Problema propuesto No. 2 ......................................................................................................................... 37 Ejercicio propuesto No. 3 ............................................................................................................................ 38 Referencias ...................................................................................................................................................... 48 Bibliogrfía ........................................................................................................................................................ 48 Aneo IX-a ......................................................................................................................................................... 62 El régimen de Poiseuille .................................................................................................................................. 62 Anexo IX-d ....................................................................................................................................................... 62 Variación de la Permeabilidad de los suelos con la relación de vacíos ........................................................... 62 1. Exploración y muestreo de suelos ..................................................................................................... 81 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 1.1. Introducción ................................................................................................................................... 81 1.1.1. Tipos de sondeos ..................................................................................................................... 81 1.1.2. Aspectos importantes .............................................................................................................. 82 1.2. Tipos de sondeos. ........................................................................................................................ 82 1.2.1. Métodos de exploración de carácter preliminar. ............................................................. 82 1.2.2. Métodos de sondeo definitivo. ........................................................................................... 82 1.2.3. Métodos geofísicos .............................................................................................................. 83 1.2.4. Descripción de los diferentes Métodos. ............................................................................ 83 1.3. Sondeos Exploratorios. ................................................................................................................ 83 a) Pozo a cielo abierto ......................................................................................................................... 83 c.1) Equipo de perforación. ..................................................................................................................... 89 b.3.3. Esquema del equipo de perforación ............................................................................................. 89 1.4. Métodos de sondeo definitivo ..................................................................................................... 99 c.1. Elementos que componen la máquina perforadora ........................................................................... 105 c.2. Elementos que componen el muestreador para broca de diamante. ................................................ 107 c.3. Elementos que componen el muestreador tipo cáliz. ........................................................................ 107 c.4. Elementos que componen algunos tipos de brocas. .......................................................................... 107 1.5. Métodos Geofísicos ....................................................................................................................... 108 2. Método de resistividad eléctrica ................................................................................................... 111 3. Métodos magnéticos y gravimétricos .......................................................................................... 112 3.1. Número, tipo y profundidad de los sondeos. .......................................................................... 112 3.2. Piezómetros ................................................................................................................................. 114 Anexo A-a ................................................................................................................................................ 115 Diseño e Instalación de Piezómetros para medida de presiones neutrales en los suelos plásticos. .................................................................................................................................................. 115 A-a.1. Diseño y construcción de la celda Porosa. ............................................................................. 115 A-a.2. Diseño y Construcción de un apisonador. ................................................................................... 116 A-a.3. Instalador del Piezométrico ................................................................................................... 116 A-a.4. Mediciones ........................................................................................................................... 118 5 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Derecho reservado ........................................................................................................................................ 125 6 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Unidades de Cátedra TEMA: Fenómeno capilar y proceso de contracción 7 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 8. Fenómeno capilar y proceso de contracción 8.1. Tensión superficial. Generalidades. Cuando se altera la forma de la superficie de un líquido, de manera que el área aumente, es preciso realizar para ello un trabajo; éste se recupera cuando la superficie se retrae a su forma primitiva, de modo que la superficie en cuestión resulta capaz de almacenar energía potencial. El trabajo necesario para aumentar el área de una superficie líquida resulta ser, experimentalmente, proporcional al aumento, definiéndose como coeficiente de tensión superficial la relación entre ambos conceptos Símbolo Significado Unidades Trabajo Es el coeficiente de tensión superficial Dinas/cm Área de una superficie líquida De donde: Símbolo Significado Unidades Es el coeficiente de tensión superficial Dinas/cm Trabajo Área de una superficie líquida De sonde Entonces , es el coeficiente mencionado, que se mide en unidades de trabajo o energía entre unidades de área o sea, por ejemplo, en dinas/cm. Representa la fuerza por unidad de longitud, en cualquier línea sobre la superficie. Puede probarse que cuando un líquido presenta al aire una superficie curva, se genera en ese menisco curvo un desnivel de presión, de modo que la presión en el lado convexo es siempre menor que la existente en el lado cóncavo. 8 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Una demostración particular de esta afirmación, para el caso de un menisco semiesférico se da a continuación. En el anexo 8-a, refiere la “Fórmula de Laplace”, aparece una demostración general, para una superficie cualquiera. Boquilla P (Presión) Ø=1mm tubo (Presión atmosférica) Aire (Presión atmosférica) Presión r Menisco semiesférico (Presión atmosférica) Figura 8.1: Menisco semiesférico formado en el extremo inferior de un tubo En el dispositivo de la Figura. 8-1 que muestra el menisco semiesférico formado en el extremo inferior de un tubo, se inyecta aire a un tubo de pequeño diámetro (1 mm aproximadamente) a través de la boquilla, a la presión . El líquido enrasado en el extremo del tubo cede por la presión formando un menisco, que provoca un aumento en la superficie que encierra al tubo. Se demuestra que inmediatamente antes de que el menisco se rompa al crecer , adopta la forma de una semiesfera. Se supondrá al dispositivo, en lo que sigue, en esa condición. El área de la semiesfera es: Siendo: Símbolo Significado Unidades A Área de la semiesfera π pi (Constante matemática) R 9 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. El radio del menisco formado Dinas/cm. De donde Entonces: Siendo R el radio del menisco formado es igual al radio del tubo. Si ese radio varía a: , El área de la esfera se incrementará en ) Según la expresión (8-1), el trabajo necesario para lograr ese incremento será Al sustituir la expresión (8-1.2) en la ecuación anterior queda: En el lado cóncavo del tubo, existe la presión , mientras en el convexo, obra Presión atmosférica, si se desprecia el pequeño aumento de presión hidrostática con la profundidad, bajo la superficie libre del líquido que rodea al tubo. Símbolo Significado Presión Presión atmosférica Lado convexo lado cóncavo Lado cóncavo Lado convexo Cóncavo y convexo: Término que se utiliza tanto en las matemáticas, especialmente en geometría, en física como en Mecánica de Suelos, específicamente en este capítulo, Cóncavo para hacer referencia a un tipo de ángulo que se genera ante una curva, que supone el lado interno de la misma, es decir donde se genera la cavidad interna. El opuesto a lo cóncavo es el término convexo, es el lado externo de la curva. La etimología de la palabra cóncavo no es toda clara sostiene que 10 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. puede provenir del término latino cavus o cavidad, también se estima que el término griego kutus daría cavidad 1 http://www.defincionabc.com/ciencia. Considérese un elemento del área del menisco . La fuerza neta que obra en esa área es: -------- (6) Símbolo Significado Presión Presión atmosférica Elemento del área del menisco La fuerza neta que obra en esa área del menisco Y cuando el área del menisco se incrementa , esa fuerza realizará un trabajo -------- (7) Ya que es la distancia radial recorrido por el menisco. Símbolo Significado Trabajo Presión Presión atmosférica Elemento del área del menisco Es la distancia radial recorrido por el menisco El trabajo total realizado en el incremento , se puede obtener integrando la expresión anterior a toda el área del menisco, de modo que: -------- (8-3) Las expresiones anteriores (8-2) y (8-3), pueden igualarse: -------- (8) -------- (9) 11 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. = Presión en el lado convexo del menisco = Presión en el lado cóncavo del menisco = Coeficiente de tensión vertical = Radio del menisco formado, que es igual al radio del tubo La fórmula (8-4) indica que la presión , en el lado convexo del menisco es siempre menor que la presión en el cóncavo, que en el caso de este experimento fue proporcionada con aire comprimido introducido en el tubo. Puede verse en el anexo VIII-a. “Fórmula de Laplace”, es caso particular, para menisco esférico, de la fórmula de Laplace, más general, válida para una superficie de forma cualquiera. 8-2. Ángulo de contacto. Considérese en un líquido abierto al aire la zona de contacto con la pared sólida del recipiente. De acuerdo con las leyes de la hidrostática, la superficie del líquido sería la mostrada en la Figura VIII-2. “Contacto de un líquido y su pared, sin tomar en cuenta la formación de meniscos”. Considérense las moléculas superficiales del líquido en la inmediata vecindad con la pared sólida. Una de esas moléculas está solicitada por fuerzas de dos tipos: Fuerzas por Cohesión; y, Fuerzas por Adhesión. Fuerzas por Cohesión.- Son debidas a la acción de las restantes moléculas del líquido. Fuerzas por Adhesión.- Son ejercidas por las moléculas de las paredes del recipiente. 12 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. En la figura VIII-3. “Formación de los meniscos”. En el gráfico (a) y (b), se muestran dos posibilidades frecuentes. En el gráfico (a), dada la naturaleza del líquido y del sólido, la resultante de las fuerzas de adhesión, y de cohesión se dispone de modo que tiene la inclinación mostrada. En (b), dominan más las fuerzas de cohesión y ello hace variar la inclinación de la resultante. Se sabe que, para que un líquido pueda estar en reposo es condición necesaria los empujes que sufra sean normales a la superficie correspondiente. Por esto, puto que el líquido está en equilibrio, la superficie debe curvarse de modo des ser normal a las fuerzas R en cada caso. En algunos líquidos, el caso (a) es el representativo; en otros se presenta el caso (b). Así se forman los meniscos cóncavos o convexos, según la naturaleza del líquido y del material que constituya l pared del recipiente. El agua, por ejemplo, forma meniscos cóncavos con el vidrio, mientras el mercurio los forma convexos. El ángulo que forma el menisco con la pared del recipiente se denomina ángulo de contacto y, en lo que sigue, se representa por Si es convexo. , vale casi 0° entre vidrio limpio y húmedo y agua destilada, mientras que el mercurio y el vidrio forman menisco bajo ángulos del orden de 140°. La Plata limpia y el agua producen ángulos de contacto muy cercanos a 90° (menisco recto o ausencia de él). 13 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 8-3. Ascensión capilar. Cuando un líquido está en contacto con las paredes de un tubo, la forma de su superficie se encorva. Si el líquido es agua y las paredes del tubo son sólidas, el menisco es generalmente cóncavo. Si el tubo es de pequeño diámetro (capilar) las alteraciones de la superficie en toda la periferia producen una superficie (menisco) cuya forma tiende a la esférica, muy aproximadamente. En adelante, se supondrá que ésa es la forma del mencionado menisco. En el inciso VIII-1. “Subtema: Tensión superficial. Generalidades”, se vio que cuando la superficie de un líquido se agrandaba, era preciso emplear para ello un trabajo, que incrementaba la energía potencial de la superficie. Tal es el caso de la formación de los meniscos, pues cualquier superficie encorvada, dentro del tubo, tiene mayor área que l superficie plana original. Luego, al formar el menisco, la superficie líquida almacena energía potencial. Si se asimila el trabajo realizado al generado por una fuerza ficticia en el desplazamiento , la energía potencial almacenada será: 14 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. La superficie del menisco debe ser de equilibrio, luego en la condición de menisco formado debe tenerse . Por lo tanto, para la superficie de líquido que forma un menisco debe cumplirse: Por lo que, en esa superficie, la energía potencial almacenada será máxima o mínima: En Mecánica es fácil demostrar que la primera condición corresponde a un equilibrio inestable y que sólo la segunda garantiza el equilibrio estable que se presenta en el menisco de un tubo capilar. Luego en la superficie del menisco la energía potencial almacenada al incrementarse el área debe ser mínima; pero en el inciso VIII-1, que se describió en el subtema “Tensión superficial. Generalidades, se vio que esa energía era proporcional al aumento del área de la superficie, luego dicha área del menisco debe cumplir la condición de exigir un cambio mínimo en su valor para cualquier cambio de la curvatura original. Es sabido que la forma esférica cumple esa notable condición. Se concluye, pues, que un tubo capilar el menisco cóncavo del agua debe tender a formas esféricas, como formas de equilibrio estable. Obsérvese el tubo capilar de la figura VIII-4. “Ascensión capilar”, de la gráfica (a) con el agua colocada al ras, pero con un menisco formado. 15 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. De lo anterior, se deduce que, si el tubo es de pequeño diámetro, la forma del menisco podrá considerarse cercana a la esférica, con suficiente aproximación para los fines actuales. En la figura VIII- 1. Menisco semiesférico formado en el extremo inferior de un tubo”, se demostró que, en este caso, la presión en el lado convexo es menor que la en el cóncavo, siendo su diferencia . Si el tubo está abierto al aire es la presión atmosférica, por lo que debe tenerse presión atmosférica. Pero la presión del agua inmediatamente bajo la superficie del líquido que rodea al tubo es la atmósfera, mayor que , por lo que el sistema inmediatamente abajo del lado convexo del menisco no está en equilibrio, teniendo una presión neta hacia arriba igual a . Por efecto de esta presión el agua sube por el tubo hasta formar una columna que equilibre a esa diferencia de presiones. En la figura VIII-4. “Ascensión capilar”, gráfica (b) se observa que: Además, según la expresión (8-4) se tiene que: Una vez que el agua ha subido, la presión en es: Pues existía y a, y es debida a la elevación de la columna capilar de altura . Entonces la presión en vale: Pero cuando se alcanza el equilibrio esa presión debe ser la atmosférica, que tiene el líquido que rodea al tubo en su superficie. Luego debe tenerse: Fórmula que da la altura a que debe ascender el agua en un capilar de radio , suponiendo que el menisco formado es esférico, lo cual resulta razonablemente aproximado para fines prácticos. La ecuación (8-6) muestra que, para un caso dado, la elevación capilar es inversamente proporcional al radio del tubo capilar (Ley de Jurin). 8-4. Efectos capilares. La tensión superficial existente en la superficie de un líquido expuesto al aire es debida a la atracción intermolecular que la masa del líquido ejerce sobre aquellas moléculas situadas en la superficie. Mientras que las moléculas en el interior de la masa líquida son atraídas con fuerzas iguales por las que la rodean, 16 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. esto no sucede con las moléculas de la capa superficial, pues están expuestas a atracciones de parte del aire y del líquido considerado; estas atracciones son diferentes y no se equilibran, originando un estado de tensión en toda la superficie libre del líquido como se muestra la Figura VIII-5. “Generación de la tensión superficial”, en la que no aparecen los efectos del aire por considerarse despreciables en comparación con los del agua.) Entre los fenómenos causados por la tensión superficial, uno de los más característicos y de mayor importancia práctica es, como y se dijo, el de ascensión capilar, cuyo mecanismo teórico ha quedado brevemente descrito en los párrafos anteriores. En ellos se vio que la altura de ascensión capilar quedada dada, en general, por la expresión: En el caso de contacto agua – aire, el experimento prueba que, aproximadamente: Siendo: En realidad, varía con la temperatura del agua y no tiene valor fijo. El valor anterior corresponde aproximadamente a 20°C. Por otra parte, en el caso de agua sobre vidrio húmedo, se vio que el ángulo de contacto es nulo, entonces. Por lo que la fórmula (8-6) puede escribirse para esas condiciones: Con, diámetro del tubo capilar, en cm. La distribución de esfuerzo en el líquido bajo su nivel, está representada por una distribución lineal, según la Ley Hidrostática. La prolongación de esta recta hacia arriba del nivel libre, representa también la distribución de esfuerzos en el líquido en la columna de ascensión capilar como se aprecia en la Figura VIII-6. “Distribución de esfuerzos a en un tubo capilar vertical”. Arriba del nivel libre se tendrán esfuerzos de tensión, si se toma la presión atmosférica como origen. 17 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. El esfuerzo de tensión en cualquier punto de la columna está dado por el producto de la distancia vertical del punto a la superficie libre del líquido y el peso específico del mismo. Por lo tanto el esfuerzo de tensión , en el líquido, inmediatamente abajo del menisco es: =Esfuerzo de tensión Donde: Como: Despejamos De lo anterior resulta evidente que se puede obtener un menisco totalmente desarrollado siempre que el tubo capilar sea lo suficientemente largo como para permitir que la columna de agua se eleve hasta la altura máxima de ascensión capilar . Si el tubo es más corto, como es el caso de Figura VIII-7, “Distribución de esfuerzos en un tubo capilar vertical, más corto que la altura máxima de ascensión capilar”. 18 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. La ascensión capilar queda registrada y y el menisco formado ajustará su curvatura a la necesaria para establecer el equilibrio. Puesto que: Se sigue que: Por lo tanto: Por lo que el nuevo radio de curvatura del menisco formado es mayor que el radio (R) del menisco formado en la columna de altura máxima . Se sigue entonces que también. La tensión capilar en un líquido no sólo puede producirse por la ascensión del líquido en un tubo capilar, sino también por otros varios métodos. Por ejemplo, si un tubo capilar se llena con agua y se coloca en posición horizontal, se formarán gradualmente en sus extremos meniscos cóncavos, debido a la evaporación del agua. La curvatura del menisco en cada extremo aumentará hasta la máxima, que corresponde a la forma semiesférica entre vidrio húmedo y agua, como ya se dijo; al mismo tiempo el esfuerzo de tensión aumentará hasta su valor máximo para el diámetro de tubo de que se trate. Si continua la evaporación del agua, los meniscos se retraerán hacia el interior del tubo, conservando su curvatura y manteniéndose, por lo tanto, invariable la tensión en el agua. Se ve, pues, que en un tubo capilar horizontal, el esfuerzo de tensión del agua es el mismo en toda la longitud, a diferencia del tubo vertical, en donde, como se indicó, los esfuerzos siguen una ley de variación triangular. En el caso de un capilar compuesto por la unión de dos tubos de diferente diámetro, sujeto al mismo proceso de evaporación una vez lleno de agua, podrá observarse también la formación de los meniscos cóncavos en sus extremos. Como el esfuerzo de tensión en el agua debe ser el mismo 19 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. en ambos extremos, pues no hay diferencia de niveles entre ellos y el agua está en reposo, el radio de ambos meniscos será también el mismo. Al progresar la evaporación, el radio mínimo posible se alcanzará primero en el extremo de mayor diámetro, mientras que ese mismo radio produce en el otro extremo un menisco parcialmente desarrollado. Consecuentemente, si la evaporación prosigue, el menisco del ancho comenzará a retraerse, mientras el otro menisco permanece en su posición. Cuando el menisco formado en el lado de diámetro más grande llegue a la unión brusca entre los dos tubos, su retracción cesará; en ese momento ambos meniscos tendrán la misma curvatura, de radio igual al radio del tubo mayor; este radio corresponde en el tubo menor a un menisco no totalmente desarrollado; al proseguir la evaporación, los dos meniscos variarán su curvatura a la vez hasta llegar a la máxima; a partir de ese momento la retracción prosigue en los dos extremos del tubo menor. Debe tenerse presente que en todos los casos, el efecto de la tensión capilar se transmite a toda la masa del líquido contenida en el tubo y que en algunas ocasiones es sorprendentemente grande. En efecto, si se desarrolla el anterior proceso de evaporación en una capilar de 0.00001 cm de diámetro, de acuerdo con la expresión (8-9): El esfuerzo de tensión, a menisco totalmente desarrollado, transmitido al agua y por ésta a las paredes al tubo, sería aproximadamente de 30 atmósferas. Estos grandes esfuerzos de tensión en el agua contenida en tubos y en las paredes de éstos, sólo pueden presentarse, paradógicamente, en tubos capilares y son inexistentes en tubos de mayor diámetro, en donde la tensión del agua e siempre menor que una atmósfera. Si en lugar de un solo capilar e tiene un sistema de tubos intercomunicados, independientemente de los diámetros todos los meniscos formado tendrán el mismo radio de curvatura en cada instante, despreciando el peso de las columnas de agua en los tubos; sin embargo, si el sistema capilar se extiende apreciablemente en dirección vertical, habrá diferencias de curvatura, a causa del peso del agua. Por ejemplo, en el sistema de la Figura VIII-8 se supone al agua estática; por lo tanto, la carga de velocidad en cualquier sección debe ser nula. Si se considera que la diferencia de cargas de posición e despreciable en comparación con las cargas de presión en todo el sistema, se deduce que la carga de presión, en este caso esfuerzos de tensión, es constante en toda sección del mimo y, por lo tanto, la curvatura de todos los meniscos será la misma también. 20 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Considérese nuevamente un tubo capilar horizontal lleno de agua y expuesto a la evaporación. Durante este proceso el menisco en los extremos se desarrollará produciendo fuerzas , generadas por la tensión superficial del menisco como aparece en la Figura VIII-9 que muestra un “Esquema que ilustra la generación de presiones capilares en un tubo capilar”. Por reacción a esas fuerzas, la pared del tubo sufre reacciones de presión capilar. Estas reacciones tienden tanto a cerrar el tubo, como a cortar su longitud. En toda la masa del agua entre los meniscos se generan tensiones, que producen en toda la pared del tubo, como reacción, esfuerzos, de compresión que tienden a cerrarlo. Si el tubo estuviera hecho de un manantial compresible, las presiones capilares le producirían realmente un estrechamiento y un acortamiento. Una masa compresible, atravesada por tubos capilares sujetos a evaporación, se contraerá, volumétricamente hablando, como resultado de los efectos anteriores. 21 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Una demostración simple y convincente (Terzaghi) de la existencia y acción de la presión capilar en una masa porosa, es la siguiente: Un pedazo de algodón absorbente se satura con agua; después, dentro del agua, se comprime con la mano y seguidamente se suelta; podrá observase que la masa se recupera, con cierta rapidez. Sin embargo, si después de comprimido se saca del agua y se abandona a sí mismo en el aire, se notará que no se presenta recuperación visible, permaneciendo la masa comprimida. Si, posteriormente, el algodón vuelve a sumergirse, la recuperación volverá a presentarse. Este experimento se comprende fácilmente en términos de tensión capilar en el agua y presión en las paredes de los tubos capilares que atraviesan el algodón. Cuando el algodón se comprime en estado seco o sumergido, sus fibras se recuperan elásticamente al quitárselas la presión, pero si esto sucede en el aire, una muy pequeña expansión producirá los meniscos en cada canalículo y la tensión en éstos contraresca la tendencia expansiva, dejando deformada la mas. Al volver a sumergirse la masa, los meniscos se destruyen y la expansión puede proseguir otra vez. 8-5. Proceso de contracción en suelos finos. Con las consideraciones expuestas en los párrafos anteriores, es posible comprender el mecanismo de contracción de los suelos finos, hecho experimental de conocimiento común, así como las razones para el mismo. Un suelo saturado exhibe primeramente una superficie brillante, que cambia a opaco al formarse por evaporación, los meniscos cóncavos en cada poro. Al irse evaporando el agua, va disminuyendo el radio de curvatura de esos meniscos y aumentando, por lo tanto, la presión capilar sobre las partículas sólidas, que por este efecto, se comprimen. La evaporización seguirá disminuyendo el radio de curvatura de los meniscos y comprimiendo la estructura del suelo, hasta un punto en que la presión capilar sea incapaz de producir mayor deformación; en ese momento comenzará la retracción de los meniscos hacia el interior de la masa de suelo. Macrofísicamente está señalado por el cambio de tono del suelo, de oscuro a más claro. En el suelo los poros y canalículos ocupados por el agua no son de tamaño uniforme, sino que varían entre amplios límites, por lo que el agua no se retraerá al mismo tiempo hacia el interior de la masa, comenzando el proceso en los poros de mayor diámetro, según se desprende del análisis anterior del tubo compuesto en el inciso VIII-4. “Ascensión capilar”. Estadísticamente puede decirse que toda la gama de diámetros de los canalículos existentes e presentan a lo largo de un capilar, en un distancia relativamente pequeña a partir de la superficie. Está distancia puede ser del orden de 2.5cm, en arenas gruesas, pero en arcillas ordinarias, con diámetros de poro comprendidos entre 0.1 y 0.001 de micra, todos ellos se presentan a una distancia del exterior no mayor que una fracción de milímetro. 22 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Por lo tanto, aún cuando una de las aberturas de la superficie corresponda al mayor diámetro que pueda encontrarse en la muestra total de suelo, el menisco necesitará retraerse muy poco para llegar a una zona de pequeño diámetro, en la cual pueda desarrollar esfuerzos de tensión importantes. Finalmente, cada menisco se retraerá al diámetro de poro más pequeño para el que menisco totalmente desarrollado produzca en el suelo la máxima presión capilar que pueda deformar la estructura al máximo. En ese instante, con su máxima contracción alcanzada bajo esa máxima presión capilar que el agua ejerce, el suelo habrá llegado a su límite de contracción. Cualquier evaporación posterior hará que los meniscos se retraigan hacia el interior sin más incremento en la presión capilar, pues el diámetro de los poros ya no disminuye. Una manera sencilla de visualizar el proceso de secado de un suelo fino es la que se expone a continuación, haciendo uso del esquema de la Figura VIII-10. “Esquema para ilustrar el proceso de contracción de un suelo fino”. En la parte izquierda aparece una gráfica que representa el mínimo diámetro de poro que existe en el suelo para la correspondiente relación de vacíos. Según lo anterior, cada menisco se retraerá finalmente hasta el diámetro mínimo canalículo, antes de que empiece el retiro general hacia el interior de la masa. Este diámetro mínimo, como todos los demás, disminuye al disminuir la relación de vacíos. En la parte derecha de la Figura VIII-10, se muestra la relación entre la presión y la relación de vacíos (curva A), obtenida al comprimir una muestra confinada del suelo; esta curva indica la presión que debe aplicarse al suelo para que llegue a una relación de vacíos determinada. La curva B, representa la máxima presión capilar que puede desarrollarse para una dada. 23 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Si la muestra se comprime con una presión y llega a una relación de vacíos , el diámetro de poro mínimo correspondiente produciría una comprensión capilar máxima , al llegar los meniscos a su desarrollo total. Si la muestra llega a la relación de vacíos a través de un proceso de evaporación, la presión necesaria en la fase sólida será , que debe ser proporcionada por los efectos capilares. Pero esta presión es aún menor que la máxima que puede desarrollarse por capilaridad; así, el suelo llegará a la oquedad sin necesidad de que los meniscos se desarrollen por completo; basta que se desarrollen parcialmente. Si la evaporación continua, llega un momento en que toda la pre4sión capilar que pueda desarrollarse e requiere para mantener al suelo comprimido; en esa presión y correspondiente relación de vacíos, las curvas se interceptan, pues La relación de vacíos correspondiente a ese punto representa la condición crítica e4n la que los meniscos deben estar totalmente desarrollada para mantener al suelo comprimido a la presión necesaria para dar esa . Si la evaporación continúa, ya el efecto capilar no es suficiente para producir la presión necesaria para lograr nuevas disminuciones de la relación de vacíos; los meniscos penetrarán en la masa. Por lo tanto, en la intersección de las curvas el suelo tendrá el mínimo volumen a que puede llegar por secado; se habrá así llegado al límite de contracción en el capítulo VI. Tema: “Plasticidad” inciso VI-7. Subtema: “Determinación del límite de contracción”. Debe observarse que el límite de contracción es el único momento en que los meniscos están totalmente desarrollados en el agua; para relacione de vacios mayores, hay una reserva de presión capilar no utilizada; relaciones de vacíos menores no pueden producirse por secado y efectos capilares Anexo VIII-a Fórmula de LAPLACE La fórmula de Laplace, demuestra que, en una superficie líquida de forma cualquiera, de curvatura media no nula, se engendra una diferencia de presión en ambos lados del menisco, siendo menor la presión en el lado convexo que en el cóncavo. Sea una superficie líquida Σ, regular, cualquiera, a la que se supone curvatura media no nula. Con centro en y radio trácese una esfera. Si la superficie es regular y se desprecian magnitudes de orden superior, la traza de la esfera sobre la superficie Σ es una circunferencia de centro en y radio , su área será: 24 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Dos diámetros vecinos, que formen entre si un ángulo , cortan la circunferencia formando los arcos y , teniéndose: Sobre esas longitudes obrarán las fuerzas superficiales , Tangentes a , dirigida según la normal interior a la superficie en . Se tiene, en la dirección de la normal : 25 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. , es el radio de curvatura en , correspondiente la sección (positivo o negativo, según esté en el sentido de la normal o en el contrario). El par de diámetros normales a los anteriores producen las fuerzas Cuya resultante es análogamente: Pues las secciones consideradas son normales entre sí. Tomando en cuenta lo anterior, resulta: Lo que puede integrarse respecto a Ø de a , sumando las acciones normales de los elementos del tipo en toda circunferencia; así se tiene que mide la acción normal producida por la tensión superficial en todo el contorno de radio . Si en el lado convexo del menisco obra la presión y en el cóncavo la y además la superficie está en equilibrio, debe tenerse. - - - - - - (8-a.1) Que es la fórmula de Laplace. Si el menisco se considera esférico Y por lo tanto 26 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Que es la fórmula (8-4), en la que: R = es el radio de la esfera. Anexo VIII-b Presión de Gases en Burbujas y Vacíos Comúnmente un suelo saturado contiene un cierta cantidad de gas libre en estado discontinuo (aire, en la mayoría de los casos, aunque otros gases producto de procesos químicos en el suelo, aparecen con frecuencia). Terzaghi considera dos modos principales en los que el aire aparece en el suelo: burbujas y vacíos. Las primeras aparecen ocurren cuando el gas está rodeado totalmente por agua. Se tiene un vacío cuando una porción de gas ocupa un espacio rodeado de meniscos separados entre sí por partículas sólidas como se aparece en la Figura VIII-b.1.”Burbuja y vacíos”. A temperatura constante, la presión de gas en la burbuja depende exclusivamente del peso del gas encerrado y del esfuerzo en el agua (suponiendo que no haya disolución). En los vacíos depende, además, del acomodo de las partículas sólidas que rodean al vacío. Considérese el tubo compuesto, de diámetros capilares, que aparece en la Figura VIII-b.2, que muestra la “Burbuja formada en un tubo capilar”. El agua contenida en el tubo, está sujeta a evaporación, de modo que en los extremos se formarán meniscos cóncavos. En la ampliación existe una burbuja gaseosa adherida a su parte superior. Durante el proceso de evaporación está aumentando el esfuerzo de tensión en el agua, cuyo valor máximo está determinado por el diámetro de los tubos capilares externos. 27 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Suponiendo que el peso del gas contenido en la burbuja es independiente del esfuerzo en el agua y despreciando, además, las fuerzas gravitacionales, considérese el equilibrio de la burbuja al cabo de un cierto tiempo . Sea el diámetro de la burbuja en este instante y las presiones de gas e hidrostática correspondientes, ambas con relación a la presión atmosférica. Se puede escribir como aparece muestra la Figura VIII.b.3, que muestra las Fuerzas actuante en una burbuja en equilibrio. Que es la expresión (8-4). Cuando el diámetro de la burbuja tiende a cero, la presión del gas tiende a infinito. Sin embargo, esta ecuación pierde su validez en el intervalo de dimensiones moleculares. De acuerdo con la Ley de Boyle – Mariotte, el producto del volumen y la presión absoluta se mantiene constante, si la temperatura no varía. Considerando un instante posterior del proceso de evaporación = Es el diámetro de la burbuja = Es la presión absoluta del gas 28 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. = Es la presión atmosférica Debe satisfacer, consiguientemente, la ecuación: Pues los volúmenes son proporcionales al cubo de los diámetros. Resolviendo la ecuación anterior para se obtiene: Derivando esta ecuación con respecto a se puede obtener la rapidez con la que varía el diámetro de la burbuja al disminuir la presión hidrostática (o aumentar el esfuerzo de tensión) durante el proceso de evaporación. = Es la presión hidrostática La rapidez del crecimiento de la burbuja es igual al infinito La presión correspondiente al instante en que se alcanza el diámetro crítico se obtiene sustituyendo este valor para en la ecuación (8-b.3) La presión de gas correspondiente se obtiene tomando en cuenta la ecuación (8-b.1) Cuando la presión hidrostática alcanza el valor en la expresión (8-b.6), la burbuja se dilata y continúa su expresión hasta que la cámara que muestra la Figura VIII-b.2. “Burbuja formada en un tubo capilar”, se vacíe, pasando la burbuja a ser un vació como aparece en la Figura VIII-b.4. “Formación del vacío a partir de la burbuja”, limitado por las paredes de dicha cámara y los do meniscos en los tubos de menor diámetro. 29 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. La presión manométrica del gas en el vacío, puede obtenerse conociendo el volumen de la cámara y aplicando otra vez la ley de Boyle – Marriotte Si se habla en términos de presiones absolutas, tanto en la burbuja como en el vacío , se tiene, para esta última: Nótese que ahora la presión en el vacío es función del volumen de éste, al cual se ha dilatado el gas. La curvatura de los meniscos restantes podrá obtenerse aplicando la fórmula de Laplace (Anexo VIII-a. “Fórmula de Laplace”, o de la forma simplificada en la expresión (8-4): En una muestra de suelo sujeta a evaporación, los canalículos hacen el papel de los capilares de las figuras anteriores. Como es muy probable que un suelo totalmente saturado contenga gas en pequeñas burbujas, existirá generalmente un esfuerzo de tensión mínimo que iniciará el proceso de conversión de burbujas a vacíos. El proceso se iniciará en las burbujas mayores, prosiguiendo después con las de menor diámetro; en efecto, crece con (diámetro de la burbuja) y (esfuerzo de tensión necesario en el agua para que la burbuja llegue al diámetro crítico de expansión ) decrece también con para grande es chico y el agua llega antes a este valor de , a medida que crecen los esfuerzos de tensión en ella. Anexo 8-c Problemas resueltos Problema resuelto No.1 Calcular la tensión capilar máxima, en g/cm², en un tubo con 0.005 mm de diámetro. Calcule la ascensión capilar máxima del agua en dicho tubo. Datos: (g/cm²) D=0.005 mm Solución Aplicando la expresión (8-9): 30 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Aplicando la expresión (8-9): Símbolo Significado Unidad Esfuerzo de tensión Tensión superficial Radio del menisco cm Para proceder al desarrollo de este ejercicio utilizamos la expresión (8-7.2), ya que el caso del contacto agua -aire, el experimento prueba que, aproximadamente: Se obtiene el radio del menisco: El radio está expresado en mm, se convierte a cm El valor de y R, se reemplaza en la expresión (8-7.2): Respuesta: También: 31 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Símbolo Significado Unidad Altura de ascensión capilar el agua Esfuerzo de tensión Peso específico del agua destilad a 4°C de temperatura atmosférica correspondiente al nivel del mar es igual a 1 g/cm 3 Entonces lo valores de y , se sustituye en la expresión: Al convertir a m queda: Respuesta: u=h* tubo h=5.92 m R=0.05 mm D D=0.005mm 32 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Problema resuelto No.2 Cuál será la altura que alcance el agua en un tubo vertical con , si Datos: ----- (8-7) Problema resuelto No.3 Dos tubos capilares de diámetro se unen para formar un solo tubo. El sistema se llena de agua y se coloca en posición horizontal, dejando que el agua se evapore libremente en ambos extremos del tubo compuesto: a) ¿En qué extremo se tendrá primero el menisco totalmente desarrollado? Explique 33 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. b) Suponiendo que el menisco está totalmente desarrollado en un extremo, obtenga una expresión para el ángulo de contacto en el otro extremo, en función de los diámetros . Solución: c) Sea De la fórmula (8-9), se sigue que el esfuerzo de tensión en el agua e inversamente proporcional al radio del menisco. Como el sistema es horizontal, el esfuerzo de tensión en el agua será el mismo en todo (despreciando la altura del sistema). Por lo tanto, la curvatura de ambos meniscos deberá ser la mima en todo instante en ambos extremos, de donde se sigue que el menisco se desarrolla por completo, en primer lugar, en el extremo de mayor diámetro . b) Según la fórmula (8-9); cuando se desarrolla totalmente en el menisco en . De donde: Problema resuelto No.4 La figura VIII-c.1, que contiene un “Diagrama explicativo”, muestra un recipiente de vidrio totalmente lleno de agua. En su superficie superior hay un orificio de diámetro , y en él el menisco está totalmente desarrollado. En su superficie interior hay otro orificio de diámetro . 34 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. a) ¿Cuál es el máximo valor que puede tener , si el menisco en ese orificio está también totalmente desarrollado? b) Si , encuentre el ángulo de contacto, , en el orificio inferior, cuando en el superior el menisco está totalmente desarrollado. Solución: Se usará sistema c. g. s a) De la fórmula (8-9): La tensión en el menisco del orificio superior será: Tomando el valor de la expresión: ----- (8-7) El valor de , reemplazando en la ecuación se tiene que: La tensión en el orifico inferior, cuando el menisco está totalmente desarrollado será: 35 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Como: se reemplaza Tomando el valor de la expresión: El valor de , reemplazando en la ecuación se tiene que: El equilibrio del sistema es, considerando negativas las tensiones: Reemplazamos en la ecuación: 36 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. De donde: Multiplicando por (-1) a ambos miembros de la ecuación se tiene que: Respuesta: Problemas propuestos Problema propuesto No. 1 Calcule, en la figura, la h máxima compatible con el equilibrio 37 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Respuesta: Problema propuesto No. 2 Si en de la figura VIII-c.3, el menisco está totalmente desarrollado, proporcione el valor de Respuesta: Respuesta: 38 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Ejercicio propuesto No. 3 Al formarse totalmente el menisco en el extremo en que se forme primero, diga: ¿Cuánto vale el esfuerzo de tensión en el agua en el sistema de tubos?, en torno a la Figura No. 8-c.4. Datos: Símbolo Significado Unidad Diámetro del menisco mm Diámetro del menisco mm Esfuerzo de tensión en el agua en el sistema de tubos. Figura 8-c.4 Respuesta: 39 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO Señor estudiante, los equipos e instrumentos de laboratorio se entrega previa la revisión del mismo, una vez entregado, no habrá relamo alguno y los bienes institucional tendrá que ser devuelto en las mismas condiciones entregadas. Estudiante responsable: Escuela: Ingeniería Civil Cédula de ciudadanía N°: Hora de entrega: Fecha de entrega: Nivel: Quinto Semestre Hora de recepción: Fecha recepción: Docente de cátedra: Ing. Armando Granizo Lara Asignatura: Mecánica de Suelos II TAMICES Ítem Descripción Marca Código Selección Cantidad Estado Recepción Estado Entrega 01 Tamiz 1.1/2” Humboldt 0301130-00003 02 Tamiz 1” Humboldt 0301130-00003 03 Tamiz 3/4” Humboldt 0301130 -00003 04 Tamiz 1/2” Humboldt 0301130-00003 05 Tamiz 1/4” Humboldt 0301130-00003 06 Tamiz 3/8” Humboldt 0301130-00003 07 Tamiz número 4 Humboldt 0301130-00003 08 Tamiz número 8 Humboldt 0301130-00003 09 Tamiz número 10 Humboldt 0301130-00003 10 Tamiz Número 12 Humboldt 0301130-00003 11 Tamiz Número 16 Humboldt 0301130-00003 12 Tamiz Número 20 Humboldt 0301130-00003 13 Tamiz número 30 Humboldt 0301130-00003 14 Tamiz número 40 Humboldt 0301130-00003 15 Tamiz Número 50 Humboldt 0301130-00003 16 Tamiz número 60 Humboldt 0301130-00003 17 Tamiz número 80 Humboldt 0301130-00003 18 Tamiz número 100 Humboldt 0301130-00003 19 Tamiz número 4” Humboldt T6-001 20 Tamiz 3.1/2” Humboldt 21 Tamiz 3” Humboldt 22 Tamiz 2” Humboldt 23 Tamiz 3/8 Humboldt 24 Tamiz número 4 Humboldt T12-01 25 Tamiz número 8 Humboldt 26 Tamiz número 16 Humboldt 27 Tamiz número 30 Humboldt 28 Tamiz número 50 Humboldt 29 Tamiz número 100 Humboldt 30 Tamiz número 200 Humboldt 31 Tapa de Tamices (2) Humboldt 32 Bandeja de Tamices (2) Humboldt 33 Agitador mecánico para Tamices de 8”, 10” y 12” Humboldt 34 Tamizadora eléctrica para tamices de 8”, 10” y 12” Humboldt Pág. N°1/4 Página No. 1/4 40 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO EQUIPOS Y HERRAMIENTAS Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Molde metálico 60cm x 15cm x 15cm, viguetas (3) Sin marca 0402220-00002 02 Molde metálico para cilindros 6”x 12” (16) Sin marca 040222-00003-14 03 Cuarteador universal 24 canales Sin marca 0402111-0041 04 Horno Eléctrico 56 lt Humboldt 0402114-00005 05 Estufa eléctrica de dos hornillas 20”x8.75”x4” Humboldt 0004-2-202-21086 06 Perforadora saca núcleos Breegs 0402242-00001 07 Mortero de porcelana 5” Humboldt 0302049-0010 08 Cono de Abrams Sin número 0402201-0031 09 Horno eléctrico de gran capacidad 300 lt Humboldt 10 Kit completo medidor de aire por presión Humboldt 11 Kit completo medidor de aire volumétrico Humboldt 12 Tubo saca muestras de cemento Humboldt 13 Vibrador de laboratorio, eléctrico de 110 V Humboldt 004-02-301-13988 14 Cucharones de boca plana de acero inoxidable de 6.6 onzas (1) Humboldt 15 Cucharones de boca redonda de aluminio Scoop 33 onza (4) Humboldt 16 Varilla de compactación diámetro 5/8”, longitud 24”(2) Humboldt 17 Espátulas flexibles de 4” (2) Humboldt 18 Espátulas flexibles de 8”(2) Humboldt 19 Canastilla de gravedad específica con malla N°8 Humboldt 0004-02-651-21168 20 Pares de guantes resistentes al calor (2) Humboldt 21 Tenaza de acero inoxidable de 18” de largo Humboldt 22 Tenaza de seguridad de acero inoxidable 18” de longitud Humboldt 23 Medidor de densidad eléctrico (EDF) Humboldt 0004-02-067-20846 24 Moldes metálicos de 6” para Próctor Modificado (12) Humboldt 0004-02-302-21089 25 Moldes metálicos de 4” para Próctor Estandar (12) Humboldt 004-02-302-21101 26 Martillo de compactación Próctor Modificado 10lb(4) Humboldt 27 Martillo de compactación Próctor Estandar 5.5lb(4) Humboldt 28 Cono y frasco para densidad de campo Humboldt 29 Placa para cono de arena Humboldt 30 Molde cónico y pisón para gravedad específica y absr Humboldt 31 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21149 32 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21150 33 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21151 34 Moldes metálicos para ensayo CBR de 6” (12) Humboldt 0004-02-302-21113 35 Pesas de sobrecarga abiertas (Ensayo CBR) (12) Humboldt 36 Pesas de sobrecarga cerradas (Ensayo CBR) (12) Humboldt 37 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20856 38 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20857 39 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20858 40 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20859 41 Ranurador plano (4) Humboldt 42 Bloque de Calibración (4) Humboldt 43 Gato extractor de muestras Humboldt 0004-02-340-20850 44 Plato perforado para colocación de pesas de sobrcarga Humboldt 0004-02-348-21125 45 Falso fondo de 6” diámetro Humboldt 0004-02-650-211137 46 Carretillas Humboldt 47 Palas punta redonda (4) Pág. N°2/4 41 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO BALANZAS Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402220-00002 02 Balanza mecánica de precisión OHAUS 040222-00003-14 03 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402111-0041 04 Balanza mecánica OHAUS 0402114-00005 05 Balanza electrónica digital OHAUS 0004-2-202-21086 06 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402242-00001 07 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0302049-0010 08 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402201-0031 09 Balanza mecánica de precisión OHAUS 10 Balanza digital OHAUS PRENSA ELECTRO HIDRÁULICA Y ENSAYOS DE COMPRESIÓN Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Prensa Electro Hidráulica Humboldt 0402097-00003 02 Equipo de Econocap de 6” Humboldt 0402031-00025 03 Equipo de Econocap de 4” Forney 04 Espaciador de acero de 6” de diámetro y 4” de alto Forney 05 Espaciador de acero de 6” de diámetro y 3” de alto Forney 06 Compuesto para capeo de cilindros de hormigón Forney 07 Dispositivo de capeo de cilindros de concreto de 6” Humboldt 08 Dispositivo de capeo de cilindros o núcleos de 4” Humboldt 09 Cucharón de acero inoxidable para compuesto capeo Humboldt 10 Olla de 4 quart para fundir mortero 38°C-262°C capeo Ritehete 11 Tornillo micrométrico para medir diámetro cilindros Starrett INTRUMENTAL DE VIDRIO PLÁSTICO Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Probeta graduada de vidrio de 100 cc . 0402055-14339 02 Probeta graduada de vidrio de 500 cc . 0402055-14340 03 Probeta graduada de vidrio de 500 cc . 0402055-14341 04 Probeta graduada de vidrio de 1000 cc . 0402055-14342 05 Hidrómetro de vidrio para suelos 151 H Humboldt 06 Hidrómetro de vidrio para suelos 152 H Humboldt 07 Termómetro digital asfalto (-40°C a +50°C) Corning 08 Terminación digital punta metálica (-50°C a +350°C) Humboldt 09 Termómetro de vidrio (20°C a 760°C) Humboldt 10 Termómetro digital (-50°C a 300°C) 11 Picnómetro de vidrio 500 ml Rub 12 Picnómetro de vidrio 500 ml Rub 13 Vaso de precipitación de plástico graduado (1000ml) 14 Vaso de precipitación de plástico graduado (500ml) 15 Vaso de precipitación de plástico graduado (250ml) 16 Picnómetro de 1 grt o 0.95lt con tapa y empaque Mason 17 Set para ensayo de impurezas orgánicas agregados Forney 18 Botella para ensayo de impurezas orgánicas Forney/Hu 19 Chapman glash gravedad específica y absorción Humbolt 20 Franco Le Chataller para la densidad del cemento Humgoldt 21 Placa de vidrio de 35 x 35 cm 22 Placa de vidrio de 45 x 45 Pág. N°3/4 42 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO PRENSA ELÉCTRICA PARA ENSAYOS CBR MARSHALL TRIAXIAL UU Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Prensa Humboldt 0402220-00002 02 Equipo de Humboldt 040222-00003-14 03 Anaquel Humboldt 0402111-0041 04 Anillo cortante para hincar Humboldt 0402114-00005 BANDEJAS METÁLICAS Y RECIPIENTES Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Bandejas cuadradas de 20 cm x 20 cm x 6 cm Sin marca 0402146-00005 02 Bandeja cuadrada de 40 cm x 40 cm x 6 cm Sin marca 042146-00006 03 Bandejas cuadradas de 35 cm x 35 cm x 6 cm Sin marca 0402146.00007 04 Bandejas cuadrada de 45 cm x 45 cm x 6 cm Sin marca 0402146-00008 05 Charola redondas de aluminio de 1.1/2” de alto 9”Ø4” 06 Charola redondas de aluminio de 1.1/2”de alto 12 Ø4” 07 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 4 Quart (2) 08 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 4 Quart (3) 09 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 8 Quart (4) 10 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 16 Quart (4) 11 Cubetas (1 cu ft o 28 L) de acero de alto rendimiento 12 Cubetas(5cu ft o 14L) de acero de alto rendimiento 13 Cubetas de acero 1/10 pie cúbico para MUS 14 Bandejas grandes de acero de 1.5m x 0.75mx0.25m 15 Bandejas de acero galvanizado 10” x 20”x3” M. asfalto(2”) 16 Bandejas de acero galvanizado 24” x 24” x 6” (2”) 17 Cápsulas para humedad (24) 0302046-00017/40 EQUIPO MOTORIZADO SPT Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Motor 0402031-26603 22 Trípode 0402031-26603 03 Polea 0402031-26603 04 Gancho 0402031-26603 05 Cabo 0402031-26603 06 Cabeza de golpe Acker-USA 0402031-26603 07 Guía Acker-USA 0402031-26603 08 Anillo Acker-USA 0402031-26603 09 Martillo Acker-USA 0402031-26603 10 Varillaje Acker-USA 04002031-26603 11 Varillaje Acker-USA 0402031-26603 12 Varillaje Acker-USA 0402031-26603 13 Cuchara Acker-USA 0402031-26603 14 Zapata Acker-USA 0402031-26603 15 Trazador Acker-USA 0402031-26603 16 Freno abierto Acker-USA 0402031-26603 17 Retenedor Acker-USA 0402031-26603 18 Moldes 19 Martillo de acero OBSERVACIONES: OBSERVAIONES GENERALES: Firma del Estudiante Firma del Docente Técnico de Laboratorio Autorización Superior Pág. N°4/4 43 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato No.1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA FICHA PARA INVENTARIO DE MOVIMIENTO EN MASA Nivel Quinto Semestre Página No. 1 de 5 Paralelo: B DOCENTE: Ing. Armando Granizo Lara. Modalidad Semestral Estudiante(a) Asignatura: Mecánicas de Suelos II Revisó: Período Académico: Nombre del Responsable(s): Fecha: Institución: Día: Código del evento Mes Año: Alta O Media O Baja O Hora: DETERMINACIÓN POR DIVISIÓN POLÍTICA COORDENADAS País: Ecuador Sitio: Provincia: Chimborazo Norte/Latitud: Ciudad: Este/Longitud: Parroquia Proyección: Comunidad: Altura sitio(m.s.n.m.) DOCUMENTACIÓN Fotografía No. Año Escala Editor Mapa/Plancha No Año Escala Editor EDAD DEL MOVIMIENTO FECHA DE OCURRENCIA Edad (años) ACTIVIDAD DEL MOVIMIENTO UTOLOGÍA Y ESTRATIGRAFÍA ESTADO TIPO Y DISTRIBUCIÓN DE ACTIVIDAD DESCRIPCIÓN O Activo O Inactivo O Relicto Página No. 1/4 44 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato No.1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA VESTUARIO Mandil color blanco Guantes de látex b.) Equipo Descripción del equipo Canti dad Descripción del equipo Canti dad Permeámetro de Lucita; diámetro interior 5cm, longitud 20 cm 1 Flexómetro 1 Dispositivo para desaguar el aparato de exceso de agua 1 Cronómetro 1 Recipiente de descarga 1 Tapón de hule perforado 1 Probeta graduada de 50mm x 50 mm 1 Pisón metálico de 4cm de diámetro y 300 gramos de peso. 1 Termómetro 1 Tamiz N°100 1 Cronómetro 1 Balanza de 21 gramos de capacidad y 1/10 gramos de sensibilidad 1 Pruebas con Permeámetros de carga constante Este permeámetro se utiliza para suelos relativamente permeables tales como gravas, arenas y mezclas de grava y arena. Los coeficientes de permeabilidad para esta clase de suelos varían entre 10² cm/seg. y 10¯³ cm/seg. El procedimiento consiste en someter la muestra del suelo a un escurrimiento de agua bajo una carga constante. Es necesario conocer el área de la sección transversal de la muestra, su longitud, la carga a que está sometida y la temperatura del agua. Página No. 1/4 45 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. EQUIPO Y MATERIAL EMPLEADO Muestra Representativa de Suelo (100 gr) ARENA Permeámetro 46 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato No.1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA Memoria fotográfica del equipo Martinete Flexómetro Cronómetro Perméametro Bandeja Balanza 47 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO a. Pesamos la muestra de arena para obtener una probeta de 50*50 mm. b. Colocamos esta cantidad de arena dentro de un molde cilíndrico. c. Ubicamos en el martinete y damos tres golpes para compactar la arena. d. En el permeámetro ubicamos la probeta y una cantidad de mercurio para dar sello. e. Tomamos medidas de los instrumentos utilizados, para cálculos posteriores. 48 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. f. A través de la arena que se quiere ensayar, hacer pasar una cantidad de aire, a presión constante. Referencias Principles of Physics – F. W. Sears – Addison – Wesley Press. Inc. – 1947. Traducido al español: Principios de Física - FW Sears - Addison - Wesley Press. Inc. – año 1947. Bibliogrfía Física General y Experimental – (Tomo I) – E. Perucca – (Traducido por J. Mañas B.) – Editorial Labor, S. A. (Sociedad Anónima) – año 1948 Física Teórica (Tomo I) – G. Jarger – (Traducido por J. M. Plans) – Editorial Labor, S.A.-(Sociedad Anónoma) – 1942. Tratado de Físic . W.H. Westphat ( Traducido por J. M. Vidal) – Editorial labor, S.A.-año 1951. Física Sperimentles e Aplicate – G. Gastelfrancho – U. Hoepli Editorial año 1954. Traduccido al español : . Física Experimental e Aplicate - G. Castelfranchi - U. Hoepli Año Editorial 195 Hvorslev, M. J. – Subsurface Exploration and Sampling of Soils – U. S. Corps of Engineers, Waterways Experimental Station. Vicksburg, Miss. – 1949.Traducido al español:Hvorslev, MJ - Exploración del 49 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Subsuelo y Muestreo de Suelos - Cuerpo de Ingenieros de EE.UU., canales Estación Experimental Vicksburg, Mississippi – 1949. Casagrande, A. – Piezometers for Pore Presurre Measurements in Clay – Harvard University – Cambrigde, Mass. – 1946. Traducido al español: Casagrande, A. - piezómetros para Pore Presurre Mediciones en Clay - Universidad de Harvard - Cambrigde, Massachussets - 1946 BIBLIOGRAFÍA BÁSICA 1. Mecánica de Suelos, Tomo I. Fundamentos de la Mecánica de Suelos. Eulalio Juárez Badillo – Alfonso Rico Rodríguez. Tercera Edición. Editorial LIMUSA – México. 50 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Unidades de Cátedra TEMA: Propiedades hidráulicas del suelo 51 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Propiedades hidráulicas del suelo IX-1. Flujos laminar y turbulento Los problemas relativos al flujo de líquidos en general, pueden dividirse en dos grupos principales: los que se refieren a flujo laminar y aquellos que tratan con flujo turbulento, entones: Flujo laminar Un flujo se define como laminar cuando las líneas de flujo permanecen sin juntarse entre sí en toda su longitud, excepción hecha del efecto microscópico de mezcla molecular Flujo turbulento El flujo turbulento ocurre cuando la condición anterior no se cumple. Línea de flujo Una línea de flujo se define como la línea ideal que en cada punto tiene la dirección del flujo, en el instante en que se trate; en todo punto vector velocidad y la línea de flujo que pasa por él, serán tangentes. Si en un tubo se inserta una fuente puntual de tintura, como se muestra en la Figura IX-1, que ilustra la Distención experimental objetiva entre el flujo laminar y el turbulento se tiene una distinción objetiva de los tipos de flujo mencionado observando la trayectoria trazada por la tintura, que puede asimilarse a una línea de flujo, si éste está establecido. Se sabe que a velocidades baja un flujo ocurre en laminar, mientras que al aumentar aquellas e llega a un límite en que se transforma en turbulento; si en ese punto l velocidad se reduce, el flujo volverá a ser laminar, pero la nueva transición ocurre, generalmente, a menor velocidad que la primera. Esto indica la existencia de un intervalo de velocidades en el cual el flujo puede ser laminar o turbulento. Reynolds, probó que existe una cierta velocidad en cada líquido debajo de la cual, para un cierto diámetro de conducción y una temperatura dada, el flujo es siempre laminar. Esta velocidad se define como la crítica. Similarmente, existe una velocidad mayor arriba de la cual el flujo siempre es turbulento; en este caso del agua esta segunda velocidad es, aproximadamente, igual a 6.5 veces la velocidad crítica. Reynolds encontró que la velocidad crítica del agua puede expresarse por la ecuación. Donde: Símbolo Significado Unidad Velocidad crítica Temperatura del agua °C Diámetro de la conducción cm 52 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Así, la velocidad crítica resulta ser inversamente proporcional al diámetro de la conducción por la que ocurre el flujo. En la Figura IX-2 se muestra la variación de la velocidad con el gradiente hidráulico en flujo laminar; la energía disponible se pierde por resistencias viscosas entre las diversas lámina líquidas en deslizamiento relativo. Si una masas de agua fluye con la misma velocidad en cada punto (flujo uniforme) no habrá pérdidas de energía, pero esta condición nunca existe en conductos, debido a la resistencia que generan las fronteras, lo cual produce una distribución de velocidades del tipo de la que aparece en la Figura IX-3. Que ilustra la Distribución de velocidades en un conducto con flujo laminar. En el Anexo IX-a e discute el régimen de Poiseuille como representativo de este tipo. En el caso del flujo turbulento, por otra parte, existe una pérdida continua de energía debido a las velocidades diferentes de las partículas adyacentes de líquido aun cuando la mas fluya a velocidad constante. Estrictamente hablando, el flujo turbulento es de pos si, no establecido y no uniforme, ya que existen en él movimientos irrestrictos de masas finitas superpuestas al movimiento del conjunto de fluido. Es conveniente, sin embargo, distinguir entre el movimiento secundario de la turbulencia y el primario de todo el fluido y clasificar el flujo turbulento como establecido y no establecido, uniforme y no uniforme, rotacional e irrotacional , sin atender a las turbulencias perturbadoras. La velocidad media en un conducto en régimen laminar o turbulento es función de la pérdida de carga hidráulica por unidad de longitud (gradiente hidráulico . En el flujo turbulento la velocidad es aproximadamente proporcional a y más exactamente a . En el flujo laminar la velocidad resulta es proporcional a , simplemente. IX-2. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad El flujo de agua a través de medios porosos, de gran interés en la Mecánica de Suelos, está gobernado por una ley descubierta experimentalmente por Henri Darcy en 1856, Darcy investigó las características del flujo de agua a través de filtros, formados precisamente por materiales térreos, lo cual es particularmente afortunado par la aplicación de los resultados de la investigación a la Mecánica de Suelos. Trabajando con dispositivos de diseño especial, esencialmente reproducidos en el esquema de la Figura IX-4, Darcy encontró que para velocidades suficientemente pequeñas, el gasto queda expresado por: 53 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Símbolo Significado Unidad Es el área total de la sección transversal del filtro Es el gradiente hidráulico del flujo Diámetro de la conducción Medido con la expresión: En cualquier punto del flujo la altura piezométrica es la carga de elevación del punto, más la carga de presión en dicho punto . La carga de velocidad se desprecia en razón de la pequeñez de las velocidades que el agua tiene a través del medio poroso. La diferencia representa la pérdida de energía sufrida por el flujo en el desplazamiento L; esa energía perdida se transforma en calor. Hablando con mayor precisión, debería escribirse. Símbolo Significado Unidad Es la altura piezométrica Es la carga de elevación Carga de presión Es la pérdida de energía sufrida por el flujo en el desplazamiento L en donde es alguna función de la presión, entre un valor inicial y el valor de , a la altura z. Sin embargo, no es grave ignorar l variación del peso específico respecto a la distribución de presión, considerando a constante. Nótese que en la Figura IX-4, por ejemplo, el agua fluye de un punto a menor presión a otro y es que la carga hidráulica total es suma de los dos factores mencionados y no solo de la presión; es claro que en flujo horizontal el gradiente de presión sí será proporcional l gradiente hidráulico y el flujo tendrá que ocurrir en el sentido de las presiones descendentes. La ecuación de continuidad del gasto establece que 54 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Símbolo Significado Área del conducto La velocidad del flujo Siendo el área del conducto y la velocidad del flujo. Llevando esta expresión a la ecuación (9-2), se deduce que: a) Permeámetro de carga variable Equipo a) Filtro de aire 1. Tubo de lucita de 4.4 x 6 cm (aproximadamente). 2. Tapones de hule. (El sinónimo de la palabra hule es caucho) 3. Tela de malla N° 40. 4. Tela de malla N° 200 b) Recipiente para la muestra. 1. Tubo de lucita de 4.4 cm x 16 cm (aproximadamente). 2. Dos tapones de hule. 3. Tela de malla N° 40. 4. Tela de malla N° 200 c) Equipo accesorio, como termómetro, recipientes evaporadores, probetas graduadas de 10 cm³, balanza, arena de Ottawa, cronómetro, etc. Un esquema de la disposición práctica de un permeámetro se muestra en la figura siguiente: IX-3. Velocidad de descarga, velocidad de filtración y velocidad real. Considérese un filtro de suelo como se ilustra en la Figura IX-5., análogo al de la Figura IX-4. Se representa al suelo dividido en sus dos fases de sólidos y vacíos. Obsérvese en esta situación, el área disponible par el paso del agua en , en lugar de , tal como se supuso en la Ley de Darcy. Si el flujo es establecido, sin embargo, debe tenerse el mismo gasto en el tubo libre que el suelo; por lo tanto, teniendo en cuenta la condición de continuidad, puede escribirse: De donde: 55 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Considerando al filtro un espesor unitario normal al papel, se tiene: Por lo tanto: La velocidad que se deduce directamente de la Ley de Darcy, se llama velocidad de descarga o, simplemente, velocidad. La velocidad que toma en cuéntala existencia de una fase sólida impermeable, se llama velocidad e filtración y es velocidad media de avance del agua en la dirección del flujo. Sin embargo, en la obtención de la velocidad de filtración se supuso que el agua tenía trayectoria recta al pasar a lo largo del filtro, por lo cual no representa la velocidad con la que el agua se está moviendo. El agua no recorre la longitud al travesar el suelo, sino una línea sinuosa o irregular de longitud . Entonces si es la velocidad media real, podrá escribirse: Una velocidad media más real podría encontrarse solamente sí se conoce las variaciones del área de los poros en cada canal. IX-4. Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad del suelo El coeficiente de permeabilidad de un suelo es un dato cuya determinación correcta es de fundamental importancia para la formación del criterio del proyectista en algunos problemas de Mecánica de Suelos y, en muchos casos, para la elaboración de sus cálculos. Hay varios procedimientos para la determinación de la permeabilidad de los suelos y, unos “directos”, así llamados porque se basan en pruebas cuyo objetivo fundamental es la medición de tal coeficiente; otros “indirectos”, proporcionados, en forma secundaria, por pruebas y técnicas que primariamente persiguen otros fines. Estos métodos son los siguientes: a) Directos: 1. Permeámetro de carga constante. 2. Permeámetro de carga variable. 3. Prueba directa de los suelos en el lugar. 56 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. b) Indirecto: 1. Cálculo a partir de la curva granulométrica. 2. Cálculo a partir de la prueba de consolidación. 3. Cálculo con l prueba horizontal de capilaridad. En la tabla 9-1 debida a A. Casagrande y R.E. Fadum, aparecen las interrelaciones entre el coeficiente de permeabilidad, los tipos de suelo y los métodos de prueba aplicada en cada caso. El valor del coeficiente de permeabilidad se ha puesto en escala logarítmica, debido a que el intervalo completo de valores que se maneja en Mecánica de Suelos oscila entre y A continuación se describen con cierto detalle algunos métodos directos e indirectos. De los primeros se tratan los permeámetros y de los mencionados en segundo lugar, el método que hace uso de la curva granulométrica del material y la prueba horizontal de capilaridad. Los restantes serán descritos en otras etapas del estudio. La prueba en el lugar, al tratar de pozos de bombeo (tomo III) y el cálculo a partir de la prueba d consolidación se mencionará al estudiar eta teoría (capítulo X) IX-c.2. Preparación de agua desaireada La obtención de agua desprovista de aire es de mayor importancia para la realización de pruebas de permeabilidad. El agua contiene siempre aire y otros gases en solución; éstos se separan del agua en las primeras capas; de la muestra y se adhieren a ella, en forma de pequeñas burbujas que afectan la permeabilidad del suelo a disminuir los espacios vacíos. Las burbujas pueden llegar a cegar los capilares del suelo, por lo cual deben eliminarse. El método más común para expulsar el aire y gases disueltos es hervir el agua. Enfriándola después a bajas presiones. Este método, puede aplicarse solo a pequeñas cantidades de agua bajas presiones El profesor G, M. Fair, de la Universidad de Harvard (E.U.A, Estados Unidos de América), desarrolló un método que consiste en dispensar el agua en un ambiente en el cual, previamente, se haya producido un vacío. El método proporciona la cantidad suficiente de agua con mínimo costo. Además, en esta prueba se tiene no solo el problema de producir el agua en condiciones adecuadas, sino conservarla en tales condiciones durante toda la prueba. El método consiste en dispensar agua, pulverizándola, en un recipiente al vacío; la efectividad del método es función tanto del tiempo de exposición del agua pulverizada al vacío, como tamaño de las burbujas que se han de eliminar en el agua. Esta no debe recogerse en el mismo recipiente en que se desairea. Si el agua se recoge en el recipiente que contiene los inyectores para dispersión y pulverización, el grado de de aireamiento es también función de las alturas inicial y final del agua en el recipiente. El agua así preparada aún contiene alrededor de 1.5 cm³ de oxígeno disuelto por litro; aún este contenido tan bajo hace que la permeabilidad disminuya con el tiempo, a no ser que se efectúen correcciones posteriores. 57 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. IX-c.3. Preparación del filtro de aire Puesto que la fijación del aire en el suelo tiene lugar en las primeras capas de la muestra representativa del mismo, debe colocarse un filtro para aire en la línea entre el recipiente del agua desaireada y dicha muestra. El filtro se prepara como sigue: 1. Colóquese un tapón de hule, perforado por un tubo sarán, corto, de diámetro igual al del tubo de conducción del agua desaireada, en un extremo del cilindro de lucita de 4.4 cm x 6 cm, aproximadamente. 2. Colóquese una pieza circular de tela de malla N° 40, de cobre, bronce o latón (sin aro) en momento con el tapón, e inmediatamente una capa de 0.5 cm, aproximadamente, de arena de Ottawa, uniforme, N° 20 -30, bien compactada. 3. Directamente sobre la arena póngase otra pieza circular de tela de malla, apropiada para retener el material que vaya a usarse como filtro. 4. El material del filtro debe ser el mismo que va a ser probado. Colóquese este material, bien compactado, en una capa de espesor comprendido entre 0.5 y 1.0 cm. 5. A continuación colóquese otra pieza de tela de malla usada en (3) y otra capa de arena de Ottawa, como la mencionada en (2) cubierta con tela de malla N° 40 6. Sobre todo lo anterior insértese otro tapón de hule en el cual se haya hecho un orificio, permitiendo la entrada de un tubo sarán y un termómetro. El tubo sarán deberá cortarse en el fondo del tapón hule, y el termómetro deberá penetrar hasta el estrato de arena de Ottawa, para ello atravesará la tela de malla N° 40, a través de un orificio hecho previamente. Además de eliminar el aire que se fija al material colocado y no llega a la muestra de suelo, el filtro sirve para detener sílice libre, formado por reacción del agua y el vidrio del recipiente que la contiene (Botset). Logra retardarse esa reacción con la presencia de ácido clorhídrico. El agua ordinaria es alcalina generalmente, dependiendo su contenido de materias sólidas del tratamiento dado al agua y del estado con las tuberías. El uso de agua destilada en pruebas de permeabilidad presenta ventajas, pues el agua además de estar libre de suspensiones, es ligeramente ácida, condición que ayuda a que la formación del sílice libre sea mínima. Usando agua destilada desaireada y convenientemente conservada y el filtro de aire descrito, pueden efectuare pruebas de permeabilidad, de varias horas de duración, con variaciones en la permeabilidad de la muestra que no excedan de ± 3%. IX-c.4. Preparación de muestras secas no plásticas Las pruebas de permeabilidad que se describen en las figuras: “Distinción experimental objetiva entre flujo laminar y el turbulento”; en suelos no plásticos. La muestra para la presente prueba se preparará de la siguiente manera: 1. Colóquese un tapón de hule, en el cual se haya insertado un tubo, serán corto, en el extremo del cilindro de lucita de 4.4 cm x 16 cm aproximadamente. 2. Añádase una pieza de tubo de hule, corta, provista de una válvula de pinza, al tubo sarán, en su salida del tapón. 58 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 3. Sobre el tapón, de hule, y dentro del cilindro de lucita, colóquese una pieza circular de tea de malla N° 40, de cobre o bronce o latón. 4. Para arenas finas y limos, colóquese una capa de arena de Ottawa, N° 20 -30, de 0.5 cm de espesor aproximado, bien compactada, sobre la malla inclinada en (3) 5. Directamente sobre la arena de Ottawa colóquese otra pieza de tela de malla de abertura apropiada para retener el material que se va a probar pero no cause una pérdida de carga hidráulica apreciable, en comparación con la que tiene lugar a través de la muestra de suelo, 6. Colóquese el material que se va a probar, previamente secado en horno, en capas de 1 cm de espesor aproximadamente, compactando cada capa el grado requerido. Resulta en general mas satisfactorio comprar el espécimen por presión que por apisonamiento; para ello puede usarse un mazo con cabeza de goma o hule. También es conveniente presionar cada capa de la muestra ligeramente más que la anterior; esto produce una compactación mas uniforme de todo el espécimen. Si se usa tubo de lucita de 5 cm de diámetro (2 Pulgadas), es deseable que la muestra mida de 4 a 10 cm. Desde luego, esta altura de la muestra depende de la carga hidráulica disponible y del gradiente hidráulico que se dese obtener. En pruebas de rutina se suelen usar gradientes comprendidos entre 5 y 20. 7. Sucesivamente colóquese obre la cara superior de la muestra, una pieza de tela de malla fina, una capa de 0.5 cm de espesor aproximado de arena de Ottawa, N° 20 -30 y, finalmente, otra pieza de tela metálica de malla N° 40, al igual que se hizo en la parte inferior del espécimen. 8. Insértese con cuidado un tapón de hule perforado con tubo sarán corto, del mimo diámetro que la línea de aprovisionamiento de agua. 9. Mídanse y regístrese el número y diámetro del cilindro de lucita usado y la longitud de la muestra. El espécimen está aí preparado para probarse, instalando como s se muestra en la Figura: “Dispositivo detallado del permeámetro de carga variable”. IX-c.5. Preparativos suplementarios a) Determinar del área del tubo de carga En referencia a la figura: “Dispositivo detallado del permeámetro de carga variable. 1. Desconéctese la línea de agua en las válvulas G y G. 2. Conéctese en F un tubo procedente de una jeringa llena de agua y, con F y G abiertos, hágase subir el agua hasta la parte superior de la escala métrica adosada al tubo de carga. Ciérrese F y desconéctese de la jeringa. 3. Abrase F y retírense del tubo de carga 10 cm3 aproximadamente, recogiéndolo en una probeta graduada de 10 cm³ de capacidad, tomando nota de la elevaciones del agua en la escala métrica, antes y después de esta operación. 4. Vacíese el tubo de carga y establézcanse de nuevo las conexiones en F y G. 5. Calcúlese el área del tubo de carga, a partir del volumen drenado a la probeta graduada. b) SATURACIÓN 1- Compruébese que la línea del recipiente del agua desaireada hasta A está llena de agua. 2- Abranse las válvulas de pinza B, C, E. F, G, H e I. Ciérrense las A y D. 59 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 3- Aplíquese un vacío de 70 cm de mercurio, durante varios minutos. (Si la prueba no se hce al nivel del mar, corríjase este valor adecuadamente.) 4- Ciérrense las válvulas B, C, F y G y hágase cesar la acción del vacío. 5- Entreábrase la Válvula A y permítase que el agua sature el filtro de aire, lentamente. 6- Abrase B ligeramente hasta que el agua descienda hasta C. 7- Entreábrase la válvula C y permítase que el agua pase lentamente hasta F, saturando la muestra. 8- Desconéctese la línea en G, abriendo esta válvula. 9- Abrase F y permítase que el agua suba hasta el extremo superior de la escala métrica. 10- Ciérrese E, ábrase D y permítase que el agua fluya al recipiente inferior hasta tener la seguridad de que el aire en el tubo, debajo de D, fue expulsado. 11- Ciérrese A, B, C, y D, abriendo E. c) Saturación de la muestra en el caso en que el filtro de aire esté y a previamente saturado. 1. Desconéctese la línea en E. Abranse A, B, C y D, y permítase que el agua fluya desde el recipiente de agua desairada, cerrando entonces C y restablézcase en E. 2. Con E, F, G, H e I abiertas, aplíquese vacío durante algunos minutos. 3. Ciérrese F y G y hágase cesar la acción del vacío. 4. Entreábrase la válvula C y permítase que el agua pase lentamente hasta F, saturando la muestra. 5. Desconéctese la línea en G, abriendo esta válvula. 6. Abrase F y permítase que el agua suba hasta el extremo superior de la escala métrica. 7. Ciérrese E, ábrase D y permítase que el agua fluya al recipiente inferior hasta tener la seguridad de que el aire en el tubo, debajo de D, fue expulsado. IX-c.6. Procedimiento de prueba Con las válvulas C y D cerradas y las E, F y G abiertas, y l línea desconectada en G, procédase como sigue: 1. Llénese el recipiente inferior situado bajo D con agua ordinaria a la temperatura ambiente. Mídase d, elevación de la escala métrica obre el nivel del agua en el recipiente inferior. 2. Abrase D completamente. Cuando el agua en el tubo de carga descienda hasta cierta elevación escogida de antemano, por ejemplo 70 cm, échese a andar el cronómetro. 3. Regístrense los tiempos transcurridos para que el agua alcance las elevaciones , Por ejemplo, 50 cm, 30 cm y 10 cm). Ciérrese D antes de que el agua descienda bajo el extremo inferior del tubo de carga. 4. Abrase C y permítase bajo el extremo inferior del tubo de carga. 5. Ciérrese C y vuélvase a ejecutar la prueba, usando las mismas elevaciones que hayan considerado la primera vez. Ejecútese la prueba una tercera vez, en las mismas condiciones. 6. Mídase la temperatura del agua en el recipiente inferior. 7. Calcúlense los valores del coeficiente de permeabilidad K, para cada prueba ejecutada, usando las caídas de carga de IX-c.7. Errores probables 60 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Para realizar la prueba de permeabilidad con el perímetro de carga variable, no se precisa una gran experiencia en general, pero, en cambio, existen numerosas fuentes de error posible, de las cuales se mencionan las principales: 1. El agua debe haber ido desaireada antes de ejecutar la prueba y mantenida en esa condición. Si esto se hace correctamente, existe poca posibilidad de que el aire represente un error de consideración. Sin embargo, el dispositivo de prueba tiene muchas conexiones y siempre existe la posibilidad de que se produzcan infiltraciones de aire en el sistema; la posibilidad de éstas se reduce mucho usando la acción del vacío después de que el material se satura. 2. La relación del área del tubo de carga (a) a la del espécimen (sinónimo de espécimen muestra) (A) es muy pequeña (frecuentemente del orden 0.01) y requiere, por lo tanto, una determinación muy cuidadosa del área del tubo de carga. Además, la tubería usada no es de precisión y, sin duda, tendrá variaciones de sección a lo largo de su longitud. 3. La temperatura deberá medirse en el agua en el momento en que atraviesa la muestra, en lugar de hacerlo en el agua del recipiente inferior. 4. La estratificación y compactación no uniforme de la muestra. 5. La estructura de la muestra puede verse afectada por una saturación demasiado rápida Excepto en lo que se refiere al error causado por el aire atrapado, las restantes fuentes de error no suelen ser de gran influencia en el valor numérico del coeficiente de permeabilidad. b) Pruebas horizontal de capilaridad Equipo 1- Tubo de lucita, de 4.4 x 16 cm, (aproximadamente). 2- Dos tapones de hule 3- Tela de malla N° 200 4- Tela de malla gruesa 5- Un sujetador 6- Un escalímetro 7- Equipo accesorio IX-c.8. Preparación de la muestra Se hará dentro del tubo de lucita, siguiendo los lineamientos indicados en la preparación de muestras secas plásticas con la siguiente excepción: la capa de arena de Ottawa no se colocan y todo el cilindro de lucita se llena con el espécimen. Un extremo de dicho cilindro se cierra con una pieza de tela de malla fina, seguida de un disco metálico perforado, que se fija con el sujetador al extremo del tubo, lo cual la preparación de la muestra se efectuará bajo los siguientes lineamientos: 1. Colóquese un tapón de hule, en el cual se haya insertado un tubo sarán, en el extremo del cilindro de lucita de 4.4 cm x 16 cm aproximadamente. 61 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 2. Añádase una pieza de tubo de hule, corta, provista de una válvula de pinza, al tubo sarán, en una salida del tapón 3. Sobre el tapón de hule, y dentro del cilindro de lucita, colóquese una pieza circular de tela de malla N° 40, de cobre bronce o latón. 4. Todo el cilindro de lucita se llena con el espécimen. Un extremo de dicho cilindro se cierra con una pieza de tela de malla fina, seguida de un disco metálico perforado, que se fija con el sujetador al extremo del tubo. 5. Colóquese el material que se va a probar, previamente secado en horno, en capas de 1 cm de espesor aproximadamente, compactando cada capa el grado requerido. Resulta en general más satisfactorio compactar el espécimen por presión que por apisonamiento; para ello puede usarse un mazo con cabeza de goma o hule. También es conveniente presionar la muestra ligeramente. IX-c.9. Preparativos suplementario Se reduce a medir y registrar el área del cilindro de lucita y la longitud de la muestra. IX-c.11. Procedimiento de prueba El procedimiento de la prueba se ajustará a lo que sigue: 1. Colóquese el cilindro en posición horizontal en un recipiente de agua poco profundo, comprobando que el tubo de hule inserto en el tapón está abierto a la presión atmosférica. En el momento de la inmersión, échese a andar un cronómetro. Remuévanse las burbujas de aire de tela de malla en el extremo del tubo con los dedos, a la vez que se hace girar nuevamente la muestra, para garantizar un avance uniforme del agua. 2. A intervalos de medio minuto, mídanse y regístrese las distancias x, en cm, del extremo de la muestra a la superficie de saturación o frente de avance del agua a través de la muestra. Efectúense, como mínimo, cuatro observaciones. 3. Obsérvese y regístrese la temperatura del agua. 4. Dibújense gráficas, en papel aritmético, de las cantidades x², (ordenadas) y t en minutos (Abscisas). La pendiente media de esta curva e el valor de m. El valor de puede calcularse en forma ya vista en ese mismo capítulo. m = Pendiente media de la curva = Prueba de permeabilidad 5. Al terminar la prueba, calcúlese el peso específico seco y la relación de vacíos de la muestra. IX-c.12. Errores probables Los errores suelen ser de poca importancia, dado que se buscan resultados aproximados y no se pretende que la prueba proporcione valores precios del coeficiente de permeabilidad. Los errores debidos a lecturas poco pueden atenuarse promediando muchas de tales lecturas al trazar la gráfica correspondiente. El frente de saturación no estará probablemente en un plano vertical, esto puede corregirse mucho girando suave y frecuentemente el tubo de lucha sumergido. 62 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Como las fórmulas están basadas en la hipótesis de que los meniscos se desarrollan por completo, el material debe secarse en horno antes de la prueba. Si el secado no se realizó en horno, todas las muestras deben haber estado sujetas a los mismos procesos de secado. Arenas ligeramente húmedas dan resultados totalmente erróneos para La estratificación puede hacer que el punto de saturación avance muy irregularmente, pudiendo en ocasiones impedir la prosecución de la prueba. El efecto se atenúa rascando ligeramente la superficie de cada capa al formar el espécimen antes de poner la siguiente. Aneo IX-a El régimen de Poiseuille Este régimen se estudia con el objeto de comprender la naturaleza del flujo de agua en los suelos. Las fórmulas de Poiseuille definen un modo de fluir el agua, considerada como un líquido viscoso, es una tubería rectilínea, de sección circular y perfectamente lista; en el desarrollo e supone que el flujo es laminar, por lo que la teoría de Poiseuille solo sólo es aplicable para velocidades bajas, en tanto el número de Reynolds sea menor que el valor crítico. Poiseuille supuso que la resistencia interna originada por la viscosidad entre las láminas de agua es proporcional a la razón de variación de la velocidad respecto a la distancia al centro del tubo (Figura IX-a.1) Esta lámina se mueve sin aceleración (régimen establecido), por lo que la resultante de las fuerzas exteriores aplicadas es nula. Estas fuerzas son: La fuerza de presión Anexo IX-d Variación de la Permeabilidad de los suelos con la relación de vacíos Puede hacerse un análisis teórico de la variación del coeficiente de permeabilidad de un suelo con respecto a su relación de vacíos, si se considera un suelo imaginario con capilares cilíndricos de un mismo diámetro y con una relación de sus longitudes a la longitud de la muestra, igual a la que tengan los canalículos del suelo real. Se impondrá la condición adicional de que el suelo ficticio y el real tengan la misma relación de vacíos. El diámetro de los capilares en el suelo imaginario se escogerá de manera que el coeficiente de permeabilidad también sea el mimo en los suelos imaginarios y real; siempre será posible escoger un 63 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. diámetro que cumpla esta condición. El número de canales en el suelo real no será, en general, el mismo que el suelo imaginario, pero este número no influye en los resultados finales del análisis. ANEXO IX-e Teoría de la prueba horizontal de capilaridad La teoría de la prueba horizontal de capilaridad puede desarrollarse considerando, en primer lugar, un tubo capilar horizontal en contacto con la superficie del agua de un recipiente, como aparece en la figura IX-e.1, que ilustra el Avance del agua en un tubo capilar horizontal próximo a la superficie. De la ley de Poiseuille [Ecuación (9-a.13)] se tiene que la velocidad media del agua en el tubo está dada por: Lo cual para un caso concreto dado, teniendo en cuenta que , gradiente hidráulico medio, puede escribirse: , es una constante que depende tanto de propiedades del agua como del tubo capilar de que se trate. El gradiente hidráulico medio entre los puntos (1) y (2) que aparece en la figura IX-e.1 que muestra el Avance de la agua en un tubo capilar horizontal próximo a la superficie, es igual a la diferencia de carga entre dos puntos, dividida entre la distancia . La carga en el punto (1) es nula considerando presiones manométricas y la carga , en (2), precisamente atrás del menisco que avanza, vale , siendo la altura de ascensión capilar del agua en el tubo. Por lo tanto, puede escribirse: y, por lo tanto: La expresión anterior puede integrarse respecto a y . 64 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Ø(e) e=0.4 e=0.7 e=1.0 7.0 4.9 4.0 4.4 4.1 4.0 2.8 3.4 4.0 4.9 4.1 4.0 9.5 3.8 4.0 Cuando e=0.4, Cuando e=0.7, 4.9 Cuando e=1.0, 4.0 Cuando e=0.4, 65 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Cuando e=0.7, Cuando e=1.0, Cuando e=0.4, Cuando e=0.7, Cuando e=1.0, 66 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Cuando e=0.4, 9.5 ANEXO IX-f Problemas resueltos Problema resuelto N°1. Una muestra de arena de 35 cm² de área y 20 cm de longitud se probó en un permeámetro de carga constante. Bajo una carga de 50 cm de agua, el volumen filtrado fue de 105 cm³, en 5 min. (Minuto). El peso seco de la muestra de arena fue de 1,105 g y su a) El coeficiente de permeabilidad de la arena. Datos: L = 20cm h = 50cm A = 35 cm² t = 5 min a) K =? Símbolo Significado Unidad V Volumen filtrado cm³ L Longitud cm h Carga de agua cm A Área cm² t Tiempo Min. k Coeficiente de permeabilidad cm/seg. 67 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Solución: a) Según la fórmula (9-12): Respuesta: Problema resuelto N°2. Una muestra de arena de 35 cm² de área y 20 cm de longitud se probó en un permeámetro de carga constante. Bajo una carga de 50 cm de agua, el volumen filtrado fue de 105 cm³, en 5 min. (Minuto). El peso seco de la muestra de arena fue de 1,105 g y su b) La velocidad de descarga, si el coeficiente de permeabilidad es de Datos: 68 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. L = 20cm h = 50cm A = 35 cm² t = 5 min b) Solución: b) Según la fórmula (9-4): Como: Al reemplazar en la expresión se tiene que: Problema resuelto N°3. Una muestra de arena de 35 cm² de área y 20 cm de longitud se probó en un permeámetro de carga constante. Bajo una carga de 50 cm de agua, el volumen filtrado fue de 105 cm³, en 5 min. (Minuto). El peso seco de la muestra de arena fue de 1,105 g y su c) La velocidad de filtración, si el coeficiente de permeabilidad es de Datos: L = 20cm h = 50cm A = 35 cm² t = 5 min 69 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. c) Solución: c) Según la fórmula (9-4): Problemas propuestos 70 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Problema propuesto N°1 En un permeámetro de carga constante una muestra cilíndrica de 8 cm de altura, y 5 cm de diámetro fue sometida a una carga de 50 cm de agua, durante 30 min (minutos), al cabo de los cuales se recogieron 120 cm³ de agua de descarga. Calcule el coeficiente de permeabilidad del suelo. Respuesta: Problema propuesto N°2 En un permeámetro de carga variable de 5 cm de diámetro se probó una muestra de 8 cm de longitud. El tubo de alimentación tenía un diámetro de 2 mm. En 6 min la carga pasó de 10 a 50 cm. Calcule el coeficiente k del suelo. Respuesta: Problema propuesto N°3 En un permeámetro de carga constante se recogen 10 cm³ de agua en 10 seg. El espécimen era de 10 cm³ de área y tenía 10 cm de altura. La carga del permeámetro fue 1.0cm. Calcule la k del suelo Respuesta: EJEMPLO PRÁCTICO DE ENSAYO DE LABORATORIO TEMA: DETERMINACIÓN DE LA PERMEABILIDAD Generalidades Darcy estableció la Ley que rige el flujo del agua a través de los suelos, expresándola como sigue: Vestimenta No.1 Mandil color blanco con los nombres y apellidos del estudiante, en la manga del hombro izquierdo irá el sello institucional. N°2. Guantes de látex. 71 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 72 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Anexo fotográfico de Pasos del ensayo Paso N°1. Se pesa la muestra de arena para obtener una probeta de 50*50 mm. Paso N°2. Se coloca la muestra de arena dentro de un molde cilíndrico. Paso N°3. Usando el martinete se procede dar 3 golpes para compactar la muestra. La probeta es colocada en el permeámetro, se emplea mercurio para dar el sello. Paso N°4. Se mide el instrumental que será utilizado en los cálculos. Paso N°.5. La muestra de arena a ensayar penetra aire a presión constante. Paso N°.6. El tiempo que tarda en pasar el aire por la muestra de arena es cuantificad mediante el uso de un cronómetro para la determinación de la permeabilidad. 73 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Coordenadas del Laboratorio de Ensayos de Materiales. Esquema del Permeámetro 74 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 1. TABULACIÓN DE RESULTADOS RESULTADOS Tiempo Símbolo Unidad Lectura Prseión Segundos (s) 3.93 p1 = 45 mmH2O Segundos(s) 4.45 p2 = 44 mmH2O Segundos (s) 4.45 p3 = 43 mmH2O Segundos (s) 4.28 p = 44 mmH2O 10. CÁLCULOS TIPO P = Permeabilidad. V = Volumen de la campana del permeámetro. h = altura de la probeta. p = presión del aire que va a mover la columna de agua. A = Área por donde se va a evacuar el gas. t = tiempo que tarda en evacuar Volumen de la campana del permeámetro TIEMPO PROMEDIO: 4,28 seg PRESIÓN PROMEDIO: 44 mmH2O = 75 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Altura de la probeta Diámetro Área por donde se va a evacuar el gas PERMEABILIDAD 76 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO Señor estudiante, los equipos e instrumentos de laboratorio se entrega previa la revisión del mismo, una vez entregado, no habrá reclamo alguno y los bienes institucional tendrá que ser devuelto en las mismas condiciones entregadas. Estudiante responsable: Escuela: Ingeniería Civil Cédula de ciudadanía N°: Hora de entrega: Fecha de entrega: Nivel: Quinto Semestre Hora de recepción: Fecha recepción: Docente de cátedra: Ing. Armando Granizo Lara Asignatura: Mecánica de Suelos II TAMICES Ítem Descripción Marca Código Selección Cantidad Estado Recepción Estado Entrega 01 Tamiz 1.1/2” Humboldt 0301130-00003 02 Tamiz 1” Humboldt 0301130-00003 03 Tamiz 3/4” Humboldt 0301130 -00003 04 Tamiz 1/2” Humboldt 0301130-00003 05 Tamiz 1/4” Humboldt 0301130-00003 06 Tamiz 3/8” Humboldt 0301130-00003 07 Tamiz número 4 Humboldt 0301130-00003 08 Tamiz número 8 Humboldt 0301130-00003 09 Tamiz número 10 Humboldt 0301130-00003 10 Tamiz Número 12 Humboldt 0301130-00003 11 Tamiz Número 16 Humboldt 0301130-00003 12 Tamiz Número 20 Humboldt 0301130-00003 13 Tamiz número 30 Humboldt 0301130-00003 14 Tamiz número 40 Humboldt 0301130-00003 15 Tamiz Número 50 Humboldt 0301130-00003 16 Tamiz número 60 Humboldt 0301130-00003 17 Tamiz número 80 Humboldt 0301130-00003 18 Tamiz número 100 Humboldt 0301130-00003 19 Tamiz número 4” Humboldt T6-001 20 Tamiz 3.1/2” Humboldt 21 Tamiz 3” Humboldt 22 Tamiz 2” Humboldt 23 Tamiz 3/8 Humboldt 24 Tamiz número 4 Humboldt T12-01 25 Tamiz número 8 Humboldt 26 Tamiz número 16 Humboldt 27 Tamiz número 30 Humboldt 28 Tamiz número 50 Humboldt 29 Tamiz número 100 Humboldt 30 Tamiz número 200 Humboldt 31 Tapa de Tamices (2) Humboldt 32 Bandeja de Tamices (2) Humboldt 33 Agitador mecánico para Tamices de 8”, 10” y 12” Humboldt 34 Tamizadora eléctrica para tamices de 8”, 10” y 12” Humboldt Pág. N°1/4 Página No. 1/4 77 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO EQUIPOS Y HERRAMIENTAS Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Molde metálico 60cm x 15cm x 15cm, viguetas (3) Sin marca 0402220-00002 02 Molde metálico para cilindros 6”x 12” (16) Sin marca 040222-00003-14 03 Cuarteador universal 24 canales Sin marca 0402111-0041 04 Horno Eléctrico 56 lt Humboldt 0402114-00005 05 Estufa eléctrica de dos hornillas 20”x8.75”x4” Humboldt 0004-2-202-21086 06 Perforadora saca núcleos Breegs 0402242-00001 07 Mortero de porcelana 5” Humboldt 0302049-0010 08 Cono de Abrams Sin número 0402201-0031 09 Horno eléctrico de gran capacidad 300 lt Humboldt 10 Kit completo medidor de aire por presión Humboldt 11 Kit completo medidor de aire volumétrico Humboldt 12 Tubo saca muestras de cemento Humboldt 13 Vibrador de laboratorio, eléctrico de 110 V Humboldt 004-02-301-13988 14 Cucharones de boca plana de acero inoxidable de 6.6 onzas (1) Humboldt 15 Cucharones de boca redonda de aluminio Scoop 33 onza (4) Humboldt 16 Varilla de compactación diámetro 5/8”, longitud 24”(2) Humboldt 17 Espátulas flexibles de 4” (2) Humboldt 18 Espátulas flexibles de 8”(2) Humboldt 19 Canastilla de gravedad específica con malla N°8 Humboldt 0004-02-651-21168 20 Pares de guantes resistentes al calor (2) Humboldt 21 Tenaza de acero inoxidable de 18” de largo Humboldt 22 Tenaza de seguridad de acero inoxidable 18” de longitud Humboldt 23 Medidor de densidad eléctrico (EDF) Humboldt 0004-02-067-20846 24 Moldes metálicos de 6” para Próctor Modificado (12) Humboldt 0004-02-302-21089 25 Moldes metálicos de 4” para Próctor Estandar (12) Humboldt 004-02-302-21101 26 Martillo de compactación Próctor Modificado 10lb(4) Humboldt 27 Martillo de compactación Próctor Estandar 5.5lb(4) Humboldt 28 Cono y frasco para densidad de campo Humboldt 29 Placa para cono de arena Humboldt 30 Molde cónico y pisón para gravedad específica y absr Humboldt 31 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21149 32 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21150 33 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21151 34 Moldes metálicos para ensayo CBR de 6” (12) Humboldt 0004-02-302-21113 35 Pesas de sobrecarga abiertas (Ensayo CBR) (12) Humboldt 36 Pesas de sobrecarga cerradas (Ensayo CBR) (12) Humboldt 37 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20856 38 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20857 39 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20858 40 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20859 41 Ranurador plano (4) Humboldt 42 Bloque de Calibración (4) Humboldt 43 Gato extractor de muestras Humboldt 0004-02-340-20850 44 Plato perforado para colocación de pesas de sobrcarga Humboldt 0004-02-348-21125 45 Falso fondo de 6” diámetro Humboldt 0004-02-650-211137 46 Carretillas Humboldt 47 Palas punta redonda (4) Pág. N°2/4 78 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO BALANZAS Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402220-00002 02 Balanza mecánica de precisión OHAUS 040222-00003-14 03 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402111-0041 04 Balanza mecánica OHAUS 0402114-00005 05 Balanza electrónica digital OHAUS 0004-2-202-21086 06 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402242-00001 07 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0302049-0010 08 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402201-0031 09 Balanza mecánica de precisión OHAUS 10 Balanza digital OHAUS PRENSA ELECTRO HIDRÁULICA Y ENSAYOS DE COMPRESIÓN Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Prensa Electro Hidráulica Humboldt 0402097-00003 02 Equipo de Econocap de 6” Humboldt 0402031-00025 03 Equipo de Econocap de 4” Forney 04 Espaciador de acero de 6” de diámetro y 4” de alto Forney 05 Espaciador de acero de 6” de diámetro y 3” de alto Forney 06 Compuesto para capeo de cilindros de hormigón Forney 07 Dispositivo de capeo de cilindros de concreto de 6” Humboldt 08 Dispositivo de capeo de cilindros o núcleos de 4” Humboldt 09 Cucharón de acero inoxidable para compuesto capeo Humboldt 10 Olla de 4 quart para fundir mortero 38°C-262°C capeo Ritehete 11 Tornillo micrométrico para medir diámetro cilindros Starrett INTRUMENTAL DE VIDRIO PLÁSTICO Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Probeta graduada de vidrio de 100 cc . 0402055-14339 02 Probeta graduada de vidrio de 500 cc . 0402055-14340 03 Probeta graduada de vidrio de 500 cc . 0402055-14341 04 Probeta graduada de vidrio de 1000 cc . 0402055-14342 05 Hidrómetro de vidrio para suelos 151 H Humboldt 06 Hidrómetro de vidrio para suelos 152 H Humboldt 07 Termómetro digital asfalto (-40°C a +50°C) Corning 08 Terminación digital punta metálica (-50°C a +350°C) Humboldt 09 Termómetro de vidrio (20°C a 760°C) Humboldt 10 Termómetro digital (-50°C a 300°C) 11 Picnómetro de vidrio 500 ml Rub 12 Picnómetro de vidrio 500 ml Rub 13 Vaso de precipitación de plástico graduado (1000ml) 14 Vaso de precipitación de plástico graduado (500ml) 15 Vaso de precipitación de plástico graduado (250ml) 16 Picnómetro de 1 grt o 0.95lt con tapa y empaque Mason 17 Set para ensayo de impurezas orgánicas agregados Forney 18 Botella para ensayo de impurezas orgánicas Forney/Hu 19 Chapman glash gravedad específica y absorción Humbolt 20 Franco Le Chataller para la densidad del cemento Humgoldt 21 Placa de vidrio de 35 x 35 cm 22 Placa de vidrio de 45 x 45 Pág. N°3/4 79 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO PRENSA ELÉCTRICA PARA ENSAYOS CBR MARSHALL TRIAXIAL UU Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Prensa Humboldt 0402220-00002 02 Equipo de Humboldt 040222-00003-14 03 Anaquel Humboldt 0402111-0041 04 Anillo cortante para hincar Humboldt 0402114-00005 BANDEJAS METÁLICAS Y RECIPIENTES Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Bandejas cuadradas de 20 cm x 20 cm x 6 cm Sin marca 0402146-00005 02 Bandeja cuadrada de 40 cm x 40 cm x 6 cm Sin marca 042146-00006 03 Bandejas cuadradas de 35 cm x 35 cm x 6 cm Sin marca 0402146.00007 04 Bandejas cuadrada de 45 cm x 45 cm x 6 cm Sin marca 0402146-00008 05 Charola redondas de aluminio de 1.1/2” de alto 9”Ø4” 06 Charola redondas de aluminio de 1.1/2”de alto 12 Ø4” 07 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 4 Quart (2) 08 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 4 Quart (3) 09 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 8 Quart (4) 10 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 16 Quart (4) 11 Cubetas (1 cu ft o 28 L) de acero de alto rendimiento 12 Cubetas(5cu ft o 14L) de acero de alto rendimiento 13 Cubetas de acero 1/10 pie cúbico para MUS 14 Bandejas grandes de acero de 1.5m x 0.75mx0.25m 15 Bandejas de acero galvanizado 10” x 20”x3” M. asfalto(2”) 16 Bandejas de acero galvanizado 24” x 24” x 6” (2”) 17 Cápsulas para humedad (24) 0302046-00017/40 EQUIPO MOTORIZADO SPT Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Motor 0402031-26603 22 Trípode 0402031-26603 03 Polea 0402031-26603 04 Gancho 0402031-26603 05 Cabo 0402031-26603 06 Cabeza de golpe Acker-USA 0402031-26603 07 Guía Acker-USA 0402031-26603 08 Anillo Acker-USA 0402031-26603 09 Martillo Acker-USA 0402031-26603 10 Varillaje Acker-USA 04002031-26603 11 Varillaje Acker-USA 0402031-26603 12 Varillaje Acker-USA 0402031-26603 13 Cuchara Acker-USA 0402031-26603 14 Zapata Acker-USA 0402031-26603 15 Trazador Acker-USA 0402031-26603 16 Freno abierto Acker-USA 0402031-26603 17 Retenedor Acker-USA 0402031-26603 18 Moldes 19 Martillo de acero OBSERVACIONES: OBSERVAIONES GENERALES: Firma del Estudiante Firma del Docente Técnico de Laboratorio Autorización Superior Pág. N°4/4 80 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Apéndice TOMO I UNIDAD DE CÁTEDRA N°8 TEMA: Exploración y muestreo de suelos 81 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 1. Exploración y muestreo de suelos 1.1. Introducción De todo lo dicho anteriormente en los diferentes capítulos de la Mecánica de Suelos se desprende de una manera obvia la necesidad que tiene de contar, tanto en la etapa del proyecto, como durante la ejecución de la obra de que se trate, con datos firmes, seguros y abundantes respecto al suelo con el que se está tratando. El conjunto de estos datos debe llevar al proyectista a adquirir una concepción razonablemente exacta de las propiedades físicas del suelo que hayan de ser consideradas en sus análisis. En realidad es el Laboratorio de Mecánica de Suelos en donde el proyectista ha de obtener los datos definitivos para su trabajo; primero, al realizar las pruebas de clasificación, ubicará en forma correcta la naturaleza del problema que se le presenta y de esta ubicación podrá decidir, como segunda fase de un trabajo, las pruebas más adecuadas que se requiere su problema particular, para definir las características de deformación y resistencia a los esfuerzos en el suelo con que haya de laborar. Pero para llegar en el Laboratorio a unos resultados razonablemente dignos de crédito es preciso cubrir en forma adecuada una etapa previa e imprescindible: la obtención de las muestras de suelo apropiadas para la realización de las correspondientes pruebas. Resultan así estrechamente ligados las dos importantes actividades, el muestreo de los suelos y la realización de las pruebas necesaria de Laboratorio. El muestreo debe estar regido ya anticipadamente por los requerimientos impuestos a las muestras obtenidas por el programa de pruebas de Laboratorio y, a su vez, el programa de pruebas debe estar definido en términos de la naturaleza de los problemas que se suponga puedan resultar del suelo presente en cada obra, el cual no puede conocerse sin efectuar previamente el correspondiente muestreo. Aparece así un círculo vicioso, de cuyo correcto balance depende el éxito en un programa de muestreo y pruebas. El círculo suele resolverse recurriendo a la ayuda de programas preliminares de exploración y muestreo. Por procedimientos simples y económicos, debe procurar adquirirse una información preliminar suficiente respecto al suelo, información que, con ayuda de pruebas de clasificación, tales como Granulometría y Límites de Plasticidad, permita formarse una idea clara de los problemas que sean de esperar en cada caso particular. El conocimiento apriorístico de tales problemas permite, a su vez, programar en forma completa las pruebas necesarias para la obtención del cuadro completo de datos del proyecto, investigando todas aquellas propiedades físicas del suelo de las que se pueda sospechar que lleguen a plantear en la obra una condición crítica. La realización de esta nueva serie de pruebas definitivas suele presentar nuevas exigencias respecto a las muestras de suelo de que haya de disponerse y ello obligará, en general, a efectuar nuevas operaciones de sondeo y muestreo, a fin de obtener las muestras definitivas. 1.1.1. Tipos de sondeos En general, se tendrán dos tipos de sondeos: 82 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. a) Sondeo preliminares. b) Sondeos definitivos. Cada uno con sus métodos propios de muestreo. En realidad, la programación de un muestreo correcto es un problema mucho más completo que lo que dan a entender los párrafos anteriores y muchos aspectos dependen fundamentalmente de la experiencia particular del ingeniero y difícilmente se encasillan en normas fijas. 1.1.2. Aspectos importantes Uno de los aspectos más importantes de los de esta última categoría es una correcta evaluación de la importancia de la obra por ejecutar, en relación con el costo de su correspondiente programa de exploración y muestreo. Una obra de importancia grande ameritará un programa de una envergadura totalmente inadecuada para una obra menor. Y no sólo la importancia de la obra juega papel como norma de criterio del proyectista, sino también el tipo de obra, en relación, por ejemplo: Con las consecuencia de su falla respecto a pérdidas en bienes o vidas; puede haber obras de poco costo cuyos requerimientos de seguridad y por lo tanto, de previsión en el proyecto, sean mucho mayores que otras obras de mayor inversión presupuestal. Un aspecto importante será siempre que la magnitud, tanto en tiempo como en costo, del programa de exploración y muestreo esté acorde con el tipo de obra por ejecutar. Otro aspecto de importancia fundamental en los problemas aquí tratados es el buscar la colaboración de ciencias que, como Geología, pueden dar en ocasiones información de carácter general muy importante. Pueden dar en ocasiones información de carácter general muy importante. Puede decirse que, sobre todo en obras de importancia, un reconocimiento serio y eficaz, desde un punto de vista geológico, resulta imprescindible. Este reconocimiento será, naturalmente, previo a cualquier otra actividad realizada por el especialista de Mecánica de Suelos. Del tipo de sedimentos, existencia de fallas, plegamientos, etcétera, configuración geológica, tipo y carácter de rocas y demás datos de la zona, resultan, por lo general, informaciones vitales para el ingeniero civil, que norman su criterio de antemano en forma útil. 1.2. Tipos de sondeos. Los tipos principales de sondeos que se usan en Mecánica de Suelos para fines de muestreo y conocimiento del subsuelo, en general, son los siguientes: 1.2.1. Métodos de exploración de carácter preliminar. a) Pozos a cielo abierto, con muestreo alterado o inalterado. b) Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos similares. c) Métodos de lavado. d) Método de penetración estándar. e) Método de penetración cónica. f) Perforaciones en boleos y gravas (Con barrenos, etc.) 1.2.2. Métodos de sondeo definitivo. 83 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado. b) Métodos con tubo de pared delgada. c) Métodos rotatorios para roca. 1.2.3. Métodos geofísicos a) Sísmico. b) De resistencia eléctrica. c) Magnético y gravimétrico. 1.2.4. Descripción de los diferentes Métodos. A continuación se describen brevemente los diferentes métodos mencionados. 1.3. Sondeos Exploratorios. a) Pozo a cielo abierto Cuando este método sea practicable, debe considerársele como el más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un Técnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo. Este tipo de excavación no puede llevarse a grandes profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel freático; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos atravesados también influye grandemente en los alcances del método en sí. La excavación se encarece mucho cuando sean necesarios ademes y haya excesivos traspaleos a causa de la profundidad. Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la naturaleza del suelo “in situ” y la misma, modificada por la excavación realizada. En efecto, una arcilla dura puede, con el tiempo, aparecer como suave y esponjosa a causa del flujo de agua hacia la trinchera de excavación; análogamente, una arena compacta puede presentarse como semifluida y suelta por el mismo motivo. Se recomienda que siempre que se haga un pozo a cielo abierto se lleve un registro completo de las condiciones del subsuelo durante la excavación, hecho por un técnico conocedor. Si se requiere ademe en el pozo puede usarse madera o acero; por lo regular, el ademe se hace con tablones horizontales, pero deberán ser verticales y bien hincados si se tuviesen suelos friccionantes situados bajo el nivel freático. En estos pozos, se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas de los diferentes estratos que se hayan encontrado. 84 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. a.1.) Pozo a cielo abierto con muestras alteradas. Las muestras alteradas son simplemente porciones de suelo que se protegerán contra pérdidas de humedad introduciéndolas en frascos o bolsas emparafinadas. a.2.) Pozo a cielo abierto con muestra inalteradas. Las muestras inalteradas deberán tomarse con precauciones, generalmente labrando la muestra en una oquedad que se practique al efecto en la pared del pozo. La muestra debe protegerse contra pérdidas de humedad envolviéndola en una o más capas de, manta debidamente impermeabilizada con brea y parafina. b) Perforaciones con posteadora, barrenos helicoidales o métodos similares. En estos sondeos exploratorios la muestra de suelo obtenida es completamente alterada, pero puede ser representativa del suelo en lo referente a contenido de agua, por lo menos en suelo muy plástico. La muestra se extrae con herramientas del tipo mostrado. En la Figura A-1., ilustra las Herramientas para sondeos exploratorios por rotación. En la Figura A-1.a) muestra los tipos de barrenos helicoidales; y, En la Figura A-1-b) enseña el modelo de una Posteadora. Los barrenos helicoidales pueden ser de muy diferentes tipos, no solo dependiendo del suelo por acatar, sino también de acuerdo con preferencia particular de cada perforista. El principio de 85 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. operación resulta evidente al ver la Figura A-1.a., que ilustra las herramientas para sondeos exploratorios por rotación, Barrenos Helicoidales” Un factor importante es el paso de la hélice, (sinónimo de hélice espiral), que debe ser muy cerrado para suelos arenosos y mucho más abierto para el muestreo en suelos plásticos. b.1.) Elementos de una pasteadora Posiblemente más usadas en México que los barrenos son las posteadora como muestra la Figura A-1.b. “Herramientas para sondeos exploratorios por rotación – Posteadora”, que está compuesta de los siguientes elementos: Dos tramos de tubo redondo de igual longitud que poseen la mismo diámetro. Una Unión ubicada en el centro para conectar al extremo con los dos tramos de de tubería redondo de igual longitud. Dos tramos de tubería redonda de perforación de igual sección. Figura A-1.a. Herramientas para sondeos exploratorios por rotación – Barrenos Helicoidales Barreno Helicoidal Barreno Helicoidal Hélice Hélice 86 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. A las que se hace penetrar en el terreno ejerciendo un giro sobre el material adaptado al extremo superior de la tubería de perforación. Las Herramientas se conectan al extremo de una tubería de perforación, formada por secciones de igual longitud, que se van añadiendo según aumenta la profundidad del sondeo. En arenas colocadas bajo el nivel de aguas freáticas estas herramientas no suelen poder extraer muestras y en esos casos es preferible recurrir al uso de cucharas especiales, de las que también hay gran variedad e tipos. b.2.) Tipos de cucharas muestreadoras En la Figura A-2. Se ve los tipos de cucharas muestreadoras, aparecen esquemáticamente dos de las más comunes NAF = Nivel del aguas freáticas N.A.F. = Nivel de aguas freáticas Figura A-1.b. Herramientas para sondeos exploratorios por rotación – Posteadora Tubo redondo Tubo redondo Helicoidal L= Longitud L=Longitud Sección Sección De igual Sección De igual Longitud Unión para conectar al extremo Tubería de perforación 87 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Las muestras de cucharas son generalmente más alteradas todavía que las obtenidas con barrenos helicoidales y posteadoras; la razón es el efecto del agua que entra en la cuchara junto con el suelo, formando en el interior una seudosuspensión parcial del mismo. Es claro que en todos estos casos las muestras son cuando mucho apropiadas solamente para pruebas de clasificación y en general, para aquellas pruebas que no requieran muestra inalterada. El contenido de agua de las muestras de barreno suelen ser mayor del real, por lo que el método no excluye la obtención de muestras más apropiadas, por lo menos cada vez que se alcanza un nuevo estrato. Frecuentemente se hace necesario ademar el pozo de sondeo, lo cual se realiza con tubería de hierro, hincada a golpes, de diámetro suficiente para permitir el paso de las herramientas muestreadoras. En la parte inferior una zapata afilada facilita la penetración. A veces, la tubería tiene secciones de diámetros decrecientes, de modo que las secciones de menor diámetro vayan entrando en las de mayor diámetro. Los diferentes segmentos se retiran al fin del trabajo usando gatos apropiados. Tubería de hierro Tubo redondo de acero inoxidable Diámetro que permite el paso de las herramientas muestreadoras Segmento de tubería de perforación Segmento de tubería de perforación 88 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Para el manejo de los segmentos de tubería de perforación y de ademe, en su caso, se usa un trípode provisto de una polea, a una altura que permita las manipulaciones necesarias. Los segmentos manejados se sujetan a través de una polea con “cable o Manila” o cable metálico inclusive: los Operadores pueden intervenir manualmente en las operaciones, guiando y sujetando los segmentos de tubería de perforación por medio de llaves de diseño especial propias para esas maniobras y para hacer expedita la operación del atornillado de los segmentos. Un inconveniente serio de la perforación con barrenos tiene cuando la secuencia estratigráfica del suelo es tal que a un estrato firme sigue uno blando. En estos casos es muy frecuente que se pierda la frontera entre ambos o aun la misma presencia del blando. El error anterior tiende a atenuarse accionando el barreno helicoidal tan adelantado respecto al ademe como lo permita el suelo explorado. b.2.1.) Elementos que componen los tipos de cucharas muestreadoras. Elementos que componen para el uso de la cuchara muestreadora de Tipo a) Cabezal Zapata Tubería de secciones diferentes (A veces de mayor a menor diámetro). Gatos Segmentos de tubería de perforación. Trípode. Polea. Cable. Manila Cable metálico Elementos que componen pare el uso de la cuchara muestreadora del Tipo b). Unión para la tubería. Cabezal Cuerpo del muestreador. Tubo de acero inoxidable Retén. Zapata Tubería de secciones diferentes (A veces de mayor a menor diámetro). Gatos Segmentos de tubería de perforación. Trípode. Polea. Cable. Manila Cable metálico c) Método de lavado Este método constituye un procedimiento económico y rápido para conocer aproximadamente la estratigrafía del subsuelo (aun cuando la experiencia ha comprobado que pueden llegar a tenerse errores hasta de 1m al marcar la frontera entre los diferentes estratos). El método se usa también 89 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. en ocasiones como auxiliar de avance rápido en otros métodos de exploración. Las muestras obtenidas en lavado son tan alteradas que prácticamente no deben ser consideradas como suficientemente representativas para realizar ninguna prueba de laboratorio. c.1) Equipo de perforación. El equipo necesario para realizar la perforación incluye: Un trípode con polea y martinete suspendido de 80 kg (que equivale a176) a 150 kg (que semeja a 330libras) de peso, cuya función es hincar en el suelo a golpes el ademe necesario para la operación. Este ademe debe ser de mayor diámetro que la tubería que vaya a usarse para la inyección del agua. En el extremo inferior de la tubería de inyección debe ir un trépano de acero, perforado, para permitir el paso del agua a presión. El agua se impulsa dentro de la tubería por medio de una bomba. c.1.1. Operación La operación consiste en inyectar agua en la perforación, una vez hincado el ademe, la cual forma una suspensión con el suelo en el fondo del pozo y sale al exterior a través del espacio comprendido entre el ademe y la tubería de inyección; una vez fuera y recogida en un recipiente en el cual se puede analizar el sedimento. c.2.2. Procedimiento. El procedimiento debe ir complementado en todos los casos por un muestreo con una cuchara sacamuestras apropiada, colocada al extremo de la tubería en lugar del trépano; mientras las características del suelo no cambien será suficiente obtener una muestra cada 1.50 m (metros) aproximadamente; pero al notar un cambio en el agua eyectada debe procederse de inmediato a un nuevo muestreo. Al detener las operaciones para un muestreo debe permitirse que el agua alcance en el pozo un nivel de equilibrio, que corresponde al nivel freático (que debe registrarse). Cualquier alteración de dicho nivel que sea observada en los diferentes muestreos debe reportarse especialmente. b.3.3. Esquema del equipo de perforación En la Figura A-3, aparece un esquema del equipo de perforación y algunos modelos de trépanos perforados. 90 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. En la Figura A-4 se muestran algunos de los más usados modelos de muestreadores que se colocan en el extremo inferior de la tubería de inyección a fin de obtener muestras representativas. Los tipos a), b) y c) se introducen a golpes en el suelo y de ellos quizá el más común es de media caña, así llamado por poder dividirse longitudinalmente para facilitar la extracción de la muestra. El muestreador de trampa de muelles tiene en su parte inferior unas hojas metálicas que dejan entrar la muestra en la cámara inferior, pero que dificultan su salida. El cucharón raspador (c), es de utilidad para el muestreo de arenas bajo el nivel freático y funciona, naturalmente, por rotación. Trípode formado con tubos redondos metálico O, cable metálico Motor a gasolina Motor a gasolina O, cable metálico Trípode formado con tubos redondos metálico Nivel del terreno natural metálico Modelos de Trépanos perforados Modelo de Trépanos perforados Equipo de perforación y algunos modelos de trépanos perforados Martinete de 63kg (140lbs) 91 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. En la figura A-4. (d). comprende de los elementos siguientes Corte longitudinal Cabeza de unión Barras de perforación Abertura Punta Corte transversal Corte a –a Dirección de giro d) Método de penetración estándar Este procedimiento es, entre todos los exploratorios preliminares, quizá el que rinde mejores resultados en la práctica y proporciona más útil información en torno al subsuelo y no sólo en lo referente a descripción; probablemente e también el más ampliamente usado para esos fines en México. En suelos puramente friccionantes la prueba la prueba permite conocer la compacidad de los mantos que, como repetidamente se indicó, es la característica fundamental respecto a su comportamiento mecánico. En suelos plásticos la prueba permite adquirir una idea, sin bien Algunos modelos de muestreadores más usados Muestreador de media caña Se divide longitudinalmente 92 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. tosca, de la resistencia la compresión simple. Además el método lleva implícito un muestreo, que proporciona muestras alteradas representativas del suelo en estudio. El equipo necesario para aplicar el procedimiento consta de un muestreador especial (muestreador o penetrómetro estándar) de dimensiones establecidas, que aparece esquemáticamente en la Figura A-5. Es normal que el penetrómetro sea de media caña, para facilitar la extracción de la muestra que haya penetrado en su interior. El penetrómetro se enrosca al extremo de la tubería de perforación y la prueba consiste en hacerlo penetrar a golpes dados por un martinete de 63.5 kg (140 libras) que cae desde 76 cm (30 pulgadas). Convertir: 63.5 kg a lb =? Desarrollo 1 kg tiene 2.20462262 lb. La libra (lb) es una unidad de masa usada desde la Antigua Roma. La palabra (derivada del latín) significa "escala o balanza", y todavía es el nombre de la principal unidad de peso y masa usada en 93 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. los países anglosajones. 1 libra equivale a 0,45359237 kilogramos y a su vez 1 kilogramo es igual a 2,20462262 libras. Convertir: 76cm a pulgadas =? Desarrollo 1 Pulgada = 1” tiene 2.54 cm centímetros. Medida de longitud. 2,54 cm equivalen. Unidad métrica de medida Contando el número de golpes necesario para lograr una penetración de 30 cm (1 pie). Convertir: 30 cm a Pies =? Desarrollo 1 pies tiene 30.48 centímetros. El martinete, hueco y guiado por la misma tubería de perforación, es elevado por una cable que pasa por la polea del trípode y dejado caer desde la altura requerida contra un ensanchamiento de la misma tubería de perforación hecho al efecto. En cada avance de 60 cm debe retirarse el penetrómetro, removiendo al suelo de su interior, el cual constituye la muestra. El fondo del pozo debe ser previamente limpiado de manera cuidadosa, usando posteadora o cuchara del tipo de las mostradas en la Figura A-2.”Tipo de cucharas muestreadoras). 94 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Una vez limpio el pozo, el muestreador se hace descender hasta tocar el fondo y, seguidamente, a golpes, se hace que el penetrómetro entre 15 cm dentro del suelo. Desde este momento deben contarse los golpes necesarios para lograr la penetración de los siguientes 30 cm. A continuación hágase penetrar el muestreador en toda su longitud. Al retirar el penetrómetro, el suelo que haya entrado en su interior constituye la muestra que puede obtenerse con este procedimiento. La utilidad e importancia mayores de la prueba de penetración estándar radican en las correlacione realizadas en el campo y en el laboratorio en diversos suelos, sobre todo arenas, que permitan relacionar aproximadamente la compacidad, el ángulo de fricción interna, Ø, en arenas y el valor de la resistencia a la compresión en arcillas, con el número de golpes necesarios en ese suelo para que el penetrómetro estándar logre entrar los 30 cm especificados. Para obtener estas relaciones basta realizar la prueba estándar en estratos accesibles o de los que se puedan obtener muestras inalteradas confiables y a los que se les pueda determinar los valores de los conceptos señalados por los métodos usuales de laboratorio; haciendo suficiente número de comparaciones pueden obtenerse correlaciones estadísticas dignas de confianza. En la práctica esto se ha logrado en los suelos friccionantes, para los que existen tablas y gráficas dignas de crédito y aplicables al trabajo práctico; en el caso de suelos arcillosos plásticos las correlaciones de la prueba estándar con son mucho menos dignas de crédito. En la Figura A-6 “Correlación entre el número de golpes para 30 cm de penetración estándar y el ángulo de fricción interna de las arenas”., aparece una correlación que ha sido muy usada para arenas y suelos predominantemente friccionantes. En la figura A-6 se observa: Sentido x Sentido y - La capacidad relativa N=Número de golpes para 30cm de penetración o Capacidad relativa(muy suelta) (Prueba de penetración estándar) o Capacidad relativa(suelta) o Capacidad relativa(mediana) o Capacidad relativa(compacta) o Capacidad relativa(muy compacta) Ángulo de fricción interna Ø En la figura A-6 (1) se observa la representación de las curvas: Relación para arenas de grano anguloso o redondeado de mediano a grueso En la figura A-6 (1) se observa la representación de las curvas: Relación para arenas finas y para arenas limosas 95 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. En la gráfica se observa que al aumentar el número de golpes e tiene mayor compacidad relativa en la arena y, consecuentemente, mayor ángulo de fricción interna. También se ve que en arenas limpias medianas o gruesas para el mismo número de golpes, se tiene un Ø mayor que en arenas limpias finas o que en arenas limosas. Las relaciones de la Figura A-6 “Correlación entre el número de golpes para 30 cm de penetración estándar y el ángulo de fricción interna de las arenas”., no toman en cuenta la influencia de la presión vertical sobre el número de golpes que es importante, según han demostrado investigaciones más recientes. En la Figura A-7. “Relación entre la penetración estándar, la presión vertical y la compacidad para arenas”, (según Referencia 3: Coffman, B. S. – Estimating the relative density of sands – Civil Engineering – Octubre, 1960; Traducido al español: Coffman, BS - Estimación de la densidad relativa de arenas - Ingeniería Civil - Octubre, 1960, se presentan resultados experimentales que demuestran que un número de golpes en la prueba de penetración estándar corresponden diferentes compacidades relativas, según sea la presión vertical actuante sobre la arena, la cual, a su vez, es función de la profundidad a que se haga la prueba. 96 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. En la Figura A-7. Se visualiza: En sentido X N, de golpes para 30 cm de penetración En el Sentido Y Presión vertical en kg./cm² Representación gráfica Porcentaje de compacidad relativa Para pruebas en arcillas, Terzaghi y Peck dan la correlación que se presenta en las tablas a-1 TABLA a-1 CORRELACIÓN PARA PRUEBAS DE ARCILLA CONISTENCIA No. DE GOLPES, N RESITENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE, --------------- -------------------- Kg/cm² Muy blanda 4.0 97 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Puede observarse en la tabla que, prácticamente, el valor de en kg/cm2 se obtiene dividiendo entre 8 el número de golpes. Sin embargo, cabe mencionar que las correlaciones de la Tabla a-1, sólo deben usarse como norma tosca de criterio, pues los resultados prácticos han demostrado que pueden existir serias dispersiones y, por lo tanto, las resistencias obtenidas por este procedimiento no deben servir de base para proyectos. e) Método de penetración cónica Estos métodos consisten en hacer penetrar una punta cónica en el suelo y medir la resistencia que el suelo ofrece. Existen diversos tipos de conos y en la Figura. A-8.”Penetrómetros cónicos”, aparecen algunos que se han usado en el pasado. Clasificación de métodos Dependiendo del procedimiento para hincar los conos en el terreno, estos métodos se dividen en: Método estático Método dinámico e.1.) Método Estático 98 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. La herramienta se inca a presión, medida en la superficie con un gato apropiado e.2.) Método dinámico El hincado se logra a golpes dado con un peso que cae. En la prueba dinámica puede usarse un penetrómetro del tipo c) Tipo para ensayo dinámico., de la Figura A.8. “Penetrómetros cónicos”, atornillado al extremo de la tubería de perforación, que se golpea en su parte superior de un modo análogo al descrito para la prueba de penetración estándar. Es normal usar para esta labor un peso de 63.5 kg, con 76 cm de altura de caída, o sea la misma energía para la penetración usada en la prueba estándar. También ahora se cuentan los golpes para 30 cm de penetración de la herramienta. Para este tipo de prueba no existen correlaciones mencionadas en el caso de prueba estándar, por lo cual los resultados son de muy dudosa interpretación. Sin embargo, la prueba se ha usado frecuentemente por dos razones básicas: Su economía Su rapidez Pues al no haber operaciones de muestreo, no existe la dilatación de la prueba estándar para retirar la tubería de perforación y obtener la muestra, cada vez que se efectúe la prueba. Si la prueba se hace in ademe existe gran fricción lateral sobre la tubería de perforación, pero si se pone ademe se pierden las ventajas de economía sobre la prueba estándar, por lo menos parcialmente. Las observaciones que hasta ahora se han realizado parecen indicar que, en arenas, la prueba dinámica de cono da toscamente un número de golpes del orden del doble del que se obtendría en prueba estándar, a condición, desde luego, de que la energía aplicada al cono sea la correspondiente a la prueba estándar. En arcillas, el uso de la penetración cónica dinámica, adquiere caracteres, aún más peligrosa potencialmente, al no existir correlaciones dignas de crédito, si se tiene en cuenta que la resistencia de esos materiales a las cargas elásticas a que estarán sujetos en la obra de que se trate, puede ser perfectamente mal cuantificada a partir de una prueba dinámica, en la que la arcilla puede exhibir unas características totalmente diferentes. e.3.) Pruebas de penetración estática de conos Las pruebas de penetración estática de conos, pueden hacerse usando herramientas del tipo de las que aparecen en la Figura A-8.”Penetrómetros cónicos, tipo danés, tipo Holandés, Tipo para ensayo dinámico, tipo de inyección. En general, el cono se hinca aplicando presión estática a la parte superior de la tubería de perforación con un gato hidráulico, empleando un marco fijo de carga que puede estar sujeto al ademe necesario para proteger la tubería de perforación de la presión lateral. La velocidad de penetración suele ser constante y del orden de 1 cm/seg. A veces se obtiene una gráfica de presión 99 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. aplicada contra penetración lograda con esa presión; otras veces se anotan contra la profundidad los valores de la presión que haya sido necesaria para logar una cierta penetración, por ejemplo 50 cm. Tampoco se obtiene muestra de suelo con este procedimiento y ésta debe verse como una limitación importante. También se tiene el inconveniente de que no existen correlaciones de resistencia en prueba cónica estática con valores obtenidos por otros métodos de eficacia más confiable; en arcillas, existe el inconveniente adicional de que la resistencia de estos materiales depende mucho de la velocidad de aplicación de las cargas, según se indicó repetidamente, por lo que en la prueba pueden tenerse resultados no representativos de la realidad. A veces se han usado en arenas Penetrómetros cónicos ayudado por presión de agua como se muestra en la Figura A-8.d. “Tipo de inyección”. , cuya función es suspender las arenas sobre el nivel de la penetración, para evitar el efecto de la sobrecarga actuante sobre el nivel, que de otra manera, dificultaría la penetración del cono. A modo de resumen podría decirse que las pruebas de penetración cónica, estática o dinámica, son útiles en zonas cuya estratigrafía sea ya ampliamente conocida a priori y cuando se desee simplemente obtener información de sus características en un lugar específico; pero son pruebas de muy problemática interpretación en lugares no explotados a fondo previamente. La prueba de penetración estándar debe estimarse preferible en todos los casos en que su realización sea posible. f) Perforaciones con boleos y gravas Con frecuencia es necesario atravesar durante las perforaciones estratos de boleos o gravas que presentan grandes dificultades para ser perforados con herramientas hasta aquí descritas. En estos casos se hace necesario el empleo de herramientas más pesado, del tipo de barretones con taladros con taladros de acero duro, que se suspenden y dejan caer sobre el estrato en cuestión, manejándolos con cables. En ocasiones se ha recurrido, inclusive, al uso localizado de explosivos para romper la resistencia de un obstáculo que parezca en el sondeo. 1.4. Métodos de sondeo definitivo Se incluye los métodos de muestreo que tienen por objeto rendir muestras inalteradas en suelos, apropiadas para pruebas de compresibilidad y resistencia y muestras de roca, que no pueden obtenerse por los métodos mencionados hasta este momento. En ocasiones, cuando estas muestras no se requieran, los procedimientos estudiados en la sección A.3. “Sondeos exploratorios”, especialmente los que rinden muestras representativas, pueden llegar a considerarse como definitivos, en el sentido de no ser necesaria exploración posterior para recabar las características del suelo; sin embargo, cuando la clasificación del suelo permita pensar en la posibilidad de la existencia de problemas referentes a asentamientos o a falta de la adecuada 100 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. resistencia al esfuerzo cortante en los suelos, se hará necesario recurrir a los métodos que ahora se exponen: a) Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado Este método de exploración ha sido ya descrito en la sección A-3. Tema: “Sondeos exploratorios”, por lo que se considera necesario describirlo nuevamente. Cuando este método sea practicable debe considerársele como el más satisfactorio para conocer las condiciones del subsuelo, ya que consiste en excavar un pozo de dimensiones suficientes para que un técnico pueda directamente bajar y examinar los diferentes estratos de suelo en su estado natural, así como darse cuenta de las condiciones precisas referentes al agua contenida en el suelo. Este tipo de excavación no puede llevarse a grandes profundidades a causa, sobre todo, de la dificultad de controlar el flujo de agua bajo el nivel freático; naturalmente que el tipo de suelo de los diferentes estratos atravesados también influye grandemente en los alcances del método en sí. La excavación se encarece mucho cuando sean necesarios ademes y haya excesivos traspaleos a causa de la profundidad. Deben cuidarse especialmente los criterios para distinguir la naturaleza del suelo “in situ” y la misma, modificada por la excavación realizada. En efecto, una arcilla dura puede, con el tiempo, aparecer como suave y esponjosa a causa del flujo de agua hacia la trinchera de excavación; análogamente, una arena compacta puede presentarse como semifluida y suelta por el mismo motivo. Se recomienda que siempre que se haga un pozo a cielo abierto se lleve un registro completo de las condiciones del subsuelo durante la excavación, hecho por un técnico conocedor. Si se requiere ademe en el pozo puede usarse madera o acero; por lo regular, el ademe se hace con tablones horizontales, pero deberán ser verticales y bien hincados si se tuviesen suelos friccionantes situados bajo el nivel freático. En estos pozos, se pueden tomar muestras alteradas o inalteradas de los diferentes estratos que se hayan encontrado. Las muestras alteradas son simplemente porciones de suelo que se protegerán contra pérdidas de humedad introduciéndolas en frascos o bolsas emparafinadas. Las muestras inalteradas deberán tomarse con precauciones, generalmente labrando la muestra en una oquedad que se practique al efecto en la pared del pozo. La muestra debe protegerse contra pérdidas de humedad envolviéndola en una o más capas de, manta debidamente impermeabilizada con brea y parafina. 101 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Sin embargo, es conveniente insistir en el hecho de que cuando es factible, debe considerarse el mejor de todos los métodos de exploración a disposición del ingeniero para obtener muestras inalteradas y datos adicionales que permitan un mejor proyecto y construcción de una obra. b) Muestreo con tubos de pared delgada Desde luego de ningún modo y bajo ninguna circunstancia puede obtenerse una muestra de suelo que pueda ser rigurosamente considerada como inalterada. En efecto, siempre será necesario extraer al suelo de un lugar con alguna herramienta que inevitablemente alterará las condiciones de esfuerzo en su vecindad; además, una vez la muestra dentro del muestreador no se ha encontrado hasta hoy y es dudoso que jamás llegue encontrarse, un método que proporcione a la muestra, sobre todo en sus caras superior e inferior los mismos esfuerzos que tenía “in situ”. Aparte de esto, la remoción de la muestra del muestreador al llegar al laboratorio produce inevitablemente otro cambio en los esfuerzos, pues la fase líquida deberá trabajar a tensión y la fase sólida a compresión en la medida necesaria para que impida la expansión de la muestra., originalmente confinada en el suelo y ahora libre. La alteración producida por esta extracción, es un factor importante aún y cuando se recurra al procedimiento de cortar longitudinalmente al muestreador para evitar el efecto de la fricción lateral, si bien con este procedimiento más costoso se atenúa la alteración. Por lo anterior, cuando en Mecánica de Suelos se habla de muestras “inalteradas” se debe entender en realidad un tipo de muestra obtenida por cierto procedimiento que trata de hacer mínimos los cambios en condiciones de la muestra “in situ”, sin interpretar la palabra en su sentido lateral. Se debe, a: M. J. Hvorslev⁵ (Referencia 5: Hvorslev, M. J. – Subsurface Exploration and Sampling of Soils – U. S. Corps of Engineers, Waterways Experimental Station. Vicksburg, Miss. – 1949. Traducido al español: Hvorslev, MJ - Exploración del Subsuelo y Muestreo de Suelos - Cuerpo de Ingenieros de EE.UU., canales Estación Experimental Vicksburg, Mississippi – 1949. Un estudio exhaustivo moderno que condujo a procedimientos de muestreo con tubos de pared delgada que, por lo menos en suelos cohesivos, se usan actualmente en forma prácticamente única. Muestreadores de tal tipo existen en muchos modelos y es frecuente que cada institución especializada desarrolle el suyo propio. El grado de perturbación que produce el muestreador depende principalmente, según el propio Hvorslev puso de manifiesto, del procedimiento usado para su hincado; para sus experiencias han comprobado que si se desea un grado de alteración mínimo aceptable, dese hincado debe efectuarse ejerciendo presión continuada y nunca a golpes ni con algún otro método dinámico. Hincado el tubo a presión, a velocidad constante y para un cierto diámetro de tubo, el grado de alteración parece depender esencialmente de la llamada “relación de áreas” --------- (A-1) Donde: 102 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. = Es el diámetro exterior del tubo; y; = Es el diámetro interior del tubo, La expresión anterior equivale a la relación entre el área de la corona sólida del tubo y el área exterior del mismo: Dicha relación no debe ser mayor de 10% en muestreadores de 5 cm (2”) de diámetro, hoy de escaso uso por requerirse en general muestreas de mayor diámetro y, aunque en muestreadores de mayor diámetro pueden admitirse valores algo mayores, no existen motivos prácticos que impidan satisfacer fácilmente el primer valor. En la Figura A.9.a, “Muestreadores de tubo de pared delgada”, aparece uno de los tipos más comunes de muestreador de pared delgada; en la parte b) de la figura, se muestra un tipo más elaborado de muestreador de pistón, que tiene por objeto eliminar o casi eliminar la tarea de limpia del fondo del pozo previa al muestreo, necesaria en los muestreadores abiertos; al hincar el muestreador con el pistón en su posición inferior, puede llevarse al nivel deseado sin que el suelo alterado de niveles más altos en el fondo entre él; una vez en el nivel de muestreo, el pistón se eleva la parte superior y el muestreador se hinca libremente (pistón retráctil) o bien fijado el pitón en el nivel de muestreo por un mecanismo accionado desde la superficie, se hinca el muestreador relativamente el pitón hasta que llena de suelo (pistón fijo). En la Figura (A-9.c), se muestra un esquema de un dispositivo aplicador de presiones de hincado que puede usarse cuando no se disponga de una máquina perforadora que aplique la presión mecánicamente; un procedimiento alternativo al mostrado en la Figura, será cargar la varilla de perforación con peso muerto utilizando gastos hidráulicos. En ocasiones y en suelos muy blandos y con alto contenido de agua, los muestreadores de pared delgada no logran extraer la muestrea, saliendo sin ella a la superficie; esto tiende evitarse; esto tiende a evitarse hincando el muestreador lentamente y, una vez lleno de suelo, dejándolo en reposo un cierto tiempo antes de proceder la extracción. Al dejarlo en reposo la adherencia entre el suelo y muestreador crece con el tiempo, pues la arcilla remoldeada de la superficie de la muestra expulsa agua hacia el interior de la misma aumentando, por lo tanto, su resistencia y adherencia con muestreador. En arenas, especialmente en las situadas bajo el nivel freático se tiene la misma dificultad, la cual hace necesario recurrir a procedimientos especiales y costosos para darle al material una “Cohesión” que le permita conservar su estructura y adherirse el muestreador. La inyección de emulsiones asfálticas o el congelamiento de la zona de muestreo son métodos que han usado algunas veces en el pasado. Afortunadamente el problema no es de vital importancia en la práctica de la Mecánica de Suelos dado que la prueba estándar de penetración, al informar sobre la compacidad de los mantos arenosos, proporcionan el dato más útil y generalmente en forma suficientemente aproximada, de las características de los mismos. 103 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. En la figura A-9., se visualiza: 104 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Figura A-9. (a). Tipo Shelby. Tubo de acero in costura Conexión con la tubería de perforación Tornillo Válvula Normalmente entre 80 cm y 1 m Rosca para la tubería de perforación Figura A-9. (b). De pistón. Sujetador de la varilla del pistón a los tubos de perforación. Ademe Pistón Muestreador Sujetador de la varilla del pistón al ademe. Varilla de pistón - Figura A-9. (b). Dispositivo de hincado por presión de un diferencial. Diferencial Trípode Polea Yugo Muerto de anclaje Ademe Muestreador. c) Métodos de rotación para roca Cuando un sondeo alcanza una capa de roca más menos firme o cuando en el curso de la perforación las herramientas hasta aquí descritas tropiezan con un bloque grande de naturaleza rocosa, no es posible lograr penetración con los métodos estudiados y h de recurrirse a un procedimiento diferente. En realidad, se mencionó que capas de boleo o grava pueden ser atravesadas con barretones o herramientas pesadas similares, maneja a percusión. Pero estos métodos no suelen dar un resultado conveniente en roca más o menos sana y además tiene el inconveniente básico de no proporcionar muestras de los materiales explorados. Cuando un gran bloque o un estrato rocoso aparezcan en la perforación se hace indispensable recurrir al empleo de máquinas perforadoras a rotación, con broca de diamantes o del tipo cáliz, (copa, vaso o recipiente). En las primeras, en el extremo de la tubería de perforación va colocando un muestreador especial, llamado de “corazón”, en cuyo extremo inferior se acopla una broca de acero duro con incrustaciones de diamante industrial, que facilita la perforación. 105 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. En las segundas, los muestreadores son de acero duro y la penetración se facilita por medio de municiones de acero que se echan través de la tubería hueca hasta la perforación y que actúan como abrasivo. En roca muy fracturada puede existir el peligro de que las municiones e pierdan. Perforadas tipo cáliz, se han construido con diámetros muy grandes, hasta para hacer perforaciones de 3m; en estos casos, la máquina penetra en el suelo con la mima broca. La colocación de los diamantes en las brocas, depende del tipo de roca a atacar. En rocas duras es recomendable usar brocas con diamantes tanto en l corona como el interior para reducir el diámetro de la muestra, y en el exterior para agrandar la perforación y permitir el paso del muestreador con facilidad. En rocas mediamente duras suele resultar suficiente emplear brocas con inserciones de carburo de tungstento en la corona. En rocas suaves, del tipo de lucitas, pizarras, etc., basta usar broca de acero duro en diente de sierra. En la Figura A-10. “Equipo para muestreo en roca”, aparece un esquema de una máquina perforadora (que, incidentalmente, puede usase también para el hincado a presión de muestreadores de tubo de pared delgada), dos muestreadores de corazón comunes y algunos tipos de brocas. Las velocidades de rotación son variables, de acuerdo con el tipo de roca a acatar. En todos los casos, a causa del calor desarrollado por las grandes fricciones producidas por la operación de muestreo, se hace indispensable inyectar agua fría de modo continuo, por medio de una bomba situada en la superficie. También se hace necesario ejercer presión vertical obre la broca, a fin de facilitar su penetración. c.1. Elementos que componen la máquina perforadora La máquina perforadora, está compuesto de los elementos que se detallan y que se ilustra en la figura A.10. (a) que son: Polea Cable Frenos Malacate Motor Trineo de acero Gato Hidráulico Manguera Bomba Tubería de odeme Tubería de perforación Muestreador. 106 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 107 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. c.2. Elementos que componen el muestreador para broca de diamante. El muestreador para broca de diamante, está compuesto de los elementos que se puntualizan y que se ilustra en la figura A.10. (b) que son: Broca de diamantes. Tubería “aloja muestras” Elevador de corazones Barril Suspensión de apoyo. Cojinetes Válvula cortadora de agua Forro duro Cabeza de montaje c.3. Elementos que componen el muestreador tipo cáliz. El muestreador para broca de diamante, está compuesto de los elementos que se puntualizan y que se ilustra en la figura A.10. (b) que son: Varilla de perforación Agua de lavado y municiones Tubería de odeme Pedocería depositada en el cáliz Cortador Tubo muestreador Corazón (muestra) Municiones aplastadas c.4. Elementos que componen algunos tipos de brocas. - Algunos tipos de brocas está compuesto de los elementos que se señalan y que se ilustra en la figura A.10. (d) que son: Brocas El éxito de una maniobra de perforación rotatoria depende fundamentalmente del balance de esos factores principales, velocidad de rotación presión de gua y presión sobre la broca, respecto al tipo de roca explotado. Una vez que el muestreador ha penetrado toda su carrera es preciso desprender la muestra de roca (corazón) que ha ido penetrando en su interior, de roca matriz. Para ello se han desarrollado diversos métodos técnicos. Por ejemplo, suele resultar apropiado el interrumpir la inyección del agua, lo que hace que el espacio entre la roca y la parte inferior de muestra se llene de fragmentos de roca reduciendo un empaque apropiado; otras veces un aumento rápido de la velocidad de rotación produce el efecto deseado. Cuando las muestras re roca son muy largas puede introducirse un muestreador especial que reemplace al usado en la perforación; tala muestreador está provisto de aditamentos (accesorios) para cortar y retener la muestra. Con cierta frecuencia, ninguno de estos métodos rinde el resultado apetecido y la muestra no es extraída. 108 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. El equipo de perforación rotatorio trabaja usualmente en cuatro diámetros y la tabla a-2 aparecen sus dimensiones usuales y sus nombre típicos. Probablemente a las tuberías Ax y Bx son las mismas usadas. TABLA a-2 DIMENSIONES USUALES Y NOMBRES TÍPICOS BROCA DÍAMETRO EXTERIOR DEL ADEME DIAMETRO EXTERIOR DE LA BROCA DIÁMETRO INTERIOR DE LA BROCA - Milímetro (mm) Pulgada (Plg.) Milímetro (mm) Plg. (Pulgada) Milímetro mm Plg. (Pulgada) Ex 46 35.5 20.5 Ax 57 47.5 20.5 Bx 73 51.5 42 Nx 89 75.5 55 Las máquinas perforadoras suelen poder variar su velocidad de rotación en intervalos muy amplios, [frecuentemente de 40 a 1,000 rpm (revolución por minuto)], y pueden ser de avance mecánico o hidráulico. En las primeras, la máquina gira a velocidad uniforme y las variaciones se logran con un juego de engranaje adicional; en las segundas, muy preferibles, la propia máquina puede variar su velocidad. 1.5. Métodos Geofísicos Se trata ahora métodos de exploración de suelos, desarrollados principalmente con el propósito de determinar las variaciones en las características físicas de los diferentes estratos del subsuelo o los contornos de la roca basal que subyace a depósitos sedimentarios. Los métodos se han aplicado sobre todo a cuestiones de Geología y Minería y en mucha menor escala a Mecánica de Suelos, para realizar investigaciones preliminares de lugares para localizar presas de tierra o para determinar, como se indicó, perfiles de roca basal. Los métodos son rápidos y expedidos y permiten tratar grandes áreas, pero nunca proporcionan suficiente información para fundar criterios definitivos de proyecto, en lo que la Mecánica de Suelos se refiere. En el caso de estudios para fines de cimentación no se puede considerar que los métodos geofísicos sean adecuados, pues no rinden una información de detalle comparable con la que se puede adquirirse de un buen programa de exploración convencional. 109 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. A continuación hasta hoy; de ellos los dos primeros han resultado, con mucho, los más importantes, que son: Método símico; y, Método de resistividad eléctrica 1.5.1. Método sísmico Este procedimiento se funda en la diferente velocidad de propagación de las ondas vibratorias de tipo sísmico a través de diferentes medios materiales. Las mediciones realizadas sobre diversos medios permiten establecer que esa velocidad de propagación varía entre 150 m/seg. (Metros/Segundo) y 2,500 m/seg. (Metros/Segundo). , en suelos, correspondiendo los valores mayores a mantos de grava muy compactos y las menores a arenas sueltas; los suelos arcillosos tienen valore medios, mayores para las arcillas duras y menores para las suaves. En roca sana los valores fluctúan entre 2,000 m/seg (Metros/Segundo) y 8,000 m/seg (Metros/Segundo). Cómo término de comparación se menciona el hecho de que en el agua da velocidad de propagación de este tipo de onda es del orden de 1,400 m/seg (Metros/Segundo). Esencialmente el método consiste en provocar una explosión en un punto determinado del área a explorar usando una pequeña carga de explosivo, usualmente nitroamonio. Por la zona de explorar se sitúan registradores de ondas (Geófanos), separados entre sí de 15 cm (Centímetros) a 30 cm. (Centímetros). La función de los Geófanos es causar la vibración, que se transmite amplificada a un oscilógrafo central que marca varias líneas, una para cada geófono. Suponiendo una masa de suelo homogénea que yazca sobre la roca basal, unas ondas llegan a los geófonos viajando a través del suelo a una velocidad ; otras ondas llegan después de cruzar oblicuamente dicho suelo. Hay un ángulo crítico de incidencia respecto la frontera con la roca basal que hace que las ondas ni se reflejen ni se refracten hacia dentro de la roca, sino que las hace viajar paralelamente a dicha frontera, dentro de la roca, con una velocidad , hasta ser recogidas por los géofonos, después de sufrir nuevas refracciones, para transmitirlas al oscilógrafo. = Velocidad uno = Velocidad dos El tiempo de recorrido de una onda refractada está determinado por su ángulo crítico, que depende de la naturaleza del suelo y de la roca. Un esquema del dispositivo aparece en la Figura A-11. “Esquema del dispositivo para exploración geofísica por el método sísmico” En la figura A-11., se visualiza los siguientes componentes: Equipo amplificador oscilógrafo, registrador fotográfico reloj. Origen de perturbación Geófonos Disparador Frontera entre estratos 110 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. H Trineo de acero Tubería de ademe Tubería de perforación Gato Hidráulico Manguera Bomba Muestreador Representación gráfica. Broca de diamantes. Sentido X: Distancia del punto de perturbación a los geófonos. Sentido y: Tiempo de registro en segundos. Puede construirse una gráfica que relaciones la distancia del geófono al punto donde se originó la perturbación, con el tiempo que tardó en registrare la onda en ese geófono. Cómo las ondas directas y refractadas comienzan a llegar al geófono en tiempos diferentes bien determinado, pueden calcularse de la gráfica que apareció en la Figura A-11, los valores típicos de = Velocidad uno y = Velocidad dos. En los géofonos próximos al punto de la explosión las ondas directas llegan antes; en los alejados llegan 111 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. primero las refractadas. Hay un punto frontera (el número 3 de la Figura A-11), en el cual los dos tipos de onda llegan a la vez. Dibujando los instantes en que el geófono recibe la primera citación en función del alejamiento del geófono se obtiene do rectas. Hasta el punto número 3 (en el caso de la Figura A-11), el primer impulso es de onda directa del geófono: de 3 en adelante, la primera excitación de la onda refractada en la que el tiempo es una cierta función , de la distancia, representando “a” el tiempo constante en que se recorren los dos tramos inclinados hasta y desde la roca basal. Se obtiene así dos rectas que, evidentemente, han de cruzarse en la abscisa del punto 3. Si es la abscisa de tal punto, puede demostrarse en la Figura A-11. “Esquema del dispositivo para exploración geofísica por el método sísmico”, que: = Abscisa del punto uno --------------- (A-2) 2. Método de resistividad eléctrica Este método se basa en el hecho de que los suelos, dependiendo de su naturaleza, presentan una mayor o menor resistividad eléctrica cuando una corriente es inducida a su través. Su principal aplicación está en el campo de la minería, pero en Mecánica de Suelos se ha aplicado para determinar la presencia de estratos de roca en el subsuelo. La resistividad eléctrica de una zona de suelo puede medirse colocando cuatro electrodos igualmente espaciados en la superficie y alineados; los dos exteriores, conectados en serie a una batería son los electrodos de corriente (medida por un miliamperímtero), en tanto que los interiores se denominan de potencial y están conectados a un potenciómetro que mide la diferencia de potencial de la corriente como muestra la Figura A-12. “Esquema del dispositivo para exploración geofísica por el método de resistividad eléctrica”. 112 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Los electrodos de corriente son simples varillas metálicas, con punta afilada, mientras que los de potencial son recipientes porosos llenos de una solución de sulfato de cobre, que al filtrarse al suelo, garantiza un buen contacto eléctrico. La resistividad se puede calcular a partir de las lecturas del miliamperímetro I, del potenciómetro V y de la separación entre los electrodos, d, con la fórmula: El método sirve, en primer lugar, para medir las resistividades a diferentes profundidades, en un mismo lugar y, en segundo, para medir la resistividad a una misma profundidad, a lo largo de un perfil. Lo primero se logra de la corriente penetre a mayor profundidad. Lo segundo se logra conservando d constante y desplazando todo el tiempo sobre línea a explorar. Las mayores resistividades corresponden a rocas duras, siguiendo rocas suaves, gravas compactas, etc. y teniendo los menores valores los suelos suaves saturados. 3. Métodos magnéticos y gravimétricos El trabajo de campo correspondiente a estos métodos de exploración es similar, distinguiendo en el aparato usado. En el método magnético se usa un magnetómetro, que mide la componente vertical del campo terrestre en la zona considerada, en varias estaciones próximas entre sí. En estos métodos gravimétricos se mide la aceleración el campo gravitacional en diversos puntos de la zona a explorar. Valores de dicha aceleración ligeramente más altos que el normal de la zona indicarán la presencia de masas duras de roca; lo contrario será índice de la presencia de masas ligeras o cavernas y oquedades. En general estos métodos casi no han sido usados con fines ingenieriles, dentro del campo de la Mecánica de Suelos, debido a lo errático de su información y a la difícil interpretación de sus resultados. 3.1. Número, tipo y profundidad de los sondeos. El número, tipo y profundidad de los sondeos que deban ejecutarse de un programa de exploración de suelos depende fundamentalmente del tipo de subsuelo y de la importancia de la obra. En ocasiones, se cuenta con estudios anteriores cercanos al lugar, que permiten tener una idea siquiera aproximada de las condiciones del subsuelo y este conocimiento permite fijar el programa de exploración con mayor seguridad y eficacia. Otras veces, ese conocimiento apriorístico indispensable sobre las condiciones predominantes en el subsuelo ha de ser adquirido con los sondeos de tipo preliminar. El número de estos sondeos exploratorios será el suficiente para dar precisamente ese conocimiento. En obras chicas posiblemente tales sondeos tendrán carácter definitivo, por lo que es conveniente realizarlos por los procedimientos más informativos, tales como la prueba de penetración estándar, por ejemplo; otro tanto sucederá cuando se concluya de los sondeos exploratorios la no existencia de problema específico de suelos en el lugar de la obra o 113 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. de la existencia de problemas que puedan manifestarse suficientemente con esos datos preliminares; tal es el caso cuando se exploran arenas compactas con el penetrómetro estándar, por ejemplo. En obras grandes, en que se haga necesario un programa de sondeos definitivos, éste quedará determinado por la naturaleza el subsuelo. En lugares de perfil errático, tales como causes fluviales o glaciares, en general se presentan los problemas más delicados, pues la erraticidad hace que resulte muy difícil una determinación precisa de las propiedades básicas de resistencia y compresibilidad, hasta un grado tal que frecuentemente no se justifica una erogación de importancia que, de antemano, está destinada a rendir datos que de cualquier modo serán de interpretación muy difícil. En perfiles de estratificación más uniforme si compensará un programa detallado, capaz de rendir resultados seguros y apropiados. El tipo de muestras que se extraigan en cada caso estará determinado por la naturaleza del suelo y el tipo de obra, que plantea los requerimientos correspondientes. La ubicación de los sondeos preliminares está, en general, bastante bien definida por el tipo de obra a ejecutar y lo que se espere en lo referente a la erraticidad del lugar. Por ejemplo, en el caso de estudios para cimentaciones de puentes, el propio trazo del cruce y los puntos donde se hayan de situar pilas y estribos, proporcionan indicaciones sugestivas. En edificios, las indicaciones de un anteproyecto puedan servir como norma de criterio. Ahora bien, en todos los casos debe tenerse la actitud mental adecuada, que permita, a partir de los datos rendidos por los sondeos, someter a una crítica severa al sistema de cimentación adoptado en los anteproyectos en cuestión, modificándolos o abandonándolos por completo cundo sea menester. En los sondeos definitivos la ubicación ya podrá definirse sobre bases más fines, por contarse con los datos del suelo dados por los sondeos preliminares, que proporcionan un perfil aproximado adecuado en la mayoría de los casos. Estos perfiles definen también ya las zonas de muestreo. Sin embargo, el ingeniero de suelos debe considera el estudio más completo como algo sujeto a continua revisión y, durante la construcción de la obra, debe estar siempre alerta a las condiciones que las excavaciones y el comportamiento del suelo en general vayan relevando. Un punto que requiere especial cuidado es la determinación de la profundidad a que debe llevarse la exploración del suelo. Este aspecto fundamental, cuyas repercusiones pueden dejare sentir en todas las fases del éxito o fracaso de una obra ingenieril, tanto técnicas como económicas, ésta también principalmente definido por las funciones e importancia de la obra y la naturaleza del subsuelo. En general, lo puntos básicos que la Mecánica de Suelos debe cuidar en un caso dado se refieren a la posibilidad y cálculo de asentamientos y la determinaciones de resistencia de los suelos; a veces, otros aspectos podrán ser determinantes, como la permeabilidad, en el caso de presa, tanto en el suelo de cimentación como, en caso, en el corazón de la propia cortina. Para fines de cimentación, en donde asentamientos y resistencia son los factores determinantes, el área de apoyo de las estructuras, concretamente el ancho, según tendrá ocasión de discutirse, es de importancia vital, pues el efecto de las presiones superficiales aplicadas al suelo es netamente dependiente de ese concepto. En estos casos ha sido frecuente la recomendación práctica de 114 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. explorar una profundidad comprendida entre 1.5B y 3B, siendo B el ancho de la estructura por cimentar. Sin embargo, este criterio no es suficientemente riguroso y es preferible considerar las presiones transmitidas al subsuelo por las cargas superficiales como norma, decidiendo que el sondeo debe llevarse a una profundidad tal que los esfuerzos transmitidos desde la superficie ya no produzcan efectos de importancia; en la práctica esto suele lograrse cuando las presiones transmitidas llegan a ser del orden de 5% al 10% de la aplicadas. En otras ocasiones la profundidad de los sondeos se fijará con criterios muy diferentes. Un caso típico se tiene cuando los sondeos revelan la presencia de suelos muy blandos que obliguen pensar en conveniencia de cimentaciones piloteadas, apoyadas en estratos resistentes; en tales casos se hará necesario seguir la exploración hasta encontrar tale estratos, si existen a profundidades económicas e inclusive rebasarlos, para verificar que su espesor sea adecuado y, en caso en que bajo ellos, sigan otros estratos blandos, aún será preciso investigar las características de éstos, para poder estimar los asentamientos y capacidad de carga con que se diseñen esos pilotes. Generalmente es suficiente detener la exploración al llegar a la roca basal, si ésta aparece en la profundidad estudiada; sin embargo, en casos especiales se hará necesario continuar el sondeo dentro de la roca por métodos rotatorios; por ejemplo, en cimentaciones de presas sería necesario verificar que la roca no presente condiciones peligrosas desde el punto de vista de infiltraciones de agua. 3.2. Piezómetros La determinación “in situ” de las presiones naturales es un problema de gran trascendía en los aspectos prácticos de la Mecánica de Suelos, pues según ya se vio ese concepto juega un papel fundamental en las actuales teorías, sobre todo en Consolidación y en Resistencia al Esfuerzo Cortante de los suelos; la aplicación de tales teorías a los problemas prácticos exige entonces el efectuar mediciones directas que permitan evaluar la presión neutral en el caso particular que se trate. Los piezómetros son los aparatos cuya función es medir la presión neutral en el suelo en un punto determinado, a una cierta profundidad. El principio con el que se trabajan es, simplemente, el hecho conocido según el cual la presión que pueda existir en el agua en el extremo inferior de un tubo puede equilibrarse con una cierta columna de agua actuante en dicho tubo. Un piezómetro es, pues, un tubo con extremo inferior poroso, que se coloca en el suelo a la profundidad a que se desee medir la presión en el agua. Si el nivel del equilibrio del agua en el tubo es igual al nivel natural representado por el nivel freático, querrá decir que, en el punto medido, la presión en el agua es la correspondiente a la condición hidrostática. 115 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Una altura de la columna equilibrante mayor que el nivel de aguas freáticas indicará la existencia de una presión en exceso de la hidrostática, que podrá calcularse automáticamente del desnivel observado en la columna de agua. Similarmente, una presión en el agua, menor que la hidrostática, quedará indicada por un menor nivel de la columna piezométrica respecto al nivel freático. El uso de piezómetros en el campo ha permitido seguir de cerca los procesos de consolidación incluidos por la aplicación superficial de cargas, bombeo de mantos acuíferos, evaporización superficial, etc. En el Anexo A-a, se describe un procedimiento para la instalación de piezómetros en arcilla que ha rendido buenos resultados en el pasado; el método es del Dr. A. Casagrande. Anexo A-a Diseño e Instalación de Piezómetros para medida de presiones neutrales en los suelos plásticos. Las indicaciones que siguen para resolver el importante problema práctico, construcción e instalación de un piezómetro en arcilla son debidas la experiencia del Dr. A. Casagrande - Piezometers for Pore Pressure Measurements in Clay - Harvard University – Cambrigde, Mass – 1946 A-a.1. Diseño y construcción de la celda Porosa. La celda porosa está constituida por un tubo de 60 cm de longitud, perforado para permitir la entrada del agua. El diámetro interior del tubo puede ser de 2.5 cm El extremo inferior del tubo se sella con hule El extremo superior del tubo se conecta a un tubo sarán de 1.3 cm que equivale a ½ pulgada de diámetro, con un empaque también sellado con hule El tubo sarán debe ser de longitud suficiente para que sobresalga a la superficie. Para instalar el tubo sarán se procederá como sigue: 1. Prepárese una sección de tubo impermeable, de hule o neopreno, de 10 cm de longitud, 1 cm de diámetro interior y 8 mm de espesor. 2. Con una navaja afilada se afila el exterior de un extremo del tubo sarán y se lubrica con agua. 3. Este extremo se inserta en el tubo impermeable de hule o neopreno, de 10 cm de longitud, 1 cm de diámetro interior y 8 mm de espesor, un trecho de 2 ó 3 cm. 4. El tubo impermeable se inserta en el extremo superior del tubo poroso tanto como sea posible, aproximadamente unos 7 cm. 5. Ayudándose con un movimiento de tornillo, el tubo sarán se introduce ahora otros 7 cm dentro del tubo impermeable. 116 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Si todo el conjunto quedó bien instalado, debe resultar imposible deshacerlo con las fuerzas de las manos. Se requiere un esfuerzo considerable para hacer que el tubo sarán entre el tubo impermeable y se aconseja ayudarse con un torniquete. A-a.2. Diseño y Construcción de un apisonador. Un apisonador apropiado puede fabricarse y realizar la actividad con los elementos que se detallan a continuación: a) Tramo de tubo de acero de 1.00 m b) El diámetro exterior del tramo de tubo de acero debe ser de 4 cm c) El diámetro interior del tramo de tubo debe ser de 1.5 cm. d) Se usa ademe de 5 cm en la perforación e) Tubo sarán de 1.3 cm. f) En el extremo inferior lleva un anillo de extensión con fondo plano. g) El apisonador se maneja con cable de cero desde la superficie h) El apisonador tiene por función compactar “in situ” los sellos de bentonita que se colocarán i) Centrar el tubo sarán durante la colocación de esos sellos. j) Es importante que todas las partes del apisonador que puedan tocar al tubo sarán sean lisas, para evitar romperlo A-a.3. Instalador del Piezométrico La instalación del piezómetro se ceñirá a lo que sigue: 1. Debe ejecutarse un sondeo un sondeo adecuado hasta el nivel a explorar siendo recomendable y económico un ademe de 5 cm de diámetro. La sección inferior del ademe debe ser por lo menos 3 cm de longitud, sin uniones y sin zapata de ataque en u extremo inferior. Los último tres metros de ademe deben hincarse in recurrir a ningún lavado o inyección de agua. Todo esto asegurará un buen contacto entre el final del ademe y el suelo. 2. El interior del ademe debe lavarse hasta el fondo, reemplazando después toda el agua de lavado por agua limpia; esto se logra invirtiendo el flujo del agua en la bomba de inyección y usando el tubo de inyección como de toma, colocándolo algunos centímetros sobre el fondo del sondeo; el ademe debe mantenerse lleno de agua, echando agua clara hasta que toda el agua turbia haya sido extraída. 3. En este momento el ademe debe elevarse 60 cm; esto se hará preferentemente con un gato, inmediatamente antes de vaciar la arena. Después de elevarse el ademe se vacía en el pozo arena saturada para llenar el fondo del pozo ya no ademado; una arena lavada y cribada por mallas comprendidas entre la N° 20 y la N°40 es apropiada para estos usos. El nivel alcanzado por la arena en el pozo podría verificarse con el apisonador, para tener la seguridad de que no sobrepasen los 60 cm inclinados. 4. El tubo sarán se conecta a un tanque pequeño, se sumerge la celda porosa en el pozo algunos metros y se aplica un al vacío al tanque; así se logra saturar todo el piezómetro con agua proveniente del pozo; cuando en el ataque aparece algo de agua se hace cesar la acción del vacío. Mientras la celda se hace bajar al fondo del pozo debe mantenerse algo de exceso de carga de agua en ella, para asegurar un pequeño flujo hacia afuera durante la colocación. La ubicación definitiva de la celda debe verificarse con el apisonador. 117 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 5. Cuando la celda porosa descanse sobre la arena en el fondo del pozo, el ademe debe extraerse otros 60 cm, que corresponden a la longitud de la celda. El espacio así formado en torno a la celda debe llenarse vaciando en el pozo más arena saturada, hasta cubrir precisamente los 60 cm. 6. Mientras el ademe se extrae otros 30 cm, hasta u posición final, ese espacio debe irse llenando con más arena saturada. 7. De inmediato se vacía suficiente arena saturada dentro del ademe como para llenar el tramo inferior de 1,00 m. Esta arena debe apisonarse dando 10 golpes con el apisonador dejando caer desde una altura de 15cm. El objeto de esta arena e contrarrestar la presiones de expansión de la bentonita, que se colocará en seguida. 8. Después de haber sido preparada hasta una consistencia ligeramente arriba de su límite plástico, la bentonita debe arrojarse al pozo, formando bolas de 1 cm de diámetro aproximadamente. Un sello efectivo se forma con 5 capas compactas, de unos 7 cm cada una. Entre cada dos capas debe colocarse una capa de 2 cm de gravilla redondeada de 1 cm, para evitar que el apisonador se pegue al compactar la carga de bentonita. El conjunto de las 5 capas de bentonita compactadas debe tener un espesor de unos 35 cm a 40 cm, aproximadamente. 9. Sobre el sello de bentonita se depositan otros 60 cm de arena, bien compactada con el apisonador. 10. Otro sello de bentonita, después de haber sido preparada hasta una consistencia ligeramente arriba de su límite plástico, la bentonita debe arrojarse al pozo, formando bolas de 1 cm de diámetro aproximadamente. Un sello efectivo se forma con 5 capas compactas, de unos 7 cm cada una. Entre cada dos capas debe colocarse una capa de 2 cm de gravilla redondeada de 1 cm, para evitar que el apisonador se pegue al compactar la carga de bentonita. El conjunto de las 5 capas de bentonita compactadas debe tener un espesor de unos 35 cm a 40 cm, aproximadamente., puede ponerse sobre la capa de arena den 60cm, bien compactada con el apisonador. 11. Sobre el segundo sello de bentonita se coloca otro metro de arena y el resto del pozo puede quedar abierto o ser tapado con tierra. En la Figura A-a-1. Se muestra un esquema de conjunto de un piezómetro. 118 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. A-a.4. Mediciones El nivel del agua en el tubo cuando está abajo de los niveles que permitan lecturas directas, pueden determinarse por métodos eléctricos. En la superficie del terreno se instalará un óhmetro cuyas terminales se juntan cuidando el aislamiento mutuo en un solo cable de un diámetro suficientemente pequeño para que pueda pasar a través del tubo sarán. El cable debe ser bastante flexible y para facilitar el descenso a través del tubo debe ser bastante flexible y para facilitar el descenso a través del tubo debe lastrarse con pequeñas masas de plomo colocadas de trecho en trecho. Generalmente esto se logra enrollando lámina de plomo en torno al cable en secciones de unos 2 ó 3 cm, espaciados otros 2 ó 3 cm. En el extremo inferior del cable debe colocarse un taquete de hule a través del cual pasan las dos terminales de óhmetro ya sin recubrimiento protector La función del taquete mencionado es impedir un falso contacto. Cuando las terminales desnudas tocan el nivel del agua e cierra el circuito alimentado por la batería de óhmetro, lo cual se pone de manifiesto en la superficie por un salto franco de la aguja del aparato. Es recomendable recubrir los terminales con grasa a fin de impedir la adherencia del agua que formando una película entre ambas no permita verificar el contacto elevado y bajando el dispositivo varias veces. Cuando las condiciones de presión del agua del subsuelo sean tales que el agua se derrame en la superficie. Las presiones pueden medirse con un manómetro de Bourdon instalado como sigue: 119 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 1. Con el nivel del agua en el extremo del tubo sarán, agréguese éste tubo de hule resistente de 1 cm de diámetro y 60 cm de longitud. 2. La terminal del manómetro de Bourdón se empapa con hule líquido, a efecto de impedir fugas y el tubo de huele se conecta al manómetro. 3. En seguida deben sellarse las conexiones del tubo de hule con el tubo sarán y con el manómetro, por medio de alambre suave de cobre enrollado. 4. El manómetro se fija de manera que su centro no esté más alto que el extremo superior del tubo sarán. Cuando la presión del manómetro baje a cero, éste debe quitarse y las lecturas deberán hacerse directamente. 120 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO Señor estudiante, los equipos e instrumentos de laboratorio se entrega previa la revisión del mismo, una vez entregado, no habrá relamo alguno y los bienes institucional tendrá que ser devuelto en las mismas condiciones entregadas. Estudiante responsable: Escuela: Ingeniería Civil Cédula de ciudadanía N°: Hora de entrega: Fecha de entrega: Nivel: Quinto Semestre Hora de recepción: Fecha recepción: Docente de cátedra: Ing. Armando Granizo Lara Asignatura: Mecánica de Suelos II TAMICES Ítem Descripción Marca Código Selección Cantidad Estado Recepción Estado Entrega 01 Tamiz 1.1/2” Humboldt 0301130-00003 02 Tamiz 1” Humboldt 0301130-00003 03 Tamiz 3/4” Humboldt 0301130 -00003 04 Tamiz 1/2” Humboldt 0301130-00003 05 Tamiz 1/4” Humboldt 0301130-00003 06 Tamiz 3/8” Humboldt 0301130-00003 07 Tamiz número 4 Humboldt 0301130-00003 08 Tamiz número 8 Humboldt 0301130-00003 09 Tamiz número 10 Humboldt 0301130-00003 10 Tamiz Número 12 Humboldt 0301130-00003 11 Tamiz Número 16 Humboldt 0301130-00003 12 Tamiz Número 20 Humboldt 0301130-00003 13 Tamiz número 30 Humboldt 0301130-00003 14 Tamiz número 40 Humboldt 0301130-00003 15 Tamiz Número 50 Humboldt 0301130-00003 16 Tamiz número 60 Humboldt 0301130-00003 17 Tamiz número 80 Humboldt 0301130-00003 18 Tamiz número 100 Humboldt 0301130-00003 19 Tamiz número 4” Humboldt T6-001 20 Tamiz 3.1/2” Humboldt 21 Tamiz 3” Humboldt 22 Tamiz 2” Humboldt 23 Tamiz 3/8 Humboldt 24 Tamiz número 4 Humboldt T12-01 25 Tamiz número 8 Humboldt 26 Tamiz número 16 Humboldt 27 Tamiz número 30 Humboldt 28 Tamiz número 50 Humboldt 29 Tamiz número 100 Humboldt 30 Tamiz número 200 Humboldt 31 Tapa de Tamices (2) Humboldt 32 Bandeja de Tamices (2) Humboldt 33 Agitador mecánico para Tamices de 8”, 10” y 12” Humboldt 34 Tamizadora eléctrica para tamices de 8”, 10” y 12” Humboldt Pág. N°1/4 Página No. 1/4 121 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO EQUIPOS Y HERRAMIENTAS Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Molde metálico 60cm x 15cm x 15cm, viguetas (3) Sin marca 0402220-00002 02 Molde metálico para cilindros 6”x 12” (16) Sin marca 040222-00003-14 03 Cuarteador universal 24 canales Sin marca 0402111-0041 04 Horno Eléctrico 56 lt Humboldt 0402114-00005 05 Estufa eléctrica de dos hornillas 20”x8.75”x4” Humboldt 0004-2-202-21086 06 Perforadora saca núcleos Breegs 0402242-00001 07 Mortero de porcelana 5” Humboldt 0302049-0010 08 Cono de Abrams Sin número 0402201-0031 09 Horno eléctrico de gran capacidad 300 lt Humboldt 10 Kit completo medidor de aire por presión Humboldt 11 Kit completo medidor de aire volumétrico Humboldt 12 Tubo saca muestras de cemento Humboldt 13 Vibrador de laboratorio, eléctrico de 110 V Humboldt 004-02-301-13988 14 Cucharones de boca plana de acero inoxidable de 6.6 onzas (1) Humboldt 15 Cucharones de boca redonda de aluminio Scoop 33 onza (4) Humboldt 16 Varilla de compactación diámetro 5/8”, longitud 24”(2) Humboldt 17 Espátulas flexibles de 4” (2) Humboldt 18 Espátulas flexibles de 8”(2) Humboldt 19 Canastilla de gravedad específica con malla N°8 Humboldt 0004-02-651-21168 20 Pares de guantes resistentes al calor (2) Humboldt 21 Tenaza de acero inoxidable de 18” de largo Humboldt 22 Tenaza de seguridad de acero inoxidable 18” de longitud Humboldt 23 Medidor de densidad eléctrico (EDF) Humboldt 0004-02-067-20846 24 Moldes metálicos de 6” para Próctor Modificado (12) Humboldt 0004-02-302-21089 25 Moldes metálicos de 4” para Próctor Estandar (12) Humboldt 004-02-302-21101 26 Martillo de compactación Próctor Modificado 10lb(4) Humboldt 27 Martillo de compactación Próctor Estandar 5.5lb(4) Humboldt 28 Cono y frasco para densidad de campo Humboldt 29 Placa para cono de arena Humboldt 30 Molde cónico y pisón para gravedad específica y absr Humboldt 31 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21149 32 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21150 33 Trípode para ensayo de expansión con dial indicador Humboldt 0004-02-209-21151 34 Moldes metálicos para ensayo CBR de 6” (12) Humboldt 0004-02-302-21113 35 Pesas de sobrecarga abiertas (Ensayo CBR) (12) Humboldt 36 Pesas de sobrecarga cerradas (Ensayo CBR) (12) Humboldt 37 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20856 38 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20857 39 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20858 40 Cazuela Casagrande para ensayo de Límite Líquido Humboldt 0004-02-338-20859 41 Ranurador plano (4) Humboldt 42 Bloque de Calibración (4) Humboldt 43 Gato extractor de muestras Humboldt 0004-02-340-20850 44 Plato perforado para colocación de pesas de sobrcarga Humboldt 0004-02-348-21125 45 Falso fondo de 6” diámetro Humboldt 0004-02-650-211137 46 Carretillas Humboldt 47 Palas punta redonda (4) Pág. N°2/4 122 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO BALANZAS Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402220-00002 02 Balanza mecánica de precisión OHAUS 040222-00003-14 03 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402111-0041 04 Balanza mecánica OHAUS 0402114-00005 05 Balanza electrónica digital OHAUS 0004-2-202-21086 06 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402242-00001 07 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0302049-0010 08 Balanza mecánica de precisión OHAUS 0402201-0031 09 Balanza mecánica de precisión OHAUS 10 Balanza digital OHAUS PRENSA ELECTRO HIDRÁULICA Y ENSAYOS DE COMPRESIÓN Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Prensa Electro Hidráulica Humboldt 0402097-00003 02 Equipo de Econocap de 6” Humboldt 0402031-00025 03 Equipo de Econocap de 4” Forney 04 Espaciador de acero de 6” de diámetro y 4” de alto Forney 05 Espaciador de acero de 6” de diámetro y 3” de alto Forney 06 Compuesto para capeo de cilindros de hormigón Forney 07 Dispositivo de capeo de cilindros de concreto de 6” Humboldt 08 Dispositivo de capeo de cilindros o núcleos de 4” Humboldt 09 Cucharón de acero inoxidable para compuesto capeo Humboldt 10 Olla de 4 quart para fundir mortero 38°C-262°C capeo Ritehete 11 Tornillo micrométrico para medir diámetro cilindros Starrett INTRUMENTAL DE VIDRIO PLÁSTICO Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Probeta graduada de vidrio de 100 cc . 0402055-14339 02 Probeta graduada de vidrio de 500 cc . 0402055-14340 03 Probeta graduada de vidrio de 500 cc . 0402055-14341 04 Probeta graduada de vidrio de 1000 cc . 0402055-14342 05 Hidrómetro de vidrio para suelos 151 H Humboldt 06 Hidrómetro de vidrio para suelos 152 H Humboldt 07 Termómetro digital asfalto (-40°C a +50°C) Corning 08 Terminación digital punta metálica (-50°C a +350°C) Humboldt 09 Termómetro de vidrio (20°C a 760°C) Humboldt 10 Termómetro digital (-50°C a 300°C) 11 Picnómetro de vidrio 500 ml Rub 12 Picnómetro de vidrio 500 ml Rub 13 Vaso de precipitación de plástico graduado (1000ml) 14 Vaso de precipitación de plástico graduado (500ml) 15 Vaso de precipitación de plástico graduado (250ml) 16 Picnómetro de 1 grt o 0.95lt con tapa y empaque Mason 17 Set para ensayo de impurezas orgánicas agregados Forney 18 Botella para ensayo de impurezas orgánicas Forney/Hu 19 Chapman glash gravedad específica y absorción Humbolt 20 Franco Le Chataller para la densidad del cemento Humgoldt 21 Placa de vidrio de 35 x 35 cm 22 Placa de vidrio de 45 x 45 Pág. N°3/4 123 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Modelo de Formato UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES – SUELOS Y PAVIMENTOS No: LIC-EM-REG-OPED_____ REGISTRO DE ORDEN DE PEDIDO DE EQUIPOS Y MATERIALES DE LABORATORIO PRENSA ELÉCTRICA PARA ENSAYOS CBR MARSHALL TRIAXIAL UU Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Prensa Humboldt 0402220-00002 02 Equipo de Humboldt 040222-00003-14 03 Anaquel Humboldt 0402111-0041 04 Anillo cortante para hincar Humboldt 0402114-00005 BANDEJAS METÁLICAS Y RECIPIENTES Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Bandejas cuadradas de 20 cm x 20 cm x 6 cm Sin marca 0402146-00005 02 Bandeja cuadrada de 40 cm x 40 cm x 6 cm Sin marca 042146-00006 03 Bandejas cuadradas de 35 cm x 35 cm x 6 cm Sin marca 0402146.00007 04 Bandejas cuadrada de 45 cm x 45 cm x 6 cm Sin marca 0402146-00008 05 Charola redondas de aluminio de 1.1/2” de alto 9”Ø4” 06 Charola redondas de aluminio de 1.1/2”de alto 12 Ø4” 07 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 4 Quart (2) 08 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 4 Quart (3) 09 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 8 Quart (4) 10 Tazón de acero tipo bowl para mezclado 16 Quart (4) 11 Cubetas (1 cu ft o 28 L) de acero de alto rendimiento 12 Cubetas(5cu ft o 14L) de acero de alto rendimiento 13 Cubetas de acero 1/10 pie cúbico para MUS 14 Bandejas grandes de acero de 1.5m x 0.75mx0.25m 15 Bandejas de acero galvanizado 10” x 20”x3” M. asfalto(2”) 16 Bandejas de acero galvanizado 24” x 24” x 6” (2”) 17 Cápsulas para humedad (24) 0302046-00017/40 EQUIPO MOTORIZADO SPT Ítem Descripción Marca Código Selec ción Canti dad Estado Recepción Estado Entrega 01 Motor 0402031-26603 22 Trípode 0402031-26603 03 Polea 0402031-26603 04 Gancho 0402031-26603 05 Cabo 0402031-26603 06 Cabeza de golpe Acker-USA 0402031-26603 07 Guía Acker-USA 0402031-26603 08 Anillo Acker-USA 0402031-26603 09 Martillo Acker-USA 0402031-26603 10 Varillaje Acker-USA 04002031-26603 11 Varillaje Acker-USA 0402031-26603 12 Varillaje Acker-USA 0402031-26603 13 Cuchara Acker-USA 0402031-26603 14 Zapata Acker-USA 0402031-26603 15 Trazador Acker-USA 0402031-26603 16 Freno abierto Acker-USA 0402031-26603 17 Retenedor Acker-USA 0402031-26603 18 Moldes 19 Martillo de acero OBSERVACIONES: OBSERVAIONES GENERALES: Firma del Estudiante Firma del Docente Técnico de Laboratorio Autorización Superior Pág. N°4/4 124 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Referencias 1. Peck, R. B., Hanson, W. E. y Thornburn, T.H. – Foundation Engineering – Capítulo 14 – Jonh Wiluy and Sons – 1957 Traducción Peck, R. B., Hanson, W. E. y Thornburn, T. H. - Ingeniería de Cimentaciones - Capítulo 14 - Jonh Wiluy and Sons – 1957. 2. Holtz, W. G. y Gibbs, H. J. – Research on determining density of sands by sponn penetration testing – Memoria del Cuarto Congreso Internacional de Mecánica de Suelos y Cimentaciones – Vol. I - 1957 Traducción Holtz, WG y Gibbs, HJ -. Investigación sobre la determinación de la densidad de las arenas de las pruebas de penetración sponn - Memoria del Cuarto Congreso Internacional de Mecánica de Suelos y Cimentaciones – Volumen I. – 1957. 3. Coffman, B. S. – Estimating the relative density of sands – Civil Engineering – Octubre, 1960 Traducción Coffman, BS - Estimación de la densidad relativa de arenas - Ingeniería Civil - Octubre, 1960 4. Terzaghi, K. y Peck, R.B. – Soil Merchanics in Engineering Practice – Practice – Art. 45, Capítulo VII – John Wiley and Sons – 1948 Traducción Terzaghi, K. y Peck, RB - Merchanics del suelo en la Práctica de Ingeniería - Prácticas - Art. 45, Capítulo VII - John Wiley and Sons – 1948 5. Hvorslev, M. J. – Subsurface Exploration and Sampling of Soils – U. S. Corps of Engineers, Waterways Experimental Station. Vicksburg, Miss. – 1949. Traducción Hvorslev, MJ - Exploración del Subsuelo y Muestreo de Suelos - Cuerpo de Ingenieros de EE.UU., canales Estación Experimental Vicksburg, Mississippi – 1949. 6. Casagrande, A. – Piezometers for Pore Presurre Measurements in Clay – Harvard University – Cambrigde, Mass. – 1946 Traducción Casagrande, A. - piezómetros para Pore Presurre Mediciones en Clay - Universidad de Harvard - Cambrigde, Massachussets - 1946 BIBLIOGRFÍA BÁSICA 1. Mecánica de Suelos, Tomo I. Fundamentos de la Mecánica de Suelos. Por: Eulalio Juárez Badillo – Alfonso Rico Rodríguez. Tercera Edición. Editorial LIMUSA – México, Tercera Edición: Año 1974. Séptima reimpresión: Año 1981. Eulalio Juárez Badillo: Doctor en Ingeniería, Profesor de la División de Estudios. Superiores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México; Ingeniero del Departamento de Geotecnia de la Secretaría de Obras Públicas de México. Alfonso Rico Rodríguez: Maestro en Ingeniería, Profesor de las Divisiones Profesional de Estudios. Superiores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México; Jefe del Departamento de Geotecnia de la Secretaría de Obras Públicas de México. BIBLIOGRFÍA COMPLEMENTARIA 1. Subsurface Exploración and Sampling of Soils – M. J. Hvorslev – U. S. Corps of Engineers, Waterways Experimental Station. Vicksburg, Miss. – 1949 Traducido al español:Subsuperficial Exploración y Toma de Muestras de Suelos – M. J. Hvorslev - Cuerpo de Ingenieros de EE.UU (Estados Unidos). Estación Experimental de Vías Navegables. Vicksburg, Mississippi – 1949. 125 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. 2. Exploration of Soil Conditions and Sampling Operations – H. A. Mohr – Soil Mechanics Series N° 21 – Universidad de Harvard – 1943.Traducido al español: Exploración de condiciones de suelo y operaciones de toma de muestras - H. A. Mohr - Mecánica del Suelo de la Serie N ° 21 - Universidad de Harvard - 1943. 3. La Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica – K. Terzaghi y R. B. Peck – (Trad. O. Moretto) – Ed. El Ateneo - 1965. (Traducido por O. Moretto – Editorial El Ataneo – 1965) 4. Principles of Engineering Geology and Geotechnics – D. P. Krynine y W. J. Judd -Mc Graw –Hill Book Co. 1957. Traducido al español: Principios de la Ingeniería Geológica y Geotecnia – D. P. Krynine y W.J. Judd -Mc Graw-Hill Book Co. 1957. 5. Soil Mechanics, Foundations and Earth Structures – G. Tschebotarioff – Mc – Graw – Hill Book Co. – 1951, Traducido al español: Mecánica de Suelos, Cimientos y Estructuras de Tierra - G. Tschebotarioff - Mc - Graw - Hill Book Co. – 1951 6. Foundations Engineering – R. B. Peck, W. E. Hanson y T. H. Thornburn – John Wiley and Sons – 1957 Traducido al español: Fundamentos de Ingeniería – R. B. Peck, W. E. Hanson y T. H. Thornburn - John Wiley and Sons – 1957. Derecho reservado DERECHO RESERVADO Las Unidades de Cátedra, son de propiedad de la Universidad Nacional de Chimborazo, fue preparado sin fines de lucro, de conformidad a las Actividades de Docencia establecido en el Distributivo de Trabajo Individual , que comprende el diseño y la elaboración de libros, material didáctico, guías Docente, perfilado para los estudiantes que cursan la Asignatura: “Mecánica de Suelos II”, Código de la materia CIV 502, para el Nivel Quinto, Semestre Quinto, Paralelo B, bajo la Modalidad Semestral para el Período Académico del miércoles 1 de Abril del 2015 a Agosto del 2015, preparado para la Carrera de Ingeniería Civil, de la Facultad de Ingeniería, hecho para el Centro de Investigación CID e innovación, el contenido escrito en este expediente y el archivo electrónico remito en confianza, debe ser utilizado solo para el propósito para el cual fue creado, se prohíbe añadir, modificar, reproducir, manipular a través del sistema informático sin autorización escrita del Editor. Su Contravención ocasionará reclamación Legal ante los Organismos de Justicia. Ing. Armando Granizo Lara DOCENTE Editor AUTOR 126 UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA-ESCUELA INGENIERÍA CIVIL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL Código de la materia: CIV 502. Asignatura: Mecánica de Suelos II; Unidades de Cátedra. Responsable de la elaboración de las Unidades de Cátedra ING. ARMANDO GRANIZO LARA Docente de la Asignatura Mecánica de Suelos II. Carrera de Ingeniería Civil, Escuela de Ingeniería Civil de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Chimborazo Lugar y Fecha: Riobamba, Miércoles 1 de Abril del 2015