Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 1. Una arena tiene unas partículas sólidas de peso específico 26.8 kN/m3. Su índice de poros es 0.58. Calcule el peso específico de la arena cuando está seca y saturada. 1 1 d s 26.8 16.96 KN / m 3 1 e 1 0.58 1 1 d S r n w 1 n 1. .10 26.8 23.28 KN / m 3 1 0.58 1 0.58 2. Demostrar analíticamente la siguiente ecuación: γn= n.Sr.γw + γs(1-n); Donde γn es el peso específico natural, γw es el peso específico del agua, n es el porosidad, Sr es el grado de saturación. n W t W w W s W w Ws W w V p W s V s x W V V x n n w s s n w w s Vt V p Vt Vt Vt Vt Vt V p Vt Vs Vp Vt Vp Vt Vp n n w S r s 1 n w S r s 1 n Vt 3. De una calicata u hoyo se extrae una muestra de suelo saturado compuesta por arcilla, cuyo volumen es 0.027 m3; el peso específico natural es 19 kN/m3 y una humedad de 30% (peso específico del agua 10 kN/m3). Se pide calcular: a. Índice de poros “e”, b. Gravedad específica Gs. Peso total de la muestra: n Wt Wt Vt n 0.027 m 3 x19 kN3 0.513kN Vt m Peso de los sólidos: Wt Ws Ww 0.513kN , pero contenido de humedad es 0.30 Ww 0.30.Ws Reemplazo : Ww Ws Ws 0.30.Ws 0.513kN Ws 0.394kN Ww 0.119kN Volumen del agua: w Ww Vw Ww 0.119kN3 0.0119m 3 Vw w 10kN / m Volumen sólido, como la muestra está saturada no hay volumen de aire: Vt Vs Vw Vs Vt Vw 0.027 0.0119 0.0151m 3 Peso específico de los sólidos: s Ws 0.394 26.09 kN3 Vs 0.0151 m Índice de poros “e”: e P w 0.0119 0.78 V Vs 0.0151 Gravedad específica Gs: Gs s 26.09 2.61 w 10 Pag. 1 Demostrar analíticamente la siguiente ecuación: γd= γn/(1+%w).11 0. w s w s w s 0.5 kN/m3). Un Kg de suelo arcilloso saturado (peso específico de las partículas = 27 kN/m3). w = 311%.3KN / m No cumple 3 1 e 1 9 6. sin permitir que se pierda agua en el proceso).10 Ws 125 8.65 Ww Vt V f V V V f V V V V f V V V V f V Vs LC w w w t w w w p s w w w w s w f w Ws Ws Ws Ws Ws Ws Ws Ws Ws LC V f Vs w 59. Sr = 95%. n Ws Wt W p Wt Ww Wt WwWs n d n % w d d 1 % w n d 1 %w Vt Vt Vt Vt Vt VtWs 1 % w 5.7cm 3 . con una humedad inicial del 30%. 2 .5 8550 8552.5 kN/m3? Ww 0.7 47. se toma una muestra saturada y se seca completamente. %w es el contenido de humedad.7 cm3.5. Encontrar el límite de retracción.5 ok 1 1 n 1 n s 1 % w s 1 % w . Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 4.1 3.5 Sr e 0. Si el límite de retracción del suelo es del 10%.5 kN/m3. Considérese una muestra de suelo que se fabrica de la forma siguiente: se aplica una carga estática a una mezcla de polvo (seco) de partículas sólidas y agua sin permitir el drenaje (es decir. eS r w w s 9 x95 x10 311x 27. solo comprimo el aire en el suelo. entonces se cumple que el mínimo índice de poros se produce cuando el grado de saturación es 100% que es cuando he reducido todos los vacíos. Donde γn es el peso específico natural. γd es el peso específico natural seco. e = 9. ¿Cuál es el índice de poros mínimo que se puede obtener de esta manera sabiendo que el peso de agua que se mezcla es del 8% del peso de polvo seco y que el peso específico de las partículas de polvo es de 26. Volumen de solidos: Vs 125 47. Ww %w 8 Ws Si no se permite drenaje.8 kN/m3. W S 125 gr .08 26.11 11.1cm3 LC % w w t Ws 2. ¿cuál será el grado de saturación y el volumen final del suelo? Peso total Wt = 1000 gr Peso final Wf=1000 gr-100gr=900gr Pag.27. V Vf V f 59. V = 59. pierde por evaporación 100 g de peso. Una vez seco se pesa y se determina su volumen. Una arcilla sensitiva de la selva fue ensayada en laboratorio y proporcionó los valores n = 12.0. resultando W = 125 g. Para determinar el límite de retracción de un suelo arcilloso (s = 26.212 e w Sr w 1 w 1 10 7.08Ws . s = 27. Encontrarlo y dar el valor correcto. Uno de estos valores es inconsistente con el resto. 72 1 n 1 0. sometiendo el cilindro a vibración.2 Wt Ws Ww 769.432. Peso del suelo: Ws=750 Kg A Inicial: Volumen inicial =AH1= 500 cm3 Con carga estática: Volumen final = AH2=AH1-0.8 Vtfinal 415.5 kN/m3.65 Vt Vt Vt 500 Índice de poros “e” : e n 0.99H10.8 0.01 0.3 Peso del agua inicial: 1000 -769.65 Vt Vt Vt 450 Índice de poros “e” : e n 0. porosidad y peso específico seco correspondiente a los casos: a) original.23=230. el volumen se reduce un 10% respecto al inicial de 500 cm3.37 0.65 Vt Vt Vt 495 Índice de poros “e” : e n 0.99AH1 H H2=0.43 S 2.53 gr / cm 3 ó d Ws 750 1.58 1 n 1 0. Suponga s =26.42 0.51gr / cm 3 ó d Ws 750 1. n V p Vt Vs 1 Vs 1 283. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 Peso del suelo: d n Ws Wt 1 Ws Wt 1 1000 769.7 1 9.8 gr Peso del agua final: 900-769.10 (LR ó Wr). luego sigue saturado. Calcule el índice de poros.42 S 2.65 1. 3 .65 1.5 gr / cm 3 Vt 500 b) Caso con carga estática Porosidad Inicial “n”: Vs WS 750 283.99x500=495cm3 Con vibración: Volumen final=0.37 Pag.7cm 3 sat s w 2.42 2. y tras aplicar una carga estática de 200 kPa el volumen se reduce un 1%.01 0.8gr Contenido de agua final Wwfinal 130.01 0.01cm 3 .52 gr / cm 3 Vt 495 c) Caso con vibración Porosidad Inicial “n”: Vs WS 750 283. a) Caso inicial Porosidad Inicial “n”: Vs WS 750 283. Sr=1 769.75 1 n 1 0. c) después de aplicar la vibración. n V p Vt Vs 1 Vs 1 283.90x500=450cm3.2 130.43 0. Posteriormente. Un cilindro contiene 500 cm3 de arena seca que pesa 750 gr. b) después de aplicar la carga estática.43 Peso específico seco “d”: d 1 n s 1 0.17 > 0.42 Peso específico seco:“d”: d 1 n s 1 0.01AH1=0. n V p Vt Vs 1 Vs 1 283.23=130.37 S 2.23 gr 1 %w Vt Vt 1 % w 1 % w 1 0.01cm 3 .01cm 3 . 4 V Vs Vt 381 e 0.86 VS 204.66 gr / cm 3 ó d Ws 750 1.048 cm. al comprimir reducimos el volumen de agua.49 VS 204.4 176.4cm 3 w 1 a) Caso inicial Índice de poros “e” : Si está saturado se cumple que el volumen de agua es igual al volumen de poros.65 1.6 c) Peso específico de los sólidos: s Ws 561.6=100.8 2.8 cm3 Por contenido de humedad obtenemos el peso del agua WW %w Ww 0.37 2.2 0.314 xWs 0.8 176. entonces el volumen de solidos es: Vs=Vt-V(p=w)=381-176. Una muestra cilíndrica de suelo completamente saturado se coloca en un aparato de consolidación.8 Kg H Volumen Total inicial =AH1= 100x3.314 x561.6 Vs Vs 204.6 cm3. Nota: El proceso de consolidación del suelo se produce al expulsar parte del agua de la muestra de suelo.4% y el peso seco después del ensayo resultó ser 561.75 gr / cm 3 VS 204.4=204. reduciéndose el tamaño de los poros por efecto de la aplicación de la carga.81=381 cm3 Volumen Total final =AH2= 100x3.8 g.4 gr Ws Entonces el volumen de agua en los poros saturados: Vw Ww 176.048=304. Índice de poros final.6 b) Caso final Índice de poros “e” : Muestra saturada. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 Peso específico seco:“d”: d 1 n s 1 0. b. A Peso del suelo: Ws=561. Índice de poros original. Entonces el índice de poros es: e V p w 100. Peso específico de las partículas sólidas. pero el volumen de solidos sigue siendo igual: V(w=p)= Vt -Vs=304. c.81 cm hasta una altura final de 3. calcule: a.66 gr / cm 3 Vt 450 10.86 t 1 1 0.6 Pag.8-204. Si la humedad natural era antes del ensayo de 31. El área de su base es de 100 cm2 y se mantiene constante en el ensayo. 4 . Entonces el índice de poros es: V( w p ) 176. entonces el volumen de agua es igual al volumen de poros. Durante la consolidación se comprime la muestra desde una altura inicial de 3.2 cm3. Porosidad “n”: d 1 n s n 1 d 1 15 0. se requiere reconformar la arena de laboratorio a la densidad natural de un molde de ensayo de corte directo de área cuadrada igual a 100 cm2 y altura 5 cm.4 KN / m 3 Grado de saturación “Sr”: S r w s 0. La cantidad de suelo en peso requerido para el molde.75 gr/cm3 y su contenido de humedad natural es 6%.7 kN/m3. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 11.78 1 n 1 0. En laboratorio se tiene una muestra de arena húmeda de peso 850. Se pide determinar: a. Humedad de esta muestra en estado saturado. La cantidad de agua faltante en el molde en volumen. es decir Sr=1 “w”: w s S e 1x0. Humedad d.78 x10 Sr w r w 0.44 e 0.44 Contenido de humedad “w”: d n w n 1 17. Índice de poros c. Peso específico sumergido f. b. se sabía de otros ensayos que el peso específico de las partículas era 27 kN/m3.75 x500 875 gr (Suelo húmedo total en el molde) Pag.2 gr.7 1 0. d = 15 kN/m3.4 10 9.18 1 w d 15 Peso específico saturado “Sat” (Totalmente saturado: Sr=1): Ws S rV p w Ws S r V p w sat d nS r w 15 0. el peso del agua la obtenemos: W w wV w 440 x1 440 gr Vt Humedad en condición saturada. Sabemos el volumen total Vt igual a 100cm2x5cm=500cm3 Vt Entonces el peso total Wt nVt 1. En un suelo utilizado para la construcción de un terraplén de autopista se ha obtenido n = 17.4 KN / m 3 Vt Vt Vt Peso específico sumergido “'”: ' sat w 19. 5 .44 x1x10 19. se sabe que la densidad natural o peso específico de campo (γn) de la arena es igual a 1. Peso de agua necesario para llegar a saturar totalmente una muestra de 1000 cm3 h.28 28% e w s 27 12. Nota: Considere que el volumen total de la muestra en laboratorio es constante. entonces sabemos que: Vp n V p nVT 0.18 27 0. Peso específico natural: n Wt . Por otra parte. que tiene una humedad de 3%. Calcular: a. Porosidad b.44 x1000 440cm 3 . Grado de saturación g.44 s 27 Índice de poros “e”: n 0.62 62% e w 0.78 10 3 Peso de agua para saturar 1000 cm . necesario para reconformar el material. Peso específico saturado e. Una muestra de suelo completamente saturado se coloca en un aparato de consolidación Rowe (anillo rígido).4 49.0 gr. seguidamente se descarga el suelo permitiendo el ingreso de agua en donde se tiene una altura final de 3.2 825.76 24. 6 .52 gr Ws Volumen de agua faltante: Vwf Wwf Wwi 49. wi 0.96 Vs 158.03 x825. determinamos alturas: Pag. Índice de poros original. a. Durante la consolidación se comprime a presión la muestra desde una altura inicial de 4.711 cm.3 0.76cm 3 w 1 13.2 cm3. f.7 c. Peso específico de las partículas sólidas.5% y el peso seco después del ensayo resultó ser 420.365 Ww 0.3gr Ws El volumen de agua sería: Vw Ww 153.03 Wwi 0. El área de su base es de 78 cm2 y se mantiene constante durante todo el ensayo.03 Ws Peso de agua final: Wwf 0. e. Índice de poros cuando se descarga el suelo. Peso específico de las partículas sólidas: Peso total de la muestra seca igual a 420 gr. en donde se obtiene un volumen de agua desplazado o extraído de la consolidación igual a 25. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 La cantidad de suelo requerido en el molde es: Sabemos que d n Ws Wt 1 Ws Wt 875 825.365.4 gr 1 w Vt Vt 1 w 1 w 1 0.7 b. g. de acuerdo al contenido de humedad inicial se tiene un peso del agua: Ww 0. Índice de poros y altura de la muestra cuando se comprime el suelo.4 24.2 cm3.3 158.06 Wwf 0.7cm 3 Reemplazo: s Ws 420 2. Índice de poros original: Como la muestra está saturado no hay volumen de aire: e VP w 153.3cm 3 w 1 El volumen de solidos es: Vs Vt Vw 78 x 4 153. Índice de poros y altura de la muestra cuando se comprime el suelo: Tenemos un volumen desalojado que ha ocupado que es igual a 25.06 La cantidad de agua faltante en volumen: Peso de agua inicial: W 850.Ws 0.64 gr / cm 3 Vs 158. Si la humedad natural en condición saturada antes del ensayo era de 36. calcule: d.3 153.52 24.4 gr .365 x 420 153.76 gr W Ws t 1 w 1 0.00 cm hasta una altura final.06 x825. 323cm A 78 Altura final cuando se comprime el suelo es: ht hs hwf hs hw hwd 2. Volumen total Vt dela probeta= VT D h 3. e.75 Peso del agua por contenido de humedad inicial: % w W w 0. d. Índice de poros de la muestra cuando se descarga el suelo: V p w hw A h f hs A 3. cuya densidad seca o peso específico seco es 1.7 d.80 Vs Vs 158. La primera etapa del ensayo consiste en la saturación total del suelo.03 1.323x78 e 0. Contenido de humedad cuando la muestra totalmente saturada.711 2. a.97 0. compuesta por grava arcillosa.05 W w W w 149.677cm Índice de poros cuando se comprime el suelo es: V pw hw A 1. para ello se reconformara el material a la densidad y humedad de campo. a la cual se le va a realizar un ensayo de extensión triaxial no drenado CU. a una dimensión de una probeta cilíndrica de 10 cm de diámetro y 20 cm de alto. Índice de vacíos o poros inicial de la probeta. tercera etapa. 7 .00 gr/cm3).22cm 3 Vw VW Pag.2 0.22 V w 149.7 14.9 x1570. la tercera etapa del ensayo es el corte por extensión triaxial no drenado (peso específico del agua w=1.00 2. para luego proceder a la etapa de consolidación isótropa en donde se tiene una deformación volumétrica del cilindro de 5% (Vinicial-Vfinal/Vinicial). humedad igual a 5% y grado de saturación al 34%.03x78 e 0.7 2.14 x10 x 20 1570. f.82 Vs Vs Vs 158.4 Volumen de agua natural en la probeta: w W w 1 149.75cm 3 2 2 4 4 W Peso específico seco d s 1.22 gr Ws 2984.97cm Sabemos a qué la altura desplazada es igual al volumen Vwd hwd A h wd Vwd 25. Índice de vacíos o poros después de la etapa de consolidación.90 gr/cm3.03cm A 78 Altura inicial de Agua.323 3. sabemos la altura total y la altura de solidos: ht hs hw hw ht hs hw 4. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 Suelo: Vs hs A h s Vs 158.4 gr VT 1570. De una calicata se extrajo una muestra alterada de suelo.75 2984. g. Deformación volumétrica en el ensayo de extensión triaxial no drenado.9 W s Ws 1.03 1. Se pide calcular: c. segunda etapa.97 0. Contenido de humedad luego de la consolidación. Índice de vacíos o poros inicial de la probeta. 33 0.147 14.7% e w S 2. tercera etapa En condición no drenada la deformación volumétrica es cero. es el volumen de la probeta en el inicio VT. Contenido de humedad cuando la muestra totalmente saturada.7% e w S 2. entonces calculamos el volumen final 1570. Deformación volumétrica en el ensayo de extensión triaxial no drenado.20cm 3 1570.117 11.31x1.88 0.33cm 3 Calculamos el índice de vacío después de la consolidación: e V P W 360. V w S Sr w Totalmente saturada Sr=1 V P e w Calculamos el peso específico de los sólidos: S WS 2984.0 Sr w r w 0.39 Vs 1131.87 b.74 VFinal 0.0 0. Índice de vacíos o poros después de la etapa de consolidación. igual a 1570. por consiguiente el volumen de poros es igual al volumen de agua. El transporte de material de cantera hacia la presa se realizara en volquetes de capacidad igual a 15 m3.0 ton/m3.75 438.88 1131.87 d. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 Sabemos que el volumen de poro es igual a la suma del volumen de agua más volumen de aire. Contenido de humedad luego de la consolidación.22 V 438.64 e.87cm 3 Calculamos el índice de vacío: e V P 438.4 2.87 360.64 c. V Deformación volumétrica V Inicial Final 5% V VInicial VInicial El volumen inicial. se ha evaluado y se tiene la siguiente información: Depósito de Material (Cantera): Constituida por gravas arcillosas.39 x1.64 gr VS 1131. V P W VT V S 1492.74 cm3. cuyo contenido de humedad natural es igual a 5% y peso específico húmedo es 2.2 1131. entonces determinamos el volumen de poros en función al grado de saturación: Vw 149. segunda etapa.05 VFinal 1492 .87 cm3 Calculando contenido de humedad: w S S e 1x0. el material de cantera en el volquete tiene un peso específico suelto Pag. 15.34 P VP VP El volumen de solidos: V S VT V P 1570.88cm 3 Sr 0. 8 .74 Si está saturado los poros están totalmente saturados.31 Vs 1131. Se requiere hacer un dique de suelo para una presa de agua. V w S Sr w Totalmente saturada Sr=1 V P e w S e Calculando contenido de humedad: Sr w S w r w 1x0. 1 ton n 2. a.wp) = 5. Volumen total de material a explotar en la cantera ±10%. Ww=0. ahí pierde 0. a. y peso específico seco es 2.0 x8500 17000ton VT 8500 El volumen de suelos es el volumen de sólidos y es igual a s Ws 2. b. Contenido de humedad faltante es: wop . Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 húmedo igual a 1. n 2 .9% de agua.0 ton/m3. El contenido de humedad que se requiere para la compactación es wop=10%.4% de humedad.90 ton/m3 y humedad igual a su estado natural.65 ton/m3 y peso específico del agua igual a 1 ton/m3). Ahora queremos llegar a 10% de humedad óptima. el material de cantera para el dique se compactara al 95% del máximo peso específico seco del ensayo proctor modificado cuyo valor es 2.0 3 .65 17000 Vs VS VS 6415. pero con un diferente volumen debido a que el suelo esta suelto. Volumen de agua faltante por cada m3 de suelo extraído de la cantera para llegar al óptimo contenido de humedad.9 ton ton w x100 5% . en el volquete tengo el mismo peso de suelo y agua. w WS Pag.5% del contenido de humedad natural debido a evaporación y debido a vibración del volquete el agua drena por la parte inferior-posterior del volquete perdiendo 0. El dique del embalse tiene forma de trapecio prismático cuyo volumen total es igual a 8500 m3.9 % Cantera Ww WS Ww ton Ws=1. El contenido de humedad natural es wn=5% El contenido de humedad por perdida en el transporte es wp=0.0 3 V1 1m 3 WS VT 1 m m Se extrae y se transporta.19 ton. El peso y volumen de suelo seco requerido para conformar el dique. para ello el peso de agua requerido es w W x100 10% ==> 0. 9 . es decir el peso de agua ahora es 0.09m3 b. El peso y volumen de suelo seco requerido para conformar el dique.9 %. Volumen de agua faltante por cada m3 de suelo extraído de la cantera para llegar al óptimo contenido de humedad. entonces puedo calcular el peso requerido con la siguiente formula: Ws Ws d 2.0 Ws 2. (Peso específico de los sólidos s igual a 2.(wn.0 ton/m3 y optimo contenido de humedad igual a 10%. en el proceso de transporte el material pierde 0. Volumen total VT del dique es 8500 m3.08 ton. c. Tenemos el peso total que es Ws=17000 ton.90ton / m 3 1´ w 1 0.3m3±894.7m Entonces que el volumen requerido para explotar la cantera es 8947. tenemos que el volumen requerido es 0.7m3 Pag.==>0. Volumen total de material a explotar en la cantera ±10%.10x8947.08 ton = 0. Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Laureate International Universities CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL EJERCICIOS UNIDAD 1 (Semestre Académico 2015‐I) Curso : Mecánica de Suelos Profesor: Guillermo Valle Fecha : 18/03/2013 Por diferencia tenemos 0. c.11 m3 por cada m3 de extracción de material.11 ton.19 ton – 0.3m 3 VT d 1.3=894.0 1. 10 .05 También sabemos que el peso específico seco es: d W s VT W s 17000 8947.9 3 ±10%. El peso específico seco es d n 2. entonces si lo divido entre el peso específico del agua igual a 1 ton/m3.
Report "EJERCICIOS DE RELACIONES VOLUMÉTRICAS Y GRAVIMÉTRICAS EN LOS SUELOS "