GeoLab - versin 1.0

SOFTWARE PARA LABORATORIO DE MECANICA DEL SUELOS Y CONCRETO

1. Introduccin

La hoja de clculo Excel de Microsoft es una aplicacin

integrada en el entorno Windows cuya finalidad es la realizacin

de clculos sobre datos introducidos en la misma, as como la

representacin de estos valores de forma grfica. A estas

capacidades se suma la posibilidad de utilizarla como base de

datos.

Excel trabaja con hojas de clculo que estn integradas en

libros de trabajo. Un libro de trabajo es un conjunto de hojas

de clculo y otros elementos como grficos, hojas de macros,

etc. El libro de trabajo contiene 16 hojas de clculo que se

pueden eliminar, insertar, mover, copiar, cambiar de nombre.

Cada una de las hojas de clculo Excel es una cuadrcula

rectangular que tiene filas y columnas. Las filas estn

numeradas desde el uno y las columnas estn rotuladas de

izquierda a derecha de la A a la Z, y con combinaciones de

letras a continuacin. La ventana muestra slo una parte de la

hoja de clculo. La unidad bsica de la hoja de clculo es una

celda. Las celdas se identifican con su encabezamiento de

columna y su nmero de fila. La hoja de clculo se completa

introduciendo texto, nmeros y frmulas en las celdas.

Con Excel pueden hacerse distintos tipos de trabajos: Hojas de

Clculo, Bases de Datos y Grficos, de lo que NO se tratar en

este manual, pero tambin Macros (un documento similar a una

hoja de clculo que contiene grupos de instrucciones para

realizar tareas especficas).

La Hoja de Clculos Excel es una de las herramientas ms

poderosas para el tratamiento de datos y su anlisis. Una de las

mayores ventajas que posee es la flexibilidad que ofrece y la

rapidez con la que podemos construir plantillas y todo tipo de

modelos, para diversos usos y aplicaciones.

Cada da las grandes y pequeas empresas estn descubriendo el

poder de utilizar conjuntamente las macros con Excel, las

compaas requieren de programas informticos realizados a

"medida" de sus necesidades, para gestionar de manera

automtica, rpida y eficaz los procesos internos del negocio.

A la vez muchas personas en su trabajo diario realizan tareas

repetitivas frente a sus hojas Excel, desperdiciando das

enteros en realizar informes de manera manual los cuales, con un

simple clic a un botn en cuestin de segundos estara

realizado.

Las macros nos permiten automatizar y realizar tareas complejas,

aumentando la eficiencia y eficacia del trabajo.

PROGRAMA DE CMPUTO PARA LABORATORIO DE MECANICA DE

SUELOS

INTRODUCCIN

Este trabajo es parte de un conjunto de hojas de clculo

diseadas para uso didctico acadmico; para el uso de alumnos

que estudian las carreras de Ingeniera Civil as como de

geologa, tcnicos y todo aquel que de una y de otra manera

tenga que ver con el estudio geotcnico, el objetivo principal

es de mostrar que utilizando planillas como esta se puede

simplificar drsticamente el trabajo en el laboratorio, y as de

esa manera disminuir la incidencia del error humano

principalmente al graficar los resultados.

En esta gua se presentara como utilizar algunos aplicativos del

Software.

Este es un Programa diseado por Ing. ENRIQUE CORIAT CELIS

TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS... 2015

El Programa est basado en lenguaje de programacin Visual

Basic, Sistema Operativo Windows SEVEN, Office 2007, en

versiones menores el programa perder muchas de sus

caractersticas visuales.

Para poder ejecutar el programa deber seguir estos

procedimientos para instalar algunos controles y fuentes.

EL SOFTWARE CONTIENE:

ENSAYOS PARA MECNICA SUELOS

CARACTERIZACIN

- Relaciones Volumtricas

- Humedad Natural

- Gravedad Especfica > a 5mm y < a 5mm

- Peso Volumtrico de Suelos Cohesivos

- Densidad Mxima y Mnima

- Permeabilidad (Carga Constante y Variable)

- Percolacin

- Infiltracin Porchet

CLARACTERIZACION

- Limites de Atterberg

- Granulometra mtodo mecnico

- Granulometra mtodo Hidrmetro

- Clasificacin de Suelos (SUCS AASHTO)

-Estratigrafa

- Mezcla de Suelos (2 y 3 muestras)

- Rendimiento de canteras

RESISTENCIA

- Proctor estndar y modificado

- CBR

- Corte Directo

ENSAYOS PARA DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO

CONCRETO

- Ensayos para el Agregado Fino

- Ensayos para el Agregado Grueso

- Rotura de Probetas

- Diseo de Mezclas de Concreto

ESQUEMA DEL SOFTWARE

Al dar inicio a la aplicacin ya sea directamente en el archivo

o en el acceso directo.

Aparecer una pantalla de Inicio del programa

Despus aparecer una ventana para identificacin de usuarios

Se le proporciona una clave de acceso:

Despus de acceder al programa aparecer la siguiente ventana

En la primera ventana del programa podemos observar 3 botones

principales de colores:

1. Botn EJECUTAR DATA, nos proporciona el ingreso al programa

donde se colocara toda la informacin del proyecto.

2. Botn SALIR DE APLICATIVO, nos saca del programa

3. Botn BORRAR DATA, Borra toda la informacin guardada en el

programa.

Botones adicionales.

1. Botn ADMINISTRADOR, Solo tendr acceso el creador del

programa.

2. Botn PERMISO DE USUARIO, nos da acceso a la licencia de

uso del programa.

Tambin en la parte de arriba nos informa la fecha actual las

veces que el programa a sido ejecutado y la fecha de caducidad

del programa.

Al ejecutar el Programa aparecer la siguiente ventana y en la

primera pestaa del programa se colocara los DATOS DEL PROYECTO

como son:

Fecha.

Nmero de registro (Automtico).

Nombre del proyecto.

Ubicacin: Departamento, Provincia, Distrito, Otros

(Automtico).

Razn social del solicitante.

Direccin.

Numero de RUC.

Telfono.

Correo electrnico.

Ing. Responsables del Estudio.

Colegiatura.

En la segunda pestaa del programa se colocara los DATOS DEL

ESTUDIO como son:

Estudio para.- el programa ya tiene una base de datos para

esto pero Ud. Puede aadir ms con el botn NUEVO.

En la tercera pestaa del programa se colocara los DATOS DE LA

EXCAVACIN y donde se aprecia una serie de pestaas ms, la

primera corresponde a la excavacin y las otras seis

corresponden a los estratos o muestras del suelo en este caso el

programa solo considera seis.

Numero de excavacin.

Profundidad de excavacin.

Lado.

Kilometraje.

Breve descripcin de la excavacin.

Profundidad del nivel fretico.

Descripcin.

Nmero de Muestra Profundidad de la Muestra Breve Descripcin de la Muestra

Para poder usar cada uno de los aplicativos de suelos se

muestran botones de accesos directos a cada uno de los ensayos

de laboratorio los cuales estn separados de la siguiente

manera.

Ensayos GENERALES

Ensayo de Humedad Natural

Ensayo de Gravedad Especifica de Suelos < a 5mm SU/AF

Ensayo de Gravedad Especifica de Suelos > a 5mm SU/AG

Ensayo de Pesos Unitarios

Relaciones Volumtricas

Peso Volumtrico de Suelos

Cohesivos

Peso Unitario GLB

Ensayos CARACTERIZACION

Lmites de Atterberg

Granulometra Mecnico

Granulometra Sedimentacin

Clasificacin de Suelos

Estratigrafa

Mezcla Suelos (2 y 3 suelos)

Ensayos ESTADO

Densidad Mxima y Mnima

Permeabilidad

Percolacin

Infiltracin Porchet

Consolidacin

ndice de Expansin

Cambio de Volumen

Potencial de Colapso Gipps

Ensayos RESISTENCIA

Compactacin

CBR

Corte Directo

Compresin Inconfinada

Triaxial

Ensayos CONTROL

Densidad de Campo Cono

Densidad de Campo Baln

Caracterizacin Ladrillo

Rotura de Testigos

Abrasin

Rendimiento de Canteras

Ensayos ACI 211

Diseo de Mezclas ACI

A CONTINUACIN SE PRESENTA EL FUNCIONAMIENTO DE ALGUNOS DE LOS

APLICATIVOS

Ensayo de Humedad Natural.- Este aplicativo sirve para obtener

el valor de la humedad natural del suelo, se puede obtener el

promedio a partir de dos datos, el esquema es el siguiente:

4

1

5

2

3

6 7 8

4

Ensayo de Gravedad Especifica de slidos < 5mm.- Este aplicativo

sirve para obtener el valor de la gravedad especifica del suelo

tanto para suelos como para materiales que van a ser usados en

concreto, se puede obtener el promedio a partir de dos datos, el

aplicativo tiene dos opciones la primera Peso especfico de

suelos se activaran las casillas respectivas para este ensayo y

si selecciona la segunda peso especfico para Agregados se

activaran las casillas necesarias para ese ensayo el esquema es

el siguiente:

Aqu se ve que casillas se activan con la seleccin de la

segunda opcin

Se muestran los resultados Seleccin Laboratorista

Botn retorna a la

ventana principal

Botn Imprimir, para la

cual deber tener la clave

Botn Borrar para eliminar

todos los registros de la

base de datos

Botn Limpiar para

eliminar los datos de la

ventana actual

Botn Estrato sirve para

seleccionar el estrato de

suelo que estamos

ensayando mximo 6

Botn Calcular ejecuta el

procedimiento de calculo

Introducir los datos del

ensayo con dos decimales

solo en las casillas

desbloqueadas

Ventana del ensayo de Gravedad especifica de slidos > 5mm de

los Suelos

APLICATIVO PARA LA CLASIFICACIN DE SUELOS

SUCS - AASHTO

INTRODUCCION

Uno de los puntos ms importantes para poder sustentar obras de

ingeniera civil, es evaluar el tipo de suelo sobre el cual

edificaremos. Para ello debemos realizar un muestreo de la zona

de trabajo y remitir las muestras a un laboratorio competente,

en el cual se lleve a cabo la clasificacin del material.

El mtodo ms comn de clasificacin de suelos, empleado en la

ingeniera de fundacin, es sin lugar a dudas el mtodo conocido

como Sistema Unificado o Clasificacin SUCS y que esta

descrito en la Norma ASTM D2487, Mtodo Estndar para

Clasificacin de Suelos con Propsitos de Ingeniera.

Si realizamos con detenimiento una inspeccin del mtodo de

clasificacin mencionado, podremos observar que se presta para

elaborar un programa de cmputo que nos ayude a agilizar la

clasificacin de un determinado suelo.

Si bien es cierto que cuando en el material de estudio predomina

las partculas finas, el nmero de datos y operaciones

requeridos para clasificarlo es mucho menor que los requeridos

para un suelo de partculas gruesas. Luego las grandes ventajas

que ofrece el programa de cmputo de clasificacin de suelos, es

ms apreciado cuando se aplica a un suelo de partculas gruesas.

Esto es debido al requerimiento de mayor nmero de datos y

operaciones o bien cuando se requiere clasificar un gran nmero

de muestras.

Muchos han sido los programas escritos referentes a la

clasificacin de suelos, pero en su totalidad consideran, entre

sus lneas de programacin, todas las combinaciones posibles que

generan el smbolo de grupo.

Tabla N 1.-Carta de Clasificacin de Suelos

DESCRIPCIN DEL APLICATIVO

El programa puede obtener todas las combinaciones posibles del

smbolo de grupo que son permitidas por la Norma ASTM D 2487.

Podemos apreciar que el nmero de letras que combinadas originan

el mencionado smbolo, son nueve C, S, W, P, M, C, H, L, y O.

Estas letras ordenadas adecuadamente y combinndolas con otras

que nos proporcione palabras nemotcnicas, nos asegura tener

todas las combinaciones posibles para clasificar un suelo.

Se podr apreciar que el programa, siguiendo un orden lgico,

puede obtener smbolos dobles donde el segundo grupo de smbolos

que conforma esta clasificacin tambin esta compuesto de

smbolo doble GW (GC - GM); esto sera originado por un

material de partculas gruesas, donde el porcentaje que pasa el

tamiz N 200 est comprendido en 5 12% y adems el IP entre 4

7%. La clasificacin mencionada quedar reducida a GWGC tal

como especifica la Norma.

El programa trabaja con el mnimo de datos necesarios. Estos

datos son los resultados del anlisis granulomtrico y lmites

de consistencia obtenidos del laboratorio.

Realizando un seguimiento, de la Carta de Clasificacin de

Suelos mostrada en la Tabla N 1, observamos que el primer

valor requerido es el % que pasa el tamiz N 200 . Valor que

nos define al suelo segn el tamao de partculas finas,

requerir de dos datos adicionales para definir la clasificacin

en La Carta de Plasticidad . Ntese que la carta mostrada en

la Figura N 2, define los casos frontera; por ejemplo si el LL

= 50% estaramos en la zona de la derecha, mientras que si algn

valor es ploteado sobre la Lnea A, la zona correspondiente

ser la parte superior, as mismo esta definida para el IP entre

4 7%.

Si el material

es de partculas gruesas y el % que pasa el tamiz N 200 es

mayor de 12%, el proceso ser similar al mencionado.

Por el contrario, si el % que pasa el tamiz N 200 es menor o

igual a 12%, requeriremos del clculo de los coeficientes de

uniformidad y curvatura tal como muestra la Figura N 3. Las

lneas de programacin comprendidas entre la nmero 220 y 340,

realiza el clculo de los correspondientes D10, D30 y D60 que

posteriormente servirn para calcular Cu y Cc.

APLICATIVO PARA

DISEO DE MEZCLAS DE CONCRETO

Descripcin:

Es un programa para disear mezclas de concreto de manera

profesional y automatizada desarrollado en Excel.

El programa utiliza las especificaciones de diseo del ACI

Se pueden disear concretos con restricciones variables,

desde la ms controlada para obras grandes hasta las ms

comunes en obra chica o produccin de concreto

industrializado.

El programa disea el concreto Normal

Proporciona la cantidad de materiales sueltos para un metro

cbico de concreto.

Usos:

Para residencias de obra

Capacitacin

Aseguramiento de Calidad

Seguridad en sus construcciones

Informes tcnicos

Revisin de diseos

Correccin de mezclas

Mezclas de prueba

Investigacin y desarrollo

Generalmente las especificaciones de los materiales a emplear en

una estructura las indica el proyectista en los planos y

memorias del proyecto; en particular las propiedades del

concreto endurecido son especificadas por el proyectista de la

estructura, mientras que las propiedades del concreto en estado

fresco estn regidas por el tipo de construccin y las

condiciones de transportacin y colocacin.

Estos dos tipos de requerimientos permiten determinar la

composicin de la mezcla, teniendo en cuenta el grado de control

de calidad aplicado en el lugar o en la obra.

Por lo tanto, se puede decir que el diseo de la mezcla es el

proceso de seleccin de los componentes adecuados del concreto,

determinando sus cantidades relativas con el propsito de

producir un concreto econmico, con ciertas propiedades mnimas,

conveniente trabajabilidad, resistencia y

durabilidad.

Existen numerosos factores que afectan las propiedades del

concreto, ya sea en estado fresco o endurecido, en este trabajo

se describen brevemente slo aquellos que se relacionan con el

diseo de las mezclas de concreto normal, donde el empleo de

grava, arena, cemento y agua es lo convencional y no se

considera el uso de aditivos.

Los mtodos actuales de diseo de mezclas contemplan valores

lmite respecto de un rango de propiedades que deben cumplirse,

stas son usualmente:

la relacin agua/cemento,

el contenido mnimo de cemento,

la resistencia a la compresin mnima,

el tamao mximo del agregado,

la trabajabilidad mnima, el mdulo de finura de la arena,

la granulometra de los agregados y

el contenido de aire.

Debido a la gran variabilidad de las propiedades de los

materiales que componen el concreto muchos autores consideran al

diseo de mezclas como un arte, esto es particularmente cierto

cuando se trata de evaluar real y cuantitativamente las

propiedades de la grava y la arena, por ejemplo. No debe de

sorprender entonces que conviene verificar las proporciones

calculadas haciendo mezclas de prueba y si es necesario efectuar

ajustes hasta obtener la mezcla con las caractersticas

deseadas.

Es indudable que en nuestro medio las dos propiedades ms

significativas al disear mezclas de concreto normal son la

resistencia a la compresin y su trabajabilidad, aunque debe

reconocerse que en los ltimos aos se ha prestado mucha

atencin a la durabilidad.

En este sentido, los mtodos empleados en Per para dosificar

concreto invariablemente buscan producir concreto al menor

costo. Adems, esta demostrado que el cemento representa

alrededor de las tres cuartas partes del costo de los materiales

para fabricar un metro cbico de concreto normal sin aditivos

qumicos. Por supuesto que las empresas productoras de concreto

emplean los aditivos para disminuir el costo global de los

materiales del concreto, considerando que estos mejoran

propiedades como la trabajabilidad y retardo en el fraguado,

adems de disminuir el consumo del cemento

En estado fresco, el atributo frecuentemente requerido en las

mezclas de concreto es la trabajabilidad, la cual se considera

como una propiedad del concreto que determina su capacidad de

colocacin y compactacin apropiada, permitiendo su acabado sin

segregacin ni sangrado nocivos, as como moldeabilidad y

adherencia. La consistencia forma parte de la trabajabilidad y

se define a grandes rasgos como la capacidad de colocacin de la

mezcla de concreto, en la que se involucran propiedades de

cohesin y viscosidad, se mide en trminos de revenimiento

(cuanto ms elevado es el revenimiento ms colocable es la

mezcla). En el mtodo del ACI el revenimiento es un dato que

sirve de base para disear las mezclas de concreto, mientras que

en el de mnimo contenido de vacos es una referencia para

mejorar la mezcla de prueba en caso de que el revenimiento haya

sido diferente del especificado.

Mtodos de dosificacin

En el medio de la construccin en Per se emplean diversos

mtodos de diseo de mezclas de concreto normal, incluso las

empresas premezcladoras han desarrollado su propia metodologa,

sobre todo para ser ms competitivos y obtener el mximo ahorro

en el consumo de cemento.

La mayora de los mtodos de dosificacin se basan en dos

procedimientos generales: la determinacin de contenido de

vacos de los agregados combinados y mediante el empleo de

factores empricos.

En el primer grupo podemos citar el mtodo de peso volumtrico

mximo de grava y arena que describe el Manual de Tecnologa del

Concreto, el cual consiste en determinar experimentalmente la

combinacin porcentual de grava y arena que ofrezca el mximo

peso volumtrico (mnimo contenido de vacos), obteniendo el

volumen de la pasta a travs del clculo de los vacos y luego

el del agua y cemento por la relacin agua/cemento de acuerdo

con la resistencia requerida.

Los mtodos del American Concrete Institute (ACI) y el britnico

usan, en trminos generales, factores empricos para el diseo

de mezclas, en los cuales se determinan primero el agua de la

mezcla de acuerdo con el revenimiento y el tamao mximo del

agregado y despus la cantidad de la grava, para el caso del

ACI, o de la arena, para el mtodo britnico, el ltimo de los

componentes se calcula por diferencia.

En nuestro pas por nuestra cercana con los Estados Unidos las

normas y mtodos ACI son ampliamente utilizados, por esta razn

en este trabajo se incluye el desarrollo de un programa de

computo sobre el diseo de mezclas para concreto normal segn el

informe ACI 211.1-91.

ACI

Este procedimiento considera nueve pasos para el proporciona

miento de mezclas de concreto normal, incluidos el ajuste por

humedad de los agregados y la correccin a las mezclas de

prueba.

1. El primer paso contempla la seleccin del revenimiento,

cuando este no se especifica el informe del ACI incluye una

tabla en la que se recomiendan diferentes valores de

revenimiento de acuerdo con el tipo de construccin que se

requiera. Los valores son aplicables cuando se emplea el vibrado

para compactar el concreto, en caso contrario dichos valores

deben ser incrementados en dos y medio centmetros.

2. La eleccin del tamao mximo del agregado, segundo paso del

mtodo, debe considerar la separacin de los costados de la

cimbra, el espesor de la losa y el espacio libre entre varillas

individuales o paquetes de ellas. Por consideraciones econmicas

es preferible el mayor tamao disponible, siempre y cuando se

utilice una trabajabilidad adecuada y el procedimiento de

compactacin permite que el concreto sea colado sin cavidades o

huecos. La cantidad de agua que se requiere para producir un

determinado revenimiento depende del tamao mximo, de la forma

y granulometra de los agregados, la temperatura del concreto,

la cantidad de aire incluido y el uso de aditivos qumicos.

3. Como tercer paso, el informe presenta una tabla con los

contenidos de agua recomendables en funcin del revenimiento

requerido y el tamao mximo del agregado, considerando concreto

sin y con aire incluido.

4. Como cuarto paso, el ACI proporciona una tabla con los

valores de la relacin agua/cemento de acuerdo con la

resistencia a la compresin a los 28 das que se requiera, por

supuesto la resistencia promedio seleccionada debe exceder la

resistencia especificada con un margen suficiente para mantener

dentro de los lmites especificados las pruebas con valores

bajos. En una segunda tabla aparecen los valores de la relacin

agua/cemento para casos de exposicin severa.

5. El contenido de cemento se calcula con la cantidad de agua,

determinada en el paso tres, y la relacin agua cemento,

obtenida en el paso cuatro; cuando se requiera un contenido

mnimo de cemento o los requisitos de durabilidad lo

especifiquen, la mezcla se deber basar en un criterio que

conduzca a una cantidad mayor de cemento, esta parte constituye

el quinto paso del mtodo.

6. Para el sexto paso del procedimiento el ACI maneja una tabla

con el volumen del agregado grueso por volumen unitario de

concreto, los valores dependen del tamao mximo nominal de la

grava y del mdulo de finura de la arena. El volumen de agregado

se muestra en metros cbicos con base en varillado en seco para

un metro cbico de concreto, el volumen se convierte a peso seco

del agregado grueso requerido en un metro cbico de concreto,

multiplicndolo por el peso volumtrico de varillado en seco.

7. Hasta el paso anterior se tienen estimados todos los

componentes del concreto, excepto el agregado fino, cuya

cantidad se calcula por diferencia. Para este sptimo paso, es

posible emplear cualquiera de los dos procedimientos siguientes:

por peso o por volumen absoluto.

8. El octavo paso consiste en ajustar las mezclas por humedad de

los agregados, el agua que se aade a la mezcla se debe reducir

en cantidad igual a la humedad libre contribuida por el

agregado, es decir, humedad total menos absorcin.

9. El ltimo paso se refiere a los ajustes a las mezclas de

prueba, en las que se debe verificar el peso volumtrico del

concreto, su contenido de aire, la trabajabilidad apropiada

mediante el revenimiento y la ausencia de segregacin y

sangrado, as como las propiedades de acabado. Para correcciones

por diferencias en el revenimiento, en el contenido de aire o en

el peso unitario del concreto el informe ACI 211.1-91

proporciona una serie de recomendaciones que ajustan la mezcla

de prueba hasta lograr las propiedades especificadas en el

concreto.

Aplicativo de computo

El programa de computo para diseo de mezclas de concreto,

mediante el mtodo de ACI, ha sido desarrollado en el sistema de

programacin Visualbasic y EXCELy su plataforma de interaccin

con el usuario se realiza a travs de Windows, lo cual permite

introducir los datos de manera muy sencilla.

Finalmente, debe introducirse el dato de concreto sin o con aire

incluido, en caso de que las condiciones de operacin de la obra

requieran concreto con aire incluido, en la parte baja a la

izquierda de la pantalla se encuentra un cuadro en donde se

pueden escoger las condiciones de exposicin a las que estar

sujeto el concreto: ligera, moderada o severa.

Es conveniente destacar que el informe ACI 211.1- 91 recomienda

aumentar la cantidad de agregado grueso cuando se desea una

buena trabajabilidad en la mezcla de concreto, requerida en

colados mediante bombeo o en lugares donde el acero de refuerzo

est congestionado.

Con los datos anteriores el programa ejecuta automticamente

los pasos de diseo de mezclas por el mtodo del ACI y presenta

la pantalla de Resultados cuando se oprime Aceptar, en la

que se observan las cantidades de cada uno de los componentes en

volumen.

SOFTWARE

Hojas de Clculo de Prospeccin de

Suelos as como de Ubicacin de los

Puntos de Estudio Hojas de Clculo para la Clasificacin de

Suelos y la Determinacin del Perfil

Estratigrafico

Hojas de Clculo para Mezclar Suelos

tanto 2 o 3 Muestras Hojas de Clculo para determinar el

qu=Admisible, y el Asentamiento

Permisible del Terreno (por diferentes

mtodos de calculo)