• Author / Uploaded
• cesar

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

LABORATORIO N°4 ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE MECÁNICA DE SUELOS I ELABORADO POR

ALANYA PACHECO, ENSO

20140037I

GARCIA ALVAREZ, RUBEN

20111181H

LADERA BLANCAS, CESAR

20175032C

LLANCA LUNA, SERGIO

20140130I

LOPEZ POMA, JUAN

20175021A

TRUJILLO QUISPE, ALDAHIR

20142561G

PROFESOR ING. CARRERA CONCHA ENGELBERT Lima- Perú

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

2018

CONTENIDO INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................ 3 CONCEPTOS TEÒRICOS................................................................................................................ 3 PROCEDIMIENTO DE ENSAYO .................................................................................................... 9 NORMAS ........................................................................................................................................... 10 CÁLCULOS....................................................................................................................................... 10 DATOS DE LABORATORIO ...................................................................................................... 10 CONCLUSIONES............................................................................................................................. 13 CUESTIONARIO .............................................................................................................................. 14 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 16

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

INTRODUCCIÓN En la construcción de terraplenes de carreteras, presas de tierra y muchas otras estructuras de ingeniería, los suelos sueltos deben ser compactados para aumentar sus pesos unitarios. La compactación aumenta las características de resistencia de los suelos, incrementando de este modo la capacidad de carga de las cimentaciones construidas sobre ellos. La compactación también disminuye la cantidad de solución no deseada de las estructuras y aumenta la estabilidad de los taludes de los terraplenes. En el proceso de la compactación del suelo generalmente se utilizan rodillos de ruedas lisas, rodillos compactadores de suelo, rodillos neumáticos de goma y rodillos vibratorios. Los rodillos vibratorios se utilizan sobre todo para la densificación de los suelos granulares.

OBJETIVOS 

Conocer la metodología a seguir para la obtención de la densidad seca y contenido de humedad de una muestra especifica de suelo.



Determinar la densidad seca y contenido de humedad, con la finalidad de lograr obtener la MDS y OCH de un suelo compactado en el laboratorio, bajo el método del Proctor Modificado.



Conocer los equipos normalizados para la realización del ensayo de Proctor Modificado.

CONCEPTOS TEÒRICOS Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Este proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volúmenes de importancia, fundamentalmente ligados a perdida de volúmenes de aire.

La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra.

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC Por lo general la técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de prensa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta. Las ventajas que representa una compactación adecuada son: a) El volumen de vacíos se habrá reducido a un mínimo y consecuentemente, su capacidad de absorber humedad se habrá reducido a un mínimo. b) La reducción de vacíos se debe a que las partículas de menor tamaño han sido forzadas a ocupar el vacío formado por las partículas más grandes. De allí que si una masa de suelos está bien graduada, los vacíos o poros se reducirán prácticamente a cero y se establecerá un contacto firme y solido entre sus partículas, aumentando la capacidad del suelo para soportar mayores pesos. Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso. Los suelos puramente friccionantes como la arena se compactan eficientemente por métodos vibratorios y métodos estáticos, en cambio los suelos plásticos, el procedimiento de cargas estática resulta el más ventajoso. Los métodos usados para determinar la densidad máxima y humedad óptima en trabajos de mantenimiento y construcción de carreteras son los siguientes:  Proctor Standard  Proctor Modificado  Prueba Estática

Proctor Modificado La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en cinco capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas (56 para el método C) con un pison de 4,5 (kg) de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 45,7 cm. Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del ensayo proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo. Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea contraparteo comparable al ensayo de impacto el laboratorio (a diferencia de lo que ocurren en el caso de ensayos de amasado, vibración o en compresión de laboratorio que se encuentran su contraparte en los rodillos pata de cabra, vibro-compactadores, de rueda lisa, etc.) No obstante, ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC el comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sin número de pliegos de obras.

Tabla : Métodos para Proctor Modificado.

Figura: ASTM D 1557 PROCTOR MODIFICADO

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

Figura: forma de ejecutar la compactación y equipo necesario

Figura: Equipo Básico

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

DESIDAD SECA MAXIMA

OPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD

Figura: CURVA DENSIDAD SECA VS HUMEDAD

Figura: MOLDES PROCTOR

Cálculos:  Densidad Húmeda 𝜌𝑚 = 𝐾 ∙ (𝑀𝑡 – 𝑀𝑚𝑑)/𝑉

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC Donde: 𝜌𝑚 = Densidad húmeda del sub espécimen compactado (punto de compactación), se utilizan 4 dígitos significativos, g/cm3 o kg/m3. 𝑀𝑡 = Masa del conjunto suelo compactado – molde, precisión 1g. 𝑀𝑚𝑑 = Masa del molde de compactación, precisión 1g. 𝑉 = Volumen del molde de compactación, en cm3 o m3. K = Constante de conversión de unidades, K=1 cuando la densidad se encuentra en g/cm3 y el volumen en cm3.

 Densidad Seca 𝜌𝑑 = 𝜌𝑚 / (1 + 𝑤/100) Donde: 𝜌𝑑 = Densidad seca del sub espécimen compactado, se utilizan 4 dígitos significativos, g/cm3 o kg/m3. 𝑤 = Contenido de humedad del punto de compactación, determinado al 0.1%.  Curva de compactación: La curva de compactación se la construye graficando el contenido de humedad y la densidad seca de cada uno de los sub especímenes (puntos de compactación).

FIGURA: CURVA DE COMPACTACION

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

PROCEDIMIENTO DE ENSAYO a) Secar el material si este estuviera húmedo, puede ser al aire libre o en un aparato de secado de modo que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). b) Tamizar a través de las mallas 3”, ¾”, 3/8” y N°4 para determinar el método de prueba. c) Preparar 4 muestras de 3kg. Para el método A. d) Agregar agua y mezclar uniformemente. Cada punto de prueba debe tener un incremento de humedad constante. Por recomendación del técnico encargado del ensayo se agrega agua del 2% de la muestra. 2%3000=60gr PRUEBA N°

1

2

3

4

Cantidad de agua (gr)

60

120

180

240

Cantidad de agua por muestra

e) Se pesa el molde cilíndrico. f)

Colocar la primera capa en el molde y aplicarle 25 ó 56 golpes según el método de ensayo. En nuestro caso fue de 25 golpes por capa. Los golpes deben ser aplicados en toda el área, girando el pisón adecuadamente.

g) Cada golpe debe ser aplicado en caída libre, soltar el pisón en el tope. De igual forma completar las cinco capas. h) La última capa debe quedar en el collarín de tal forma que luego pueda enrasarse. i)

Enrasar el molde con una regla metálica quitando previamente el collarín.

j)

Retirar la base y registrar el peso del suelo + molde.

k) Luego de pesado, extraer el suelo y tomar una muestra para el contenido de humedad, como mínimo 500 gr. para material granular tomada de la parte central del molde. l) Llevar las muestras al horno para obtener la cantidad de agua y hallar el contenido de humedad. m) Repetir el procedimiento para un mínimo de 4 puntos compactados a diferentes contenidos de humedad, dos de los cuales quedan en el lado seco de la curva y los otros dos en el lado húmedo.

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 9

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

NORMAS  NTP 339.141: Suelos. Método de ensayo para la compactación del suelo en laboratorio utilizando una energía modificada (2 700 kN-m/m 3 (56 000 pie-lbf/pie 3 )).  ASTM D 1557: Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort ((2 700 kN-m/m 3 (56 000 pie-lbf/pie 3 )).  Procedimiento, para la prueba de Proctor modificada (Norma ASTM D-1557 y Norma AASHTO T 180).

CÁLCULOS DATOS DE LABORATORIO Suposiciones iniciales Para la realización de la experiencia partimos de algunas suposiciones, ya que no se realizaron las pruebas completas como, la granulometría lo cual es importante para determinar el método a usar. Las suposiciones para la realización del ensayo de nuestro suelo bajo son las siguientes: 

El material retenido en la malla ¾ es menor al 30%.



Según el manual del MTC115 El material retenido en la malla N°04 debe ser menor al 20%, sin embargo, ASTM D1557 sugiere que dicha cantidad sea menor al 25% para emplear el método A. Si el material retenido en la malla N°04 oscila entre el 5 y 25%, el método A puede ser usado. Sin embargo, se requerirán de ciertas correcciones. Por lo que la suposición en este caso es que el material retenido en la malla N°04 es menor al 5%, es decir no se realizaran correcciones.

En base a los expuesto líneas arriba y partiendo de la suposición inicial, el método a emplear será el “Método A”. Análisis de información: Los ítems 1, 2, 3, 4 y 6 de la Tabla 1 fueron obtenidos de la experiencia realizada en el laboratorio, Similarmente los Ítems 2, 3 y 5 de la Tabla 2 muestran los pesos de suelo húmedo, peso de suelo seco, es decir la información necesaria para realizar la gráfica de la densidad seca vs el contenido de humedad a 25 golpes de compactación (Proctor modificado).

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 10

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC A partir de las tablas 1 y 2 es obtenida la densidad seca, la densidad húmeda (Ver tabla 1) en los Ítems 7 y 8. Mientras que con la información de la Tabla 2 puede obtenerse la humedad para cada uno de las pruebas.

Tabla 1. Tabla con densidad húmeda y densidad seca Ítems 7 y 8 respectivamente.

Ítem 1 2 3 4 5 6 7 8

COMPACTACION Prueba N° 1 N° De Capas 5 N° de Golpes 25 P.Molde+ s. Compactado (gr) 5839 Peso molde (gr) 4138 Peso suelo Compactado (gr) 1701 Volumen del molde (cm3) 940.1 Densidad húmeda (gr/cm3) 1.81 Densidad seca (gr/cm3) 1.59

2 5 25 6017 4138 1879 940.1 2.00 1.72

3 5 25 5997 4138 1859 940.1 1.98 1.66

4 5 25 5940 4138 1802 940.1 1.92 1.57

Tabla 2. Tabla de contenido de humedad, Ítem 7.

Ítem 1 2 3 4 5 6 7

HUMEDAD Prueba N° 1 Identificación de la Tara 50-B Tara+ Suelo Húmedo(gr) 69.9 Tara + Suelo seco(gr) 63.2 Peso del agua (gr) 6.7 Peso de tara (gr) 14.5 Peso suelo seco (gr) 48.7 Contenido de humedad (%) 14

2 #-9 105.7 92.5 13.2 12.3 80.2 16

3 TER 83.2 72.1 11.1 14.2 57.9 19

4 FEO 119.5 101 18.5 18 83 22

En resumen, los valores de la humedad seca y el contenido de humedad por cada una se encuentran en la Tabla 3. Tabla 3. Densidad seca y contenido de humedad para cada una de las 04 pruebas. Prueba N° Densidad seca (gr/cm3) Contenido de humedad (%)

Lab. Mecánica de Suelos

1 2 1.59 1.72 13.76 16.46

3 1.66 19.17

4 1.57 22.29

Pág. 11

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC Representando los cuatro pares de puntos en el plano cartesiano tenemos la Figura 1 donde puede apreciarse que el óptimo contenido de humedad (O.C.H) es de 17% para una densidad seca máxima de 1.72 gr/cm3.

Proctor modificado 1.75

Proctor modificado

Densidad seca ( gr/cm3)

1.70

1.65

1.60

1.55 13.8

16.5

19.2

22.3

Contenido de Humedad %

Figura1. Curva de compactación, Proctor modificado. O.C.H (%) MDS (gr/cm3)

17.00 1.72

Comentarios: La curva de saturación no fue dibujada ya que para ello se requiere la gravedad específica de solidos Gs.

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 12

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

CONCLUSIONES  Como se puede apreciar el contenido de humedad tiene gran influencia en el grado de compactación. Ya que el agua que ocupa los espacios anterior mente ocupados por el aire actúa como lubricante, sin embargo, un exceso de humedad tiene a dispersar y a separar las partículas de suelo haciendo que el mismo tenga una menor densidad seca.  Se cumplido con el objetivo de conocer y manipular los equipos para el ensayo de proctor modificado.  Lograr determinar la MDS y OCH en laboratorio, nos da la especificación técnica necesaria

para poder

determinar

la

compactación

(%C)

con

los

datos

complementarios de campo.

Lab. Mecánica de Suelos

Pág. 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA - FIC

CUESTIONARIO 1.- En una arcilla, considera que el mejor ensayo para determinar en óptimo contenido de humedad y la máxima densidad seca es el proctor modificado? Justifique. A continuación, presentaremos los 3 métodos de proctor modificado: MÉTODO A B C

TAMIZ < N°4 < 3/2’’