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UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS Programa Académico Ingeniería Civil

Trabajo para Mecánica de Suelos

Nombre del Profesor Néstor Javier Romero Álvarez Integrantes: Bryan Curi Isidro (Grupo 4) Flaby Mamani (Grupo 4) Marcia Pinares Farfán (Grupo 3) Juan Luis Zamora (Grupo 4)

Ciclo V Fecha

4 de Octubre del 2016

PROCTOR ESTANDAR

OBJETIVO: El ensayo aborda los procedimientos de compactación usados en el laboratorio, para determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos. METODOS DE ENSAYO: El Ensayo establece tres métodos de Ensayo los cuales dependen de la granulometría del material. Para este ensayo se usara el método C: c.1 Molde.- 6 pulg. (152,4mm) de diámetro. c.2 Materiales.- Se emplea el que pasa por el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). c.3 Capas.- Tres. c.4 Golpes por Capa.- 56. c.5 Uso.- Cuando más del 25% en peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾ pulg (19,0 mm). c.6 El molde de 6 pulgadas (152,4 mm) de diámetro no será usado con los métodos A ó B. Si el espécimen de prueba contiene más de 5% en peso de fracción extra dimensionada (fracción gruesa) y el material no será incluido en la prueba se deben hacer correcciones al Peso Unitario y contenido de agua del espécimen de ensayo ó la densidad de campo usando el método de ensayo ASTM D-4718. Este método de prueba generalmente producirá un Peso Unitario Seco máximo bien definido para suelos que no drenan libremente. Si el método es usado para suelos que drenan libremente el máximo Peso Unitario Seco no estará bien definida y puede ser menor que la obtenida usando el Método se Prueba ASTM D-4253. Los valores de las unidades en pulgadas-libras son reconocidos como estándar. Los valores dados en unidades del S.I. son proporcionados sólo como información.

DEFINICION: Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 3 capas dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 5,5 lbf (24,4 N) desde una altura de caída de 12 pulgadas (305 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de 12 400 pie-lbf/pie3 (600 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer una relación entre el Peso Unitario Seco y el contenido de agua del suelo. Estos datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilínea conocida como curva de Compactación. INSTRUMENTOS: - Molde de 4 pulgadas. - Molde de 6 pulgadas. - Pisón ó Martillo: caída libre de 12 ± 0,05 pulg (304.8 ± 1,3 mm) de la superficie de espécimen. La masa del pisón será 5,5 ± 0,02 lb-m (2,5 ± 0,01 kg.

- Es práctica común y aceptable en el Sistema de libras-pulgadas asumir que la masa del pisón es igual a su masa determinada utilizado sea una balanza en kilogramos o libras, y una libra-fuerza es igual a 1 libra-masa ó 0,4536 kg ó 1N es igual a 0,2248 libras-masa ó 0,1020 kg. - Extractor de Muestras (opcional).- Puede ser una gata, estructura u otro mecanismo adaptado con el propósito de extraer los especímenes compactados del molde. - Balanza con precisión de 0.1g.

- Horno de Secado: Con control termostático preferiblemente del tipo de ventilación forzada, capaz de mantener una temperatura uniforme de 230 ± 9 ºF (110 ± 5 ºC) a través de la cámara de secado. - Regla: Una regla metálica, rígida de una longitud conveniente pero no menor que 10 pulgadas. La longitud total de la regla recta debe ajustarse directamente a una tolerancia de ±0,005 pulg. El borde de arrastre debe ser biselado si es más grueso que 1/8 pulg - Tamices ó Mallas: De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm). - Herramientas de Mezcla: Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador, paleta, espátula, botella de spray, etc. - El collar de extensión debe de alinearse con el interior del molde, la parte inferior del plato base y del área central ahuecada que acepta el molde cilíndrico debe ser plana.

PROCEDIMIENTO: A. Método de Preparación Húmeda: Sin secado previo de la muestra, pásela a través del tamiz Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm), dependiendo del Método a ser usado (A, B ó C). Determine el contenido de agua del suelo procesado. 1) Prepare mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes con contenidos de agua de modo que éstos tengan un contenido de agua lo más cercano al óptimo estimado. Un espécimen que tiene un contenido de humedad cercano al óptimo deberá ser preparado primero, por adiciones de agua y mezcla. Seleccionar los contenidos de agua para el resto de los especímenes de tal forma que resulten por lo menos dos especímenes húmedos y dos secos de acuerdo al contenido óptimo de agua, que varíen alrededor del 2%. Como mínimo son necesarios dos contenidos de agua en el lado seco y húmedo del óptimo para definir exactamente la curva de compactación 2) Usar aproximadamente 5 lb. (2,3 kg) del suelo tamizado en cada espécimen que se compacta empleando el Métodos A ó B; ó 13 lbm (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Para obtener los contenidos de agua del espécimen, añada o remueva las cantidades requeridas de agua de la siguiente manera: -

Añada poco a poco el agua al suelo durante la mezcla; para sacar el agua, deje que el suelo se seque en el aire a una temperatura de ambiente o en un aparato de secado de modo que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Mezclar el suelo continuamente durante el proceso de secado para mantener la distribución del agua en todas partes y luego colóquelo aparte en un contenedor con tapa.

B. Método de Preparación Seca: Si la muestra está demasiado húmedo, reducir el contenido de agua por secado al aire hasta que el material sea friable. El secado puede ser al aire o por el uso de un aparato de secado tal que la temperatura de la muestra no exceda de 140 ºF (60 ºC). Disgregar por completo los grumos de tal forma de evitar moler las partículas individuales. Pasar el material por el tamiz apropiado: Nº 4 (4,75 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) ó ¾ pulg (19,0 mm). Durante la preparación del material granular que pasa la malla ¾ de pulgada para la compactación en el molde de 6 pulgadas, disgregar o separar los agregados lo suficientemente para que pasen el tamiz 3/8 pulg de manera de facilitar la distribución de agua a través del suelo en el mezclado posterior. 1) Preparar mínimo cuatro (preferiblemente cinco) especímenes. 2) Usar aproximadamente 5 lb. (2,3 kg) del suelo tamizado para cada espécimen a ser compactado cuando se emplee el Método A , B ó 13 libras (5,9 kg) cuando se emplee el Método C. Añadir las cantidades requeridas de agua para que los contenidos de agua de los especímenes tengan los valores descritos anteriormente. C. Compactación:

Después del curado si se requiere, cada espécimen se compactará de la siguiente manera: 1) Determinar y anotar la masa del molde y el plato de base. 2) Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. El molde se apoyará sobre un cimiento uniforme y rígido, como la proporcionada por un cilindro o cubo de concreto con una masa no menor de 200 lbm (91 kg). Asegurar el plato base a un cimiento rígido. 3) Compactar el espécimen en tres capas. Después de la compactación, cada capa deberá tener aproximadamente el mismo espesor. Antes de la compactación, colocar el suelo suelto dentro del molde y extenderlo en una capa de espesor uniforme. Suavemente apisonar el suelo antes de la compactación hasta que este no esté en estado suelto o esponjoso, usando el pisón manual de compactación o un cilindro de 2 pulg (5 mm) de diámetro. Posteriormente a la compactación de cada uno de las dos primeras capas, cualquier suelo adyacente a las paredes del molde que no han sido compactados o extendido cerca de la superficie compactada será recortado. El suelo recortado puede ser incluido con el suelo adicional para la próxima capa. Un cuchillo u otro aparato disponible pueden ser usados. La cantidad total de suelo usado será tal que la quinta capa compactada se extenderá ligeramente dentro del collar, pero no excederá ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde. Si la tercera capa se extiende en más de ¼ pulg (6 mm) de la parte superior del molde, el espécimen será descartado. El espécimen será descartado cuando el último golpe del pisón para la tercera capa resulta por debajo de la parte superior del molde de compactación.

4) Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56 golpes para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm). 5) Al operar el pisón manual, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía mientras el pisón sube. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y uniforme de la superficie del espécimen. 6) Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar, soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del molde. 7) Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en la parte superior e inferior del molde. Un corte inicial en el espécimen en la parte superior del molde con un cuchillo puede prevenir la caída del suelo por debajo de la parte superior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado o despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla recta a través de la parte superior e inferior del molde. Repetir las operaciones mencionadas en la parte inferior del espécimen cuando se halla determinado el volumen del molde sin el plato base. 8) Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo, Cuando se deja unido el plato base al molde, determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación al gramo. 9) Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido de agua utilizando todo el espécimen o una porción representativa. Cuando se utiliza todo el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado. De otra manera se puede obtener una porción cortando axialmente por el centro del espécimen compactado y removiendo 500gr del material de los lados cortados. Obtener el contenido de humedad. 10) Después de la compactación del último espécimen, comparar los pesos unitarios húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación para cada Peso Unitario Seco y Plotear el Peso Unitario Húmedo y contenido de agua de cada espécimen compactado puede ser una ayuda para realizar esta evaluación. Si el patrón deseado no es obtenido, serán necesarios compactar especímenes adicionales.

CALCULOS: HUMEDAD: N° Recipiente Peso de la tara Peso suelo húmedo + tara Peso suelo seco + tara

1 948,3 160,2

8 837,5 148,2

9 831 163,5

935,2

813,2

707,3

𝑊𝑤 𝑊𝑠

W=

1. W1 =

𝑊𝑤 𝑊𝑠

=

948,3 −935,2 935,2−160,2

= 1,69

2. W8 = 3,65 3. W9 = 5,32

DENSIDAD

N° Recipiente Volumen Peso suelo + molde

1 2107.5 10437,4

8 2107.5 10457,8

9 2107.5 10686,7

Peso del molde

5899.3

5899.3

5899.3

𝛿=

𝑊𝑠 𝑉

1. 𝛿1 =

10437,4 − 5899.3 2107,5

2. 𝛿8 = 2,16 3. 𝛿9 =2,27

𝛿𝑑 =

𝛿 1+

𝑤 100

1. 𝛿𝑑1 =

2.15 1+

1.69 100

= 2,11

= 2,15

2. 𝛿𝑑8 = 2,08 3. 𝛿𝑑9 = 2,16

Observaciones y Conclusiones:

-

-

-

La curva de compactación es convexa, dicha curva no es la adecuada no es posible identificar la densidad máxima del suelo seco ni el contenido de humedad. Realizar esta prueba resulta mucho más rápido ya que los instrumentos son más livianos y acelera el proceso. Por otro lado para obtener un resultado final tiene como retraso el obtener el contenido de humedad.

PROCTOR MODIFICADO

OBJETIVO: Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en Laboratorio, para determinar la relación entre el Contenido de Agua y Peso Unitario Seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 ó 6 pulgadas (101,6 ó 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 10 lbf (44,5 N) que cae de una altura de 18 pulgadas (457 mm), produciendo una Energía de Compactación de 56 000 lb-pie/pie3 (2 700 kN-m/m3). DEFINICION: Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 5 capas dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 10 lbf (44.5 N) desde una altura de caída de 18 pulgadas (457 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de 56 000 pie-lbf/pie3 (2 700 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer una relación entre el Peso Unitario Seco y el Contenido de Agua del Suelo. Estos datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilínea conocida como curva de Compactación. Los valores de Optimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco Modificado son determinados de la Curva de Compactación.

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE CAMPO NORMA -

ASTM D 1556 - 07 (Cono de Arena) ASTM D 5195 - 08 (Nuclear)

Los ensayos en el campo pueden ser destructivos o no destructivos. Los ensayos destructivos comprenden la excavación y remoción de parte del material de relleno (dejando un hueco para ser rellenado y compactado posteriormente por el constructor), mientras que los ensayos no destructivos determinan indirectamente el peso unitario y el contenido de agua del relleno y tan sólo dejan un pequeño agujero en el terreno. OBJETIVO Durante la práctica se desarrollará en ensayo del cono de arena y se realizará una aplicación demostrativa del ensayo nuclear a fin de comparar los resultados obtenidos mediante ambos métodos.

METODO DEL CONO DE ARENA Un agujero es excavado manualmente en el suelo a ser ensayado y todo el material extraído del hueco es depositado en un recipiente. El hueco se llena con arena de densidad conocida que cae de libremente a través de un cono y de esta manera se determina el volumen. La densidad húmeda in situ se determina dividiendo la masa húmeda del material removido entre el volumen del hueco. La humedad del material se determina mediante los métodos usuales (secado al horno) y con estos datos se calcula la densidad seca del material. EQUIPOS A SER EMPLEADOS Para este ensayo se empleó lo siguiente: -

Horno, controlado por termostatos capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 +/- 5º C.

-

Balanzas

-

Cono, de dimensiones estándar, se emplea para asegurar un flujo constante y reproducible de arena.

-

Contenedor de arena, con capacidad para un volumen mayor que la cantidad de arena que se va a utilizar. Debe poseer un dispositivo tipo válvula de control para iniciar y finalizar el flujo de arena hacia el cono.

-

Plato base, para realizar la calibración previa de la arena que se va a utilizar.

-

Arena de Ottawa, debe ser limpia, seca, uniforme en densidad y gradación, durable y de flujo libre. La granulometría de la arena calibrada debe pasar la Malla N10 y ser retenida por la malla N °20.

PROCEDIMIENTO Control de Densidad del terreno

1.

Se peso 5 Kg. de arena limpia y seca. Luego, se vació la arena en la botella. Al final se atornilló el cono a la botella.

2.

Se colocó una placa base sobre la superficie de suelo nivelado y enrasado.

3.

Se excavó el suelo a través de la perforación de la placa base. La cavidad tuvo una profundidad de aproximadamente 15 cm.

4.

El material que se fue extrayendo de la perforación se depositó en una bolsa.

5.

Se Colocó la botella con el cono invertido en la perforación de la placa base. Luego se abrió rápidamente la válvula del cono y dejamos que la arena llene la cavidad del suelo, la perforación en la placa base y el cono.

6.

Cerramos la válvula e invertimos el recipiente.

7.

Extraemos la arena de la cavidad. Además, Recuperamos la porción de arena que no se haya ensuciado (después de usar varias veces la arena, se tiene que volver a lavar, secar y tamizar, para que su peso volumétrico permanezca más o menos constante).

8.

Depositamos la arena que quede en la botella en una bolsa.

9.

Se pesó el suelo de la perforación contenido en la bolsa. Luego, se toma una muestra de material húmedo para determinar su contenido de humedad.

10.

Se pasó el material por el tamiz # 4, 3/8” o ¾”, y se lavó la fracción retenida para determinar su peso seco. Además, se empleó el valor de Gs que se indicó en el momento de la práctica que es de 1.35 gr/cm.

CALCULOS

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 =

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑛𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 1+ 100

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 =

𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

1.89 = 1.95𝑔𝑟/𝑐𝑚3 3.40 1+ 100

𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑜 => 95% 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑡𝑜𝑟

𝐺𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

1.95 × 100 = 87.05% 2.24

FORMATON° 9. DENSIDAD DE CAMPO - Controles de Compactación (AASHTO T-191-61 & T-224-67) Proyecto:

-------

Ubicación del Proyecto:

-------

Datos de la muestra

-------

Cantera:

-------

Fecha :

27/09/2016

Nº De Prueba:

-------

Nivel-Capa:

-------

Espesor compactado (m):

-------

Descripción 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

PESO DEL FRASCO + ARENA PESO DEL FRASCO + ARENA QUE QUEDA

1

Lado:

-------

Cálculo

Unidad

……

gr

6180.9

……

gr

1404.4

PESO DE ARENA EMPLEADA

(1) - (2)

gr

4776.5

PESO DE ARENA EN EL CONO

……

gr

1444.8

(3) - (4)

gr

3331.7

……

(g/cm3)

1.37

(5) / (6)

(cm3)

2431.898

PESO DEL RECIPIENTE + SUELO + GRAVA

……

gr

-------

PESO DEL RECIPIENTE

……

gr

-------

(8) - (9)

gr

4785.4

PESO DE ARENA EN EXCAVACIÓN DENSIDAD DE LA ARENA VOLUMEN DE MATERIAL EXTRAÍDO

PESO DEL SUELO + GRAVA PESO RETENIDO EN EL TAMIZ 3/4

……

gr

682

PESO ESPECÍFICO DE GRAVA

……

gr/cm3

2.64

VOLUMEN DE GRAVA

(11) / (12)

cm3

258.33

PESO DE FINOS

(10) - (11)

gr

4103.4

VOLUMEN DE FINOS

(7) - (13)

cm3

2173.57

DENSIDAD HÚMEDA

(14) / (15)

gr/cm3

1.89

CONTENIDO DE HUMEDAD 17

N° DE RECIPIENTE

……

…..

15

18

PESO DEL RECIPIENTE

……

gr

11.3

19

PESO DEL RECIPIENTE + SUELO HÚMEDO

……

gr

41.7

20

PESO DEL RECIPIENTE + SUELO SECO

……

gr

40.7

21

PESO DEL CONTENIDO DE AGUA

(19) - (20)

gr

1

22

PESO DEL SUELO SECO

(20) - (18)

gr

29.4

23

CONTENIDO DE HUMEDAD

24

DENSIDAD SECA

25 26 27

(21) / (22) * 100

(%)

3.40%

(16) / [ 1 + (23) / 100 ]

gr/cm3

1.95

MÁXIMA DENSIDAD PRÓCTOR

……

(g/cm3)

2.240

ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD PRÓCTOR GRADO DE COMPACTACIÓN

……

(%)

7.7

(24) / (25) * 100

(%)

87.05%

Tramo:

-------

CONCLUSIONES



Se calculó la densidad del material en campo con el método de cono arena. Siendo como resultado la densidad seca de 1.95 gr/cm3.



Se determinó el grado de compactación del terreno el cual fue de 87.05%.

OBSERVCIONES



Es deseable contar con una arena uniforme o de un solo tamaño para evitar problemas de segregación, de modo que con las condiciones de vaciado pueda lograrse la misma densidad, del suelo que se ensaya.



En los suelos en que predominan las partículas gruesas es recomendable determinar la humedad sobre el total del material extraído.



Como material alternativo a la arena de Ottawa e puede utilizar la arena sílice ya que comparten características similares.



Este ensayo se aplica para determinar previamente el peso específico y la húmeda optima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este ensayo se aplica a todo los suelos granulares y que sean cohesivos.

RECOMENDACIONES



Se debe evitar cualquier tipo de vibración en el área, ya que esto puede provocar introducir un exceso de arena en el agujero.



Procurar excavar un de manera cilíndrica casi exacta para realizar correctamente el ensayo.