Ensayo De Próctor Modificado Y Cono De Arena p223c

UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS MECÁNICA DE SUELOS

LABORATORIO N° 3 2016 – 1

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

DOCENTE: MILAGROS DEL PILAR SOTO DUEÑAS

SECCIÓN: CV55

FECHA DEL ENSAYO: 06/04/2016

TRABAJO PRESENTADOS POR LOS ALUMNOS: BLÁCIDO RIVERA, Ruth

u201319345

CHAVEZ MORE, Jordys

u201319353

QUILLA CÁRDENAS, Diego

u201417169

UPC-VILLA

CONTENIDO CONTENIDO…………………………………………………………………………………2 INTRODUCCIÓN..................................................................................................................... 3 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 4 ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGÍA MODIFICADA (PRÓCTOR MODIFICADO)............................................................. 5 A) OBJETIVO .................................................................................................................... 5 B) MATERIALES ............................................................................................................... 5 C) PROCEDIMIENTO ........................................................................................................ 7 D) CÁLCULOS ................................................................................................................ 11 E) OBSERVACIONES ..................................................................................................... 13 F)

FUENTES DE ERROR ............................................................................................... 14

G) RECOMENDACIONES: .............................................................................................. 14 H) CONCLUSIONES ....................................................................................................... 15 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE CAMPO .............................................................. 16 A) OBJETIVO .................................................................................................................. 16 B) MATERIALES ............................................................................................................. 16 C) PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 17 D) CÁLCULOS ................................................................................................................ 19 E) FÓRMULAS UTILIZADAS:.......................................................................................... 20 F)

OBSERVACIONES ..................................................................................................... 20

G) FUENTES DE ERROR ............................................................................................... 20 H) RECOMENDACIONES ............................................................................................... 21 I)

CONCLUSIONES ....................................................................................................... 21

GRADO DE COMPACTACIÓN ............................................................................................. 22 A) CÁLCULO DEL GRADO DE COMPACTACION (%GC) .............................................. 22 B) USOS SEGÚN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN................................................... 22 C) RECOMENDACIONES GENERALES......................................................................... 23 D) CONCLUSIONES GENERALES ................................................................................. 23 BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................... 24

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INTRODUCCIÓN Existen dos tipos de ensayo Próctor: ensayo de Próctor modificado y ensayo de Próctor estándar. La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido a una mayor masa del pisón y mayor altura de caída en el Próctor modificado. Además, los moldes utilizados para cada tipo tienen diferente diámetro. En esta oportunidad, se trabajó un ensayo de Próctor modificado en laboratorio y el ensayo cono de arena en campo con la finalidad de calcular la máxima densidad seca en laboratorio y la densidad seca en campo, parámetros necesarios para el cálculo del porcentaje de compactación del suelo en estudio. El Próctor indiferentemente del tipo que sea (Próctor estándar o Próctor modificado) tiene tres métodos alternativos (A, B y C). Para identificar el método, se toma una muestra alterada del suelo en estudio y se trae al laboratorio para realizar su granulometría y determinar los porcentajes que retiene cada malla. Según esto, se puede afirmar el método que se empleará. En este ensayo, se utilizó el material que pasa por el tamiz número ¾ pulgadas. Por lo tanto, nosotros trabajaremos el Próctor modificado empleando el método C. También, se realizó la determinación de la densidad “in situ”; el ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los métodos utilizados, se encuentran el método del cono de arena, balón de caucho e instrumentos nucleares, entre otros. Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho son aplicables en suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 50 mm, y utilizan los mismos principios; es decir, obtienen el peso del suelo húmedo de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y, generalmente, del espesor de la capa compactada. En esta oportunidad se utilizó el método de cono de arena.

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OBJETIVO GENERAL - Calcular el grado de compactación del suelo utilizando los ensayos de cono de arena en campo y el ensayo de Próctor modificado (método “C”) en el laboratorio. - Verificar que el grado de compactación del suelo se encuentre dentro del rango de las especificaciones técnicas.

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ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGÍA MODIFICADA (PRÓCTOR MODIFICADO) Referencia: ASTM D-1557-2009 A) OBJETIVO -

Determinar la relación el contenido de humedad óptimo y el peso específico seco máximo del suelo en estudio mediante la curva de compactación.

B) MATERIALES -

Tamiz de ¾”

-

Ensamblaje del Molde

-

Collarín

-

Molde de 6 pulgadas (101,6 o 152,4 mm)

5

-

Pisón o Martillo de 10 lbf (44.5 N) con una altura de caída de 18 pulgadas (457 mm)

-

Balanza con precisión de 0.1g

-

Horno de Secado

-

Regla

-

Herramientas de Mezcla

6

-

Tarritos de laboratorio

-

Guantes

-

Brocha

C) PROCEDIMIENTO -

Se selecciona el molde de compactación apropiado de acuerdo con el método a ser usado (Método C). Luego, se determina y anota su masa con aproximación al gramo. Se ensamblar el molde, base y collarín, y se chequea el alineamiento de la pared interior del molde con el collarín del molde ajustando de manera correcta las cuatro tuercas.

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-

Luego, se prepara el material tamizándolo por la malla de 3/4".

-

Se pesaron tres porciones de cinco kilos y medio cada una de muestra. Cada porción equivale a un punto de la gráfica de curva de compactación; es decir, se trabajó con tres moldes.

-

Para cada bandeja se utiliza una cantidad diferente de agua, para lograr una humedad diferente para cada porción. La cantidad de agua que se va ir agregando será de acuerdo a la multiplicación del peso de la muestra con un porcentaje creciente, el cual se indica en la tabla. Primero, se colocó el 2% del peso; es decir, si el peso es 5500 gr, entonces 2% significa 110 gr. PORCENTAJE A MULTIPLICAR POR EL PESO DE LA MUESTRA (gr)

CANTIDAD DE AGUA (gr)

2%

110

4.5%

247.5

7.5%

412.5

8

-

Se mezcla bien el agua con todo el material y se divide en 5 porciones iguales. Esta cantidad de porciones permitirá que la compactación se realice de manera correcta.

-

Posteriormente, se toma una porción y se coloca en el molde; este último debe encontrase armado.

-

Seguido, se empieza a compactar con el martillo; se levanta el martillo de forma vertical y se deja caer libremente, el martillo debe formar 90° con la superficie del suelo. La compactación debe ser de forma circular. Cada capa debe ser compactada por 56 golpes con este pisón (5 capas).

9

-

Después de compactar las 5 capas, se retira el collarín, se enrasa y se rellena los vacíos que pueden generar algunas gravas con el material que pasa por el tamiz de la malla 3/8”.

-

Luego, se procede a pesar el molde con el material compactado.

-

Se pesa los tarritos que servirán para analizar el contenido de humedad de las muestras compactadas.

10

-

El siguiente paso fue tomar un poco de muestra que se compactó y colocarlo en un tarrito para pesarlo. De cada muestra compactada se toma una pequeña porción para analizar su contenido de humedad (w%).

-

Por último, se repite el mismo paso en los otros dos moldes. La diferencia entre los tres moldes es su porcentaje de agua medido en gramos. En las siguientes imágenes se muestran las dos cantidades de agua para los dos moldes faltantes.

D) CÁLCULOS Consideraciones para hacer los cálculos: -

Peso suelo húmedo compactado = (peso suelos + molde) - peso molde Densidad húmeda = peso suelo húmedo compactado/ volumen Peso de agua= (peso suelo húmedo + tara) - (peso suelo seco + tara) Peso de suelo seco = (peso suelo seco + tara)-(peso de tara)

𝐂𝐎𝐍𝐓𝐄𝐍𝐈𝐃𝐎 𝐃𝐄 𝐇𝐔𝐌𝐄𝐃𝐀𝐃 → W% =

𝐃𝐄𝐍𝐒𝐈𝐃𝐀𝐃 𝐒𝐄𝐂𝐀 → δd =

PESO AGUA × 100 PESO SUELO SECO

DENSIDAD HÚMEDA 1 + (CONTENIDO DE AGUA/100)

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MUESTRA MUESTRA MUESTRA 1 2 3 Volumen (cm3 ) Peso del molde (g) Peso molde + suelo (g) Peso suelo compactado (g) Densidad húmeda (g/cm3) Capsula Nº Peso tarrito (g) Peso suelo húmedo + tara (g) Peso suelo seco + tara (g) Peso agua (g) Peso suelo seco (g) Contenido de humedad w% Densidad seca (g/cm3)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 -

2123.06 6449.4 11268.4 4819.0 2.270 2-3 14.2 92.1 90.0 2.1 75.8 2.770 2.209

2123.06 6449.4 11536.5 5087.1 2.396 38-C 13.8 70.1 67.4 2.7 53.6 5.037 2.281

2123.06 6449.4 11545.1 5095.7 2.400 33 14.0 104.2 98.8 5.4 84.8 6.368 2.256

La curva de compactación (contenido de humedad VS. peso específico) representa la variación de los pesos específicos secos alcanzados por una muestra de suelo que se ha compactado en el laboratorio en dependencia a la variación de los contenidos de humedad de la misma.

Curva de compactación 2.29 y = -0.014x2 + 0.1414x + 1.925 2.28

Densidad Seca (g/cm3)

2.27 2.26 2.25 2.24 2.23 2.22 2.21 2.2 0

1

2

3 4 Contenido de humedad (%)

12

5

6

7

-

Se deriva la función obtenida y se iguala a cero para hallar el punto máximo de la curva de compactación. =

0 014 = =

+ 0 1414 + 1 25 0 02

0 02

+ 0 1414 + 0 1414 = 0

= 5 050 ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD = 5.050 % = 2 2 2 MÁXIMA DENSIDAD SECA = 2.282 gr/cm3

Energía de compactación

= -

𝑬𝒄 =

×

W: Peso del martillo h: altura de caída del martillo N: número de golpes por capa n: número de capas compactada V: volumen del molde

×

×

Consideraciones: - Método “C” - Capas: 5 - Número de golpes: 56 - Diámetro del molde = 6”

𝟏𝟎 ∗ 𝟏 𝟓 ∗ 𝟓𝟔 ∗ 𝟓 𝒍𝒃 𝒑𝒊𝒆 = 𝟓𝟔𝟎𝟏𝟖 𝟓𝟓𝟔 ≃ 𝟓𝟔𝟎𝟎𝟎 𝟏 𝒑𝒊𝒆𝟑 𝟐𝟏𝟐𝟑 𝟎𝟔 ∗ (𝟏𝟐 ∗ 𝟐 𝟓𝟒)𝟑

E) OBSERVACIONES  Se utilizó implementos de seguridad como zaparos de punta de acero, guantes, entre otros.  Al momento de pesar las muestras en la balanza, en ocasiones había un intervalo de variación de ± 0.1 gr.  Este ensayo se aplica sólo para suelos que tienen 30% o menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 3/4” (19.0 mm).

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F) FUENTES DE ERROR  Los residuos que queden alrededor del molde pueden generar errores en los cálculos del peso de la muestra.  Realizar el llenado del molde con la muestra usando las manos, nos generará pequeños errores en el contenido de humedad.  El mal ajuste del molde y el collarín puede causar desprendimiento del mismo en pleno ensayo y ocasionar que la muestra se altere.  El mal conteo de los golpes que se efectúan en la muestra con el martillo puede causar que la muestra esté mal compactada o sobre compactada.  La mala posición del martillo para dar los golpes puede variar la energía de compactación.  No soltar el martillo, es decir, ejercer una fuerza adicional a la requerida.  Comenzar a apisonar la muestra sin que el molde esté firme al piso ocasionará que este salte y se desequilibre con cada golpe que se aplique, generando una mala compactación de la muestra.  Obviar la altura de caída requerida del martillo o apisonador para el ensayo antes de proceder con el golpe de compactación generará un error en la energía al compactar la muestra.  Homogenizar la muestra con el agua de manera apresurada y sin cuidado.  Si el molde y/o los demás implementos a usar están sin un adecuado mantenimiento previo al ensayo se pueden dar accidentes, sobre todo a la hora de compactar usando el apisonador.  Tomar un peso que no esté bien definido en la balanza en el momento que se pesa, tanto la muestra como cualquier otro material. G) RECOMENDACIONES:  Efectuar medidas congruentes en los procesos de mezclado para asegurar que la muestra quede completamente homogenizada.  Para el llenado, por cada capa de muestra en el molde, se debe usar guantes de goma para no quitar humedad ni tampoco aportar humedad propia del cuerpo humano.  Ajustar bien el molde, el collarín y el ensamblaje del molde.  Llevar una secuencia lógica del número de golpes del pisón sobre la superficie del material.  Se debe sostener fuertemente el pisón y asegurarse de que esté fijo, que forme 90 grados con la superficie (área de la base del molde).  El martillo se debe soltar en caída libre, no hay que quitarle fuerza ni tirar con fuerza.  Asegurarse de que el martillo llegue a la máxima altura, para garantizar la caída potencial requerida según la norma que regula el método del Próctor modificado.  Se debe limpiar bien los recipientes con los que se trabajará, para evitar polvo o aumento de humedad en nuestro ensayo.  Se debe tener cuidado al momento de homogenizar la mezcla de suelo con agua, ya que pueden caer algunos gramos de muestra a los exteriores del recipiente.

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 Verificar que el ensamblado del pisón esté en buenas condiciones de trabajo y que sus partes no estén flojas o gastadas. Realizar cualquier ajuste o reparación que sea necesaria.  Esperar que la balanza se equilibre para poder tomar un peso adecuado. Además, se recomienda alejarse a una distancia moderada de la balanza y mantener la puerta cerrada durante el proceso para evitar variaciones en el peso. H) CONCLUSIONES  Después de haber concluido satisfactoriamente el ensayo Próctor modificado, obtuvimos un peso específico seco máximo de 2.282 gr/cm3 y un grado de humedad óptimo de 5.05 %, evidenciados en la respectiva curva de compactación.

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DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE CAMPO NORMA ASTM D 1556-07 (Cono de Arena) A) OBJETIVO Determinar la densidad seca de campo, mediante el ensayo de cono de arena.

B) MATERIALES  Horno

 Balanza

 Cono

 Contenedor de arena.

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 Plato base

 Arena limpia

C) PROCEDIMIENTO a. Se debe tener preparado la arena limpia y seca dentro de la botella con su respectivo cono. b. Como, en este laboratorio, ya se tenía el lugar ubicado, además de la cavidad ya excavada, se procede entonces a colocar la botella con el cono invertido en la perforación de la placa base y se abre la válvula rápidamente hasta que la arena llene la cavidad del suelo y el cono.

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c. Luego de haber retirado el contenedor con el cono, ambos se llevan a pesar junto con la arena que quedó atrapada adentro.

d. Después, se pesa el material extraído del hoyo y, posteriormente, se tamiza con la malla de ¾ pulgadas, asegurándose que el contenido que pase dicha malla caiga encima de algún recipiente o como en el caso del laboratorio, en una bolsa de muestra, para poder usarlo posteriormente en otros cálculos y evitar la pérdida de humedad.

e. Se pesa el material retenido en el tamiz ¾” (grava), para por fin poder restarle dicho material al total de la muestra excavada, y así tener el peso de la muestra que pasa el tamiz ¾”, lo que será el “peso del suelo sin grava”.

f. Finalmente, se pesa en un tarrito una pequeña porción del material que pasa por el tamiz ¾” para poder secarlo en el horno y de ese modo calcular su contenido de humedad.

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D) CÁLCULOS

IT

Fecha Nº De Prueba Nivel - Capa Espesor compactado (m) gr

Descripción

06-Abril 1 Base 0.010

1

Peso del frasco + arena

6293.5

2

Peso del frasco + arena que queda

gr

1726.8

3

Peso de arena empleada (1) - (2)

gr

4566.7

4

Peso de arena en el cono

gr

1482.4

5

Peso de arena en excavación (3) – (4)

gr

3084.3

6

Densidad de la arena

g/cm3

1.32

7

Volumen de material extraído (5) / (6)

cm3

2336.591

8

Peso del recipiente+ suelo + grava

gr

5017.1

9

Peso del recipiente

gr

20.7

10

Peso del suelo + grava (8) – (9)

gr

4996.4

11

Peso retenido en el tamiz ¾´´

gr

680.6

12

Peso específico de grava

g/cm3

2.67

13

Volumen de grava (11) / (12)

cm3

254.906

14

Peso de finos (10) – (11)

gr

4315.8

15

Volumen de finos (7) – (13)

cm3

2081.685

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Densidad húmeda (14) / (15)

g/cm3

2.073

CONTENIDO DE HUMEDAD

17 18 19 20 21 22 23

… gr gr gr gr gr %

Nº de recipiente Peso del recipiente Peso del recipiente + suelo húmedo Peso del recipiente + suelo seco Peso del contenido de agua (19) – (20) Peso del suelo seco (20) – (18) Contenido de humedad (21) / (22) * 100

=

 Densidad seca de campo =

19

/

3

22 20.8 112.6 108.4 4.2 87.6 4.795

E) FÓRMULAS UTILIZADAS: -

Contenido de humedad

ω% =

-

Peso del ontenido de a ua × 100 Peso del suelo se o

Densidad seca

δd =

Densidad hú eda 1 + (Contenido de hu edad/100)

F) OBSERVACIONES  La arena que resta en el hoyo podrá ser reutilizada pero antes tendrá que ser lavada y secada.  Para este ensayo, cabe resaltar que la hoyo (excavación en campo) ya estaba hecho, así que la muestra ya se encontraba pesada y en una bolsa lista para ser tamizada con la malla ¾” para que posteriormente se pesen las partículas que sean retenidas en el tamiz ¾”.  Los datos del cono y frasco, así como también el peso de la arena y su densidad de la arena y la grava, fueron proporcionados por el técnico y no se tuvo que hallar.  Se trabajó estratégicamente con las propiedades de los materiales (de la arena limpia y del suelo extraído). En este caso, se igualaron los volúmenes, ya que es la misma en el hoyo, e indirectamente se mantuvo constante la relación entre el peso y su respectiva densidad.  Se tuvo que sacar un poco de la muestra (pasante de la malla de ¾”) para el cálculo del contenido de humedad.

G) FUENTES DE ERROR  No tarar la balanza antes de pesar  Las vibraciones que surgen al momento de colocar el equipo de cono de arena a la base y durante el ensayo pueden alterar el volumen de arena ingresa en el hoyo.  No cerrar la válvula antes de retirar el equipo hace que se derrame un poco de arena, y por ende, se alteran los resultados.

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H) RECOMENDACIONES  Tarar la balanza antes de realizar cualquier pesada.  En el momento del ensayo en terreno se recomienda evitar cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar un exceso de arena en el agujero que se está haciendo, puesto que esta no caería libremente sino más densa.  Es necesario que la arena del equipo tenga una densidad y una gradación uniforme para evitar la segregación durante la manipulación y su uso.  Asegurarse de que la válvula esté completamente cerrada antes de retirar el equipo y así evitar la pérdida de la arena. I) CONCLUSIONES  A partir del método de cono de arena, se determinó la densidad seca de campo, dando como resultado 1.978 g/cm3.

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GRADO DE COMPACTACIÓN

A) CÁLCULO DEL GRADO DE COMPACTACION (%GC)

%𝐺𝐶 =

%

𝛾𝑑 (𝑜𝑏𝑟𝑎) × 100% 𝛾𝑑 𝑚𝑎𝑥(𝑙𝑎𝑏)

= %

1 × 100% 22 2 =

%

B) USOS SEGÚN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN La especificación técnica para el grado de compactación es: Usos Base, afirmado y relleno Sub-bases Sub-rasantes

Grado de compactación

95 % ≤ GC ≥ 100 % >80 %

≥30 %

El grado de compactación (GC) obtenido es 86.678%. Por lo tanto, puede utilizarse como en sub-bases u sub-rasantes.

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C) RECOMENDACIONES GENERALES  Evitar cualquier o inadecuado con los materiales de prueba y la muestra que alteren la composición de la misma o los resultados que se obtendrán en los ensayos.  El ambiente debe estar libre de algún medio externo como aire acondicionado, ventilador o que la puerta este abierta, porque puede afectar los resultados del contenido de humedad, cuando se saca la muestra en el tarrito para colocarlo en el horno. Además, este procedimiento se debe realizar de forma rápida para que la muestra del tarrito no pierda humedad.  Al momento de pesar la muestra o materiales, mantener la puerta cerrada y las personas deben encontrarse a 30 cm de la balanza como máximo, para evitar rozamientos con la balanza u otro tipo de fuerzas que genere variaciones en los pesos.  Seguir las recomendaciones en cada ensayo a manera de recoger datos más precisos.  Todos los materiales utilizados deben de encontrarse limpios.  Todos los tarritos empleados deben ser identificados y pesados antes de ser utilizados, para asegurar la muestra con la que se va a trabajar. D) CONCLUSIONES GENERALES  La densidad máxima para energía modificada es 2.282gr/cm3.  El óptimo contenido de humedad del material de base para energía modificada es 5.05%.  La energía de compactación del ensayo de Próctor modificado fue de 56000 .  Se obtuvo como resultado un grado de compactación de 86.678%.

NOTA: La elaboración de los ensayos se realizó en un laboratorio de la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas bajo la supervisión de un docente.

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BIBLIOGRAFIA  Manual de laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas.

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