LABORATORIO: PRÓCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADO DEL SUELO, CONO DE DENSIDAD INTEGRANTES: Campos Guerra Carlos Jimenez Gonzales Margarita SanchezNeglia Denis Terrones López Yesenia Torres Lara María Victoria Zavaleta Burgos Percy DOCENTE: Ing. Julio Cesar Rivasplata Diaz ASIGNATURA: Mecánica de Suelos II. Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil ÍNDICE -CARÁTULA …………………………………………….…………………………………..………… 01 -ÍNDICE 02 ……………………………………………….…………………………………………….. -INTRODUCCIÓN …………………………………….…………………………………………… -OBJETIVOS ….……………………………………………………………………………... -FUNDAMENTO TEÓRICO - MATERIALES Y MÉTODO 03 03 ……………………………………………………………… 04 ………………………………………………………………... 07 -RESULTADOS …………………………………………………………………………………….…. 11 - RECOMENDACIONES .………………………………………………………………………….... 16 -CONCLUSIONES 16 ……………………………………………………………………….……… -REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ……………………………………………………... 17 2 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil I. INTRODUCCIÓN E n la actualidad existen distintos métodos para reproducir en laboratorio las condiciones de compactación en obra. Todos ellos pensados para estudiar, además, los distintos factores que gobiernan la compactación de los suelos. Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica actual, es el debido al Dr. R. R. Proctor (1933) y es conocido como PruebaProctor Estándar o A.A.S.H.O. (American Association of StateHighwayOfficials) Estándar. II. OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES: Hallar la máxima densidad y el óptimo contenido de humedad de un suelo. Preparación de la arena para el cono de densidad. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Hallar elContenido de Humedad Óptima delsuelo para energía estándar y modificada. Hallar la Densidad Seca del suelopara energía estándar y modificada. Calcular la densidad suelta seca de la arena del cono de densidad. 3 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil III. FUNDAMENTO TEÓRICO COMPACTACIÓN DE LOS SUELOS La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelosuelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad yen consecuencia , su capacidad de soporte y estabilidad entre otraspropiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería delsuelo. PRÓCTOR ESTÁNDAR La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en tres 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 pisón de 2,5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 30,5 [cm]. Con este procedimiento Proctor observó que para un suelo dado, a contenido de humedad creciente incorporado a la masa del mismo, se obtenían densidades secas sucesivamente más altas (mejor grado de compactación). Asimismo, notó que esa tendencia no se mantenía indefinidamente si no que, al superar un cierto valor la humedad agregada,las densidades secas disminuían, con lo cual las condiciones empeoraban. Es decir, pusoen evidencia que, para un suelo dado y a determinada energía de compactación, existe unvalor de “Humedad Óptima” con la cual puede alcanzarse la “Máxima Densidad Seca”. El Ensayo Proctor Estándar también es conocido como Ensayo AASHTO T–99 (AmericanAssociation of StateHigway and TransportationOfficials – Asociación Americana deAgencias Estatales de Carreteras y Transportes). 4 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil PRÓCTOR 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 pisón de 4,5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 45,7 [cm]. Todo método de compactación, sea porimpacto, como es el caso del Ensayo Proctor,o bien por amasado, vibración o compresiónestática o dinámica, produce estabilizacióndel suelo al transferirle energía al mismo. Ciertamente, no existe equipo de compactaciónaplicable al terreno que sea contraparteo comparable al ensayo de impactoen el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurreen el caso de ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio queencuentran su contraparte en los rodillospata de cabra, vibro-compactadores, de ruedalisa, etc.). No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrónProctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desdeel comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciadoen un sinnúmero de pliegos de obras. MÉTODO DEL CONO DE ARENA El método del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros de U.S.A. y acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O., y adoptada por la Norma Chilena 1516 of. 79. Un suelo natural o compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los proyectos, esta verificación se logra con el cono de arena o por el densímetro nuclear. 5 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil Este método (cono de arena) a utilizar establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) se utilizara el cono convencional, y menor o igual a 150 mm (6”) en el otro. Se utilizara el macrocono. El cono convencional utilizado en este ensayo es un aparato medidor de volumen, provisto de una válvula cilíndrica de 12,5 mm.de abertura, que controla el llenado de un cono de 6” de diámetro y 60º de ángulo basal. Un extremo termina en forma de embudo y su otro extremo se ajusta a la boca de un recipiente de aproximadamente 5 lts. de capacidad. La válvula debe tener topes que permitan fijarla en su posición completamente cerrada o completamente abierta. El aparato debe llevar una placa base para facilitar la ubicación del cono de densidad, permite reducir pérdidas al transferir el suelo desde la perforación al envase y proporciona una base más sólida en suelos blandos. Esta placa debe considerarse como parte constituyente del cono de densidad durante el ensaye. El cono de arena convencional puede usarse con perforaciones de ensaye de aproximadamente 3 litros. La arena normalizada se compone de partículas cuarzosas sanas, subredondeadas, no cementadas y comprendidas entre 2mm y 0,5 mm. Debe estar lavada y seca en horno a 110+- 5ºC, para el ensayo. En el caso del cono convencional, el depósito consiste en un recipiente metálico, de forma cilíndrica, de 165 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad volumétrica entre 3 y 3,5 litros. 6 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil IV. MATERIALES Y MÉTODO A. Materiales: Molde De 4” Horno de secado Pisones manuales Estándar y Modificado N°4 TAMICES Balanza Espátula, cuchara y brocha Recipientes Probeta (500ml) B. Metodología: 7 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil Descripción de muestra: El suelo es arena, con escaza cantidad de material orgánico (residuos de hojas de Ciprés), el cual se retira fácilmente de las muestras a ensayar. Para realizarse la compactación en una zona de dimensiones 100x100x30 cm 3, se toma la prueba de la UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA, a una profundidad de 20 cm, cuya ubicación exacta está en la zona contenida entre la Facultad de Ing. Civil y el cerco perimétrico de la universidad. Las características necesarias son: Selección del Método A, B o C: De acuerdo a los datos granulométricos, se utiliza el método A que se usa cuando el 20% o menos del peso del material es retenido en el tamiz N°4 (4,75 mm). Datos del ensayo granulométrico: TABLA DE DATOS Diametro de la malla (mm) N° de malla Peso retenido (g) Retenido acumulado R.T (%) (%) que pasa 6,35 1/4 0 0 0.00% 100.00% 4,75 4 1.978 1.978 0.10% 99.90% 2,36 8 5.187 7.165 0.38% 99.62% 1,18 16 32.638 39.803 2.09% 97.91% 0,6 30 73.171 112.974 5.92% 94.08% 0,3 50 300 412.974 21.64% 78.36% 0,15 100 961 1373.974 72.00% 28.00% 0,074 200 450 1823.974 95.58% 4.42% 84.323 1908.297 100.00% 0.00% cazoleta Peso de muestra ensayada 1908 8 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil CURVA GRANULOMÉTRICA Suelo 100% % que pasa 80% 60% 40% 20% 0% 0.01 0.1 1 Diámetro de la malla 10 Compactación: Como el contenido de humedad natural de la muestra es 0,4%, la cual es una cifra baja para el C.H.O. se usa el método de preparación húmeda. Se toma 5 muestras del suelo a compactar, tanto para el próctor estándar como en el modificado, cada muestra de 3 kg. Dadas las 5 muestras se agrega una cierta cantidad de agua para cada una: MUESTRA 1=5%=150ml MUESTRA 2= 7%=210ml MUESTRA 3= 9%=270ml MUESTRA 4= 11%=330ml MUESTRA 5= 13%=390ml Se pesó el molde sin el anillo, en seguida se vació la arena de cada muestra de tres kilos en un recipiente y se vertió el agua, removiéndolo hasta verlo homogenizadoluego, en hechó una cierta cantidad en el molde(primera capa) compactándolo por medio de 25 golpes con el pisón, haciendo lo mismo en las otras dos capas. 9 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil Una vez compactada esta muestra(en el molde) se retiró el anillo(del molde), y se enrazó con la espátula, llevándolo así a pesar; teniendo solo el molde(sin anillo y sin la parte de la base) se sacó tres muestras del suelo compactado; una de la zona de arriba, la segunda de la zona de abajo y la tercera de la zona intermedia, se colocó cada pequeña muestra en una tara de peso conocido, y se llevó a pesarcada tara con la pequeña muestra del suelo, luego pesado se colocó en el horno, pasado 24 horas se pesó cada tara que contenía las muestras pequeñas de suelo, y realizando operaciones(fórmulas) se determinó el contenido de humedad y densidad seca para cada muestra(1, 2, 3, 4, y 5), la razón de obtener 3 contendidos de humedad por muestra, es porque se quiere verificar la exactitud de el método de promedio del C.H. arriba y abajo y compararlo con el método del C.H. de la zona intermedia. Procedimiento: Este procedimiento se realizara para los dos ensayos de próctor donde solo varía el número de capas(3 en estándar y 5 en modificado) y el tamaño del pistón. Ensayo N° 1 y 2 1. Se pesa el molde sin el collarín. 2. Se determina el volumen del molde. 3. Se toma 3Kg de muestra de suelo por recipiente para cada uno de los cinco ensayos, se utiliza el material que pase el tamiz N° 4. 4. Se agrega el agua necesaria para cada muestra (variando el porcentaje de humedad de manera progresiva), y luego se homogeniza. 5. Se compacta la muestra en 3 capas (estándar) y 5 capas (modificado) con 25 golpes por cada capa. 6. Al terminar de compactar se quita el collarín, se enraza, se retira todo material que se encuentre fuera del molde y se pesa (se obtiene el peso húmedo compactado). 7. Extraer tres muestras del suelo húmedo compactado, colocarlos en las taras y pesarlas. 8. Llevarlos al horno a 110 ± 5 °C y dejar secar por 24 hrs y pesar (se obtiene el C.H.). 1 0 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil Ensayo N° 3 1. Se tamiza material con los tamices N°10 y N°20, se separa la aren retenida entre estos (se debe obtener un peso mínimo de 6 kg). 2. Se procede al lavado de la arena retenido hasta que el agua de lavado quede clara. 3. Se lleva al horno a 110 ± 5 °C y dejar secar por 48 horas. 4. Se ensaya la densidad de la arena en probetas y en el cono de densidad. 5. Se calcula el volumen del cono. V. RESULTADOS La densidad de la muestra húmeda se halla con la siguiente fórmula: El contenido de humedad de la muestra se obtiene de: Densidad seca: Ensayo N°1 (Próctor estándar) 1. Wmolde = 2023 g 2. Vmolde = π (5,1 cm)2 (11,4 cm) Vmolde = 931.53 cm3 1 1 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil DATOS Y RESULTADOS ENSAYO N°1 PROCTOR ESTANDAR ( MTC E 115-2000 ) MUESTRA 3 Volumen del molde (cm ) Peso del molde (gr) Peso del molde + muestra húmeda (gr) Peso de la muestra húmeda (gr) 3 Densidad húmeda de la muestra (gr/cm ) Contenido de humedad 3 Densidad húmeda de la muestra (gr/cm ) I 931.5 2023.0 3600.0 1577.0 1.693 5.57% 1.604 II 931.5 2023.0 3631.0 1608.0 1.726 7.26% 1.609 III 931.5 2023.0 3695.0 1672.0 1.795 9.90% 1.633 IV 931.5 2023.0 3720.0 1697.0 1.822 11.11% 1.640 V 931.5 2023.0 3743.0 1720.0 1.846 13.04% 1.633 CONTENIDO DE HUMEDAD Peso de la tara (gr) Peso de la tara + suelo húmedo (gr) Peso de la tara + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) Peso del suelo seco (gr) Contenido de humedad (%) zona ↑ 1.856 1.856 2.987 2.017 2.724 zona ↓ 1.856 2.201 3.216 1.889 1.920 zona media 1.856 1.944 2.819 1.085 2.181 zona ↑ 27.398 20.931 29.306 20.100 23.112 zona ↓ 27.563 25.633 22.139 27.571 24.663 zona media 19.382 36.995 25.013 19.435 31.082 zona ↑ 26.088 19.610 26.977 18.262 20.754 zona ↓ 26.244 24.025 20.404 24.985 22.024 zona media 18.432 34.664 23.013 17.623 27.762 zona ↑ 1.310 1.321 2.329 1.838 2.358 zona ↓ 1.319 1.608 1.735 2.586 2.639 zona media 0.950 2.331 2.000 1.812 3.320 zona ↑ 24.232 17.754 23.990 16.245 18.030 zona ↓ 24.388 21.824 17.188 23.096 20.104 zona media 16.576 32.720 20.194 16.538 25.581 zona ↑ zona ↓ 5.41% 5.41% 7.44% 7.37% 9.71% 10.09% 11.31% 11.20% 13.08% 13.13% zona media 5.73% 7.12% 9.90% 10.96% 12.98% PROM(↑,↓) 5.41% 7.40% 9.90% 11.26% 13.10% PROMEDIO 5.57% 7.26% 9.90% 11.11% 13.04% 1 2 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil Densidad Seca (gr/cm3) GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD 1.645 1.640 1.635 1.630 1.625 1.620 1.615 1.610 1.605 1.600 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% Contenido de Humedad (%) Máxima Densidad Seca 1,640 gr/cm3 Contenido de Humedad 11.47% Ensayo N°2 (Próctor modificado) 1. Wmolde = 2016 g 2. Vmolde = π (5,1 cm)2 (11,4 cm) Vmolde = 931.53 cm3 DATOS Y RESULTADOS ENSAYO N°1 PROCTOR MODIFICADO ( MTC E 115-2000 ) MUESTRA I II III IV V Volumen del molde (cm ) 931.5 931.5 931.5 931.5 931.5 Peso del molde (gr) 2016.0 2016.0 2016.0 2016.0 2016.0 Peso del molde + muestra húmeda (gr) 3646.0 3684.0 3723.0 3759.0 3784.0 Peso de la muestra húmeda (gr) 1630.0 1668.0 1707.0 1743.0 1768.0 Densidad húmeda de la muestra (gr/cm ) 1.750 1.791 1.832 1.871 1.898 Contenido de humedad 5.33% 7.39% 9.12% 10.77% 12.66% 1.661 1.667 1.679 1.689 1.685 3 3 3 Densidad húmeda de la muestra (gr/cm ) 1 3 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil CONTENIDO DE HUMEDAD Peso de la tara (gr) Peso de la tara + suelo húmedo (gr) Peso de la tara + suelo seco (gr) Peso del agua (gr) Peso del suelo seco (gr) Contenido de humedad (%) zona ↑ 24.532 23.418 24.171 24.774 24.106 zona ↓ 24.890 24.436 25.015 24.917 24.607 zona media 24.220 25.166 24.367 24.530 24.656 zona ↑ 43.895 47.222 47.725 54.399 62.897 zona ↓ 40.860 50.494 57.354 55.799 51.032 zona media 60.177 56.633 60.162 56.824 60.887 zona ↑ 42.894 45.561 45.774 51.697 58.534 zona ↓ 40.047 48.671 54.665 52.763 48.020 zona media 58.382 54.500 57.149 53.607 56.845 zona ↑ 1.001 1.661 1.951 2.702 4.363 zona ↓ 0.813 1.823 2.689 3.036 3.012 zona media 1.795 2.133 3.013 3.217 4.042 zona ↑ 18.362 22.143 21.603 26.923 34.428 zona ↓ 15.157 24.235 29.650 27.846 23.413 zona media 34.162 29.334 32.782 29.077 32.189 zona ↑ 5.45% 7.50% 9.03% 10.04% 12.67% zona ↓ 5.36% 7.52% 9.07% 10.90% 12.86% zona media 5.25% 7.27% 9.19% 11.06% 12.56% PROM(↑,↓) 5.41% 7.51% 9.05% 10.47% 12.77% PROMEDIO 5.33% 7.39% 9.12% 10.77% 12.66% GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD Densidad Seca (gr/cm3) 1.695 1.690 1.685 1.680 1.675 1.670 1.665 1.660 5.0% 8.0% 11.0% 14.0% 17.0% 20.0% 23.0% Contenido de Humedad (%) Máxima Densidad Seca 1,689 gr/cm3 Contenido de Humedad 10.90% 1 4 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil Ensayo N°3 (Arena del cono densidad) Densidad 1: Densidad 2: Densidad 3: Densidad final: 1 5 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil VI. RECOMENDACIONES Se debe calibrar la balanza antes de pesar. Cada recipientedonde seecha la muestra de 3kg. de suelo, debe estar limpio y seco, para evitar polvo o un aumento de humedad (aparte del agua q se verterá) en nuestra muestra de suelo. La rapidez de la homogenización garantiza la estabilidad de la humedad deseada, pero esto no interviene en la mal elaboración del ensayo, puesto que luego se determina el contenido de humedad actual. Al momento de compactar la guía del pisón debe mantenerse ligeramente sobre el suelo que se compacta, puesto que si éste es soltado, remueve o taja el material. Cada muestra obtenida para la obtención del contenido de humedad real, debe llevarse rápidamente al laboratorio, puesto que éste pierde fácilmente su humedad cuando está expuesto al aire. Para el lavado de la arena para el cono de densidad, se recomienda echar y mezclar agua al mismo tiempo y votar inmediatamente el agua, así haremos que las partículas no deseadas estén en suspensión y sean eliminadas de manera rápida VII. CONCLUSIONES El óptimo Contenido de Humedad del suelo para energía estándar es 11,47% lo cual indica que se debe agregar 11,04% debido a que la arena ya tiene un 0,43% de humedad. El óptimo Contenido de Humedad del suelo para energía modificada es 10,9% lo cual indica que se debe agregar 10,47%. La densidad máxima para energía estándar es de 1,640 gr/cm3. La densidad máxima para energía modificada es de 1,689 gr/cm3. La densidad de la arena para el cono de densidad es ρ=1,517 gr/cm3. 1 6 Universidad Nacional del Santa Facultad de Ingeniería Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil VIII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA http://ntics.frra.utn.edu.ar/portal/PDFs/compactacion.pdf Mecánica de Suelos – Juárez Badillo Manual de ensayos de materiales para carreteras (EM 2000) http://suelosycimentaciones.blogspot.com/ http://www.ingenieracivil.com/2008/03/densidad-in-situ-metodo-del-conode.html 1 7
