Prueba de Próctor: Densidad y Humedad del Suelo

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.
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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
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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.
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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).
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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.
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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.
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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:
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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
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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.
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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.).
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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
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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%
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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
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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
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Ensayo N°3 (Arena del cono densidad)
Densidad 1:
Densidad 2:
Densidad 3:
Densidad final:
1
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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.
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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
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