Compactacion y Densidad de Suelos

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CURSO : MECÁNICA DE SUELOS II

TITULO :

INTEGRANTES:

- ABURTO MELENDEZ

- BRAVO

- CAPUÑAY AGUIRRE CHRISTIAAN EDUARDO

- EVANGELISTA APONTE EMILIA

- OLACUA RIOS DIEGO

DOCENTE : ING. JULIO CÉSAR RIVASPLATA DÍAZ

NUEVO CHIMBOTE, OCTUBRE DEL 2013

ENSAYOS PARA DETERMINAR LA COMPACTACIÓN (PROCTOR) Y DENSIDAD DE SUELOS (CONO DE ARENA)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA INGENIERÍA CIVIL

INTRODUCCIÓN

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; por lo general el proceso implica una reducción

más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo

ocurre cambios de volumen de importancia, fundamentalmente ligados a

perdida de volumen de aire, pues por lo común no se expulsa agua de los

huecos durante el proceso de compactación. No todo el aire sale del suelo, por

lo que la condición de un suelo compactado es la de un suelo parcialmente

saturado.

El objetivo principal 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. Las propiedades requeridas pueden

variar de caso a caso, pero la resistencia a la compresibilidad y una adecuada

relación esfuerzo – deformación figuran entre aquellas cuyo mejoramiento se

busca siempre; es menos frecuente aunque a veces no menos importante,

que también se compacte para obtener unas características idóneas de

permeabilidad y flexibilidad. Finalmente, suele favorecer mucho la

permanencia de la estructura terrea ante la acción de los agentes erosivos

como consecuencia de un proceso de compactación.

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ÍNDICE

Pág.

CARATULA---------------------------------------------------------------------------------1

ÍNDICE---------------------------------------------------------------------------------------2

OBJETIVOS--------------------------------------------------------------------------------3

MARCO TEÓRICO-----------------------------------------------------------------------3

PROCEDIMIENTO-----------------------------------------------------------------------8

DATOS ------------------------------------------------------------------------------------16

GRÁFICOS--------------------------------------------------------------------------------18

CÁLCULOS Y RESULTADOS-------------------------------------------------------18

CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------------------28

RECOMENDACIONES-----------------------------------------------------------------29

BIBLIOGRAFÍA----------------------------------------------------------------------------30

3


ENSAYOS PARA DETERMINAR LA COMPACTACIÓN

(PROCTOR) Y DENSIDAD DE SUELOS (CONO DE ARENA)

I. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar la relación entre el “Contenido de humedad optimo y Peso

Unitario Seco de los suelos” compactados ya sea con una energía estándar

o modificada.

Determinar con el Método del cono de arena la densidad insitu de los

suelos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Resolver problemas de aplicación para encontrar los valores de

compactación y densidad de los suelos

Saber realizar ensayos haciendo uso adecuado de los equipos de

laboratorio.

Realizar comparaciones de resultados tanto en laboratorio como

ensayo en situ.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO:

COMPACTACIÓN DE SUELOS UTILIZANDO UNA ENERGÍA

ESTÁNDAR

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 compactados en un molde de 4 a 6” de diámetro

con un pisón de 5.5 libras que cae de un altura de 12 pulgadas, produciendo

una energía de compactación de 12 4000lb-pie/pie3.

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MÉTODO A:

Molde 4pulg. de diámetro (101.6 mm)Material se emplea el que pasa por el tamiz Nº

4 (4,75mm)Capas 3Golpes por capa 25Uso Cuando el 20 % ó menos del peso

del material es retenido en el tamiz Nº 4

Otros Usos Si el método no es especificado; los materiales que cumplen estos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando el Método B ó C.

MÉTODO B:

Molde 4pulg. (101.6 mm)de diámetroMaterial se emplea el que pasa por el tamiz

3/8 pulg (9,5 mm)Capas 3Golpes por capa 25Uso Cuando más del 20 % del peso del

material es retenido en el tamiz Nº 4(4.75mm) y 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9,5 mm).

Otros Usos Si el método no es especificado; los materiales que cumplen estos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando el Método C.

MÉTODO C:

Molde 6pulg. (152.4 mm)de diámetroMaterial se emplea el que pasa por el tamiz

3/4 pulg (19,0 mm)Capas 3Golpes por capa 56Uso Cuando más del 20 % del peso del

material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9.53 mm) y menos de 30% del peso del material es retenido en el tamiz 3/4 pulg (19,0 mm).

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IMPORTANCIA Y USO

El suelo utilizado como relleno en ingeniería (terraplenes, rellenos de

cimentación, bases para caminos) se compacta a un estado denso para

obtener propiedades satisfactorias de ingeniería tales como: resistencia al a

esfuerzo de corte, comprensibilidad o permeabilidad. También los suelos de

cimentaciones son a menudo compactados para mejorar sus propiedades de

ingeniería. Los ensayos de compactación en laboratorio proporcionan las

bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de agua

que se necesitan para obtener las propiedades de ingeniería requeridas, y

para el control de construcción para asegurar la obtención de la compactación

requerida y los contenidos de agua.

COMPACTACIÓN DE SUELOS UTILIZANDO UNA ENERGÍA

MODIFICADA

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 compactados en un molde de 4 a 6” de diámetro,

con un pisón de 10 libras que cae de un altura de 18 pulgadas, produciendo

una energía de compactación de 56 000lb-pie/pie3.

MÉTODO A:

Molde 4pulg. de diámetro (101.6 mm)Material se emplea el que pasa por el tamiz Nº 4

(4,75mm)Capas 5Golpes por capa 25Uso Cuando el 20 % ó menos del peso del

material es retenido en el tamiz Nº 4Otros Usos Si el método no es especificado; los

materiales que cumplen estos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando el Método B ó C.

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MÉTODO B:

Molde 4pulg. (101.6 mm)de diámetroMaterial se emplea el que pasa por el tamiz 3/8

pulg (9,5 mm)Capas 5Golpes por capa 25Uso Cuando más del 20 % del peso del

material es retenido en el tamiz Nº 4(4.75mm) y 20% ó menos del peso del material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9,5 mm).

Otros Usos Si el método no es especificado; los materiales que cumplen estos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando el Método C.

MÉTODO C:

Molde 6pulg. (152.4 mm)de diámetroMaterial se emplea el que pasa por el tamiz 3/4

pulg (19,0 mm)Capas 5Golpes por capa 56Uso Cuando más del 20 % del peso del

material es retenido en el tamiz 3/8 pulg (9.53 mm) y menos de 30% del peso del material es retenido en el tamiz 3/4 pulg (19,0 mm).

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ENSAYO PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LOS SUELOS EN EL

CAMPO POR EL MÉTODO DEL CONO DE ARENA

Este método se emplea para la determinación de la densidad en el lugar (in

situ), utilizando un equipo denominado cono de arena. Se aplica a suelos que

no contengan una cantidad excesiva de roca o materiales gruesos con un

diámetro mayor a 1 ½ pulg. (38 mm).

Es muy difundido para determinar la densidad de los suelos compactados

utilizados en la construcción de terraplenes de tierra, rellenos de carreteras y

estructuras de rellano. Es usualmente utilizado como base de aceptación para

los suelos compactados a una densidad especifica o a un porcentaje de

densidad máxima determinada por un método de ensayo normado.

La utilización de este método está limitada generalmente a suelos en una

condición de no saturados. No es recomendable para suelos que sean suaves

o desmenuzables, o estén a una condición de humedad tal que el agua filtre al

hoyo excavado. La precisión de este ensayo puede ser afectada por los suelos

que se deforman fácilmente o que sufran cambios volumétricos en el hoyo

excavado debido a que el personal camine o se detenga cerca del hoyo

durante el ensayo

Es aplicable para cualquier suelo u otro material, que pueda ser excavado con

herramientas de mano, puede ser ensayado siempre que los vacíos o

aberturas de los poros en la masa sean lo suficientemente pequeños para

prevenir que la arena usada en el ensayo penetre en los vacíos naturales. El

suelo u otro material a ensayarse deberán tener la suficiente cohesión o

atracción entre partículas para mantener estables los lados de un pequeño

hoyo o excavación.

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III. ENSAYO DE COMPACTACIÓN

ESTÁNDAR

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III.1 EQUIPOS

HORNO DE SECADO MOLDE DE 6 PULGADASDiámetro: 152.4 + 0.7 mmAltura : 116.4 + 0.5 mmVolumen: 2 124 + 25 cm3

PISÓN O MARTILLO

Pisón de 5.5 lb.ft (24.4 N)Altura de Caída del pisón: 12 pulgadas (305 mm)Energía de compactación producida: (12 400 pie – lb/pie3 [600 kN-m/m3])

BALANZA

10


TAMICES Ó MALLASNº 4(4.75 mm)

BALANZA ELECTRÓNICA

PROBETA GRADUADA CUCHARONES

ESPÁTULAS TARAS

11


III.2 PROCEDIMIENTO:

APLICANDO EL MÉTODO A

1. Pasamos la muestra por el tamiz Nº 4 (4,75mm).

2. Pesamos 4Kg. de muestra en la balanza.

3. Agregamos el 2% del peso de la muestra en agua y para cada muestra

2% más. 80ml, 160ml, 180ml, 240ml, 320ml, 400ml, 480ml, y 560ml.

4. Mezclamos la muestra de suelo con el agua de tal forma que queda

húmeda de forma homogénea.

12


5. Empezamos a compactar, con la primera muestra en 3 capas con 25

golpes cada uno.

6. Quitamos el collar del molde y enrasamos.

7. Pesamos cada molde con el material compactado.

13


8. Extraemos el material del molde, de la parte de arriba y abajo una

pequeña cantidad para determinar la humedad.

9. Ponemos las muestras en las taras para luego ser llevados al horno.

10.Pesamos la muestra con la tara tanto en muestra húmeda, y seca dentro

de 24 horas.

14


11.Con todo esto obtenemos una pareja de valores (densidad, humedad)

que representa uno de los cinco puntos.

12. Repetir 5 veces con distintas cantidades de agua.

III.3 DATOS:

15


16


17


9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0 17.0

1.351.371.391.411.431.451.471.491.511.531.551.57

GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD

Contenido de Humedad (%)

Den

sid

ad

Seca (

gr/

cm

3)

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IV. ENSAYO DE COMPACTACIÓN

MODIFICADO

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4.1 EQUIPOS

HORNO DE SECADO MOLDE DE 6 PULGADASDiámetro: 152.4 + 0.7 mmAltura : 116.4 + 0.5 mmVolumen: 2 124 + 25 cm3

PISÓN O MARTILLO

Pisón de 10 lb.ft (24.4 N) Altura de Caída del pisón: 18 pulgadas

(457 mm)

Energía de compactación producida: (56 000 pie – lb/pie3 [2700 kN-m/m3])

BALANZA

TAMICES Ó MALLASNº 4(4.75 mm)

BALANZA ELECTRÓNICA

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PROBETA GRADUADA CUCHARONES

ESPÁTULAS TARAS

4.2 PROCEDIMIENTO:

1. Una vez determinado el método y obtenido los datos necesarios del

molde, procedemos a pesar 4 Kg de muestra de suelo en cada uno de

los recipientes.

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2. Ahora procederemos a humedecer homogéneamente, trabajaremos con

cada uno de los moldes individualmente, iremos adicionando al 2% del

peso de la muestra en agua y para cada muestra 2% más. 80ml, 160ml,

180ml, 240ml, 320ml, 400ml, 480ml, y 560ml.

3. Mezclamos la muestra de suelo con el agua de tal forma que se esté

humedeciendo de forma homogénea.

4. La muestra humedecida será colocada dentro del molde, extendiéndolo

en una capa de espesor uniforme; antes de la compactación apisonar el

suelo hasta que este no esté suelto o esponjoso. Haremos 5 capas de

25 golpes cada una.

22


5. Después de la compactación de la última capa, proceda a remover el

collar. Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, utilizando o

una espátula pasándola por la parte superior del molde para formar así

una superficie plana en la parte superior del molde.

6. Determine y registre la masa del molde más la muestra húmeda

compactada.

23


13.Ponemos una muestra de la superficie del molde en una tara luego, otra

porción de arena de la parte inferior en otra tara para luego ser llevados

al horno.

14.Luego remueva el material del molde.

15.Pesamos la muestra con la tara tanto en muestra húmeda, y seca dentro

de 24 horas.

16.Con todo esto obtenemos una pareja de valores (densidad, humedad)

que representa uno de los cinco puntos.

24


17. Repetir 5 veces con distintas cantidades de agua.

IV.3 DATOS:

25


26


7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0 16.0

1.32

1.37

1.42

1.47

1.52

1.57

1.62

1.67

1.72

1.77

GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD

Contenido de Humedad (%)

Densid

ad S

eca

(gr/

cm3)

27


IV. ENSAYO DEL CONO DE DENSIDAD

}

28


IV.1 EQUIPOS

BALÓN PLACA

VÁLVULA HORNO

BALANZA TARAS

RECIPIENTE, CUCHARON, BROCHA ETC.

IV.2 PROCEDIMIENTO:

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Lavado y tamizado de arena

1. Tenemos una cantidad de aproximadamente 50 kg de arena la cual

se procederá a pasar por las mallas 10 y 20.

2. Lo retenido en la malla numero 20 procederemos a lavar con agua

hasta que quede totalmente clara.

Peso específico relativo de los suelos

3. Calculamos el peso seco de la arena.

4. Calculamos el peso fiola mas agua y también el peso fiola mas agua

mas muestra.

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Preparamos el área de terreno donde serializara la prueba de

densidad

5. Cercamos un área de terreno de un 1m X 2 m.

6. Nivelamos la superficie con un bloque de madera de tal forma que quede uniforme.

7. Previamente tenemos nuestro contenido de humedad óptimo y sabemos qué cantidad de agua vamos echar al suelo.

8. Procedemos a compactar.

31


Procedimiento determinación la densidad del suelo insitu:

9.

10.

32


33


IV.3 DATOS:

4.4 CÁLCULOS Y RESULTADOS:

4.5 GRÁFICOS

34


35


V. CONCLUSIONES:

Después de compactar la muestra se estableció un contacto mas

intimo entre partículas.

Las partículas de menor tamaño ocupan los vacíos formados por los

de mayor dimensión.

Cuando el material esta compactado se observo que aumento el

valor de soporte.

Después de la compactación la masa del material es más dura y su

volumen de vacíos es reducido a un mínimo.

VI. RECOMENDACIONES:

Se recomienda tener mucho cuidado en el mezclado del suelo con

el agua y en la completa destrucción de los gran

os del suelo.

También debe cuidarse de repetir uniformemente los golpes del

pisón sobre la superficie de la muestra.

Verificar que el martillo este en buenas condiciones de trabajo que

no haya partes desgastadas o sueltas. Si es necesario reparar.

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IV. BIBLIOGRAFÍA

JUÁREZ BADILLO, TEORÍA Y APLICACIONES DE LA MECÁNICA DE

SUELOS, Tomo I. Editorial Limusa, México 1977.

LAMBE T. WILLIAM. MECÁNICA DE SUELOS. Quinta edicion. Edit:

limusa .2000

MANUAL DE ENSAYOS De LABORATORIO DEL MINISTERIO DE

TRANSPORTES.

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Compactacion y Densidad de Suelos