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2010_I
UNIVERSIDAD NACIONAL
“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL ING. CIVIL
TITULO : ENSAYO DE COMPACTACION
CICLO : SEXTO
CURSO : MECANICA DE SUELOS I
DOCENTE : Ing. VASQUEZ NIÑO VICTOR
ALUMNOS :
 FIGUEROA JERONIMO franz
 MACEDO TAFUR eder marco
 ROQUE RODRIGUEZ, Dunay
 TAMARA TAMARA, Luis
 TREJO BARRETO cristian
HUARAZ – PERÚ
2010
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
El objetivo de este ensayo es determinar la densidad seca máxima ( )
de un suelo para un contenido de humedad optimo (CHO), resultado de
compactación o incremento de energía que se le da al suelo.
El ensayo consiste en tomar 3 kilos de suelo, pasarlo atreves del tamiz Nº4,
añadir agua, y compactarlo en un molde de 944cm³ en tres capas con 25 golpes por
cada con un martillo de compactación de 24.5N, con caída de 0.305 mts en el
suelo, esto libera una energía nominal de compactación al suelo.
Los ensayos deben cumplir con una determina energía de compactación
correspondiente.
Luego de compactada de esta manera la muestra es removida del molde y
desbarata nuevamente hasta obtener grumos de tamaño aproximado del tamiz Nº4
de acuerdo con estimación visual, se toman muestras por contenido de humedad, se
añade más agua, se mezcla cuidadosamente el suelo, y se procede a compactar
nuevamente en el molde. Esta secuencia se repite un número de veces suficiente
para obtener datos que permitan dibujar una curva de densidad seca contra
contenido de humedad con un punto dependiente 0 (un valor máximo) y suficientes
puntos alrededor de ese máximo para definir adecuadamente su localización. La
ordenada de este diagrama es la densidad seca. La ordenada máxima de este
diagrama se conoce como la densidad máxima, y el contenido de humedad al cual
se presenta esta densidad se denomina contenido de humedad óptima (CHO)
El Grupo
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
ENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD_DENSIDADENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD_DENSIDAD
ENSAYO DE COMPACTACIONENSAYO DE COMPACTACION
ASTM D 698_70 Y ASTM D 1557_70ASTM D 698_70 Y ASTM D 1557_70
AASHTO T 99_70 Y AASHTO T 180_70AASHTO T 99_70 Y AASHTO T 180_70
1.1. OBJETIVOSOBJETIVOS:
• Determinación de la densidad seca máxima (γdmáx) de un suelo para un
contenido de humedad óptimo (CHO), resultado de compactación o
incremento de energía que se le da al suelo.
2.2. EQUIPOS Y MATERIALES:EQUIPOS Y MATERIALES:
• Equipo de compactación
- Anillo de compactación de ϕ = 10,30 cms.,
altura 12,0 cms., y volumen de 1000 cm3
, o
molde de 944 cm3
, collar del mismo diámetro y
base cuadrada o redonda de ¼".
• Martillo de compactación de 24,5 N, con altura de caída
de 30,48 cm., o Martillo de compactación de 44,5 N, con
atura de caída de 46.0 cm.
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
• Malla o zaranda de 3/4 _ Martillo de goma.
• Bandeja grande de 0.80 x 0.80 mts. para mezclar el suelo.
• Recipiente con capacidad Balanza de precisión al 0,01 gr.
de 5 kg., cinco unidades.
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
• Homo con control de _ Probetas graduadas de 100, 250 y 500
ml.
Temperatura de 110 ± 5 °C
• Escantillón o ángulo _Latas de humedad 10 unidades,
Metálico de 30 cm.
Agua destilada 3 lts Muestra de suelo gravo arcilloso 35 kg. De Ø < 3/4"
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
ANTECEDENTESANTECEDENTES
El ensayo Estándar consiste en tomar 3 kilos de suelo, pasarlos a través del
tamiz N° 4, añadir agua y compactarlos en un molde de 944 cm3 en tres capas con
25 golpes por capa con un martillo de compactación de 24.5 N. con caída de 0.305
mts en el suelo. Esto libera una energía nominal de compactación (en kg/joules o Kj)
al suelo de:
Dónde:
Wr : masa del martillo Kg.
H : altura de caída del martillo cm.
Nb : número de golpes por capas
NI : número de capas
V : volumen del molde cm3
Los ensayos Proctor Estándar y Proctor Modificado deben cumplir con una
determinada energía de compactación correspondiente.
Luego de compactada de esta manera la muestra es removida del molde y
desbaratada nuevamente hasta obtener grumos de tamaño aproximado del tamiz N°
4 de acuerdo con estimación visual, se toman muestras para contenido de humedad,
se añade más agua, se mezcla cuidadosamente el suelo, y se procede a compactar
nuevamente en el molde. Esta secuencia se repite un número de veces suficiente
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
para obtener datos que permitan dibujar una curva de densidad seca contra
contenido de humedad con un pinito dependiente 0 (un valor máximo) y suficientes
puntos alrededor de ese máximo para definir adecuadamente su localización. La
ordenada de este diagrama es la densidad seca. La ordenada máxima de este
diagrama se conoce como la densidad máxima, y el contenido de humedad al cual
se presenta esta densidad se denomina Contenido de humedad óptima (CHO).
Consideraciones importantes para la realización de este ensayo
1.- Para que un ensayo sea standard, los resultados deben ser reproducibles y el
hecho de usar muestras frescas cada vez o reutilizar las muestras compactadas
en el siguiente punto. Produce diferencias grandes en los valores máximos de
densidad seca - no es extraño obtener de esta manera diferencias de 0.8 a 1.2
KN/m3, aunque estas puedan reducirse de 0.2 a 0.4 KN/m3 con mezcla
mecánica adicional por espacio de 8 a 10 minutos. En suelos de baja plasticidad,
las diferencias son negligibles (en la mayoría de los casos. En suelos curados
(mezclados con agua por espacio de 10 y 12 horas antes del ensayo), dichas
diferencias son menores.
2.- Cuando se trabaja con suelos secados al aire, a menos que la primera muestra
se mezcle con el primer incremento de contenido de humedad y se le permita un
curado (toda la noche}, los resultados pueden traducirse en unos puntos
erráticos (en lugar de una curva continua) en la parte seca de la curva. La falta
de curado también puede desplazar el CHO a la derecha (tiende a aumentarlo)
de la curva de densidad seca contra humedad. Algunos suelos pueden dar una
curva "errática" en la parte seca como una característica del suelo.
3.- Si el cilindro de suelos no es compactado en tres incrementos aproximadamente
iguales, los puntos de la curva también se mostraran erráticos, es decir, no
caerán en una curva continua a cada lado del óptimo.
4.- Para evitar que compactar un gran número de cilindros y teniendo en cuenta que
5 puntos bien espaciados determinan muy bien la curva, es deseable comenzar
el ensayo a un contenido de humedad entre 4 y 5% cercano al CHO. Añadiendo
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
entonces 2% de humedad (por peso) en cada ensayo sucesivo, el último punto
se encontrará 4 a 5% de humedad dentro del lado húmedo del pico de la curva.
Para ayudar en la determinación de la humedad del punto de comienzo, se
presenta la figura junta; permitiéndonos estimar el CHO dentro de un ± 2% de
confiabilidad, si existe razonable exactitud en la determinación de los valores de
los límites líquido y plástico. Con la práctica, es posible estimar el CHO
añadiendo agua a una porción de suelo en la mano hasta que el suelo se
deforme dejando la huella de los dedos cada vez que se le aplique un esfuerzo
de amasamiento promedio y que el suelo moldeado de esta forma se resista a la
ruptura en pedazos. Si se seca esta muestra para obtener su contenido de
humedad se tendrá un buen estimativo del CHO.
5.- El molde de compactación debe colocarse sobre una superficie que no vibre
durante el proceso de compactación de manera que la energía de compactación
no se pierda en producir desplazamientos en la base. La ASTM recomienda
hacer descansar el molde sobre una base consistente de un cilindro o bloque
rígido de concreto con una masa de por lo menos 90 kgs.
La compactación produce estabilización del sucio (es uno de los métodos más
baratos de estabilización), mediante la introducción de energía en el sucio de la
siguiente forma:
SIMULADO
Método En Laboratorio En el Terreno
Impacto Práctica – Patrón de
compactación
Nada comparable
Acción de
amasamiento
Aparato miniatura de
Harvard, método de Hveem
Rodillo pata de cabra,
rueda balanceante
Vibración Mesa Vibradora Rodillo vibratorios y
compactadores
Compresión
estática (o
dinámica)
Máquina de compresión Rodillo de rueda lisa.
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
El esfuerzo de compactación imparte al suelo:
1. Un incremento en la resistencia al corte, pues ella es función de la densidad
(las otras variables son estructura, φ y c).
2. Un incremento en el potencial de expansión.
3. Un incremento en la densidad [γ = f (e)].
4. Una disminución de la contracción.
5. Una disminución en la permeabilidad [k = f (e)].
6. Una disminución en la compresibilidad [S = f (e)].
Con lo cual se indica que al especificar la compactación de un suelo es más
que el simple requerimiento de incrementar la densidad del suelo.
Es muy importante especificar el tipo de suelo al cual se le aplican los
criterios de compactación en un proyecto dado con el fin de eliminar por ejemplo,
problemas con el cambio de volumen.
La estructura resultante de la masa de suelos (especialmente cuando hay
suelos finos presentes), se asocia íntimamente con el proceso de compactación
y el contenido de humedad a la cual se compacto la masa del suelo.
La masa de suelo involucrada en el proceso de compactación comienza
como un sistema de tres fases:
Suelo, agua y aire. Durante los primeros ensayos hay una cantidad considerable
de aire presente, pero el proceso produce un cambio de estado en el cual cada
vez hay más suelo y agua presentes. Aún en la situación de CHO existe una
cantidad de aire considerable. En la parte húmeda de la curva el efecto principal
es el desplazar más y más aire por agua. Si el proceso fuera completamente
eficiente, sería posible reemplazar todo el aire de los vacíos con agua para
producir un sistema de sus fases (una condición de cero - aire - vacíos). Como
nunca es posible sacar todo el aire de los vacíos, lo cual resultaría en una
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
condición S= 100%, cualquier curva de compactación estará siempre por debajo
de la curva aire - vacíos.
Para cualquier contenido de humedad w dado el peso unitario cero - aire -
vacíos, se calcula como:
El lugar geométrico de los puntos determinados por esta ecuación produce una
curva ligeramente cóncava hacia arriba.
Un gran número de factores entre los cuales se destacan los siguientes, influyen
sobre la compactación del suelo:
• Temperatura
• Tamaño del molde (al mantener la relación diámetro/altura aproximadamente
constante el efecto se hace despreciable)
• Distribución de golpes en cualquier capa
• Exceso de cantidad de suelo en el molde
• Tipo de suelo (nótese que solo los suelos cohesivos pueden compactarse
utilizando métodos de impacto).
• Cantidad de procesamiento (mezclado, curado, manipulación)
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
3.3. PROCEDIMIENTO EN LABORATORIOPROCEDIMIENTO EN LABORATORIO
3.1 Tomar 5 kilos de peso de suelo secado al aire, pulverizarlo suficientemente para
que pase el tamiz 3/4, mezclarlo con agua necesario para hacer el incremento
de humedad basado en porcentaje de peso seco. el porcentaje inicial de
incremento de agua debería tener en cuenta el contenido de humedad 4 a 5%
por debajo del CHO, y obtener el CHO de la figura o por cualquier otro medio de
estimación, el suelo y el agua debería mezclarse con anterioridad y curarse por
espacio de 24 horas antes del ensayo.
Pasamos por el tamiz N ¾ una
cantidad de 25 kilos
aproximadamente
Pesamos 5 kilos de suelo en
estado natural
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
3.2 Si el suelo se ha curado, añadir 1% de humedad por peso (0.01x3=0.03 kilos (30
ml)), para tener en cuenta las perdidas por evaporación mezclara esta agua al
suelo cuidadosamente.
Medimos 100 ml de
agua
Roseamos el agua por todo el
suelo con el fin de que este
uniforme
La primera capa de
aproximadamente 1 Kg
Compactando la primera capa con 56
golpes c/u distribuidos uniforme
Tomando la segunda parte de
las 5 muestras de 1 Kg
Compactando La segunda capa
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Acabando de compactar las 5
capas se enrasa
Se pesa el molde + suelo húmedo
Se desmorona el suelo compactado Se toman dos muestras de la parte inferior
y superior para determinar el C.H
Muestra inferior con 125.6 g Muestra superior con 118.6 g
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Se pusieron en el horno 24 horas
Para determinar el contenido de
humedad
PARA LA SEGUNDA MUESTRAPARA LA SEGUNDA MUESTRA
Medimos 200 ml de
agua
Roseamos el agua por todo el
suelo con el fin de que este
uniforme
La primera capa de
aproximadamente 1 Kg
Compactando la primera capa con 56
golpes c/u distribuidos uniforme
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Acabando de compactar las 5
capas se enrasa
Se pesa el molde + suelo húmedo
Se desmorona el suelo compactado Se toman dos muestras de la parte inferior
y superior para determinar el C.H
Muestra inferior con 90.1 g Muestra superior con 87.2 g
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Se pusieron en el horno 24 horas
Para determinar el contenido de
humedad
PARA LA TERCERA MUESTRAPARA LA TERCERA MUESTRA
Medimos 300 ml de
agua
Roseamos el agua por todo el
suelo con el fin de que este
uniforme
La primera capa de
aproximadamente 1 Kg
Compactando la primera capa con 56
golpes c/u distribuidos uniforme
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Acabando de compactar las 5
capas se enrasa
Se pesa el molde + suelo húmedo
Se desmorona el suelo compactado Se toman dos muestras de la parte inferior
y superior para determinar el C.H
Muestra inferior con 101.3 g Muestra superior con 118.2g
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
PARA LA CUARTA MUESTRAPARA LA CUARTA MUESTRA
Medimos 400 ml de
agua
Roseamos el agua por todo el
suelo con el fin de que este
uniforme
La primera capa de
aproximadamente 1 Kg
Compactando la primera capa con 56
golpes c/u distribuidos uniforme
Acabando de compactar las 5
capas se enrasa
Se pesa el molde + suelo húmedo
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Se pusieron en el horno 24 horas
Para determinar el contenido de
humedad
Muestra inferior con 135.1 g Muestra superior con 93.5 g
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
PARA LA QUINTA MUESTRAPARA LA QUINTA MUESTRA
Medimos 500 ml de
agua
Roseamos el agua por todo el
suelo con el fin de que este
uniforme
La primera capa de
aproximadamente 1 Kg
Compactando la primera capa con 56
golpes c/u distribuidos uniforme
Acabando de compactar las 5
capas se enrasa
Se pesa el molde + suelo húmedo
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Se pusieron en el horno 24 horas
Para determinar el contenido de
humedad
Se desmorona el suelo compactado
Se toman dos muestras de la parte inferior
y superior para determinar el C.H
Muestra inferior con 133.5 g Muestra superior con 118.2g
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
4.4. FUNDAMENTO TEÓRICOFUNDAMENTO TEÓRICO
COMPACTACIÓN DE SUELOSCOMPACTACIÓN DE SUELOS
Los suelos están formados por depósitos de rocas desintegradas que los
fenómenos físicos y químicos han descompuesto lentamente. Los fenómenos físicos
como son:
• la congelación y descongelación,
• rozamiento, arrastre,
• transporte por el viento y el agua, etc.
Las gravas, arenas y limos son producidos por estos fenómenos. Los
fenómenos químicos producen habitualmente las arcillas que son láminas diminutas
y planas de diversos materiales. El crecimiento de las plantas contribuye también a
la formación del suelo, sus residuos en forma de materia orgánica constituyen suelos
esponjosos y débiles para soportar estructuras.
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Los suelos están constituidos por mezclas de grava, arena, arcillas, limos y
materia orgánica en proporciones variables y con un determinado contenido de
agua, según la proporción de materiales tendremos un tipo de suelo distinto.
Los suelos pueden tener una estructura:
• Granular si están constituidos por grano redondos o angulares
individualizados, con bajo contenido de arcilla, como es el caso de las arenas,
por lo que son difíciles de compactar. Requieren máquinas con vibración para
su compresión.
• Flocular si están agrupados en forma de racimos o panales, como en el caso
de las arcillas, que dejan espacios huecos entre ellos, por lo que permiten la
compresión del suelo. en estos tiene mayor influencia el amasado por lo que
se requieren máquinas distintas para su compactación como son los rodillos
de pisones.
El ensayo Proctor determina en el laboratorio cual es el grado de humedad
óptimo así como la densidad máxima que permite cada tipo de suelo. Según estos
valores en el trabajo de compactación se debe procurar que los materiales, desde su
origen, tengan la humedad más próxima posible al ensayo Proctor así como que la
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
distribución de los tamaños de partículas (granulometría) sea continúa y uniforme,
para que las partículas más pequeñas ocupen los huecos dejados por las mayores.
CARACTERÍSTICAS DE LA COMPACTACION DE LOS SUELOS
La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las
partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo
no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos
para formar una estructura más densa. La presión estática no es muy efectiva en
este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el
movimiento.
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las
ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución más compacta. El agua
que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace más fácil la
compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas
tomen una distribución más compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se
usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el
agua abandona los poros o huecos rápidamente
En los suelos cohesivos la compactación se produce por la reorientación y por
la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que
sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas
entre las partículas.
Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se
requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La
compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para
los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es
crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a
medida que el peso específico y la resistencia aumentan.
OBJETIVOS DE LA COMPACTACIÓN
Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un
terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un
pavimento, debe llenar ciertos requisitos:
• Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso
y el de la estructura o las cargas de las ruedas.
• No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el
suelo o la estructura que soporta.
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
• No debe ni retraerse ni expandirse excesivamente.
• Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad.
• Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para
su función.
CONCLUSIONES
• La densidad seca máxima es 2 g/cm3.
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
• Los resultados numéricos son satisfactorios con el laboratorio realizado
porque se encuentran en el rango determinado.
• El valor encontrado es un dato necesario para encontrar el grado de
compactación del suelo.
• El grafico densidad seca Vs contenido de humedad nos resultó
satisfactorio por la secuencia de los puntos que resulta casi
parabólica.
RECOMENDACIONES
MECANICA DE SUELOS I 2010_I
2010_I
• El suelo compactado no debe sobrepasar los límites de forma de
compactar.
• El suelo y el agua deberían mezclarse con anterioridad y curarse por
espacio de 24 horas antes del ensayo,
• Los golpes realizados con el martillo tienen que ser lo más uniforme
posible sobre el área del suelo.
• Usar correctamente el martillo durante cada golpe.
• Distribuir adecuadamente por toda el área el agua para empezar con el
compactado.
DISEÑO DE MEZCLA SEMESTRE 2010 - I
CARACTERÍSTICAS DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO DEL SUELOCARACTERÍSTICAS DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO DEL SUELO
USANDO ESFUERZO MODIFICADO ASTM D1557USANDO ESFUERZO MODIFICADO ASTM D1557
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD
Recipiente Nº Muestra 01 Muestra 02 Muestra 03 Muestra 04 Muestra 05
Agua: 1% 1,5% 2% 3% 4%
superio
r
inferio
r
superio
r
inferio
r
superio
r
inferio
r
superio
r
inferior superio
r
inferior
WSuelo hum +
Recipiente (gr)
118.60 125.60 87.20 90.10 118.20 101.30 93.50 135.10 102.60 133.50
WSeco + Recipiente
(gr)
110.00 110.00 80.00 80.00 105.00 90.00 80.00 120.00 100.00 100.00
Ww(gr) 8.60 15.60 7.20 10.10 13.20 11.30 13.50 15.10 2.60 33.50
Wrecipiente(gr) 21.70 23.40 23.20 20.70 28.00 20.30 22.70 28.10 22.40 28.90
Wseco (gr) 88.30 86.60 56.80 59.30 77.00 69.70 57.30 91.90 77.60 71.10
ω (%) 9.74 18.01 12.68 17.03 17.14 16.21 23.56 16.43 3.35 47.12
DETERMINACION DE LA DENSIDAD SECA
ωpromedio (%) 13.88 14.85 16.68 20.00 25.23
WSuelo + anillo (gr) 7230.00 7476.00 7682.00 7680.00 7578.00
Wmolde (gr) 2820.00 2820.00 2820.00 2820.00 2820.00
Wsuelo (gr) 4410.00 4656.00 4862.00 4860.00 4758.00
Densidad
Húmeda: γ
(gr/cm3
)
2.11 2.23 2.33 2.33 2.28
Densidad
Seca: γd
(gr/cm3)
1.86 1.94 2.00 1.94 1.82
F.I.C TECNOLOGIA DEL CONCRETO UNASAM
DISEÑO DE MEZCLA SEMESTRE 2010 - I
GRAFICO DE DENSIDAD SECA VS CONTENIDO DE HUMEDADGRAFICO DE DENSIDAD SECA VS CONTENIDO DE HUMEDAD
F.I.C TECNOLOGIA DEL CONCRETO UNASAM

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Ensayo de compactación -Mecánica de Suelos

  • 1. 2010_I UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA PROFESIONAL ING. CIVIL TITULO : ENSAYO DE COMPACTACION CICLO : SEXTO CURSO : MECANICA DE SUELOS I DOCENTE : Ing. VASQUEZ NIÑO VICTOR ALUMNOS :  FIGUEROA JERONIMO franz  MACEDO TAFUR eder marco  ROQUE RODRIGUEZ, Dunay  TAMARA TAMARA, Luis  TREJO BARRETO cristian HUARAZ – PERÚ 2010
  • 2. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN El objetivo de este ensayo es determinar la densidad seca máxima ( ) de un suelo para un contenido de humedad optimo (CHO), resultado de compactación o incremento de energía que se le da al suelo. El ensayo consiste en tomar 3 kilos de suelo, pasarlo atreves del tamiz Nº4, añadir agua, y compactarlo en un molde de 944cm³ en tres capas con 25 golpes por cada con un martillo de compactación de 24.5N, con caída de 0.305 mts en el suelo, esto libera una energía nominal de compactación al suelo. Los ensayos deben cumplir con una determina energía de compactación correspondiente. Luego de compactada de esta manera la muestra es removida del molde y desbarata nuevamente hasta obtener grumos de tamaño aproximado del tamiz Nº4 de acuerdo con estimación visual, se toman muestras por contenido de humedad, se añade más agua, se mezcla cuidadosamente el suelo, y se procede a compactar nuevamente en el molde. Esta secuencia se repite un número de veces suficiente para obtener datos que permitan dibujar una curva de densidad seca contra contenido de humedad con un punto dependiente 0 (un valor máximo) y suficientes puntos alrededor de ese máximo para definir adecuadamente su localización. La ordenada de este diagrama es la densidad seca. La ordenada máxima de este diagrama se conoce como la densidad máxima, y el contenido de humedad al cual se presenta esta densidad se denomina contenido de humedad óptima (CHO) El Grupo
  • 3. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I ENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD_DENSIDADENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD_DENSIDAD ENSAYO DE COMPACTACIONENSAYO DE COMPACTACION ASTM D 698_70 Y ASTM D 1557_70ASTM D 698_70 Y ASTM D 1557_70 AASHTO T 99_70 Y AASHTO T 180_70AASHTO T 99_70 Y AASHTO T 180_70 1.1. OBJETIVOSOBJETIVOS: • Determinación de la densidad seca máxima (γdmáx) de un suelo para un contenido de humedad óptimo (CHO), resultado de compactación o incremento de energía que se le da al suelo. 2.2. EQUIPOS Y MATERIALES:EQUIPOS Y MATERIALES: • Equipo de compactación - Anillo de compactación de ϕ = 10,30 cms., altura 12,0 cms., y volumen de 1000 cm3 , o molde de 944 cm3 , collar del mismo diámetro y base cuadrada o redonda de ¼". • Martillo de compactación de 24,5 N, con altura de caída de 30,48 cm., o Martillo de compactación de 44,5 N, con atura de caída de 46.0 cm.
  • 4. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I • Malla o zaranda de 3/4 _ Martillo de goma. • Bandeja grande de 0.80 x 0.80 mts. para mezclar el suelo. • Recipiente con capacidad Balanza de precisión al 0,01 gr. de 5 kg., cinco unidades.
  • 5. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I • Homo con control de _ Probetas graduadas de 100, 250 y 500 ml. Temperatura de 110 ± 5 °C • Escantillón o ángulo _Latas de humedad 10 unidades, Metálico de 30 cm. Agua destilada 3 lts Muestra de suelo gravo arcilloso 35 kg. De Ø < 3/4"
  • 6. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I ANTECEDENTESANTECEDENTES El ensayo Estándar consiste en tomar 3 kilos de suelo, pasarlos a través del tamiz N° 4, añadir agua y compactarlos en un molde de 944 cm3 en tres capas con 25 golpes por capa con un martillo de compactación de 24.5 N. con caída de 0.305 mts en el suelo. Esto libera una energía nominal de compactación (en kg/joules o Kj) al suelo de: Dónde: Wr : masa del martillo Kg. H : altura de caída del martillo cm. Nb : número de golpes por capas NI : número de capas V : volumen del molde cm3 Los ensayos Proctor Estándar y Proctor Modificado deben cumplir con una determinada energía de compactación correspondiente. Luego de compactada de esta manera la muestra es removida del molde y desbaratada nuevamente hasta obtener grumos de tamaño aproximado del tamiz N° 4 de acuerdo con estimación visual, se toman muestras para contenido de humedad, se añade más agua, se mezcla cuidadosamente el suelo, y se procede a compactar nuevamente en el molde. Esta secuencia se repite un número de veces suficiente
  • 7. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I para obtener datos que permitan dibujar una curva de densidad seca contra contenido de humedad con un pinito dependiente 0 (un valor máximo) y suficientes puntos alrededor de ese máximo para definir adecuadamente su localización. La ordenada de este diagrama es la densidad seca. La ordenada máxima de este diagrama se conoce como la densidad máxima, y el contenido de humedad al cual se presenta esta densidad se denomina Contenido de humedad óptima (CHO). Consideraciones importantes para la realización de este ensayo 1.- Para que un ensayo sea standard, los resultados deben ser reproducibles y el hecho de usar muestras frescas cada vez o reutilizar las muestras compactadas en el siguiente punto. Produce diferencias grandes en los valores máximos de densidad seca - no es extraño obtener de esta manera diferencias de 0.8 a 1.2 KN/m3, aunque estas puedan reducirse de 0.2 a 0.4 KN/m3 con mezcla mecánica adicional por espacio de 8 a 10 minutos. En suelos de baja plasticidad, las diferencias son negligibles (en la mayoría de los casos. En suelos curados (mezclados con agua por espacio de 10 y 12 horas antes del ensayo), dichas diferencias son menores. 2.- Cuando se trabaja con suelos secados al aire, a menos que la primera muestra se mezcle con el primer incremento de contenido de humedad y se le permita un curado (toda la noche}, los resultados pueden traducirse en unos puntos erráticos (en lugar de una curva continua) en la parte seca de la curva. La falta de curado también puede desplazar el CHO a la derecha (tiende a aumentarlo) de la curva de densidad seca contra humedad. Algunos suelos pueden dar una curva "errática" en la parte seca como una característica del suelo. 3.- Si el cilindro de suelos no es compactado en tres incrementos aproximadamente iguales, los puntos de la curva también se mostraran erráticos, es decir, no caerán en una curva continua a cada lado del óptimo. 4.- Para evitar que compactar un gran número de cilindros y teniendo en cuenta que 5 puntos bien espaciados determinan muy bien la curva, es deseable comenzar el ensayo a un contenido de humedad entre 4 y 5% cercano al CHO. Añadiendo
  • 8. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I entonces 2% de humedad (por peso) en cada ensayo sucesivo, el último punto se encontrará 4 a 5% de humedad dentro del lado húmedo del pico de la curva. Para ayudar en la determinación de la humedad del punto de comienzo, se presenta la figura junta; permitiéndonos estimar el CHO dentro de un ± 2% de confiabilidad, si existe razonable exactitud en la determinación de los valores de los límites líquido y plástico. Con la práctica, es posible estimar el CHO añadiendo agua a una porción de suelo en la mano hasta que el suelo se deforme dejando la huella de los dedos cada vez que se le aplique un esfuerzo de amasamiento promedio y que el suelo moldeado de esta forma se resista a la ruptura en pedazos. Si se seca esta muestra para obtener su contenido de humedad se tendrá un buen estimativo del CHO. 5.- El molde de compactación debe colocarse sobre una superficie que no vibre durante el proceso de compactación de manera que la energía de compactación no se pierda en producir desplazamientos en la base. La ASTM recomienda hacer descansar el molde sobre una base consistente de un cilindro o bloque rígido de concreto con una masa de por lo menos 90 kgs. La compactación produce estabilización del sucio (es uno de los métodos más baratos de estabilización), mediante la introducción de energía en el sucio de la siguiente forma: SIMULADO Método En Laboratorio En el Terreno Impacto Práctica – Patrón de compactación Nada comparable Acción de amasamiento Aparato miniatura de Harvard, método de Hveem Rodillo pata de cabra, rueda balanceante Vibración Mesa Vibradora Rodillo vibratorios y compactadores Compresión estática (o dinámica) Máquina de compresión Rodillo de rueda lisa.
  • 9. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I El esfuerzo de compactación imparte al suelo: 1. Un incremento en la resistencia al corte, pues ella es función de la densidad (las otras variables son estructura, φ y c). 2. Un incremento en el potencial de expansión. 3. Un incremento en la densidad [γ = f (e)]. 4. Una disminución de la contracción. 5. Una disminución en la permeabilidad [k = f (e)]. 6. Una disminución en la compresibilidad [S = f (e)]. Con lo cual se indica que al especificar la compactación de un suelo es más que el simple requerimiento de incrementar la densidad del suelo. Es muy importante especificar el tipo de suelo al cual se le aplican los criterios de compactación en un proyecto dado con el fin de eliminar por ejemplo, problemas con el cambio de volumen. La estructura resultante de la masa de suelos (especialmente cuando hay suelos finos presentes), se asocia íntimamente con el proceso de compactación y el contenido de humedad a la cual se compacto la masa del suelo. La masa de suelo involucrada en el proceso de compactación comienza como un sistema de tres fases: Suelo, agua y aire. Durante los primeros ensayos hay una cantidad considerable de aire presente, pero el proceso produce un cambio de estado en el cual cada vez hay más suelo y agua presentes. Aún en la situación de CHO existe una cantidad de aire considerable. En la parte húmeda de la curva el efecto principal es el desplazar más y más aire por agua. Si el proceso fuera completamente eficiente, sería posible reemplazar todo el aire de los vacíos con agua para producir un sistema de sus fases (una condición de cero - aire - vacíos). Como nunca es posible sacar todo el aire de los vacíos, lo cual resultaría en una
  • 10. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I condición S= 100%, cualquier curva de compactación estará siempre por debajo de la curva aire - vacíos. Para cualquier contenido de humedad w dado el peso unitario cero - aire - vacíos, se calcula como: El lugar geométrico de los puntos determinados por esta ecuación produce una curva ligeramente cóncava hacia arriba. Un gran número de factores entre los cuales se destacan los siguientes, influyen sobre la compactación del suelo: • Temperatura • Tamaño del molde (al mantener la relación diámetro/altura aproximadamente constante el efecto se hace despreciable) • Distribución de golpes en cualquier capa • Exceso de cantidad de suelo en el molde • Tipo de suelo (nótese que solo los suelos cohesivos pueden compactarse utilizando métodos de impacto). • Cantidad de procesamiento (mezclado, curado, manipulación)
  • 11. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I 3.3. PROCEDIMIENTO EN LABORATORIOPROCEDIMIENTO EN LABORATORIO 3.1 Tomar 5 kilos de peso de suelo secado al aire, pulverizarlo suficientemente para que pase el tamiz 3/4, mezclarlo con agua necesario para hacer el incremento de humedad basado en porcentaje de peso seco. el porcentaje inicial de incremento de agua debería tener en cuenta el contenido de humedad 4 a 5% por debajo del CHO, y obtener el CHO de la figura o por cualquier otro medio de estimación, el suelo y el agua debería mezclarse con anterioridad y curarse por espacio de 24 horas antes del ensayo. Pasamos por el tamiz N ¾ una cantidad de 25 kilos aproximadamente Pesamos 5 kilos de suelo en estado natural
  • 12. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I 3.2 Si el suelo se ha curado, añadir 1% de humedad por peso (0.01x3=0.03 kilos (30 ml)), para tener en cuenta las perdidas por evaporación mezclara esta agua al suelo cuidadosamente. Medimos 100 ml de agua Roseamos el agua por todo el suelo con el fin de que este uniforme La primera capa de aproximadamente 1 Kg Compactando la primera capa con 56 golpes c/u distribuidos uniforme Tomando la segunda parte de las 5 muestras de 1 Kg Compactando La segunda capa
  • 13. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Acabando de compactar las 5 capas se enrasa Se pesa el molde + suelo húmedo Se desmorona el suelo compactado Se toman dos muestras de la parte inferior y superior para determinar el C.H Muestra inferior con 125.6 g Muestra superior con 118.6 g
  • 14. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Se pusieron en el horno 24 horas Para determinar el contenido de humedad PARA LA SEGUNDA MUESTRAPARA LA SEGUNDA MUESTRA Medimos 200 ml de agua Roseamos el agua por todo el suelo con el fin de que este uniforme La primera capa de aproximadamente 1 Kg Compactando la primera capa con 56 golpes c/u distribuidos uniforme
  • 15. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Acabando de compactar las 5 capas se enrasa Se pesa el molde + suelo húmedo Se desmorona el suelo compactado Se toman dos muestras de la parte inferior y superior para determinar el C.H Muestra inferior con 90.1 g Muestra superior con 87.2 g
  • 16. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Se pusieron en el horno 24 horas Para determinar el contenido de humedad PARA LA TERCERA MUESTRAPARA LA TERCERA MUESTRA Medimos 300 ml de agua Roseamos el agua por todo el suelo con el fin de que este uniforme La primera capa de aproximadamente 1 Kg Compactando la primera capa con 56 golpes c/u distribuidos uniforme
  • 17. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Acabando de compactar las 5 capas se enrasa Se pesa el molde + suelo húmedo Se desmorona el suelo compactado Se toman dos muestras de la parte inferior y superior para determinar el C.H Muestra inferior con 101.3 g Muestra superior con 118.2g
  • 18. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I PARA LA CUARTA MUESTRAPARA LA CUARTA MUESTRA Medimos 400 ml de agua Roseamos el agua por todo el suelo con el fin de que este uniforme La primera capa de aproximadamente 1 Kg Compactando la primera capa con 56 golpes c/u distribuidos uniforme Acabando de compactar las 5 capas se enrasa Se pesa el molde + suelo húmedo
  • 19. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Se pusieron en el horno 24 horas Para determinar el contenido de humedad Muestra inferior con 135.1 g Muestra superior con 93.5 g
  • 20. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I PARA LA QUINTA MUESTRAPARA LA QUINTA MUESTRA Medimos 500 ml de agua Roseamos el agua por todo el suelo con el fin de que este uniforme La primera capa de aproximadamente 1 Kg Compactando la primera capa con 56 golpes c/u distribuidos uniforme Acabando de compactar las 5 capas se enrasa Se pesa el molde + suelo húmedo
  • 21. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Se pusieron en el horno 24 horas Para determinar el contenido de humedad Se desmorona el suelo compactado Se toman dos muestras de la parte inferior y superior para determinar el C.H Muestra inferior con 133.5 g Muestra superior con 118.2g
  • 22. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I 4.4. FUNDAMENTO TEÓRICOFUNDAMENTO TEÓRICO COMPACTACIÓN DE SUELOSCOMPACTACIÓN DE SUELOS Los suelos están formados por depósitos de rocas desintegradas que los fenómenos físicos y químicos han descompuesto lentamente. Los fenómenos físicos como son: • la congelación y descongelación, • rozamiento, arrastre, • transporte por el viento y el agua, etc. Las gravas, arenas y limos son producidos por estos fenómenos. Los fenómenos químicos producen habitualmente las arcillas que son láminas diminutas y planas de diversos materiales. El crecimiento de las plantas contribuye también a la formación del suelo, sus residuos en forma de materia orgánica constituyen suelos esponjosos y débiles para soportar estructuras.
  • 23. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Los suelos están constituidos por mezclas de grava, arena, arcillas, limos y materia orgánica en proporciones variables y con un determinado contenido de agua, según la proporción de materiales tendremos un tipo de suelo distinto. Los suelos pueden tener una estructura: • Granular si están constituidos por grano redondos o angulares individualizados, con bajo contenido de arcilla, como es el caso de las arenas, por lo que son difíciles de compactar. Requieren máquinas con vibración para su compresión. • Flocular si están agrupados en forma de racimos o panales, como en el caso de las arcillas, que dejan espacios huecos entre ellos, por lo que permiten la compresión del suelo. en estos tiene mayor influencia el amasado por lo que se requieren máquinas distintas para su compactación como son los rodillos de pisones. El ensayo Proctor determina en el laboratorio cual es el grado de humedad óptimo así como la densidad máxima que permite cada tipo de suelo. Según estos valores en el trabajo de compactación se debe procurar que los materiales, desde su origen, tengan la humedad más próxima posible al ensayo Proctor así como que la
  • 24. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I distribución de los tamaños de partículas (granulometría) sea continúa y uniforme, para que las partículas más pequeñas ocupen los huecos dejados por las mayores. CARACTERÍSTICAS DE LA COMPACTACION DE LOS SUELOS La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos para formar una estructura más densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento.
  • 25. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución más compacta. El agua que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace más fácil la compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución más compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el agua abandona los poros o huecos rápidamente En los suelos cohesivos la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas. Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso específico y la resistencia aumentan. OBJETIVOS DE LA COMPACTACIÓN Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un pavimento, debe llenar ciertos requisitos: • Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas. • No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.
  • 26. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I • No debe ni retraerse ni expandirse excesivamente. • Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad. • Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función. CONCLUSIONES • La densidad seca máxima es 2 g/cm3.
  • 27. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I • Los resultados numéricos son satisfactorios con el laboratorio realizado porque se encuentran en el rango determinado. • El valor encontrado es un dato necesario para encontrar el grado de compactación del suelo. • El grafico densidad seca Vs contenido de humedad nos resultó satisfactorio por la secuencia de los puntos que resulta casi parabólica. RECOMENDACIONES
  • 28. MECANICA DE SUELOS I 2010_I 2010_I • El suelo compactado no debe sobrepasar los límites de forma de compactar. • El suelo y el agua deberían mezclarse con anterioridad y curarse por espacio de 24 horas antes del ensayo, • Los golpes realizados con el martillo tienen que ser lo más uniforme posible sobre el área del suelo. • Usar correctamente el martillo durante cada golpe. • Distribuir adecuadamente por toda el área el agua para empezar con el compactado.
  • 29. DISEÑO DE MEZCLA SEMESTRE 2010 - I CARACTERÍSTICAS DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO DEL SUELOCARACTERÍSTICAS DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO DEL SUELO USANDO ESFUERZO MODIFICADO ASTM D1557USANDO ESFUERZO MODIFICADO ASTM D1557 DETERMINACION DEL CONTENIDO DE HUMEDAD Recipiente Nº Muestra 01 Muestra 02 Muestra 03 Muestra 04 Muestra 05 Agua: 1% 1,5% 2% 3% 4% superio r inferio r superio r inferio r superio r inferio r superio r inferior superio r inferior WSuelo hum + Recipiente (gr) 118.60 125.60 87.20 90.10 118.20 101.30 93.50 135.10 102.60 133.50 WSeco + Recipiente (gr) 110.00 110.00 80.00 80.00 105.00 90.00 80.00 120.00 100.00 100.00 Ww(gr) 8.60 15.60 7.20 10.10 13.20 11.30 13.50 15.10 2.60 33.50 Wrecipiente(gr) 21.70 23.40 23.20 20.70 28.00 20.30 22.70 28.10 22.40 28.90 Wseco (gr) 88.30 86.60 56.80 59.30 77.00 69.70 57.30 91.90 77.60 71.10 ω (%) 9.74 18.01 12.68 17.03 17.14 16.21 23.56 16.43 3.35 47.12 DETERMINACION DE LA DENSIDAD SECA ωpromedio (%) 13.88 14.85 16.68 20.00 25.23 WSuelo + anillo (gr) 7230.00 7476.00 7682.00 7680.00 7578.00 Wmolde (gr) 2820.00 2820.00 2820.00 2820.00 2820.00 Wsuelo (gr) 4410.00 4656.00 4862.00 4860.00 4758.00 Densidad Húmeda: γ (gr/cm3 ) 2.11 2.23 2.33 2.33 2.28 Densidad Seca: γd (gr/cm3) 1.86 1.94 2.00 1.94 1.82 F.I.C TECNOLOGIA DEL CONCRETO UNASAM
  • 30. DISEÑO DE MEZCLA SEMESTRE 2010 - I GRAFICO DE DENSIDAD SECA VS CONTENIDO DE HUMEDADGRAFICO DE DENSIDAD SECA VS CONTENIDO DE HUMEDAD F.I.C TECNOLOGIA DEL CONCRETO UNASAM