Ensayo de compactación -Mecánica de Suelos

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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

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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


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ENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD_DENSIDAD ENSAYO 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.


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• 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.


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• 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"


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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


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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


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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 TerrenoImpacto Práctica – Patrón de

compactación

Nada comparable

Acción de

amasamiento

Aparato miniatura de

Harvard, método de Hveem

Rodillo pata de cabra,

rueda balanceanteVibración Mesa Vibradora Rodillo vibratorios y

compactadoresCompresión

estática (o

dinámica)

Máquina de compresión Rodillo de rueda lisa.


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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


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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)


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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


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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


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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


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Se pusieron en el horno 24 horas

Para determinar el contenido de

humedad

PARA LA SEGUNDA MUESTRAPARA LA SEGUNDA MUESTRA



uniforme




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humedad

PARA LA TERCERA MUESTRAPARA LA TERCERA MUESTRA



uniforme




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Muestra inferior con 101.3 g Muestra superior con 118.2g


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PARA LA CUARTA MUESTRAPARA LA CUARTA MUESTRA



uniforme






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humedad



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PARA LA QUINTA MUESTRAPARA LA QUINTA MUESTRA



uniforme






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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


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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.


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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


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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.


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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.


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• 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.


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• 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


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• 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 SUELO CARACTERÍSTICAS 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

rinferio

rsuperio

rinferio

rsuperio

rinferio

rsuperio

rinferior superio

rinferior

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 33.50Wrecipiente(gr) 21.70 23.40 23.20 20.70 28.00 20.30 22.70 28.10 22.40 28.90Wseco (gr) 88.30 86.60 56.80 59.30 77.00 69.70 57.30 91.90 77.60 71.10ω (%) 9.74 18.01 12.68 17.03 17.14 16.21 23.56 16.43 3.35 47.12

DETERMINACION DE LA DENSIDAD SECAωpromedio (%) 13.88 14.85 16.68 20.00 25.23WSuelo + anillo (gr) 7230.00 7476.00 7682.00 7680.00 7578.00Wmolde (gr) 2820.00 2820.00 2820.00 2820.00 2820.00Wsuelo (gr) 4410.00 4656.00 4862.00 4860.00 4758.00Densidad 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

Engineering

Ensayo de compactación -Mecánica de Suelos