MECÁNICA DE SUELOS
DOCENTE
Machuca Romero, Miriam Maribel
INTEGRANTES
Aguilar Ayala, Judith Natali Alvarado Peralta, Wilder Eduardo Carranza Barrantes, Fiorella Vanessa Chávez Gutiérrez, Denis Aracely Peralta Cabrera, Victor Manuel Ruiz Rodríguez, Annel Jussarha Salazar Carrasco, Aimé Karolina
C
2012
“Dedicado
a
nuestros
padres,
profesores; profesores; por el arduo trabajo como educadores y formadores de una nueva era de profesionales comprometidos con la sociedad”
“Dedicado
a
nuestros
padres,
profesores; profesores; por el arduo trabajo como educadores y formadores de una nueva era de profesionales comprometidos con la sociedad”
INDICE I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII.
INTRODUCCIÓN OBJETIVOS JUSTIFICACIÓN FUNDAMENTO TEÓRICO CONCLUSIONES RECOMENDACIONES REFERENCIAS REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS
INTRODUCCIÓN Toda obra de Ingeniería Civil, está sustentada en el suelo, el conocimiento de las propiedades físicas y mecánicas del subsuelo es esencial para el Ingeniero civil, ya que requiere conocerla para el análisis, diseño, construcción y operación de las cimentaciones sobre el suelo s uelo o construcciones en él. La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas partículas de suelo son obligadas obligadas a estar estar más en contacto contacto las unas con las otras, mediante un reducción del índice de vacíos, empleando medio mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles. ingenieriles. La importancia de la compactación de suelos estriba en el aumento de la resistencia y de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas conveniente, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales como cortinas de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos; etc. En el presente trabajo se realizarán ensayos de cono de arena, de compactación hechos en laboratorio, además del CBR, obteniendo datos que serán procesados y analizados. analizados.
OBJETIVOS a. Objetivo Principal:
Determinar la capacidad de resistencia del suelo de nuestra calicata, a través de los ensayos de compactación y CBR.
b. Objetivos Secundarios:
Determinar la densidad in situ mediante el método de cono de arena de una muestra tomada del campus de UPN, haciendo uso del ensayo de reemplazo de arena.
Determinar la densidad seca mediante el ensayo de compactación compactación y CBR.
Determinar el porcentaje (%) de hinchamiento de las muestras de CBR.
Determinar los esfuerzos correspondientes a 0.1” y 0.2” de penetración de cada una de las curvas esfuerzo-deformación. esfuerzo-deformación.
Realizar el análisis de los resultados obtenidos.
Comparar resultados con otros quipos.
JUSTIFICACIÓN La presente práctica de laboratorio y campo se desarrolló con la finalidad de ampliar nuestros conocimientos acerca de los métodos de compactación de suelos, apoyándonos de la utilización de equipos especializados y a través de esto nosotros como futuros ingenieros civiles tomar decisiones adecuadas teniendo en cuenta la resistencia y la capacidad de dichos suelos, para la construcción deseada.
FUNDAMENTO TEÓRICO a. Determinación de la Densidad in situ.- Método del cono de Arena: El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en la que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los métodos utilizados, se encuentran el método del cono de arena, el del balón de caucho e instrumentos nucleares, entre otros. El método de cono de arena representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas No 10 ASTM (2mm) y N o 30 ASTM (0.71 mm).
b. Compactación de suelos: Es la clasificación del suelo por medios mecánicos. El objetivo, mejorar la resistencia y estabilidad volumétrica afectando la permeabilidad, como consecuencia del proceso de clasificación de la masa.
c. Medida de la compactación de suelos: Se califica la capacidad por la comparación cuantitativa de las densidades secas o pesos
unitarios secos, que el suelo va adquiriendo, al variar la humedad, la energía o el método de compactación.
d. Ensayos de Compactación: Los ensayos de compactación están indicados para el estudio del efecto de la humedad en la densidad máxima que puede alcanzar al compactar un suelo. Se realizan con muestras de cualquier tipo de suelo hasta gravas que pueden tener 25 mm. (1”) de tamaño máximo (aprox.).
Los ensayos más tradicionales son El Proctor Estándar y el Proctor Modificado. El segundo se realiza compactando en moldes más grandes y con energías mayores y por eso suelen alcanzar densidades claramente más altas (5 al 15% mayor que las correspondientes al Prontos Estándar). El resultado de estos ensayos es especialmente aplicable al control de calidad de compactación de rellenos.
e. Otros ensayos: Existen una gran variedad de ensayos, menos comunes, que pueden ser de gran interés en el estudio de determinados problemas geotécnicos específicos. Entre estos ensayos de suelos tenemos:
CBR.- Determinación de la capacidad portante para explanadas y capas firmes.
Determinación de la presión de hinchamiento y de la expansión libre de suelos expansivos.
Ensayos de compresión brasileños (medida indirecta de la resistencia a tracción).
Ensayos de molinete (vane test) y penetrómetro en laboratorio. Ensayos de permeabilidad mediante permeámetros de carga constante o variable.
f. Prueba de Proctor: La prueba de Proctor se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por un procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad. Esta prueba tiene por objeto: i.
Determinar el peso volumétrico seco máximo
s máx
que
puede alcanzar un material, así como la humedad óptima WO a que deberá hacerse la compactación. ii.
Determinar el grado de compactación alcanzado por el material durante la construcción o cuando ya se encuentran construidos los caminos, aeropuertos y calles, relacionando el peso volumétrico obtenido en el lugar con el peso volumétrico máximo Proctor.
La prueba de Proctor reduce en el laboratorio el tipo de compactación uniforme de la parte inferior hacia la superficie de la capa compactada. En todos los suelos, al incrementar su humedad se aplica un medio lubricante entre sus partículas que permite un cierto acomodo de estas cuando están sujetas a un esfuerzo de compactación. Si se sigue aumentando la humedad empleando el mismo esfuerzo de compactación, se llega a obtener el mejor acomodo de las partículas del suelo, y por consecuencia el mayor peso volumétrico seco, con
cierta humedad llamada humedad óptima . A esta humedad deberá procurarse siempre efectuar la compactación en el camino, calle o aeropuerto o lugar de que se trate, ya que facilita el acomodo de las partículas con el menor trabajo del equipo de compactación. Si se aumenta o disminuye la humedad para llegar a obtener el mismo peso sería necesario aumentar el trabajo de las máquinas de compactación. Si a partir de esta condición de humedad óptima y peso volumétrico se hacen incrementos de humedad, se provoca un aumento del volumen de los huecos, ocasionándose una situación sucesiva de partículas de suelo por agua, en virtud de que el volumen de aire atrapado entre las partículas de suelo no pueden ser disminuido apreciablemente con ese mismo esfuerzo de compactación, obteniéndose por tanto pesos volumétricos secos que van siendo menores a medida que la humedad aumenta. La prueba Proctor está limitada a los suelos que pases totalmente la malla N o 4, o cuando mucho tengan un retenido de 10 % en esta malla, pero que pase dicho retenido totalmente por la malla 3/8”. Cuan do el material tenga retenido en la malla de 3/8” debe determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco
máximo.
g. Obtención de la humedad óptima y del peso volumétrico seco: La humedad óptima es la humedad mínima requerida por el suelo para alcanzar su propio peso volumétrico seco máximo cuando es compactado con la carga unitaria de 140.6 Kg/cm 2 a diversas humedades.
h. Saturación del espécimen compactado a humedad óptima: Para la saturación se selecciona el espécimen inmediato anterior a aquél en donde se inició la expulsión de agua, se mide su altura en milímetros y se colocan una o dos hojas de papel filtro en la cara superior, la placa perforada y las placas de carga y se traduce en el tanque de saturación (ver figura 1 y 2). Sobre los bordes del molde se colocan el tripié con el extensómetro, anotándose la lectura inicial de éste. Se mantiene el espécimen dentro del agua y hacen lecturas diarias del extensómetro. Cuando se observa que cesa la expansión deberá anotarse la lectura final del extensómetro y sacar del tanque el molde con el espécimen para sujetar éste a la prueba de penetración.
Figura 1
Figura 2
i. Determinación de la expansión o hinchamiento: La diferencia de lecturas del extensómetro, expresada en milímetros, se divide entre la altura en milímetro del espécimen antes de sujetarlo a la saturación y este cociente multiplicado por cien (100) expresa el valor de expansión que debe compararse con el que marque la
especificación correspondiente. Usualmente, para bases de pavimento la expansión no debe ser mayor de 1%, para sub-base de 2% y para subrasantes 3%.
j. Determinación de las resistencias a la penetración: Al molde con el espécimen que fue retirado del tanque de saturación se le quita el tripié y el extensómetro y con mucho cuidado se acuesta sin quitar las placas, dejándolo en esta posición durante tres minutos para que escurra el agua. Se lleva a la prensa, se retiran las placas y el filtro y se colocan nuevamente las dos placas de carga. El pistón para la prueba de penetración debe pasar a través de los orificios de las placas hasta tocar la superficie de la muestra, se aplica una carga inicial que no sea mayor de 10 Kg. E inmediatamente después, sin retirar la carga, se ajusta el extensómetro de carátula para registrar el desplazamiento vertical del pistón.
k. Cálculo del valor relativo de Soporte Normal del Suelo (C.B.R.): El valor relativo de soporte de un suelo (C.B.R.) es un índice de su resistencia al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactación y humedad, y se expresa como el tanto por ciento de la carga necesaria para introducir un pistón de sección circular en una muestra de suelo, respecto a la precisa para que el mismo pistón penetre a la misma profundidad de una muestra tipo de piedra triturada. Por lo tanto, si P 2 es la carga en Kg. Necesaria para penetrar el pistón en el suelo en estudio, y P x = 1, 360 Kg., la precisa
para penetrar la misma cantidad en la muestra tipo de piedra triturada, El valor Relativo de Soporte del suelo vale:
La carga registrada para la penetración 2.54 mm. (0.10”) del inicio
anterior se debe expresar como un porcentaje de la carga estándar de 1, 360 Kg., y si la prueba estuvo bien ejecutada, por el porcentaje así obtenido es el C.B.R. correspondiente a la muestra ensayada. Con el fin de saber si la muestra estuvo bien ejecutada se dibuja la curva cargapenetración, anotando en las abscisas las penetraciones y en las ordenadas las cargas registradas para cada una de dichas penetraciones. Con el resultado de C.B.R. De esta prueba se puede clasificar el suelo usando, que indica el empleo que puede dársele al material en lo que a C.B.R. se refiere.
MATERIAL Y EQUIPO i.
MATERIALES: Se deberá traer los siguientes materiales. -
Muestras de los estratos de una calicata.
-
Arena redondeada y comprendida entre las mallas N o 10 ASTM (2mm) y No 30 ASTM (0.71 mm).
ii.
HERRAMIENTAS: Se deberá traer las herramientas y/o equipos necesarios para el desarrollo de la práctica, los cuales serán detallados posteriormente según sea el ensayo.
METODOLOGÍA Y PROCEDIMIENTO A. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD IN SITU, MÉTODO DEL CONO DE ARENA: i.
EQUIPOS, PROBETAS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR:
Aparato del cono de arena: Este esta conformado por un frasco de aproximadamente (galón) (3.785
lts) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12.7 mm (½ ") de diámetro y que tiene un pequeño embudo que continúa hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un embudo mayor en el otro.
Arena: La arena que se utilice deberá ser limpia, seca, uniforme, no cementada,
durable y que fluya libremente. Además, deberá tener un coeficiente de uniformidad (D60 / D10) menor que 2 y no contener partículas que queden retenidas en el tamiz de 2 mm (No. 10). Debe ser uniforme y preferiblemente de forma redondeada o subredondeada para favorecer que fluya libremente y desprovista de partículas o arena fina (menor que 250 mm, No. 60), para prevenir segregación en almacenamiento o uso, y cambios de peso unitario aparente como consecuencia de variaciones en la humedad atmosférica. Al seleccionar una arena para ser usada, deberán
hacerse, como mínimo, cinco (5) determinaciones de peso unitario aparente de cada bulto y para que la arena sea aceptable, no deberá existir entre cada uno de los resultados individuales y el promedio una variación mayor que el 1 % del promedio. Antes de usar una arena, deberá secarse y dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de "seca al aire", en la zona en que va a ser usada. Alternativamente esta arena se prepara y calibra en obra; debiendo ser hecha esta última actividad frecuentemente y cuantas veces sea necesaria, utilizando la altura de caída del cono, recibiéndose el material en el molde estándar (1/30 p.c).
Balanzas: Una balanza de capacidad de 10 kg y sensibilidad de 2 g y otra de capacidad de 200 g y sensibilidad de 0.1 g.
Equipo para el secamiento: Estufa, horno u otro equipo adecuado para secar muestras con el fin de determinar su contenido de humedad.
Equipo misceláneo: Pequeños cinceles y cucharas para excavar el agujero o de ensayo,
sartenes para freír de 224 mm (10") o cualquiera otro recipiente adecuado para ello; canastillas con tapas, frascos con tapas, sacos de lona u otros recipientes adecuados para que contengan las muestras de peso
unitario y humedad o para el peso unitario de la arena, respectivamente; termómetro; pequeña brocha de pintura, cuaderno, etc.
ii.
PROCEDIMIENTO Y ACTIVIDADES:
1. Determinar el volumen del frasco y del conjunto, incluido el volumen del orificio de la válvula en la siguiente forma: -
Pesar el conjunto del aparato y anotar. Colocar el aparato hacia arriba y abrir la válvula. Llenar el aparato con agua hasta que aparezca ésta sobre la válvula. Cerrar la válvula y remover el exceso de agua. Pesar el aparato y el agua y determinar la temperatura del agua.
-
Repetir este procedimiento por lo menos dos veces. Convertir el peso del agua de gramos a mililitros, para corregir la temperatura como se indica en el proceso de cálculo. El volumen que se empleará será el promedio, con una variación máxima de 3 ml.
2. Determinar el peso unitario aparente de la arena que va a ser usada en el campo en la siguiente forma: -
Colocar el aparato vacío hacia arriba sobre una superficie firme y a nivel, cerrar la válvula y llenar el embudo con arena.
-
Abrir la válvula y, manteniendo el embudo con arena por lo menos hasta la mitad, llenar el aparato. Cerrar la válvula bruscamente y vaciar el exceso de arena.
-
Pesar el aparato con arena y determinar el peso neto de la arena quitando el peso del aparato.
3. Determinare el peso de la arena necesaria para llenar el embudo en la siguiente forma: -
-
Colocar la arena en el aparato y obtener el peso del aparato con la arena. Colocar el aparato invertido sobre una superficie plana, limpia y a nivel. Abrir la válvula y manténgase abierta hasta que cese de fluir la arena. Cerrar bruscamente la válvula, pesar el aparato con la arena restante y determinar la disminución de la arena. Esta disminución representa la arena necesaria para llenar el embudo. Remplace la arena removida en la determinación del embudo y cerrar la válvula.
4. Determínese el peso unitario del suelo en el sitio en la siguiente forma: -
Preparar el sitio de la superficie para ser ensayada de tal manera que quede en un plano a nivel.
-
Colocar el aparato invertido sobre la superficie preparada y márquese el límite del contorno del embudo.
-
Cavar el orificio del ensayo dentro de la marca del embudo, teniendo cuidado de evitar la alteración del suelo que limita al hueco. Suelos esencialmente granulares requieren extremo cuidado. Colocar todo el suelo suelto en un recipiente teniendo la precaución de evitar cualquier pérdida de material.
-
Colocar el aparato en la posición previamente marcada, abrir la válvula y después que haya dejado de fluir la arena, cerrar la válvula.
-
Pesar el aparato con la arena restante y determinar el peso de la arena usada para el ensayo.
-
Pesar el material que fue removido del hueco de ensayo.
-
Mezclar completamente el material y asegúrese de lograr una muestra representativa para la determinación de la humedad.
-
Pesar y secar la muestra del suelo para humedad.
-
Los volúmenes mínimos sugeridos para los orificios de ensayo, para la determinación del peso unitario en el sitio, de mezclas de suelos, se hallan en la Tabla 1. Esta tabla muestra el peso mínimo sugerido de la muestra empleada para la determinación del contenido de humedad, en relación con el tamaño máximo de las partículas en las mezclas del suelo.
Tabla 1 Volúmenes mínimos de los orificios de ensayo y de las muestras para humedad con base en el tamaño máximo de las partículas Tamaño máximo de partículas mm Alterna 4.75 12.5 25.0 50.0
No. 4 ½" 1”
2"
Volumen mínimo d orificio de ensayo c (pies3) 700 (0.025) 1.400 (0.050) 2.100 (0.075) 2.800 (0.100)
Muestra para humedad g 100 250 500 1000
Tabla 2 Volumen de agua por gramo con base en la temperatura Temperatura, °C (°F) 12(53.6) 14(57.2) 16(60.8) 18(64.4) 20(68.0) 22 (71.6) 24(75.2) 26(78.8) 28(82.4) 30(86.0) 32(89.6)
iii.
Volumen de agua, cm /gramo 1.00048 1.00073 1.00103 1.00138 1.00177 1.00221 1.00268 1.00320 1.00375 1.00435 1.00497
RESULTADOS OBTENIDOS:
1. Calcular el volumen del aparato de peso unitario de la siguiente forma: V1 = GT Dónde: V1= Volumen del aparato del cono de arena, en cm3. G= Gramos de agua requeridos para llenar el aparato, T= Corrección por temperatura del volumen de agua, indicado en la columna 3 de la Tabla 2. Calcular el volumen del aparato del cono de arena con aproximación de 3 cm 3 (0.0001 pie3). 2. Calcular el peso unitario (densidad) aparente de la arena en la siguiente forma: f1 = W2 / V1 Donde: f1 = Peso unitario de la arena en g/cm3.
W2 = Gramos de arena requeridos para llenar el aparato (3.2) V1 = Volumen del aparato en centímetros cúbicos (4.1.) Calcular el peso unitario (densidad) aparente de la arena con aproximación a 0.002 g/cm' 3. Calcular el contenido de humedad y el peso seco del material removido del hueco de ensayo en la siguiente forma:
[ ]
W6 = W5 / (w + 100)
Dónde: w = Porcentaje de humedad, del material extraído del hueco de ensayo. W3 = Peso húmedo de la muestra de ensayo para humedad, g. W4 = Peso seco de la muestra de ensayo de humedad, g W5 = Peso húmedo del material extraído del hueco de ensayo, g, y W6 = Peso seco del material del hueco de ensayo, g. Calcular el contenido de humedad con aproximación a 0.1%. Calcular el peso seco del material removido del hueco de ensayo con aproximación a 0.1 g.
4. Calcular el peso unitario seco del material ensayado en la siguiente forma:
Dónde: V = Volumen del hueco de ensayo, en cm 3. W1 = Gramos de arena usados (3.4) W7 = Gramos de arena en el embudo (3.3), y
W = Peso unitario seco (densidad), del material ensayado en gms/cm3. Calcular el peso unitario (densidad) en el sitio del material ensayado en g/cm3 con aproximación a 0.01 g/cm3 o en lb/pie3 con aproximación a 0.1 lb/pie3. Peso tara 0.191Kg Peso muestra 1° vez 1.429 Kg 2° vez 1.414 Kg Promedio 1.4215 Kg
Para la densidad de arena: Peso de la muestra 1° vez 3.892 Kg 2° vez 3.897 Kg Promedio 3.8945 Kg Peso cono + muestra 6.085 Kg
Peso cono + pomo luego de vaciar en el hueco 2.090 Kg Peso de la tierra extraída del suelo 3.052 Kg
Peso de la muestra para entrar al horno 0.307 Kg Peso de la muestra salida del horno (seco) 0.287 Kg
1. Volumen del aparato de peso unitario: V1 = GT V1 = 1.00375 (28) V1 =28.105 cm3 Nota: G fue tomado de la fila 9 de la tabla N°2
2. Peso unitario (densidad) aparente de la arena: f1 = W2 / V1 f1 = 1421.5 / 28.105 f1 = 50.58 g/cm3 3. Contenido de humedad y el peso seco del material removido del hueco de ensayo:
[ ] [ ]
W6 = W5 / (w + 100) W6 = 3052 / (6.969 + 100) W6 = 28.532 g
4. Peso unitario seco del material:
iv.
ANÁLISIS:
Mediante este ensayo de Cono de Arena nos podemos dar cuenta que el grado de compactación que tiene nuestro suelo está en un rango aceptable (generalmente entre 95% y 100%, los cuales están dados por las normas técnicas peruanas) si los resultados obtenidos estarían por debajo de 95% entonces podríamos decir que algo en nuestro ensayo o con nuestro material está mal, sea este el caso se tendrá que tomar medidas correctivas necesarias.
B. Proctor Modificado: i.
EQUIPOS, PROBETAS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR:
-
Molde cilíndrico de material rígido con base de apoyo y collarín.
-
Probeta graduada de 500 cm3.
-
Pisón de 10 lb. de peso con 18 pulgadas de caída libre.
-
Balanza de 0.1 gr. de precisión.
-
Horno de secado.
-
Regla recta de metal rígido de 10 pulgadas.
-
Tamices de 2”, ¾", 3/8", y Nº4.
-
Herramientas diversas como, bandeja, taras, cucharas, paleta, espátula, etc.
ii. -
PROCEDIMIENTO Y ACTVIDADES: Secar el material si este estuviera húmedo, puede ser al aire libre o al horno.
-
Tamizar a través de las mallas 2”, ¾”, 3/8” y N°4 para determinar el
método de prueba.
-
Preparar 4 ó 5 muestras de 6kg. para el método C y de 3 Kg. si se emplea el método A o B.
-
Agregar agua y mezclar uniformemente. Cada punto de prueba debe tener un incremento de humedad constante.
-
Colocar la primera capa en el molde y aplicarle 25 ó 56 golpes según el método de ensayo.
-
Los golpes deben ser aplicados en toda el área, girando el pisón adecuadamente.
-
Cada golpe debe ser aplicado en caída libre, soltar el pisón en el tope.
-
De igual forma completar las cinco capas.
-
La última capa debe quedar en el collarín de tal forma que luego pueda enrasarse.
-
Enrasar el molde con una regla metálica quitando previamente el collarín.
-
Retirar la base y registrar el peso del suelo + molde.
-
Luego de pesado, extraer el suelo y tomar una muestra para el contenido de humedad, como mínimo 500 gr. para material granular tomada de la parte central del molde.
-
Llevar las muestras al horno para determinar la humedad.
-
Repetir el procedimiento para un mínimo de 4 puntos compactados a diferentes contenidos de humedad, dos de los cuales quedan en el lado seco de la curva y los otros dos en el lado húmedo.
-
Una vez determinados los contenido de humedad de cada muestra hallar la densidad seca de cada punto :
Dónde: gm = densidad húmeda = peso suelo húmedo /volumen. w = contenido de humedad. La energía de compactación en el ensayo de laboratorio, se define como:
Dónde: E c = Energía de compactación, depende del tipo de ensayo N = N° de golpes por capa. n = N° de capas. W = Peso del pisón. H = Altura de caída del pisón. V = Volumen del suelo compactado.
iii. -
RESULTADOS OBTENIDOS: Energía de Compactación:
OCH= Ds máx= Molde No Peso molde (gr) Pmh + molde (gr) Pmh (gr) Vmh (cm3) Dh (gr/cm3) Recipiente No Pt (gr) Pmh + t (gr) Pms + t (gr) Pw (gr) Pms (gr) W (%) W prom (%) Ds (gr/cm3)
1 4200
10.2 2.03
2 4200
3 4200
4 4200
6075 6263 6282 6290 1875 2063 2082 2090 929.3764 929.3764 929.3764 929.3764 2.01748 2.21977 2.24021 2.24882 Grupo 3A-1 Grupo 3A-2 Grupo 3A-3 Grupo 3A-5 Grupo 3A-6 Grupo 3A-7 Grupo 3A-8 Grupo 3A-4 12.7800 15.7100 14.79 17.21 32.63 44.97 84.76 28.03 142.7000 141.3600 123.97 109.4 105.37 102.39 273.71 112.8 136.4000 136.5400 115.04 100.98 95.96 94.01 245.886 102.62 129.9200 125.6500 109.18 92.19 72.74 57.42 188.95 84.77 123.62 120.83 100.25 83.77 63.33 49.04 161.126 74.59 5.0963 3.9891 8.9077 10.0513 14.8587 17.0881 17.2685 13.6479 4.5427 9.4795 15.9734 15.4582 1.9298 2.0276 1.9317 1.9477
2.0400 2.0200 ) 3 m c 2.0000 / r g ( A C E 1.9800 S D A D I 1.9600 S N E D
1.9400 1.9200 0.0000
5.0000
10.0000 CONTENIDO DE HUMEDAD (W%)
15.0000
20.0000
iv.
ANÁLISIS:
Al aplicar el método de proctor modificado a nuestra muestra de suelo la cual fue obtenida de la calicata elaborada en baños del inca, se obtuvo que para cada porcentaje de humedad existe una densidad respectiva, luego de representar gráficamente estas variables se logró obtener el contenido de humedad óptima, que en nuestro caso se encuentra dentro de los rangos establecidos. Esto indica que si trabajamos con una humedad mayor que la obtenida, la compactación se verá afectada y mientras más se desee compactar esto no será posible porque el índice de vacíos presentes en el suelo estará saturado de agua lo cual provocara que las partículas de suelos no se puedan juntar más, provocando una compactación ineficiente. Todo esto se puede comprobar si comparamos los resultados con la densidad in situ la cual serpa nuestro patrón de referencia para la dicha compactación.
C. CBR (California Bearing Ratio) ASTM D1883: i.
ORIGEN:
Este método fue propuesto en 1929 por los ingenieros T.E. Stanton y O.J. Porter del departamento de carreteras de California. Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos y así evaluar la resistencia al corte de materiales que conforman las capas de un pavimento.
ii.
DEFINICIÓN DE NÚMERO CBR:
El número CBR, se obtiene de la relación de la carga unitaria (lbs/pulg2) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón de penetración (19.4 cm2) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria. Se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para un suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar o modificado del experimento.
PROCTOR ESTÁNDAR ASTM D 698 A B Peso martillo (lb) 5.5 5.5 Diámetro molde () 4 4 Numero de Capas 3 3 Numero de golpes / capa 25 25
C 5.5 6 3 56
PROCTOR MODIFICADO ASTM D 1557 A B Peso martillo (lb) 10 10 Diámetro molde () 4 4 Numero de Capas 5 5 Numero de golpes / capa 25 25
C 10 6 5 56
CBR – ASTM D 4429 – 93 Peso martillo (lb) Diámetro molde () Numero de Capas Numero de golpes / capa
10
6 10 5 25
56
El método CBR comprende los 3 ensayos siguientes:
Determinación de la densidad y humedad. Determinación de las propiedades expansivas del material. Determinación de la resistencia a la penetración.
El comportamiento de los suelos varía de acuerdo a su grado de alteración (inalterado y alterado) y a su granulometría y características físicas (granulares, finos, poco plásticos). El método a seguir para determinar el CBR será diferente en cada caso:
Determinación del CBR de suelos perturbados y remoldados: o o o
Gravas y arenas sin cohesión. Suelos cohesivos, poco plásticos y poco o nada Suelos cohesivos y expansivos.
expansivo.
Determinación del CBR de suelos inalterados.
Determinación del CBR in situ.
iii.
HUMEDAD DE MEZCLADO: Es un factor importante en suelos finos y debe controlarse debidamente. El contenido de humedad de la muestra amasada que se va a compactar, deberá ser igual al correspondiente a la densidad que se desea obtener, se ha comprobado que si esta humedad de mezclado varía en ±0.5% de la que se desea obtener, los CBR variarán apreciablemente aun cuando se obtenga una densidad aproximadamente igual a la densidad deseada.
iv.
EQUIPOS, PROBETAS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR: a. Para la Compactación: - Molde de diám.= 6”, altura de 7” a 8” y un collarín de 2”. - Disco espaciador de acero diám. 5 15/16” y alt. 2.5” - Pisón Peso 10 lb. y altura de caída 18”. - Trípode y extensómetro con
aprox. 0.001”.
- Pesas de plomo anular de 5 lbs c/u (2 pesas).
b. Para la Prueba de Penetración: - Pistón sección circular Diám. = 2 pulg. - Aparato para aplicar la carga: Prensa hidráulica. V= 0.05 pulg/min. Con anillo calibrado.
- Equipo misceláneo: balanza, horno, tamices, papel filtro, tanques
para inmersión de muestra a saturar, cronómetro,
extensómetros, etc.
v.
CÁLCULO DE CBR:
) ( vi.
CLASIFICACIÓN DE SUELOS PARA USO EN PAVIMENTOS:
vii. -
PROCEDIMIENTO Y ACTIVIDADES: Se prepara la muestra necesaria. Previamente se debe haber efectuado el ensayo proctor modificado.
-
Se calcula una cantidad suficiente para moldear tres muestras.
-
Los moldes se compactan con el óptimo contenido de humedad obtenido con el ensayo proctor modificado.
-
Se preparan los tres moldes CBR y se colocan a las placas de base. Hay que colocar un disco espaciador sobre la placa de la base de cada molde.
-
Se compacta cada molde a diferente energía de compactación.
-
La energía de compactación se controla con el N° de golpes y serán de 56, 25 y 10 golpes por capa respectivamente.
-
Luego de compactado, se enrasa y se retira de la placa de base.
-
Se gira el molde de modo que la parte superior quede abajo, se retira el disco espaciador y queda un espacio para luego colocar la sobrecarga.
-
Se fija de nuevo a la placa de base. Luego la muestra está preparada para la etapa de saturación.
-
Se coloca un papel filtro sobre la parte superior de la muestra. Luego se sitúa la placa perforada con vástago ajustable y sobre ella se coloca las pesas de sobrecarga.
-
El trípode con el cuadrante medidor de deformaciones se coloca sobre el canto del molde y se ajusta al vástago de la placa perforada. Se registra la lectura y se quita el trípode.
-
Se sumerge el molde en un recipiente con agua y se deja saturar durante cuatro días.
-
Colocar el soporte de trípode sobre la muestra todos los días y tomar nota la lectura de la expansión.
-
Después de cuatro días, se saca el molde, se deja drenar durante 15 minutos aproximadamente.
-
Se quitan las pesas, la placa perforada y el papel filtro.
-
Se colocan nuevamente las pesas de sobrecarga y se prepara para la etapa de penetración.
-
Se coloca el molde sobre el soporte de carga de la prensa y se ajusta de manera que el pistón quede centrado con la muestra.
-
Se coloca en cero el indicador de presión del anillo de carga y el dial de deformación.
-
La velocidad de penetración del pistón en el suelo es de 0.05 de pulgada por minuto. La velocidad se controla por tiempo con un cronómetro.
-
Se registran las lecturas de la presión a 0.025, 0.050, 0.075, 0.100, 0.200, 0.300, 0.400, y 0.500 pulgadas de penetración.
-
Luego de terminada la
prueba, se retira las sobrecargas, se
recupera el suelo ensayado y se toma muestra para determinar la humedad final. -
Se traza una curva presión - penetración en escala aritmética. El CBR se calcula para 0.1 y 0.2 pulgadas de penetración con las presiones correspondientes.
-
Si la curva tiene la curvatura con más de dos puntos de inflexión, se debe efectuar la corrección trazando una tangente en el punto de mayor pendiente y se prolonga hasta la base para obtener un cero corregido. Luego se leen los valores de carga corregidos para 0.1 pulgadas de penetración y 0.2 pulgadas de penetración.
viii.
RESULTADOS OBTENIDOS:
Molde No No de capas No de golpes por capa Condición de muestra Peso molde (gr) Pmh + molde (gr) Pmh (gr) Vmh (cm3) Dh (gr/cm3) CONTENIDO DE HUMEDAD Ensayo No Pt (gr) Pmh + t (gr) Pms + t (gr) Pw (gr) Pms (gr) W (%) W prom (%) Ds (gr/cm3)
Ensayo de CBR: 1H2
2H2
3H2
5
5
5
10
25
55
Antes de empapar 8035 12185 4150 2328.7892 1.7820
Tara 1 - A 163.00 254.00 241.00 91.0000 78 16.6667 16.6667 1.5275
8035 12226 4191 2328.7892 1.7996
Antes de empapar 7989 12683 4694 2328.7892 2.0156
Tara 1 - B 163.00 644.00 557.00 481.0000 394 22.0812 22.0812 1.4741
Tara 2 - A 140.00 266.00 249.00 126 109 15.5963 15.5963 1.7437
Después
7989 12789 4800 2328.7892 2.0612
Antes de empapar 7209 12854 5645 2328.7892 2.4240
7209 12920 5711 2328.7892 2.4523
Tara 2 - B 140.00 532.00 461.00 392 321 22.1184 22.1184 1.6878
Tara 3 - A 151.00 810.00 725.00 659 574 14.8084 14.8084 2.1114
Tara 3 - B 151.00 472.00 420.00 321 269 19.3309 19.3309 2.0551
Después
Después
Dimensiones MOLDE (cm) Altura 12.80 Diámetro 15.22 Disco espaciador (cm) 5.00 Altura Diámetro 15.00 Peso de la muestra (gr) 6 000
Ensayo de Hinchamiento:
TIEMPO ACUMULADO HORAS 0 264
DIAS 0 11
MOLDE No 2 HINCHAMIENTO mm % 0 0 27.00 21.09
E% = Lectura de la muestra (mm) Altura de la muestra (mm)
MOLDE No 3 HINCHAMIENTO mm % 0 0 31.00 24.22 * 100
MOLDE No 1 CARGA ESFUERZO
PENETRACIÓN mm
pulg
0.00 0.64 1.27 1.91 2.54 3.18 3.81 4.45 5.08 6.35 7.62 8.89 10.16 11.43 12.70
0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500
Ensayo: Carga - Penetración: MOLDE No 2 CARGA ESFUERZO
lb kg/cm2 Lb/pie2 0.00 0.00 0.00 9.00 0.19 2.86 14.00 0.30 4.46 17.00 0.37 5.41 20.00 0.43 6.37 22.00 0.47 7.00 22.50 0.48 7.16 23.10 0.50 7.35 23.50 0.51 7.48 24.50 0.53 7.80 25.10 0.54 7.99 26.00 0.56 8.28 26.90 0.58 8.56 27.50 0.59 8.75 28.00 0.60 8.91
Diámetro pisón =
2 pulg =
MOLDE No 3 CARGA ESFUERZO
lb kg/cm2 Lb/pie2 lb kg/cm2 Lb/pie2 18.00 0.00 0.00 21.00 0.00 0.00 27.00 0.58 8.59 37.00 0.80 11.78 34.50 0.74 10.98 47.00 1.01 14.96 38.00 0.82 12.10 55.00 1.18 17.51 41.00 0.88 13.05 60.00 1.29 19.10 42.00 0.90 13.37 65.00 1.40 20.69 44.00 0.95 14.01 68.50 1.47 21.80 46.00 0.99 14.64 71.50 1.54 22.76 49.60 1.07 15.79 77.00 1.66 24.51 53.50 1.15 17.03 83.00 1.79 26.42 57.00 1.23 18.14 88.00 1.89 28.01 60.00 1.29 19.10 93.50 2.01 29.76 63.00 1.36 20.05 98.50 2.12 31.35 66.10 1.42 21.04 103.00 2.22 32.79 68.80 1.48 21.90 107.00 2.30 34.06 5.08 cm
2
20.27 cm2 0.067588796
Área del pisón = 3.1416 pie = factor de conversión =
40.00 35.00
) 2 g 30.00 l u p / 25.00 l L (
MOLDE No1
O20.00 Z R 15.00 E U F S 10.00 E
MOLDE No2 MOLDE No3
5.00 0.00 0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
PENETRACIÓN (Pulg)
0.500
0.600
Ensayo
Esfuerzo Entre 0.1” Y 0.2” de Penetración :
MOLDE No PENETRACIÓN ESF. TERRENO (Lb/pie2)
MOLDE No1 0.1" 0.2" 6.37 7.48
MOLDE No2 MOLDE No3 0.1" 0.2" 0.1" 0.2" 13.05 15.79 19.10 24.51
ESF. PATRÓN (Lb/pie2)
1000
1500
1000
1500 1000 1500
C.B.R. (%)
0.637
0.499
1.305
1.053 1.910 1.634
E% = ESFUERZO TERRENO (Lb/pie2) * 100 ESFUERZO PATRÓN (Lb/pie2)
Ensayo: CBR y Densidad Seca
MOLDE No PENETRACIÓN CBR (%)
MOLDE No1 0.1" 0.2" 0.637 0.499
MOLDE No2 0.1" 0.2" 1.305 1.053
MOLDE No3 0.1" 0.2" 1.910 1.634
Ds (gr/cm3)
1.4741
1.6878
2.0551
1.4741
1.6878
2.0551
2.5000 2.0000 ) 3
1.5000
m c / r g ( s 1.0000 D
PARA 0.1" PARA 0.2"
0.5000 0.0000 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
CBR (%)
Ds máx =
2.03 gr/cm3
C.B.R. (0.1") =
1.45
95% Ds máx=
1.9285 gr/cm3
C.B.R. (0.2") =
1.68
ix.
ANÁLISIS: Tabla N0
01: Esfuezo patrón para 0.1” y 0.2”
Tabla N0 02: Valores referenciales de CBR, usos y suelos
Tabla N0 02: Con el resultado de CBR se clasifica el suelo mediante la siguiente tabla
CONCLUSIONES a. Cono de Arena: - Esta práctica es muy interesante ya que por medio de ella podemos conocer el grado de compactación de una capa de campo, es muy sencilla, no necesita mucho tiempo (con excepción de esperar a que se seque la muestra extraída del agujero), además de que la información que nos proporciona es muy cercana a la realidad. - Para el cálculo del porcentaje de compactación, se utilizó un peso específico seco máximo asumido en el laboratorio. - De dicho ensayo, al ser un método directo, se obtuvo el grado real de compactación que en nuestro caso está cerca al óptimo de compactación que oscila entre 95% y 100%, esto indica que la humedad presente en la muestra de suelo es suficiente para alcanzar la compactación adecuada.
b. Proctor Modificado: - El propósito de este ensayo de laboratorio es determinar la curva de compactación para una determinada energía de compactación. Esta curva considera en abscisas el contenido de humedad y en ordenadas la densidad seca. A partir de ella, se podrá obtener la humedad llamada óptima que es la que corresponde a la densidad máxima. - Después de realizado el laboratorio podemos concluir que el ensayo Proctor Modificado es muy importante en la ingeniería de suelos, y sobre todo en el diseño y construcción de rellenos y terraplenes.
c. CBR (California Bearing Ratio): - Este ensayo mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo y para poder evaluar la calidad del terreno para subrasante, sub base y base de pavimentos. - El valor que obtengamos del CBR en esta prueba hace parte integral de muchos métodos de diseño de pavimentos que en nuestro caso como ingenieros son bastante importantes para lograr una buena carretera. - La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporto (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de compactación variables.
RECOMENDACIONES a. Cono de Arena: - Generalmente es deseable contar con una arena uniforme o se un solo tamaño para evitar problemas de segregación, de modo que con las condiciones de vaciado pueda logarse la misma densidad, del suelo que se ensaya. - Es recomendado etiquetar cada material y herramientas a usar, para así evitar confusiones y posteriormente tener problemas al momento del cálculo. - En el momento del ensayo en terreno, se debe evitar cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puedo provocar introducir un exceso de arena en el agujero. - Se debe emplear todos los conocimientos adquiridos en clase para tener mayor facilidad en la elaboración del método del cono de arena.
b. Proctor Modificado: - Etiquetar de manera adecuada las bolsas donde se encuentra el material para posteriormente no tener problemas al momento de agregar el porcentaje de agua. - Trabajar con guantes para poder amasar la muestra de una manera adecuada.
c. CBR (California Bearing Ratio): - Se recomienda calcular bien los datos del ensayo de proctor para asi no tener inconvenientes en el desarrollo de esta práctica. - En suelos finos granulares que absorben facilmente la humedad, se recomienda un period de inmersión más corto, pero no menor de 24
horas, ya que se ha demostrado que con este periodo de tiempo, no se veran afectados los resultados.
BIBLIOGRAFÍA
Mecánica de suelos y cimentaciones de Crespo Villalaz, Carlos. www.construmatica.com/libros/l/mecanica_de_suelos_y_cimen taciones/25011
Mecanica de suelos y cimentaciones de Crespo Villalaz, Carlos
... www.buscalibros.cl/libro.php?libro=459710
Mecánica
de
suelos
contenidos.
Mecánica de suelos y cimentaciones. Ed. Escuela de Edificación. ud 1; ud 2. - UNED. Ed. Fundación Escuela de la Edificación.
Madrid.
SUTTON,
bc
(1989)
www.ual.es/GruposInv/RecHid/otros/28002108_0405_mecani casuelos.pdf
Licitec
Libros.
Novedades.
Mecánica de suelos y cimentaciones. Autor, CRESPO VILLALAZ, C. ISBN. Año de edición, 2007. Núm. páginas, 644. Número
de
edición,
6a.
Encuadernación,
Rústica
www.liciteclibros.com/ficha.asp?clave=MX0000200152
Librería Pérgamo - Librería universitaria especializada en libros
Mecánica de suelos y cimentaciones. 5ª edición. Autor: Crespo Villalaz, Carlos. Editorial: Limusa Noriega. Año: 2005. ISBN: 9789681831653 www.pergamo.com
Mecánica de suelos y cimentaciones Sexta Edición Autor: Carlos
Crespo
Villalaz
www.losconstructores.com/TiendaVirtual/tv_detalle.asp?CodP roducto=407&CodPais=42&Criterio=4
Librería Porrúa Autor: CRESPO VILLALAZ, CARLOS. Editorial: LIMUSA sa DE cv, EDITORIAL. Año de Edic: 2008. Colección:. Formato:
RUSTICA.
ISBN:
968-18-6963-2
...
www.porrua.com/tienda_detalleLibro.asp?CB=9789681869632
ANEXOS
Imagen No 1: Material extraído de la calicata, la cual fue elaborada en el distrito de Baños del Inca. Dicho material será utilizado para los ensayos de Proctor Modificado y CBR.
Imagen No 2: Equipo de trabajo n o 3, el cual se encuentra en el proceso de chancado del material extraído de la calicata, dicho proceso se realiza con un martillo de goma, para así lograr que el material pase por la malla n o 4.
Imagen No 3: Equipo el cuál será utilizado para el ensayo de cono de arena, al cual se le agrega el material que en nuestro caso es arena gruesa para así poder determinar el volumen del mismo, posteriormente se recoge la arena para pesarla, dicho procedimiento se realiza dos veces.
Imagen No 4: Cono con arena uniforme y densidad conocida se coloca sobre el hoyo y está se llena con arena, se determina el peso de la arena que ingresa en el hoyo y luego se determina el volumen del hoyo en el cual es igual al volumen de la muestra extraída.
Imagen No 5: Material del grupo, el cual se encuentra con una cantidad de 3% de agua, dicho material tiene que ser bien mezclado para que así tenga la consistencia correcta y elaborar de una manera adecuada los ensayos.
Imagen No 6: Material en proceso de compactación utilizando el Método A.
Imagen No 7: Material compactado con 56 golpes distribuidos por todo el molde cilíndrico de material rígido, el cual será pesado para posteriormente sacar muestras de la parte superior e inferior.
Imagen No 8: Molde colocado en la máquina para así poder sacar la muestra y así poder continuar con el ensayo.
Imagen No 9: Taras colocadas en el horno a una temperatura adecuada y a una hora exacta, para posteriormente sacar el contenido de humedad que se utilizara en el cálculo de los ensayos.
Imagen No 10: Preparación del material para el ensayo de CBR, el cual se encuentra mezclado con una determinada cantidad de agua.
