ESPECIALIZACIÓN EN GEOTECNIA VIAL Y PAVIMENTOS
ENSAYOS DE LABORATORIO
GRUPO N° 1 LINA MARIA REYES SANCHEZ WILSON DANILO SANDOVAL BALLESTEROS LUIS GUILLERMO BERRIO HERNANDEZ JESUS DAVID DIAZ CORTEZ EDUARDO VANEGAS AMAYA JOSE ALFREDO ZOTAQUIRA GALVIZ YAMITH RODRIGO RODRIGUEZ LOPEZ
UNIVERISIDAD SANTO TOMÁS TUNJA ABRIL
2010 LABORATORIOS:
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PROCTOR MODIFICADO Y PROCTOR ESTANDAR
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PERMEABILIDAD PERMEABILIDAD SUELO GRANULAR
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CBR
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EQUIVALENTE DE ARENA
CONTENIDO: INTRODUCCIÓN OBJETIVOS: •
OBJETIVO GENERAL: GENERAL:
•
OBJETIVOS ESPECIFICOS: ESPECIFICOS:
MARCO TEÓRICO MATERIALES PROCEDIMIENTO MEMORIAS DE CÁLCULO CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA
LABORATORIO ENSAYOS DE COMPACTACION PROCTOR MODIFICADO Y PROCTOR STANDAR
INTRODUCCIÓN Los ensayos PROCTOR MODIFICADO Y PROCTOR STANDAR, pretenden obtener un dato teórico de la relación entre la humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde la cual ayudará a obtener el grado de compactación, el material utilizado, procedimientos y cálculos se especificaran por medio de los métodos explicados, tanto en la norma, como en las instrucciones teóricas de clase y los libros especializados en la materia. Para la realización de este ensayo se utilizó material base granular, el cual posee propiedades que lo hacen óptimo en la construcción de vías o edificaciones, por su alta resistencia al corte cuando es sometido a esfuerzos de compresión. Estas propiedades se hacen mucho más efectivas, en el caso de la compactación del material. Este ensayo trata de simular las condiciones a las que el material estará sometido en la vida real, bajo cargas estáticas y dinámicas que se pueden usar como material de fundación o en la construcción de estructuras como carreteras, estos cálculos proveen información valiosa para que el ingeniero disponga cuales son las condiciones ideales de compactación del material y cual su humedad optima.
PROCTOR MODIFICADO NORMA INVIAS E - 142
OBJETIVO GENERAL Determinar la relación entre la humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde de un tamaño dado con un martillo de 4.54 kg (10 lb) que cae desde una altura de 457 mm (18").
OBJETIVOS ESPECIFICOS •
Obtener la humedad optima de compactación.
•
Calcular la densidad máxima de compactación
•
Calcular la densidad seca para todos y cada uno de los moldes a compactar.
•
Calcular las diferentes humedades de compactación de todos y cada uno de los cilindros.
•
Con los cálculos anteriores realizar la respectiva gráfica de Humedad vs Densidad Seca, para así hallar la Humedad Óptima y la Densidad Seca Máxima.
•
Graficar Densidad Seca vs Humedad.
MARCO TEÓRICO La compactación de un suelo es un procedimiento mecánico destinado a aumentar su peso por unidad de volumen, es decir su densidad; lo que trae como consecuencia un incremento de su resistencia al esfuerzo cortante y una disminución de su compresibilidad y de su permeabilidad. Los factores que influyen en la compactación son los siguientes:
•
El tipo de suelo.
•
El método de compactación.
•
La energía de compactación.
MATERIALES Si el suelo está húmedo cuando se recibe del campo, séquese hasta que se note friable al introducir en él una espátula. El secamiento puede efectuarse en el aire, o mediante el uso de aparatos de secado, siempre que la temperatura no exceda de 60°C (140°F). Rómpanse luego perfectamente los terrones pero de tal manera que se evite la reducción del tamaño natural de las partículas individuales. Tamícese una cantidad representativa de suelo pulverizado sobre el tamiz de 19.0 mm (3/4"). Descártese el material grueso si lo hubiere, retenido sobre dicho tamiz. Selecciónese una muestra representativa, que tenga un peso de 15600 gr de suelo preparado.
PROCEDIMIENTO
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Para este laboratorio se utilizo el método D. Se procede a tomar 5200 gr de la muestra representativa seleccionada con la humedad natural que se tiene en el momento del ensayo, que debe estar por debajo del contenido óptimo de humedad. Se pesa el equipo de compactación (molde + base). Tómese la muestra compactando el suelo en el molde de 152 mm (6") de diámetro (con el collar ajustado) en cinco capas aproximadamente iguales, que den una altura total compactada alrededor de 127 mm (5"), compactándole cada capa mediante 56 golpes del martillo distribuidos uniformemente. Después de la compactación, remuévase el collar de extensión, recórtese cuidadosamente el suelo excedente compactado en la parte superior del molde, mediante la regla con borde recto. Los huecos que se hayan desarrollado en la superficie por la remoción de material grueso deberán rellenarse con material de tamaño más pequeño. Pésese el molde y el suelo húmedo en gramos. Sáquese el material del molde y córtese verticalmente por el centro. Tómese una muestra representativa del material de una de las caras del corte, pésese inmediatamente, séquese en un horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) por lo menos durante 12 horas o hasta obtener un peso constante, para determinar el contenido de humedad. Se Añadió agua en cantidad suficiente para aumentar la humedad de la muestra en tres puntos de porcentaje, y se repitió el procedimiento anterior para cada incremento de agua, se tomaron dos puntos más.
REGISTRO FOTOGRAFICO
MOLDES UTILIZADOS PARA EL ENSAYO
DE
COMPACTACION
PROCTOR MODIFICADO
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MEMORIAS DE CÁLCULO TABLA ENSAYO DE COMPACTACION PROCTOR MODIFICADO
Prueba No. No de golpes Humedad deseada (%) Humedad natural (%) Humedad adicional (%) Peso de la muestra húmeda (gr) Volumen de agua adicional (cm3) Molde No. Peso del molde (gr) Peso de la muestra Hum+Molde (gr) Peso de la Muestra Compacta (gr) Peso de la Muestra Seca (gr) Diámetro del molde (cm) Altura de la Muestra (cm) Volumen del Molde
Recipiente No. Peso del Recipiente (gr) Peso del Reci. + Suelo Húmedo (gr) Peso del Reci. + Suelo Seco (gr)
1 56 3 3 0
2 56 6 3 3
3 56 9 3 6
5200
5200
5200
1 2800
156 1 2800
312 1 2800
7020
7360
7280
4220 3855,31 15,24 11,6 2116,01
4560 4060,44 15,24 11,6 2116,01
4480 3935,45 15,24 11,6 2116,01
10 38,8
17 37,1
18 36
157,2
233,8
287,5
146
209,6
252,7
PARA EL VOLUMEN ADICIONAL DE AGUA: Ww = Vw
y
Vw = w adic. * Wmuestra
Ww: Peso del agua Vw: Volumen del agua W adic.: Humedad adicional Wmuestra: Peso de la muestra Humedad natural. Para w adic. 3%. Vw = 0,03 * 5200 = 156 cc.
4
Para w adic.6%. Vw = 0,06 * 5200 = 312 cc. PARA EL CALCULO DE LA HUMEDAD: w = Ww / Ws w: humedad de la muestra. Ww: Peso del agua. Ws: Peso de los solidos. Para prueba No. 1 w = [( Peso del Reci. + Suelo Húmedo) - (Peso del Reci. + Suelo seco)] / [(Peso del Reci. + Suelo seco) – (Peso del Reci.)] w =[(157,2 - 146) / (146 – 38,8)] = 9,46% Para prueba No. 2 w = [( Peso del Reci. + Suelo Húmedo) - (Peso del Reci. + Suelo seco)] / [(Peso del Reci. + Suelo seco) – (Peso del Reci.)] w =[(233,8 – 209,6) / (209,6 – 37,1)] = 12,3% Para prueba No. 3 w = [( Peso del Reci. + Suelo Húmedo) - (Peso del Reci. + Suelo seco)] / [(Peso del Reci. + Suelo seco) – (Peso del Reci.)] w =[(287.5 – 252,7) / (252,7 – 36,0)] = 13,84% CALCULO DENSIDAD SECA:
γd
= Ws / (Vs * γo)
γd: Densidad máxima seca. Ws: Peso de Sólidos. Vs: Volumen de sólidos
γd: Densidad del agua 1gr/cc. γd
= [( Peso muestra compacta) / (1 + w)] / ( Volumen del molde)
Para prueba No. 1
γd
= (4220 / ( 1+ 0,0946)) / 2116,01 = 1,82
Para prueba No. 2
γd
= (4560 / ( 1+ 0,123)) / 2116,01 = 1,92
Para prueba No. 3
γd
= (4480 / ( 1+ 0,1384)) / 2116,01 = 1,86
RESULTADO CALCULOS DE HUMEDAD Y DENSIDAD
Densidad Humedad
1,82 9,46
1,92 12,30
GRAFICO DE COMPACTACION
FUENTES DE ERROR EN EL ENSAYO Las posibles fuentes de error se deben a: •
No tener con exactitud la humedad natural de la muestra.
1,86 13,84
•
No haber realizado una mezcla de la muestra para homogenizar tanto granulometría como humedad natural.
•
Por falta de experiencia en el manejo del martillo al momento de la compactación de cada una de las capas.
CONCLUSIONES •
La Densidad máxima seca
γd
para el material utilizado en el ensayo de
compactación es de 1,922 según la grafica de Densidad Vs Humedad, al igual se deduce de esta que la humedad optima de compactación es del 12%. •
Se calcularon las densidades secas para cada uno de los ensayos
γd1= 1,82, γd2 =
1,92 y γd3 =1,86. •
Se obtuvieron las humedades para cada uno de los ensayos w 1 = 9,46%, w2 = 12,30% y w3 = 13,84%.
•
Con los cálculos se elaboro la respectiva grafica Humedad Vs Densidad, para hallar la densidad máxima y la humedad optima de compactación.
BIBLIOGRAFIA •
Instituto nacional de vías, Normas técnicas ``INVIAS E 142 de 2007``.
•
BADILLO, J Mecánica de suelos Tomo I. Editorial Limusa México 2005.
•
VILLALAZ, Crespo. Mecánica de suelos y cimentaciones, Editorial Li musa México 2004.
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Apuntes de clase.
PROCTOR STANDAR NORMA INVIAS E - 141
OBJETIVO GENERAL
Determinar la relación entre la humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde de un tamaño dado con un martillo de 2,5 kg (5,5 lb) que cae desde una altura de 305 mm (12").
OBJETIVOS ESPECIFICOS •
Obtener la humedad optima de compactación.
•
Calcular la densidad máxima de compactación
•
Calcular la densidad seca para todos y cada uno de los moldes a compactar.
•
Calcular las diferentes humedades de compactación de todos y cada uno de los cilindros.
•
Con los cálculos anteriores realizar la respectiva gráfica de Humedad vs Densidad Seca, para así hallar la Humedad Óptima y la Densidad Seca Máxima.
•
Graficar Densidad Seca vs Humedad.
MARCO TEÓRICO La compactación de un suelo es un procedimiento mecánico destinado a aumentar su peso por unidad de volumen, es decir su densidad; lo que trae como consecuencia un incremento de su resistencia al esfuerzo cortante y una disminución de su compresibilidad y de su permeabilidad. Los factores que influyen en la compactación son los siguientes:
•
El tipo de suelo.
•
El método de compactación.
•
La energía de compactación.
MATERIALES Si el suelo está húmedo cuando se recibe del campo, séquese hasta que se note friable al introducir en él una espátula. El secamiento puede efectuarse en el aire, o mediante el uso de aparatos de secado, siempre que la temperatura no exceda de 60°C (140°F). Rómpanse luego perfectamente los terrones pero de tal manera que se evite la reducción del tamaño natural de las partículas individuales.
Tamícese una cantidad representativa de suelo pulverizado sobre el tamiz de 19.0 mm (3/4"). Descártese el material grueso si lo hubiere, retenido sobre dicho tamiz. Selecciónese una muestra representativa, que tenga un peso de 7500 gr de suelo preparado.
PROCEDIMIENTO •
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•
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Para este laboratorio se utilizo el método C. Se procede a tomar 2500 gr de la muestra representativa seleccionada con la humedad natural que se tiene en el momento del ensayo, que debe estar por debajo del contenido óptimo de humedad. Se pesa el equipo de compactación (molde + base). Tómese la muestra compactando el suelo en el molde de 152 mm (6") de diámetro (con el collar ajustado) en cinco capas aproximadamente iguales, que den una altura total compactada alrededor de 127 mm (5"), compactándole cada capa mediante 56 golpes del martillo distribuidos uniformemente. Después de la compactación, remuévase el collar de extensión, recórtese cuidadosamente el suelo excedente compactado en la parte superior del molde, mediante la regla con borde recto. Los huecos que se hayan desarrollado en la superficie por la remoción de material grueso deberán rellenarse con material de tamaño más pequeño. Pésese el molde y el suelo húmedo en gramos. Sáquese el material del molde y córtese verticalmente por el centro. Tómese una muestra representativa del material de una de las caras del corte, pésese inmediatamente, séquese en un horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) por lo menos durante 12 horas o hasta obtener un peso constante, para determinar el contenido de humedad. Se Añadió agua en cantidad suficiente para aumentar la humedad de la muestra en tres puntos de porcentaje, y se repitió el procedimiento anterior para cada incremento de agua, se tomaron dos puntos más.
PROCEDIMIENTO
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MEMORIAS DE CÁLCULO
PARA EL VOLUMEN ADICIONAL DE AGUA: Ww = Vw
y
Vw = w adic. * Wmuestra
Ww: Peso del agua Vw: Volumen del agua W adic.: Humedad adicional Wmuestra: Peso de la muestra Humedad natural. Para w adic. 3%. Vw = 0,03 * 5200 = 156 cc. Para w adic.6%. Vw = 0,06 * 5200 = 312 cc.
PARA EL CALCULO DE LA HUMEDAD: w = Ww / Ws w: humedad de la muestra. Ww: Peso del agua. Ws: Peso de los solidos. Para prueba No. 1 w = [( Peso del Reci. + Suelo Húmedo) - (Peso del Reci. + Suelo seco)] / [(Peso del Reci. + Suelo seco) – (Peso del Reci.)] w =[(157,2 - 146) / (146 – 38,8)] = 9,46% Para prueba No. 2 w = [( Peso del Reci. + Suelo Húmedo) - (Peso del Reci. + Suelo seco)] / [(Peso del Reci. + Suelo seco) – (Peso del Reci.)] w =[(233,8 – 209,6) / (209,6 – 37,1)] = 12,3% Para prueba No. 3 w = [( Peso del Reci. + Suelo Húmedo) - (Peso del Reci. + Suelo seco)] / [(Peso del Reci. + Suelo seco) – (Peso del Reci.)] w =[(287.5 – 252,7) / (252,7 – 36,0)] = 13,84% CALCULO DENSIDAD SECA:
γd
= Ws / (Vs * γo)
γd: Densidad máxima seca. Ws: Peso de Sólidos. Vs: Volumen de sólidos
γd: Densidad del agua 1gr/cc. γd
= [( Peso muestra compacta) / (1 + w)] / ( Volumen del molde)
Para prueba No. 1
γd
= (4220 / ( 1+ 0,0946)) / 2116,01 = 1,82
Para prueba No. 2
γd
= (4560 / ( 1+ 0,123)) / 2116,01 = 1,92
Para prueba No. 3
γd
= (4480 / ( 1+ 0,1384)) / 2116,01 = 1,86
GRAFICO DE COMPACTACION
FUENTES DE ERROR EN EL ENSAYO Las posibles fuentes de error se deben a: •
No tener con exactitud la humedad natural de la muestra.
•
No haber realizado una mezcla de la muestra para homogenizar tanto granulometría como humedad natural.
•
Por falta de experiencia en el manejo del martillo al momento de la compactación de cada una de las capas.
CONCLUSIONES •
La Densidad máxima seca
γd
para el material utilizado en el ensayo de
compactación es de 1,922 según la grafica de Densidad Vs Humedad, al igual se deduce de esta que la humedad optima de compactación es del 12%. •
Se calcularon las densidades secas para cada uno de los ensayos 1,92 y γd3 =1,86.
γd1= 1,82, γd2 =
•
Se obtuvieron las humedades para cada uno de los ensayos w 1 = 9,46%, w2 = 12,30% y w3 = 13,84%.
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Con los cálculos se elaboro la respectiva grafica Humedad Vs Densidad, para hallar la densidad máxima y la humedad optima de compactación.
BIBLIOGRAFIA •
Instituto nacional de vías, Normas técnicas ``INVIAS E 142 de 2007``.
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BADILLO, J Mecánica de suelos Tomo I. Editorial Limusa México 2005.
•
VILLALAZ, Crespo. Mecánica de suelos y cimentaciones, Editorial Li musa México 2004.
•
Apuntes de clase.
