UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS MECÁNICA DE SUELOS LABORATORIO N° 3 2016 – 1 FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL DOCENTE: MILAGROS DEL PILAR SOTO DUEÑAS SECCIÓN: CV55 FECHA DEL ENSAYO: 06/04/2016 TRABAJO PRESENTADOS POR LOS ALUMNOS: BLÁCIDO RIVERA, Ruth
u201319345
CHAVEZ MORE, Jordys
u201319353
QUILLA CÁRDENAS, Diego
u201417169
UPC-VILLA
CONTENIDO CONTENIDO…………………………………………………………………………………2
INTRODUC INTRODUCCIÓN CIÓN................................. .................................................. .................................. ................................. ................................. ................................. .................. 3 OBJETIVO OBJETIVO GENERAL GENERAL .................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. .......................... ........ 4 ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGÍA MODIFICADA (PRÓCTOR MODIFICADO) MODIFICADO).................. ......... ................... ................... ................... ................... .............. ..... 5 A) OBJETIVO ................... ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ................... ............. ... 5 B) MATERIALES MATERIALES ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. ............................ ........... 5 C) PROCEDIM PROCEDIMIENTO IENTO.................................. ................................................... ................................. ................................. .................................. .................... ... 7 D) CÁLCULOS CÁLCULOS .............................. ............................................... ................................. ................................. .................................. ................................ ............... 11 E) OBSERVACI OBSERVACIONES ONES ................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. ................... 13 F) FUENTES DE ERROR .................. ......... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ................... ............ 14 G) RECOMENDACIONES: RECOMENDACIONES: ................... ......... ................... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ......... 14 H) CONCLUSIONES ................... ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ......... 15 DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE CAMPO .............................................................. 16 A) OBJETIVO ................... ......... ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ................... ............ 16 B) MATERIALES MATERIALES ................................. ................................................. ................................. .................................. .................................. .......................... ......... 16 C) PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO .................. ........ ................... .................. ................... ................... .................. ................... ................... ................... ................... ......... 17 D) CÁLCULOS CÁLCULOS .............................. ............................................... ................................. ................................. .................................. ................................ ............... 19 E) FÓRMULAS UTILIZADAS:.................. ......... .................. ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................ ...... 20 F) OBSERVACI OBSERVACIONES ONES ................................. .................................................. ................................. ................................. .................................. ................... 20 20 G) FUENTES DE ERROR .................. ......... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ................... ............ 20 H) RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES .................. ......... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................... ................... ............ 21 I)
CONCLUS CONCLUSIONES IONES ................................ ................................................. .................................. ................................. ................................. ..................... .... 21
GRADO DE COMPACTACIÓN ............................................................................................. 22 A) CÁLCULO DEL GRADO GRADO DE COMPACTACION COMPACTACION (%GC).................. ........ ................... .................. ................... .......... 22 22 B) USOS SEGÚN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN COMPACTACIÓN.................. ......... ................... ................... .................. .............. ..... 22 C) RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES GENERALES......................... GENERALES............... ................... .................. ................... ................... .................. ........... .. 23 D) CONCLUSIONES GENERALES.................. ......... ................... ................... ................... ................... .................. ................... ................ ...... 23 BIBLIOGRAF BIBLIOGRAFIA IA.................................. .................................................. ................................. ................................. ................................. ................................. .................. .. 24
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INTRODUCCIÓN Existen dos tipos de ensayo Próctor: ensayo de Próctor modificado y ensayo de Próctor estándar. La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido a una mayor masa del pisón y mayor altura de caída en el Próctor modificado. Además, los moldes utilizados para cada tipo tienen diferente diámetro. En esta oportunidad, se trabajó un ensayo de Próctor modificado en laboratorio y el ensayo cono de arena en campo con la finalidad de calcular la máxima densidad seca en laboratorio y la densidad seca en campo, parámetros necesarios para el cálculo del porcentaje de compactación del suelo en estudio. El Próctor indiferentemente del tipo que sea (Próctor estándar o Próctor modificado) tiene tres métodos alternativos (A, B y C). Para identificar el método, se toma una muestra alterada del suelo en estudio y se trae al laboratorio para realizar su granulometría y determinar los porcentajes que retiene cada malla. Según esto, se puede afirmar el método que se empleará. En este ensayo, se utilizó el material que pasa por el tamiz número ¾ pulgadas. Por lo tanto, nosotros trabajaremos el Próctor modificado empleando el método C. También, se realizó la determinación de la densidad “in situ”; el ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los métodos utilizados, se encuentran el método del cono de arena, balón de caucho e instrumentos nucleares, entre otros. Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho son aplicables en suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 50 mm, y utilizan los mismos principios; es decir, obtienen el peso del suelo húmedo de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y, generalmente, del espesor de la capa compactada. En esta oportunidad se utilizó el método de cono de arena.
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OBJETIVO GENERAL - Calcular el grado de compactación del suelo utilizando los ensayos de cono de arena en campo y el ensayo de Próctor modificado (método “C”) en el laboratorio. - Verificar que el grado de compactación del suelo se encuentre dentro del rango de las especificaciones técnicas.
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ENSAYO DE COMPACTACIÓN DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGÍA MODIFICADA (PRÓCTOR MODIFICADO) Referencia: ASTM D-1557-2009 A) OBJETIVO -
Determinar la relación relación el contenido de humedad humedad óptimo y el peso específico seco máximo del suelo en estudio mediante la curva de compactación.
B) MATERIALES - Tamiz de ¾”
-
Ensamblaje del Molde
- Collarín
-
Molde de 6 pulgadas (101,6 o 152,4 mm)
5
-
Pisón o Martillo de 10 lbf (44.5 N) con una altura de caída de 18 pulgadas (457 mm)
-
Balanza con precisión de 0.1g
-
Horno de Secado
- Regla
-
Herramientas de Mezcla
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-
Tarritos de laboratorio
- Guantes
- Brocha
C) PROCEDIMIENTO -
Se selecciona selecciona el molde molde de compactación compactación apropiado de acuerdo con con el método a ser usado (Método C). Luego, se determina y anota su masa con aproximación al gramo. Se ensamblar el molde, base y collarín, y se chequea el alineamiento de la pared interior del molde con el collarín del molde ajustando de manera correcta las cuatro tuercas.
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-
-
-
Luego, se prepara el material tamizándolo por la malla de 3/4".
Se pesaron pesaron tres porciones de cinco kilos y medio cada cada una una de muestra. Cada Cada porción equivale a un punto de la gráfica de curva de compactación; es decir, se trabajó con tres moldes.
Para cada cada bandeja bandeja se se utiliza utiliza una cantidad diferente de agua, agua, para lograr una humedad diferente para cada porción. La cantidad de agua que se va ir agregando será de acuerdo a la multiplicación del peso de la muestra con un porcentaje creciente, el cual se indica en la tabla. Primero, se colocó el 2% del peso; es decir, si el peso es 5500 gr, entonces 2% significa 110 gr. PORCENTAJE A MULTIPLICAR POR EL PESO DE LA MUESTRA (gr)
CANTIDAD DE AGUA (gr)
2%
110
4.5%
247.5
7.5%
412.5 8
-
-
-
Se mezcla mezcla bien el el agua con todo el material y se divide en 5 porciones porciones iguales. Esta cantidad de porciones permitirá que la compactación se realice de manera correcta.
Posteriormente, se se toma una porción porción y se se coloca en el molde; este último debe encontrase armado.
Seguido, se se empieza empieza a compactar con el martillo; se levanta el el martillo de forma vertical y se deja caer libremente, el martillo debe formar 90° con la superficie del suelo. La compactación debe ser de forma circular. Cada capa debe ser compactada por 56 golpes con este pisón (5 capas).
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-
Después de compactar las las 5 capas, capas, se retira retira el collarín, se enrasa y se rellena los vacíos que pueden generar algunas gravas con el material que pasa por el tamiz de la malla 3/8”.
-
Luego, se procede a pesar el molde con el material compactado.
-
Se pesa pesa los tarritos que servirán para analizar analizar el contenido contenido de humedad de las muestras compactadas.
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-
-
El siguiente siguiente paso fue tomar un poco poco de muestra que que se compactó y colocarlo colocarlo en un tarrito para pesarlo. De cada muestra compactada se toma una pequeña porción para analizar su contenido de humedad (w%).
Por último, se repite el mismo paso paso en los otros dos moldes. moldes. La diferencia entre los tres moldes es su porcentaje de agua medido en gramos. En las siguientes imágenes se muestran las dos cantidades de agua para los dos moldes faltantes.
D) CÁLCULOS Consideraciones para hacer los cálculos: -
Peso suelo húmedo compactado = (peso suelos + molde) - peso molde Densidad húmeda = peso suelo húmedo compactado/ volumen Peso de agua= (peso suelo húmedo + tara) - (peso suelo seco + tara) Peso de suelo suelo seco seco = (peso suelo seco + tara)-(peso tara)-(peso de tara)
→ W % =
→ δd
=
PESO AGUA × 100 PESO SUELO SECO
DENSIDAD HÚMEDA 1 + (CONTENI (CONTENIDO DO DE AGUA/100 AGUA/100))
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MUESTRA MUESTRA MUESTRA 1 2 3 Volumen (cm ) 2123.06 2123.06 2123.06 Peso del molde (g) 6449.4 6449.4 6449.4 Peso molde + suelo (g) 11268.4 11536.5 11545.1 Peso suelo compactado (g) 4819.0 5087.1 5095.7 Densidad Densidad húmeda húmeda (g/cm (g/cm ) 2.270 2.396 2.400 2-3 38-C 33 Capsula Nº 14.2 13.8 14.0 Peso tarrito (g) 92.1 70.1 104.2 Peso suelo húmedo + tara (g) Peso suelo seco + tara (g) 90.0 67.4 98.8 Peso agua (g) 2.1 2.7 5.4 Peso suelo seco (g) 75.8 53.6 84.8 Contenido de humedad w% 2.770 5.037 6.368 Densidad seca (g/cm3) 2.209 2.281 2.256
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 -
La curva curva de compactación (contenido de humedad humedad VS. peso específico) representa la variación de los pesos específicos secos alcanzados por una muestra de suelo que se ha compactado en el laboratorio en dependencia a la variación de los contenidos de humedad de la misma.
Curva de compactación 2.29 y = -0.014x2 + 0.1414x + 1.925 2.28 2.27 ) 3 2.26 m c / g ( a2.25 c e S d2.24 a d i s n e2.23 D
2.22 2.21 2.2 0
1
2
3 4 Contenido de humedad (%)
12
5
6
7
-
Se deriva la función obtenida y se iguala a cero para hallar el punto punto máximo de la curva de compactación. = 0014 + 014 01414 14 + 12 125 5 = 00 002 2 + 014 01414 14 = 002 + 01414 = 0 = 5050
ÓPTIMO
= 222
CONTENIDO DE HUMEDAD = 5.050 %
MÁXIMA
DENSIDAD SECA = 2.282 gr/cm3
Energía de compactación
××× = -
W: Peso del martillo h: altura de caída del martillo N: número de golpes por capa n: número de capas compactada V: volumen del molde
=
∗ ∗ ∗ ∗ ∗
Consideraciones: -
Método “C”
Capas: 5 Número de golpes: 56 Diámetro del molde = 6”
= ≃
E) OBSERVACIONES
Se utilizó implementos de seguridad como zaparos de punta de acero, guantes, entre otros. Al momento de pesar pesar las muestras en la balanza, balanza, en ocasiones había un intervalo de variación de ± 0.1 gr. Este ensayo se aplica sólo para suelos que que tienen 30% o menos en peso de sus partículas retenidas en el tamiz de 3/4” (19.0 mm).
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F) FUENTES DE ERROR Los residuos que queden queden alrededor del molde pueden generar errores en los cálculos del peso de la muestra. Realizar el llenado del molde con la muestra usando las manos, nos generará pequeños errores en el contenido de humedad. El mal ajuste del molde y el collarín puede causar desprendimiento del mismo en pleno ensayo y ocasionar que la muestra se altere. efectúan en la muestra con el martillo El mal conteo de los golpes que se efectúan puede causar que la muestra esté mal compactada o sobre compactada. los golpes puede puede variar la energía energía de La mala posición del martillo para dar los compactación. requerida. No soltar el martillo, es decir, ejercer una fuerza adicional a la requerida. Comenzar a apisonar la muestra sin que el molde esté firme al piso ocasionará que este salte y se desequilibre con cada golpe que se aplique, generando una mala compactación de la muestra. caída requerida del martillo o apisonador para el ensayo Obviar la altura de caída antes de proceder con el golpe de compactación generará un error en la energía al compactar la muestra. Homogenizar la muestra con el agua de manera apresurada y sin cuidado. Si el molde y/o los demás implementos a usar están sin un adecuado mantenimiento previo al ensayo se pueden dar accidentes, sobre todo a la hora de compactar usando el apisonador. esté bien definido en la balanza balanza en el momento que Tomar un peso que no esté se pesa, tanto la muestra como cualquier otro material.
G) RECOMENDACIONES: Efectuar medidas congruentes congruentes en los procesos de mezclado mezclado para asegurar que la muestra quede completamente homogenizada. homogenizada. cada capa de muestra en el molde, molde, se debe usar usar guantes Para el llenado, por cada de goma para no quitar humedad ni tampoco aportar humedad propia del cuerpo humano. Ajustar bien el molde, el collarín y el ensamblaje del molde. Llevar una secuencia lógica del número de golpes del pisón sobre la superficie del material. asegurarse de que esté fijo, que Se debe sostener fuertemente el pisón y asegurarse forme 90 grados con la superficie (área de la base del molde). hay que quitarle fuerza ni tirar con con El martillo se debe soltar en caída libre, no hay fuerza. llegue a la máxima altura, para garantizar garantizar la Asegurarse de que el martillo llegue caída potencial requerida según la norma que regula el método del Próctor modificado. los recipientes con los que se se trabajará, para evitar Se debe limpiar bien los polvo o aumento de humedad en nuestro ensayo. cuidado al momento de homogenizar homogenizar la mezcla mezcla de suelo con Se debe tener cuidado agua, ya que pueden caer algunos gramos de muestra a los exteriores del recipiente.
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Verificar que el ensamblado ensamblado del pisón esté en en buenas condiciones condiciones de trabajo y que sus partes no estén flojas o gastadas. Realizar cualquier ajuste o reparación que sea necesaria. Esperar que la balanza balanza se equilibre para poder tomar un peso adecuado. adecuado. Además, se recomienda alejarse a una distancia moderada de la balanza y mantener la puerta cerrada durante el proceso para evitar variaciones en el peso.
H) CONCLUSIONES
Después de haber concluido satisfactoriamente el ensayo Próctor modificado, obtuvimos un peso específico seco máximo de 2.282 gr/cm3 y un grado de humedad óptimo de 5.05 %, evidenciados en la respectiva curva de compactación.
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DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE CAMPO NORMA ASTM D 1556-07 (Cono de Arena) Ar ena) A) OBJETIVO Determinar la densidad seca de campo, mediante el ensayo de cono de arena.
B) MATERIALES
Horno
Balanza
Cono
Contenedor de arena.
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Plato base
Arena limpia
C) PROCEDIMIENTO a. Se debe tener tener preparado la arena limpia y seca dentro de la botella con su respectivo cono. b. Como, en este laboratorio, ya se tenía el lugar ubicado, además de la cavidad ya excavada, se procede entonces a colocar la botella con el cono invertido en la perforación de la placa base y se abre la válvula rápidamente hasta que la arena llene la cavidad del suelo y el cono.
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c. Luego de haber haber retirado el contenedor con el cono, ambos se llevan llevan a pesar junto con la arena que quedó quedó atrapada adentro.
d. Después, se pesa el material material extraído del hoyo y, posteriormente, se tamiza con la malla de ¾ pulgadas, asegurándose que el contenido que pase dicha malla caiga encima de algún recipiente o como en el caso del laboratorio, en una bolsa de muestra, para poder usarlo posteriormente en otros cálculos y evitar la pérdida de humedad.
e. Se pesa el material retenido en el tamiz ¾” (grava), para por fin poder restarle dicho material al total de la muestra excavada, y así tener el peso de la muestra que pasa el tamiz ¾”, lo que será el “peso del suelo sin grava ”.
f. Finalmente, se se pesa en un tarrito una pequeña porción del del material que pasa pasa por el tamiz ¾” para poder secarlo en el horno y de ese modo calcular su
contenido de humedad.
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D) CÁLCULOS
IT
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Descripción
Peso del frasco + arena Peso del frasco + arena que queda Peso de arena empleada (1) - (2) Peso de arena en el cono Peso de arena en excavación (3) – (4) Densidad de la arena Volumen de material extraído (5) / (6) Peso del recipiente+ suelo + grava Peso del recipiente Peso del suelo + grava (8) – (9) Peso retenido en el tamiz ¾´´ Peso específico de grava Volumen de grava (11) / (12) Peso de finos (10) – (11) Volumen de finos (7) – (13) Densidad húmeda (14) / (15)
Fecha Nº De Prueba Nivel - Capa Espesor compactado (m) gr gr gr gr gr g/cm3 cm3 gr gr gr gr g/cm3 cm3 gr cm3 g/cm3
06-Abril 1 Base 0.010 6293.5 1726.8 4566.7 1482.4 3084.3 1.32 2336.591 5017.1 20.7 4996.4 680.6 2.67 254.906 4315.8 2081.685 2.073
CONTENIDO DE HUMEDAD 17 18 19 20 21 22 23
Nº de recipiente Peso del recipiente Peso del recipiente + suelo húmedo Peso del recipiente + suelo seco Peso del contenido de agua (19) ( 19) – (20) Peso del suelo seco (20) – (18) Contenido de humedad (21) / (22) * 100
Densidad seca de campo =
19
= / /3 3
…
gr gr gr gr gr %
22 20.8 112.6 108.4 4.2 87.6 4.795
E) FÓRMULAS UTILIZADAS: -
Contenido de humedad
ω%
-
=
Peso del ontenido de aua × 100 Peso del suelo seo
Densidad seca
δd
=
Densidad húeda 1 + (Contenid (Contenidoo de huedad/ huedad/100) 100)
F) OBSERVACIONES
La arena que resta en el hoyo podrá ser ser reutilizada pero antes tendrá que que ser lavada y secada. Para este ensayo, cabe resaltar que que la hoyo (excavación en campo) ya estaba hecho, así que la muestra ya se encontraba pesada y en una bolsa lista para ser tamizada con la malla ¾” para que posteriormente se pesen las partículas que sean retenidas en el tamiz ¾”.
Los datos del cono y frasco, así como también el peso de la arena y su densidad de la arena y la grava, fueron proporcionados por el técnico y no se tuvo que hallar. Se trabajó estratégicamente con las propiedades propiedades de los materiales (de la arena limpia y del suelo extraído). En este caso, se igualaron los volúmenes, ya que es la misma en el hoyo, e indirectamente se mantuvo constante la relación entre el peso y su respectiva densidad. Se tuvo que que sacar un un poco de la muestra (pasan te de la malla de ¾”) para el cálculo del contenido de humedad.
G) FUENTES DE ERROR
No tarar la balanza balanza antes de pesar Las vibraciones que surgen al momento momento de colocar el equipo de cono de de arena a la base y durante el ensayo pueden alterar el volumen de arena ingresa en el hoyo. No cerrar la válvula antes de retirar el equipo equipo hace que se derrame un poco de arena, y por ende, se alteran los resultados.
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H) RECOMENDACIONES
Tarar la balanza antes de realizar cualquier cualquier pesada. En el momento del ensayo en terreno se recomienda recomienda evitar cualquier cualquier tipo de vibración en el área circundante, ya que esto puede provocar un exceso de arena en el agujero que se está haciendo, puesto que esta no caería libremente sino más densa. Es necesario que la arena del equipo equipo tenga una densidad densidad y una gradación uniforme para evitar la segregación durante la manipulación y su uso. Asegurarse de que que la válvula válvula esté completamente completamente cerrada antes de retirar el equipo y así evitar la pérdida de la arena.
I) CONCLUSIONES
A partir del método de cono de arena, arena, se determinó la densidad seca de campo, dando como resultado 1.978 g/cm3.
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GRADO DE COMPACTACIÓN
A) CÁLCULO DEL GRADO DE COMPACTACION COMPACTACION (%GC)
% =
() ()
× 100% 100%
1 × 100% 222 % = %
% =
B) USOS SEGÚN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN La especificación técnica para el grado de compactación es: Usos Base, afirmado y relleno Sub-bases Sub-rasantes
Grado de compactación compactación
95 % ≤ GC ≥ 100 % >80 % ≥30 %
El grado de compactación (GC) obtenido es 86.678%. Por lo tanto, puede utilizarse como en sub-bases u sub-rasantes.
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C) RECOMENDACIONES GENERALES
Evitar cualquier contacto inadecuado con los materiales de prueba y la muestra que alteren la composición de la misma o los resultados que se obtendrán en los ensayos. El ambiente debe estar libre de algún medio externo como aire acondicionado, ventilador o que la puerta este abierta, porque puede afectar los resultados del contenido de humedad, cuando se saca la muestra en el tarrito para colocarlo en el horno. Además, Además, este procedimiento se debe realizar de forma rápida para que la muestra del tarrito no pierda humedad. pesar la muestra o materiales, mantener mantener la puerta cerrada y Al momento de pesar las personas deben encontrarse a 30 cm de la balanza como máximo, para evitar rozamientos con la balanza u otro tipo de fuerzas que genere variaciones en los pesos. Seguir las recomendaciones recomendaciones en cada ensayo ensayo a manera de recoger datos más precisos. utilizados deben deben de encontrarse limpios. limpios. Todos los materiales utilizados deben ser identificados y pesados antes de ser ser Todos los tarritos empleados deben utilizados, para asegurar la muestra con la que se va a trabajar.
D) CONCLUSIONES GENERALES La densidad densidad máxima máxima para energía modificada es 2.282gr/cm3. El óptimo contenido de humedad del material de base para energía modificada es 5.05%. La energía de compactación del ensayo de Próctor modificado fue de 56000 . resultado un grado de de compactación compactación de 86.678%. Se obtuvo como resultado
NOTA: La elaboración de los ensayos se realizó en un laboratorio de la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas bajo la supervisión de un docente.
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BIBLIOGRAFIA
Manual de laboratorio laboratorio de mecánica de suelos de la Universidad Peruana Peruana de Ciencias Aplicadas.
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