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Ensayos de compactacion...

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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

TEMA: “ENSAYOS DE COMPACTACIÓN”

SEMESTRE: 2017 - 1

“DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS”

INDICE PRESENTACION INTROCDUCCION OBJETIVOS 1. COMPACTACIÓN 1.1. DEFINICIÓN 1.2. COMPACTACION DE SUELOS 1.3. VENTAJAS 1.4. DESVENTAJAS 1.5. PRINCIPIOS DE LA COMPACTACIÓN 1.6. METODOS PARA COMPACTAR EL SUELO 2. ENSAYOS DE COMPACTACIÓN EN CAMPO 2.1. METODO DE CONO DE ARENA 2.2. MÉTODO DEL GLOBO DE HULE (ASTM D 2167) 2.3. DENSÍMETRO NUCLEAR 2.4. PROCTOR ESTÁNADAR Y PROCTOR MODIFICADO 3. REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES - NORMA CE.010 PAVIMENTOS URBANOS 4. CONCLUSIONES 5. RECOMENDACIONES 6. BIBLIOGRAFÍA

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PRESENTACIÓN

El propósito del siguiente trabajo está en relación en cumplimento de lo estipulado por el docente, con el fin de brindar una herramienta didáctica adicional a los estudiantes de la carrera profesional de ingeniería civil, como es de entregar este informe y posteriormente exponer el trabajo de investigación que se realizó, en este caso el tema a tratar es COMPACTACIÓN DEL SUELO. La compactación o reducción de la relación de vacíos se produce de varias maneras: reordenación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reordenación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. La energía que se gasta en este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactación de la máquina de compactar. La eficacia de la energía gastada depende del tipo de partículas que componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactación.

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INTRODUCCION Desde tiempos pre-históricos los constructores han reconocido el valor de la compactación del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por más de 2000 años la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muchos casos, que el valor de la compactación. Por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y continúa asentándose por décadas. Fue R. R. Proctor quien indicó el camino de la compactación efectiva a bajo costo.

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OBJETIVOS 

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.



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.



Determinar la densidad seca máxima que puede alcanzar un suelo, así como el porcentaje óptimo de humedad con que se debe de realizarse la compactación.



Estimar cuales son los factores que influyen en la obtención de los valores de la densidad máxima seca y el contenido óptimo de humedad.

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1. COMPACTACIÓN 1.1.

DEFINICIÓN.

Es la densificación del suelo por remoción de aire, lo que requiere energía mecánica.

1.2.

COMPACTACION DE SUELOS.

La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo.

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1.3. VENTAJAS La compactación permite el mejoramiento de las siguientes propiedades:  Aumenta la capacidad de soporte del suelo.  Reduce los asentamientos del terreno.  Reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la penetración del agua. El agua fluye y el drenaje puede regularse.  Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo, ya que si hay vacíos, el agua penetra y habrá un esponjamiento en invierno y contracción en verano. 

Impide los daños de las heladas, puesto que el agua se expande y aumenta de volumen al congelarse, haciendo que pavimentos se hinchen y losas y estructuras se agrieten.

1.4. DESVENTAJAS 

Aumenta el hinchamiento



Aumenta el potencial de expansión por heladas.

1.5. PRINCIPIOS GENERALES DE LA COMPACTACIÓN. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, este actúa como un agente ablandador de las partículas de suelo, que hace que se deslicen entre si y se muevan a una posición de empaque más denso. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 5.

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 El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco.

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1.6. MÉTODOS PARA COMPACTAR EL SUELO Se emplean cuatro métodos principales de compactación:

1.6.1. COMPACTACIÓN ESTÁTICA O POR PRESIÓN: La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Por ejemplo: Rodillo Estático o Rodillo Liso.

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1.6.2. COMPACTACIÓN POR IMPACTO : La compactación es producida por una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo: Un apisonador.

1.6.3. COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN : La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia . Por ejemplo : Placa o rodillos vibratorios.

1.6.4. COMPACTACIÓN POR AMASADO : 10 | P á g i n a “DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS”

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La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Por ejemplo: Un rodillo “Pata de Cabra”

2.

ENSAYOS DE COMPACTACION EN CAMPO: 2.1.

MÉTODO DEL CONO DE ARENA El ensayo de densidad IN SITU para el método de CONO DE ARENA, permite obtener la densidad de terreno al cual sea aplicado el mismo a, y así verificar los resultados obtenidos en trabajos de compactación de suelos y comparados con las especificaciones técnicas en cuanto a humedad, la densidad y el grado de compactación del suelo evaluado y así poder determinar la calidad del suelo donde se vayan o se esté ejecutando proyectos de ingeniería. 

OBJETIVOS DEL ENSAYO  Determinar la densidad del suelo seco y el contenido de humedad del suelo compactado en el campo, para luego poder determinar el grado de compactación que presenta el suelo en el campo por el método de como de arena.  Comprobar el grado de compactación del campo a partir de nuestro ensayo realizado

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REFERENCIA NORMATIVA



Las siguientes referencias contienen disposiciones que al ser citadas en este texto constituyen requisitos de la presente norma. 

NTP 339.143 : (método de ensayo estándar para la densidad ay peso unitario del suelo in situ mediante el método de cono de arena.



MTC E117 :(densidad en el sitio – Método del cono )



ASTM D 1556:(STANDARD TEST METHOD FOR DENSITY AND UNIT WEIGHTOF SOIL IN PLACE AABY THE SAND A- CONE METHOD)





ASSHTO T 191:(Density in place by the sand cone method)

METODO DEL CONO DE ARENA El método del como de arena se aplica en general a partir de la superficie del material compactado hasta la profundidad aproximada de 15cm. Y cuyo diámetro del hoyo de extracción de suelo es aproximadamente 4 pulgadas y relativo a la abertura de la placa base del cono metálico de ensayo , este modo se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado

(sin

perdidas de material ) ya que el peso del material retirado dividido por el volumen de hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Determinándose la humedad de esa muestra nos permite obtener la densidad seca. Se utiliza una arena uniforme estandarizada (arena compuesta por partículas cuarzosas,

sanas

no

cementadas,

de

granulometría

redondeada

y

comprendida entre las mallas N°10 ASTM (2.0 mm.) y N° 35ASTM (.5mm) y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno. Previamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad que ella tiene para las mismas condiciones de caída que este material va a tener en terreno. Para ello se utiliza un como metálico.

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El método del cono de arena utiliza una arena uniforme normalizada y de granos redondeados a (arena OTAWA con Cu < 2) para llenar el hueco excavado en terreno. El ensayo proporciona un medio para comparar a las densidades secas aún obras en construcción, con las obtenidas en laboratorio. Para ello se tiene la que la densidad seca obtenida en el campo se fija con base a una aprueba de laboratorio. Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la compactación, conocido como Grado de compactación, que se define como la relación en porcentaje , entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo ay la densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio . El grado de compactación de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresión:

MATERIALES Y EQUIPOS

 

Aparato de cono de arena



Arena OTTAWA



Balanza con una calibración al GR.



Capsula



Cincel



Tamiz (3/4”)



Cucharas



Brocha



Martillo 13 | P á g i n a “DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS”

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



Horno



Deposito

APARATO DE CONO DE ARENA El aparato del cono de arena consistirá de un frasco de aproximadamente un galón (3.785 lts) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica con un orificio de 12.7 mm (1/2) de diámetro y que tiene aún pequeño embudo que continua hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con embudo mayor en el otro. Placa de base para su uso, esto puede hacer más fácil la nivelación apero permite en el ensayo abrir agujeros de diámetros mayores y puede reducir la perdida de suelo al pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, así como también ofrecer una base amas constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de ensayo. ARENA OTTAWA Antes de usar una arena deberá secarse ay dejarse luego en reposo hasta que obtenga la condición de seca al aire, en la zona en que va a ser usada.

PLACA METALICA Es una placa con aun orificio central de igual diámetro de 6” de diámetro al del embudo de aparato del cono de arena y puede reducir la a perdida de “DISEÑO MO

a S”

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suelo al pasarlo del agujero de ensayo en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deberá considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de ensayo.

BALANZA De capacidad superior a 10 kg , con n presión de 1 kg. TAMIZ ¾ Para pasar la muestra CUCHARAS Conjuntamente con los guantes nos ayudaran a recoger la muestra . BROCHA Para la limpieza de gra nos en e quipos y hoyo. MARTILLO Conjuntamente con el cincel ayudar a perforar el suelo estudiado . HORNO U ESTUFA Tiene que ser adecuado para secar muestras (T° promedio de 110°duraante 24 horas) con el fin de determinar su contenido de humedad. DEPOSITO Para almacenar ala muestra mientras esta se extrae. PROCEDIMIENTO





Se selecciona lugar para efectuar el ensayo, en nuestro caso al costado del laboratorio de pavimentos de una capa de suelo como subrasante.

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

Antes de iniciar el ensayo a, se debe calibrar el equipo de densidad de campo a, para de esta forma obtener el peso volumétrico de la arena calibrada y el peso de la arena calibrada que queda en el cono después de ejecutar el ensayo, datos que nos sirven en la determinación de la densidad de campo.



Seguidamente se nivela el suelo compactado en el campo y se retira el material suelo.



A continuación se coloca la placa y se comienza a hacer una perforación (cavado con cincel) , teniendo como guía a el agujero interior de la placa , a una profundidad de 15 cm . Todo el material que se saque del agujero se coloca en una bolsa plástica o en un depósito y se pesa.



Para determinar el peso inicial del frasco con la arena calibrada. luego se invierte y se coloca sobre la placa, la cual está colocada en la parte superior del agujero , se abre l llave del cono , permitiendo del paso de la arena.



Cuando el aguajero y el cono están llenos de arena a, se cierra la llave y se procede a determinar el peso final del frasco y la arena contenida en el . por la diferencia de los pesos del frasco mas la arena inicial y de frasco mas la arena final , obtenemos el peso de la arena contenida en el agujero y el cono . a este valor le restamos el peso de la arena que cabe en el cono , obteniendo de esta forma el peso de la arena contenida en el agujero.



el peso de la arena dividida por su densidad , obtenida en el laboratorio mediante la calibración , nos da volumen del agujero



finalmente se debe determinar en el laboratorio, la densidad seca máxima y el contenido de humedad de la muestra recuperada de agujero , para de esta forma , determinar el grado de compactación.

 2.2.

MÉTODO DEL GLOBO DE HULE (ASTM D 2167) El método del Globo de Hule, es un método que ofrece bastante rapidez y practicidad. Para lograr resultados lo más exactos posibles se requiere de mucho cuidado y precisión en la ejecución del ensayo principalmente en la extracción del suelo.

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El aparato que se utiliza se le conoce por su nombre en inglés de “voluvessel” y es un aparato que consiste en un recipiente de vidrio cilíndrico, graduado donde en el fondo se coloca un globo de látex estabilizado por medio de un plato metálico. El objetivo de este ensayo es determinar la densidad del suelo por medio de la extracción del material, dejando un agujero cilíndrico para posteriormente llenarlo con el globo de látex lleno de agua y medir el volumen. Así se podrá determinar dividiendo la masa extraída dentro del volumen de agua que cubre el agujero. El principal factor influyente en posibles errores en este ensayo es la precisión con la que se realice el agujero del suelo, ya que este supone un volumen aproximado del mismo. 2.2.1. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD EN CAMPO POR EL MÉTODO DE GLOBO DE HULE

AASHTO T 205-64: Standard Test Method of Density of Soil In-Place by the Rubber Balloon Method ASTM D 2167: Standard Test Method of Density and Unit Weight of Soil in Place by the Rubber Balloon Method 2.2.2. CONSIDERACIONES GENERALES DEL MÉTODO Una vez establecidos por medio de laboratorio los criterios de compactación para el suelo que se va a utilizar en un sitio determinado, comúnmente con limitaciones de humedad y densidad, es necesario utilizar algún método para verificar los resultados. Ya ha sido analizado el método del cono de arena, en este capítulo se determinarán los criterios y pasos necesarios para la determinación de la densidad por el método del globo de hule. Es adecuado su uso en suelo compactado o terraplenes construidos que contengan partículas finas o que sea granular sin acumulación de rocas o 17 | P á g i n a “DISEÑO MODERNO DE PAVIMENTOS”

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partículas gruesas siempre y cuando el suelo no se deforme durante el ensayo. El método no es adecuado para suelo orgánico, saturado o de alta plasticidad, que probablemente se deforme bajo presiones aplicadas durante el ensayo. El método del globo de hule requiere de especial atención en la aplicación sobre:  Suelos que consisten en material granular sin conexión que no mantengan estables sus paredes en la excavación de un agujero.

 Suelos que contienen cantidades importantes de material grueso en exceso, de partículas mayores a 1½” (37,5 milímetros)

 Suelos granulares que contiene grandes espacios vacíos.

 Materiales de relleno que contengan partículas con esquinas agudas, siempre para suelos que contengan cantidades importantes de partículas mayores a 1½” (37.5 milímetros).

2.2.3. Descripción del ensayo de globo de hule El volumen de un agujero excavado en un suelo dado es determinado usando un recipiente calibrado lleno de agua para llenar una membrana de hule flexible, esta membrana debe llenar el agujero. La densidad de campo húmeda es determinada dividiendo la masa húmeda del suelo removido entre el volumen del agujero. El contenido de humedad y la densidad de campo húmeda son utilizadas para calcular la densidad de campo seca y el peso unitario seco. 2.2.4. Significado y aplicaciones

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El método de globo de hule puede ser utilizado para determinar la densidad en campo y el peso unitario de depósitos de suelo natural e inorgánico, mezclas de suelo-agregado u otro material similar firme; además se puede determinar a través de éste método la densidad de suelos compactados utilizados en construcción de terraplenes, carreteras o rellenos estructurales.

El método también es comúnmente utilizado como base de aceptación para suelos compactados a determinada densidad específica o porcentaje máximo de densidad. El uso de este método comúnmente es limitado a una condición de suelo no saturado, y no es recomendable para suelos flojos o que se puedan deformar fácilmente, los cuales pueden someterse a cambios volumétricos durante la aplicación de presión en el ensayo. El método puede no ser apto para suelos que contengan fragmentos de roca o materiales con partículas anguladas las cuales pueden penetrar la membrana de hule y consecuentemente romperla, es importante la consideración del tamaño de partícula del suelo, ya que si el tamaño es muy grande aproximadamente mayor a 2” se utilizan otros métodos como el de la membrana gigante el cual permite partículas muy grandes. 2.2.5.Equipo El equipo es bastante sencillo, cuenta con elementos que establecen las condiciones ideales para la realización del mismo como se muestra en la siguiente se...