Monografia Ensayo DE Compactación Y Densidad DE Campo PDF

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ensayo de compactación y densidad de campo...

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“UNIVERSIDAD CATÓLICA LOS ANGELES DE CHIMBOTE” FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL CURSO:

Mecánica de Suelos I

TEMA: Ensayo de compactación y densidad de campo INTEGRANTES: Cueva Ruíz Luis López Cadillo Jefher Melgarejo Morales Aldair Mendoza Santiago Alex Sánchez Leiva Elvis Villanueva Valdiviezo yhulino Minaya Soto Edgar DOCENTE: Mg. Ing. Víctor Hugo Cantú Prado GRUPO: 4 “B”

Año 2020

Tabla de contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................................................ 3 1.

OBJETIVOS.............................................................................................................................................................................. 4

JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA. ............................................................................................................................................. 4 2.

MARCO TEÓRICO. ................................................................................................................................................................. 5



CONCEPTO DE COMPACTACIÓN. ...................................................................................................................................... 5



CURVA DECOMPACTACIÓN. ............................................................................................................................................. 7



GENERALIDADES.................................................................................................................................................................. 8



ENSAYO PROCTOR ESTÁNDAR. ........................................................................................................................................ 9



ENSAYO PROCTOR MODIFICADO. .................................................................................................................................. 10



CALIFORNIA BEARNING RATIO (C.B.R.)........................................................................................................................ 11

ENSAYO DE C.B.R. ...................................................................................................................................................................... 11 C.B.R=

CARGA UNITARIA DE ENSAYO ............................................................................................................................... 12



TIPOS DE ENSAYO. ............................................................................................................................................................. 13



PARA LA PENETRACIÓN ................................................................................................................................................... 13

3.

PROCEDIMIENTO DEL PROCTOR EST ANDAR Y MODIFICADO:............................................................................... 14

PROCTOR ESTANDAR: ............................................................................................................................................................... 14 PROCTOR MODIFICADO: ........................................................................................................................................................... 16 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO CBR: .................................................................................................................................... 18 ENSAYO EN CONO DE ARENA ................................................................................................................................................. 21 ENSAYO EN CAMPO ................................................................................................................................................................... 21 4.

RECOMENDACIONES. ........................................................................................................................................................ 23

5.

CONCLUSIONES................................................................................................................................................................... 24

6.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ................................................................................................................................... 27

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INTRODUCCIÓN El presente trabajo de monografía se toma diferentes informaciones necesarias de los videos vistos en clases, para los ensayos de laboratorio para materiales de sub -rasante, sub- base y base en diseño de Pavimentos, carreteras, aeropuertos y losas deportivas ya sea Regidas o Flexibles, que estos laboratorios se deben realizar como Proctor Estándar, modificado y CBR. La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta. Determinar la relación de soporte de california (CBR) de un suelo que está sometido a esfuerzos cortantes, además evaluar la calidad relativa de suelo para sub- rasantes, sub- bases ybase. En el diseño de carreteras o sistemas viales en general, es sumamente importante utilizar el material adecuado ya sea para la base, sub-base o sub-rasante, el cual garantice una larga vida útil a cualquier carretera soportando toda clase de inclemencias además del tránsito que hará uso de la vía. Una de las pruebas más comunes para evaluar los materiales, es el ensayo de CBR, este permite caracterizar un tipo suelo y, así saber su capacidad soportante y el uso al cual puede ser sometido dicho suelo.

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1. OBJETIVOS. 1.1 GENERALES. 

Conocer el procedimiento de la compactación del suelo en laboratorio para los ensayos de proctor estándar y modificado, regidos según la norma ASTM D 1557 (MODIFICADO) Y ASTM D 698 (ESTANDAR).



Describir el procedimiento del ensayo de CBR (CALIFORNIA BEARNING RATIO), para determinar el índice de resistencia del suelo, según la norma ASTM – D1883.

1.2 ESPECÍFICOS. 

Determinar el contenido de humedad y el peso específico de los suelos (curva de compactación).



Conocer los diferentes métodos de realización de los ensayos.



Reconocer las características del suelo y sus propiedades.



Entender la importancia y el uso de cada uno de los ensayos realizados.

JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA. Los ensayos de compactación a realizar son los de proctor modificado y estándar así como también el ensayo de CBR (CALIFORNIA BEARNING RATIO), se realizaran de una muestra representativa de material de afirmado de una pavimentación. Será realizara este trabajo con fines académicos para poder conocer el procedimiento técnico de tales ensayos y el cálculo necesario de cada uno de ellos. Estos se realizaran mediante la guía de las normas técnicas tanto la peruana como la internacional verificando con que cumpla con los métodos establecidos en estas.

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2. MARCO TEÓRICO. 

OBJETO DE LA COMPACTACIÓN DE SUELOS. La compactación de suelos es un procedimiento por el cual se mejoran algunas propiedades mecánicas de los suelos. Mediante la aplicación de energía mecánica se reducen los vacíos que se encuentran con aire en la masa de suelo para aumentar su peso unitario. De esta forma se logra un aumento en la resistencia, en la rigidez, una mejora en la estabilidad volumétrica y una disminución de la permeabilidad del suelo. El mejoramiento mediante compactación es utilizado en rellenos artificiales para la construcción de caminos, presas, terraplenes, entre otros. También puede ser requerido en caso de cimentaciones sobre terreno natural, por ejemplo en arenas sueltas.



CONCEPTO DE COMPACTACIÓN. La compactación de los suelos consiste en el mejoramiento de las propiedades ingenieriles del suelo por medio de energía mecánica. Esto se logra comprimiendo el suelo en un volumen más pequeño y así aumentando su peso específico seco (densificación). Los fundamentos de la compactación de suelos cohesivos son relativamente nuevos, R. Proctor en 1933 desarrollo los principios de la compactación en una serie de artículos. En su honor el ensayo de compactación es llamado ensayo de compactación Proctor. Proctor estableció que la compactación está en función de cuatro variables: 1. Densidad del material, ρd. 2. Contenido de humedad, w. 3. Esfuerzo decompactación. 4. Tipo de suelo (gradación, presencia de minerales de arcilla, etc.)

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El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, esta actúa como un agente suavizante en las partículas del suelo (lubrica las partículas), lo que facilita que las partículas del suelo se deslizan una sobre cada otra y pasen a una configuración más densa, es decir que el peso específico seco después de la compactación al principio aumenta con el aumento del contenido de humedad. Sin embargo llegado un momento se alcanza un contenido de humedad donde la densidad ya no aumenta. En este punto el agua comienza a sustituir los espacios que deberían ser ocupados por las partículas sólidas del suelo y como se sabe la densidad del agua es mucho menor que de las partículas sólidas, ρw « ρs debido a esto es que la curva de la densidad seca comienza a descender. No importa la cantidad de agua que se agregue, el suelo nunca se satura completamente por la compactación.

Imagen N°1. Principio de Compactación, relación peso específico húmedo y contenido de humedad.

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CURVA DECOMPACTACIÓN. Los procesos de compactación comenzaron a desarrollarse en campo como técnicas de construcción. Fue hasta que se trató de estudiar de un modo más riguroso los efectos de tales técnicas y de establecer procedimientos de control de calidad y verificación de resultados en campo cuando nacieron las

pruebas de

compactación en laboratorio, al principio solo con base en la original desarrollada por Proctor, y después con base en toda una serie de pruebas, con variantes más o menos cercanas a la primera, que se desarrollaron con la intención de ir logrando en laboratorio mayor acercamiento a los procesos de campo, que paralelamente se ampliaron con toda una serie de equipos nuevos producidos por una tecnología cada vez más conocedora y exigente. Proctor hizo una correlación entre los resultados de un proceso de compactación y el aumento del peso específico seco del material compactado y estableció la costumbre que aun hoy se sigue, de juzgar los resultados de un proceso de compactación con base a la variación del peso específico seco que se logre, también comprendió el fundamental papel que desempeña el contenido de humedad del suelo en la compactación que de él se obtiene, con un cierto procedimiento. Juntando estos dos aspectos que considero básicos, estableció una forma de representar un proceso de compactación por medio de una gráfica en la que se haga ver el cambio del peso específico seco al compactar el suelo a distintos contenidos de agua, utilizando varias muestras de suelo, cada una de las cuales proporciona un punto de lacurva. Como es lógico diferentes procesos de compactación producen al mismo suelo compactaciones distintas, por lo tanto un mismo suelo podrá tener diversas curvas de compactación correspondientes a los diferentes modos de compactarlo que pueden usarse, sea en campo o en laboratorio.

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Imagen N°2. Curva de compactación típica.

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GENERALIDADES. El ensayo proctor se realiza para determinar la humedad óptima a la cual un suelo alcanzará su máxima compacidad. La humedad es importante pues aumentando o disminuyendo su contenido en el suelo se pueden alcanzar mayores o menores densidades del mismo. A su vez se darán a conocer los diferentes tipos de materiales que se utilizan en este ensayo y los dos tipos de ensayos de proctor que se realizan. El ensayo C.B.R nos sirve para determinar la razón de soporte de los suelos compactados y ensayados en laboratorio, comparando la carga de penetración en el suelo con la correspondiente a un material normalizado. Esta norma se aplica a la evaluación de la calidad relativa de suelos de sub-rasante, pero también es aplicable a materiales de sub-base y a algunos materiales de base. Y también los materiales a utilizar en este.

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ENSAYO PROCTOR ESTÁNDAR. La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un pisón de 2,5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 30 [cm]. El Ensayo Proctor Estándar también esconocido como Ensayo AASHTO T–99 (American Association of State Higway and Transportation Officials – Asociación Americana de Agencias Estatales de Carreteras y Transportes). Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo. Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea contraparte o comparable al ensayo de impacto en el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurre en el caso de ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio que encuentran su contraparte en los rodillos pata de cabra, vibro compactadores, de rueda lisa, etc.). No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón Proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde el comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sinnúmero de pliegos de obras.

PROCTOR MODIFICADO ASTM D 1557 A

B

C

Peso martillo (lb)

10

10

10

Diam.Molde (pul) No. De capas

4

4

6

5

5

5

No. Golpes/capa

25

25

56

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ENSAYO PROCTOR MODIFICADO. La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en cinco capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas (56 para el Método C) con un pisón de 5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 45,7 [cm]. Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo. Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea contraparte o comparable al ensayo de impacto en el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurre en el caso de ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio que encuentran su contraparte en los rodillos pata de cabra, vibro compactadores, de rueda lisa, etc.). No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón Proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde el comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sinnúmero de pliegos de obras.

PROCTOR ESTANDAR ASTM D 698 A

B

C

Peso martillo (lb)

5.5

5.5

5.5

Diam.Molde

4

4

6

No. De capas

3

3

3

No. Golpes/capa

25

25

56

(pul)

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CALIFORNIA BEARNING RATIO (C.B.R.) El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D 1883- 73. Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de sub-rasante, algunos materiales de sub – bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm.

Se recomienda que la fracción no exceda del 20%. Resistencia a la penetración por punzando de un vástago (deformación) en una muestra de suelo colocada en un molde rígido. Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no se realizó porque los equipos aun pasan el periodo deprueba. En el diseño de pavimentos flexibles, el C.B.R. que se utiliza es el valor que se obtiene para una penetración de 0.1” o 0.2” de estos valores se considera el mayor, aunque para la mayoría de los suelos el valor de los suelos el valor para la penetración de 0.1” da mayor C.B.R.

ENSAYO DE C.B.R. El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kilos/cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturada, en ecuación, esto se expresa:

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C.B.R= CARGA UNITARIA DE ENSAYO *100 % CARGA UNITARIA PATRON El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR. Muestras utilizando las siguientes energías de compactación: Tabla 1 Energías de Compactación Tabla 2 Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70 o D1557-70 (para el molde de 15.5 cm de diámetro).

METODO

GOLPES

CAPAS

2 (suelos de grano fino) 4 ( suelos gruesos)

56

3

PESO DEL MARTILLO 24,5

56

3

24,5

2 (suelos de grano D1557 fino) 4 (suel...