Trabajo Final Suelos II

PRÓCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADO

INTEGRANTES:

Arone Nieto, Einstein

Muñoz Prado, Andre R.

Rojas Huamancusi, Miguel

DOCENTE:

Ing. MOROTE ARIAS, Maxwil Antony

ASIGNATURA:

Mecánica de Suelos II.

AYACUCHO - PERU

2015

2

Universidad Alas Peruanas

Facultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

CONTENIDO

- CARÁTULA ……………………………………………….

…………………………………..………… 01

- ÍNDICE ……………………………………………….………………..

…………………………….. 02

- INTRODUCCIÓN …………………………………….…………………..

………………………… 03

- OBJETIVOS ….

……………………………………………………………………………... 03

- FUNDAMENTO TEÓRICO …………………………………….

………………………… 04

- MATERIALES Y MÉTODO …………………………………………..

……………………... 07

- RESULTADOS …………………………………………………………………...

………………….…. 11

- RECOMENDACIONES .

…………………………………………………………………………….... 16

- CONCLUSIONES ………………………………………..

……………………………….……… 16

- REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ……………………..

………………………………... 17

SUELOS II

AYACUCHO - PERU

2015

3




SUELOS II

4




I. INTRODUCCIÓN

n la actualidad existen distintos métodos para reproducir en

laboratorio las condiciones de compactación en obra. Todos ellos

pensados para estudiar, además, los distintos factores que

gobiernan la compactación de los suelos. Históricamente, el primer

método, en el sentido de la técnica actual, es el debido al Dr. R. R. Proctor

(1933) y es conocido como Prueba Proctor Estándar o A.A.S.H.O. (American

Association of State Highway Officials) Estándar.

E

II. OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES:

Hallar la máxima densidad y el óptimo contenido de humedad

del material de base.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Hallar el Contenido de Humedad Óptima del material de base

para energía estándar y modificada.

Hallar la Densidad Seca del material de base para energía

estándar y modificada.

SUELOS II

5




III. FUNDAMENTO TEORICO

COMPACTACIÓN DE LOS 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.

PRÓCTOR 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 (56 para el Método C) con un

pisón de 2,5 [kg] de peso, que se

deja caer libremente desde una

altura de 30,5 [cm].

Con este procedimiento Proctor observó que para un suelo dado, a

contenido de humedad creciente incorporado a la masa del mismo, se

obtenían densidades secas sucesivamente más altas (mejor grado de

compactación). Asimismo, notó que esa tendencia no se mantenía

indefinidamente si no que, al superar un cierto valor la humedad

agregada, las densidades secas disminuían, con lo cual las condiciones

SUELOS II

6




empeoraban. Es decir, puso en evidencia que, para un suelo dado y a

determinada energía de compactación, existe un valor de “Humedad

Óptima” con la cual puede alcanzarse la “Máxima Densidad Seca”.

El Ensayo Proctor Estándar también es conocido como Ensayo

AASHTO T–99 (American Association of State Higway and

Transportation Officials – Asociación Americana de Agencias Estatales

de Carreteras y Transportes).

PRÓCTOR 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 4,5

[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.

SUELOS II

7




IV. MATERIALES Y MÉTODO

A. Materiales:

Molde De 6” Horno de secado

Pisones manuales

Estándar y

Modificado

SUELOS II

8




TAMICES Espátula, cuchara y brocha

Balanza Recipientes Probeta (500ml)

B. Metodología:

Descripción de muestra:

El material base no presenta ningún tipo de residuo.

Para realizarse la compactación en una zona de dimensiones 60x60x20

cm3, se toma la prueba de la obra ubicada en el P.j. Belén, al costado

de la UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO de nuevo Chimbote.

Las características necesarias son:

ωnatural=0,36%

ρunitario suelto=1,71gr /cm3

Selección del Método A, B o C:

De acuerdo a los datos granulométricos, se utiliza el método C que se

usa cuando más del 20% en peso del material se retiene en el tamiz

3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en el tamiz ¾

pulg (19,0 mm).

Datos del ensayo granulométrico:

SUELOS II

3/4

9




W inicial=5593 gr

W final=5553gr

% pérdida=0,72%<2%

TABLA DE DATOS

Diametro

de la malla

(mm)

N° de malla

Peso

retenido

(g)

Retenido

acumuladoR.T (%)

(%) que

pasa

50 2" 0 0 0.00% 100.00%

37.5 11/2" 100 100 1.80% 98.20%

25.4 1" 331 431 7.76% 92.24%

19.05 3/4 203 634 11.42% 88.58%

9.5 3/8 635 1269 22.85% 77.15%

4.75 4 671 1940 34.94% 65.06%

2 10 890 2830 50.96% 49.04%

0.425 40 1007 3837 69.10% 30.90%

0.074 200 1475 5312 95.66% 4.34%

cazoleta 241 5553 100.00% 0.00%

Peso de muestra

ensayada5553

0.01 0.1 1 10 1000%

20%

40%

60%

80%

100%

Curva granulométricaAgregado grueso

Diámetro de la malla

% q

ue p

asa

Compactación:

SUELOS II

10




Como el contenido de humedad natural de la muestra es 0,36%, la cual

es una cifra baja para el C.H.O. se usa el método de preparación

húmeda.

Se toma 5 muestras del afirmado a compactar, tanto para el próctor

estándar como en el modificado, cada muestra de 6 kg.

Dadas las 5 muestras se agrega una cierta cantidad de agua para

cada una:

MUESTRA 1 = 3% = 180ml




MUESTRA 5 = 11% = 660ml

Se pesó el molde sin el anillo, en seguida se vació el afirmado de cada

muestra de tres kilos en un recipiente y se vertió el agua, removiéndolo

hasta verlo homogenizado luego, en hechó una cierta cantidad en el

molde (primera capa) compactándolo por medio de 56 golpes con el

pisón, haciendo lo mismo en las otras dos capas.

Una vez compactada esta muestra(en el molde) se retiró el anillo(del

molde), y se enrazó con la espátula, llevándolo así a pesar; teniendo

solo el molde(sin anillo y sin la parte de la base) se sacó tres muestras

del afirmado compactado; una de la zona de arriba, la segunda de la

zona de abajo y la tercera de la zona intermedia, se colocó cada

pequeña muestra en una tara de peso conocido, y se llevó a pesar cada

tara con la pequeña muestra del afirmado, luego pesado se colocó en

el horno, pasado 24 horas se pesó cada tara que contenía las muestras

pequeñas de afirmado y realizando operaciones(fórmulas) se determinó

el contenido de humedad y densidad seca para cada muestra(1, 2, 3, 4,

y 5), la razón de obtener 3 contendidos de humedad por muestra, es

porque se quiere verificar la exactitud de el método de promedio del

C.H. arriba y abajo y compararlo con el método del C.H. de la zona

intermedia.

SUELOS II

11




Procedimiento:

Este procedimiento se realizara para los dos ensayos de próctor donde

solo varía el número de capas (3 en estándar y 5 en modificado) y el

tamaño del pistón.

Ensayo N° 1 y 2

1. Se pesa el molde sin el collarín.

2. Se determina el volumen del molde.

3. Se toma 3Kg de muestra de afirmado por recipiente para cada uno

de los cinco ensayos, se utiliza el material que pase el tamiz N° 4.

4. Se agrega el agua necesaria para cada muestra (variando el

porcentaje de humedad de manera progresiva), y luego se

homogeniza.

5. Se compacta la muestra en 3 capas (estándar) y 5 capas

(modificado) con 25 golpes por cada capa.

6. Al terminar de compactar se quita el collarín, se enraza, se retira

todo material que se encuentre fuera del molde y se pesa (se

obtiene el peso húmedo compactado).

7. Extraer tres muestras del afirmado húmedo compactado,

colocarlos en las taras y pesarlas.

8. Llevarlos al horno a 110 ± 5 °C y dejar secar por 24 hrs y pesar

(se obtiene el C.H.).

V. RESULTADOS

La densidad de la muestra húmeda se halla con la siguiente

fórmula:

ρhumeda=W molde+muestra húmeda−W molde

V molde

El contenido de humedad de la muestra se obtiene de:

SUELOS II

12




ω%=W agua

W seco

∗100%

ω%=W muestrahúmeda+ tara−W muestra seca+tara

W muestra seca+tara−W tara

∗100%

Densidad seca:

ρ seco=ρseco

1+ω

Ensayo N°1 (Próctor estándar)

1. Wmolde = 6450 g

2. Vmolde = π (7,7 cm)2 (11,4 cm)

Vmolde = 2123,4 cm3

DATOS Y RESULTADOS

ENSAYO N°1 PROCTOR ESTANDAR ( MTC E 115-2000 )

MUESTRA I II III IV V

Volumen del molde (cm3) 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4

Peso del molde (gr) 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0

Peso del molde + muestra húmeda

(gr)

11132.

0

11370.

5

11593.

0

11570.

0

11500.

0

Peso de la muestra húmeda (gr) 4682.0 4920.5 5143.0 5120.0 5050.0

Densidad húmeda de la muestra

(gr/cm3)2.205 2.317 2.422 2.411 2.378

Contenido de humedad3.34% 5.06% 7.73% 8.95%

11.20

%


(gr/cm3)2.134 2.206 2.248 2.213 2.139

SUELOS II

13




CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso de la tara

(gr)

zona ↑ 24.516 23.518 24.155 24.752 23.988

zona ↓ 25.002 24.392 24.978 24.920 24.595

zona media 24.153 25.150 24.347 24.449 24.585

Peso de la tara +

afirmado húmedo

(gr)

zona ↑104.02

699.005

105.98

3

147.58

8

144.66

1

zona ↓115.81

8

110.15

1

123.53

0

134.03

7

149.50

2

zona media101.07

8

126.26

1

126.78

3

134.20

3

147.94

5

Peso de la tara +

afirmado seco (gr)

zona ↑101.45

995.015 99.953

137.20

4

132.60

0

zona ↓113.22

3

106.49

5

116.55

2

125.74

2

137.03

7

zona media 98.444121.35

0

119.47

8

124.98

3

135.41

3

Peso del agua (gr)

zona ↑ 2.567 3.990 6.030 10.384 12.061

zona ↓ 2.595 3.656 6.978 8.295 12.465

zona media 2.634 4.911 7.305 9.220 12.532

Peso del afirmado

seco (gr)

zona ↑ 76.943 71.497 75.798112.45

2

108.61

2

zona ↓ 88.221 82.103 91.574100.82

2

112.44

2

zona media 74.291 96.200 95.131100.53

4

110.82

8

Contenido de

humedad (%)

zona ↑ 3.34% 5.58% 7.96% 9.23% 11.10%

zona ↓ 2.94% 4.45% 7.62% 8.23% 11.09%

zona media 3.55% 5.10% 7.68% 9.17% 11.31%

PROM(↑,↓) 3.14% 5.02% 7.79% 8.73% 11.10%

PROMEDIO 3.34% 5.06% 7.73% 8.95%11.20

%

SUELOS II

3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0%2.05

2.10

2.15

2.20

2.25

2.30

GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD

Contenido de Humedad (%)

Den

sid

ad

Seca (

gr/

cm3)

14




Máxima Densidad

Seca2,248 gr/cm3

Contenido de

Humedad7,90 %

Ensayo N°2 (Próctor modificado)

1. Wmolde = 6450 g

2. Vmolde = π (7,7 cm)2 (11,4 cm)

Vmolde = 2123,4 cm3

DATOS Y RESULTADOS

ENSAYO N°1 PROCTOR MODIFICADO ( MTC E 115-2000 )

MUESTRA I II III IV V

Volumen del molde (cm3) 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4

Peso del molde (gr) 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0

Peso del molde + muestra húmeda

(gr)

11379.

0

11647.

0

11647.

0

11655.

0

11653.

0

Peso de la muestra húmeda (gr) 4929.0 5197.0 5197.0 5205.0 5203.0


(gr/cm3)2.321 2.447 2.447 2.451 2.450

Contenido de humedad 3.43% 5.14% 7.42% 9.25%11.57

%


(gr/cm3)2.244 2.328 2.278 2.244 2.196

SUELOS II

3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0%2.05

2.10

2.15

2.20

2.25

2.30



Den

sid

ad

Seca (

gr/

cm3)

15




CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso de la tara

(gr)

zona ↑ 25.949 26.018 26.090 26.157 26.063

zona ↓ 27.910 25.905 26.112 26.145 26.221

zona media 26.151 26.069 26.120 27.642 26.026

Peso de la tara +

afirmado húmedo

(gr)

zona ↑ 86.715104.42

498.420

132.29

296.153

zona ↓ 91.459101.25

5

117.78

4

152.73

7

107.40

9

zona media 84.907 97.493127.69

1

158.39

499.482

Peso de la tara +

afirmado seco (gr)

zona ↑ 84.595100.34

893.205

122.78

488.629

zona ↓ 89.347 97.858111.67

6

142.32

1

100.62

0

zona media 83.009 93.983120.70

7

147.49

291.280

Peso del agua (gr)

zona ↑ 2.120 4.076 5.215 9.508 7.524

zona ↓ 2.112 3.397 6.108 10.416 6.789

zona media 1.898 3.510 6.984 10.902 8.202

Peso del afirmado

seco (gr)

zona ↑ 58.646 74.330 67.115 96.627 62.566

zona ↓ 61.437 71.953 85.564116.17

674.399

zona media 56.858 67.914 94.587119.85

065.254

Contenido de

humedad (%)

zona ↑ 3.61% 5.48% 7.77% 9.84% 12.03%

zona ↓ 3.44% 4.72% 7.14% 8.97% 9.13%

zona media 3.34% 5.17% 7.38% 9.10% 12.57%

PROM(↑,↓) 3.53% 5.10% 7.45% 9.40% 10.58%

PROMEDIO 3.43% 5.14% 7.42% 9.25%11.57

%

SUELOS II

16




3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0%2.10

2.15

2.20

2.25

2.30

2.35



Den

sid

ad

Seca

(g

r/cm

3)

Máxima Densidad

Seca2,329 gr/cm3

Contenido de

Humedad5,30 %

RECOMENDACIONES

Se debe calibrar la balanza antes de pesar.

Cada recipiente donde se echa la muestra de 6kg. de material de

base, debe estar limpio y seco, para evitar polvo o un aumento de

humedad (aparte del agua q se verterá) en nuestra muestra de

afirmado.

La rapidez de la homogenización garantiza la estabilidad de la

humedad deseada, pero esto no interviene en la mal elaboración

del ensayo, puesto que luego se determina el contenido de

humedad actual.

Al momento de compactar la guía del pisón debe mantenerse

ligeramente sobre el afirmado que se compacta, puesto que si éste

es soltado, remueve o taja el material.

Para sacar las muestras se saca el molde de su soporte y se golpea

en la muestra compactada, hasta que esta se afloje y se retire en

SUELOS II

17




forma cilíndrica, luego se procede a abrirla por la mitad para

obtener la muestra intermedia.

Cada muestra obtenida para la obtención del contenido de

humedad real, debe llevarse rápidamente al laboratorio, puesto que

éste pierde fácilmente su humedad cuando está expuesto al aire.

VI. CONCLUSIONES

El óptimo Contenido de Humedad del material de base para energía

estándar es 7,90% lo cual indica que se debe agregar 7,54% debido

a que el afirmado ya tiene un 0,36% de humedad.

El óptimo Contenido de Humedad del material de base para energía

modificada es 5,30% lo cual indica que se debe agregar 4,94%.

La densidad máxima para energía estándar es de 2,248 gr/cm3.

La densidad máxima para energía modificada es de 2,329 gr/cm3.

SUELOS II

18




SUELOS II

CBR

(CALIFORNIA BEARING

RATIO)

19




I. DESCRIPCION DEL METODO

Ste ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California

en 1929 y nos permite determinar la Resistencia al Corte de un

suelo Bajo condiciones de Humedad y densidad controlada.EEl CBR (California Bearing Ratio) se obtiene como un porcentaje de

esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón a una profundidad de

0.1 pulgada en una muestra de suelo y el esfuerzo requerido para

hacer penetrar el mismo pistón, la misma profundidad de 01 pulgadas,

en una muestra patrón de piedra triturada.

Diferenciamos distintos tipos de CBR en función de la calidad de suelos, a

saber:

CBR suelos inalterados.

CBR suelos remodelados.

CBR suelos gravosos y arenosos.

CBR suelos cohesivos poco o nada plásticos.

CBR suelos cohesivos plásticos.

Este procedimiento puede efectuarse en terreno compactado.

Este procedimiento mide la carga necesaria para penetrar un pistón de

dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una

muestra compactada de suelo después de haberla sumergido en agua

durante cuatro días a la saturación más desfavorable y luego de haber

medido su hinchamiento.

La muestra se sumerge para poder proveer la hipotética situación de

acumulación de humedad en el suelo después de la construcción. Por ello,

después de haber compactado el suelo y de haberlo sumergido, se lo

SUELOS II

http://www.construmatica.com/construpedia/Humedad

20




penetra con un pistón el cual está conectado a un pequeño "plotter" que

genera una gráfica donde se representa la carga respecto la profundidad a

la que ha penetrado el pistón dentro de la muestra.

La gráfica obtenida por lo general es una curva con el tramo inicial recto y

el tramo final cóncavo hacia abajo; cuando el tramo inicial no es recto se le

corrige.

Con la gráfica observamos los valores de la carga que soportaba el suelo

cuando el pistón se había hundido 2.5 mm y 5mm y los expresamos en

tanto por ciento ( % ), tomando como índice CBR el mayor de los

porcentajes calculados.

II. OBJETIVOS

Describe el procedimiento de ensayo para la determinación de un

índice de resistencia de los suelos denominado valor de la relación de

soporte, que es muy conocido, como CBR (California Bearing Ratio). El

ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio

en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero también

puede operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas tomadas

del terreno.

Este índice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos

de subrasante y de las capas de base, sub-base y de afirmado.

III. MATERIALES

Prensa similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para

forzar la penetración de un pistón en el espécimen. El pistón se aloja en

el cabezal y sus características deben ajustarse a las especificadas.

SUELOS II

21




El desplazamiento entre la base y el cabezal se debe poder regular a

una velocidad uniforme de 1,27 mm (0.05") por minuto. La capacidad

de la prensa y su sistema para la medida de carga debe ser de 44.5 Kn

(10000 Ibf) o más y la precisión mínima en la medida debe ser de 44 N

(10 lbf) o menos.

Molde, de metal, cilíndrico, de 152,4mm ± 0.66 mm (6 ± 0.026") de

diámetro interior y de 177,8 ± 0.46 mm (7 ± 0.018") de altura, provisto

de un collar de metal suplementario de 50.8 mm (2.0") de altura y una

placa de base perforada de 9.53 mm (3/8") de espesor. Las

perforaciones de la base no excederán de 1,6 mm (28 1/16”) las

mismas que deberán estar uniformemente espaciadas en la

circunferencia interior del molde de diámetro (Figura 1a). La base se

deberá poder ajustar a cualquier extremo del molde.

Disco espaciador, de metal, de forma circular, de 150.8 mm (5 15/16”)

de diámetro exterior y de 61,37 ± 0,127 mm (2,416 ± 0,005”) de

espesor (Figura 1b), para insertarlo como falso fondo en el molde

cilíndrico durante la compactación.

Pisón de compactación como el descrito en el modo operativo de

ensayo Proctor Modificado, (equipo modificado).

SUELOS II

22




Aparato medidor de expansión compuesto por:

Una placa de metal perforada, por cada molde, de 149.2 mm (5 7/8")

de diámetro, cuyas perforaciones no excedan de 1,6 mm (1/16") de

diámetro. Estará provista de un vástago en el centro con un sistema de

tornillo que permita regular su altura (Figura 1d).

Un trípode cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que

lleve montado y bien sujeto en el centro un dial (deformímetro), cuyo

vástago coincida con el de la placa, de forma que permita controlar la

posición de éste y medir la expansión, con aproximación de 0.025mm

(0.001")

Pesas. Uno o dos pesas anulares de metal que tengan una masa total

de 4,54 ± 0,02kg y pesas ranuradas de metal cada una con masas de

2,27 ± 0,02 kg. Las pesas anular y ranurada deberán tener 5 7/8” a 5

15/16” (149,23 mm a 150,81 mm) en diámetro; además de tener la

pesa, anular un agujero central de 2 1/8” aproximado (53,98 mm) de

diámetro.

SUELOS II

23




SUELOS II

24




Pistón de penetración, metálico de sección transversal circular, de

49.63 ± 0,13 mm (1,954 ± 0,005”) de diámetro, área de 19.35 cm2 (3

pulg2) y con longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración

con las sobrecargas precisas de acuerdo con el numeral 3.4, pero

nunca menor de 101.6 mm (4").

SUELOS II

25




Dos diales con recorrido mínimo de 25 mm (1") y divisiones lecturas en

0.025 mm (0.001"), uno de ellos provisto de una pieza que permita su

acoplamiento en la prensa para medir la penetración del pistón en la

muestra.

Una Poza, con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en

agua.

Estufa, termostáticamente controlada, capas de mantener una

temperatura de 110 ± 5ºC

(230 ± 9 ºF).

Balanzas, una de 20 kg de capacidad y otra de 1000 g con

sensibilidades de 1g y 0.1g,

respectivamente.

Tamices, de 4.76 mm (No. 4), 19.05 mm(3/4") y 50,80 mm (2").

Misceláneos, de uso general como cuarteador, mezclador, cápsulas,

probetas, espátulas, discos de papel de filtro del diámetro del molde,

etc.

IV. PROCEDIMIENTO

El procedimiento es tal que los valores de la relación de soporte se

obtienen a partir de especimenes de ensayo que posean el mismo peso

unitario y contenido de agua que se espera encontrar en el terreno. En

general, la condición de humedad crítica (más desfavorable) se tiene

cuando el material está saturado. Por esta razón, el método original del

Cuerpo de Ingenieros de E.U.A. contempla el ensayo de los especímenes

después de estar sumergidos en agua por un período de cuatro (4) días

confinados en el molde con una sobrecarga igual al peso del pavimento

que actuará sobre el material.

SUELOS II

26




Preparación de la Muestra.- Se procede como se indica en las normas

mencionadas (Relaciones de peso unitario-humedad en los suelos, con

equipo estándar o modificado). Cuando más del 75 % en peso de la

muestra pase por el tamiz de 19.1 mm (3/4"), se utiliza para el ensayo el

material que pasa por dicho tamiz. Cuando la fracción de la muestra

retenida en el tamiz de 19.1 mm (3/4") sea superior a un 25% en peso, se

separa el material retenido en dicho tamiz y se sustituye por una

proporción igual de material comprendido entre los tamices de 19.1 mm

(3/4") y de 4.75 mm (No. 4), obtenida tamizando otra porción de la

muestra.

De la muestra así preparada se toma la cantidad necesaria para el

ensayo de apisonado, más unos 5 kg por cada molde CBR.

Se determina la humedad óptima y la densidad máxima por medio del

ensayo de compactación elegido. Se compacta un número suficiente de

especímenes con variación en su contenido de agua, con el fin de

establecer definitivamente la humedad óptima y el peso

Unitario máximo.

Dichos especimenes se preparan con diferentes energías de

compactación. Normalmente, se usan la energía del Proctor Estándar, la

del Proctor Modificado y una Energía Inferior al Proctor Estándar. De esta

forma, se puede estudiar la variación de la relación de soporte con estos

dos factores que son los que la afectan principalmente. Los resultados se

grafican en un diagrama de contenido de agua contra peso unitario.

Se determina la humedad natural del suelo mediante secado en estufa,

según la norma MTC E108.

Conocida la humedad natural del suelo, se le añade la cantidad de agua

que le falte para alcanzar la humedad fijada para el ensayo,

generalmente la óptima determinada según el ensayo de compactación

elegido y se mezcla íntimamente con la muestra.

SUELOS II

27




Elaboración de especimenes. Se pesa el molde con su base, se coloca el

collar y el disco espaciador y, sobre éste, un disco de papel de filtro

grueso del mismo diámetro.

Una vez preparado el molde, se compacta el espécimen en su interior,

aplicando un sistema dinámico de compactación (ensayos mencionados,

ídem Proctor Estándar o Modificado), pero utilizando en cada molde la

proporción de agua y la energía (número de capas y de golpes en cada

capa) necesarias para que el suelo quede con la humedad y densidad

deseadas. Es frecuente utilizar tres o nueve moldes por cada muestra,

según la clase de suelo granular o cohesivo, con grados diferentes de

compactación. Para suelos granulares, la prueba se efectúa dando 55,

26 y 12 golpes por capa y con contenido de agua correspondiente a la

óptima. Para suelos cohesivos interesa mostrar su comportamiento

sobre un intervalo amplio de humedades. Las curvas se desarrollan para

55, 26 y 12 golpes por capa, con diferentes humedades, con el fin de

obtener una familia de curvas que muestran la relación entre el peso

específico, humedad y relación de capacidad de soporte.

Si el espécimen se va a sumergir, se toma una porción de material, entre

100 y 500g (según sea fino o tenga grava) antes de la compactación y

otra al final, se mezclan y se determina la humedad del Suelo. Si la

muestra no va a ser sumergida, la porción de material para determinar

la humedad se toma del centro de la probeta resultante de compactar el

suelo en el molde, después del ensayo de penetración. Para ello el

espécimen se saca del molde y se rompe por la mitad.

Terminada la compactación, se quita el collar y se enrasa el espécimen

por medio de un enrasador o cuchillo de hoja resistente y bien recta.

Cualquier depresión producida al eliminar partículas gruesas durante el

enrase, se rellenará con material sobrante sin gruesos, comprimiéndolo

con la espátula.

SUELOS II

28




Se desmonta el molde y se vuelve a montar invertido, sin disco

espaciador, colocando un papel filtro entre el molde y la base. Se pesa.

Inmersión. Se coloca sobre la superficie de la muestra invertida la placa

perforada con vástago, y, sobre ésta, los anillos necesarios para completar

una sobrecarga tal, que produzca una presión equivalente a la originada

por todas las capas de materiales que hayan de ir encima del suelo que se

ensaya, la aproximación quedará dentro de los 2,27 kg (5,5 lb)

correspondientes a una pesa. En ningún caso, la sobrecarga total será

menor de 4,54 kg (10 lb)

Se toma la primera lectura para medir el hinchamiento colocando el

trípode de medida con sus patas sobre los bordes del molde, haciendo

coincidir el vástago del dial con el de la placa perforada. Se anota su

lectura, el día y la hora. A continuación, se sumerge el molde en el

tanque con la sobrecarga colocada dejando libre acceso al agua por la

parte inferior y superior de la muestra. Se mantiene la probeta en estas

condiciones durante 96 horas (4 días) "con el nivel de agua

aproximadamente constante. Es admisible también un período de

inmersión más corto si se trata de suelos granulares que se saturen de

agua rápidamente y si los ensayos muestran que esto no afecta los

resultados.

Al final del período de inmersión, se vuelve a leer el deformímetro para

medir el hinchamiento. Si es posible, se deja el trípode en su posición,

sin moverlo durante todo el período de inmersión; no obstante, si fuera

preciso, después de la primera lectura puede retirarse, marcando la

posición de las patas en el borde del molde para poderla repetir en

lecturas sucesivas. La expansión se calcula como un porcentaje de la

altura del espécimen.

Después del periodo de inmersión se saca el molde del tanque y se

vierte el agua retenida en la parte superior del mismo, sosteniendo

firmemente la placa y sobrecarga en su posición. Se deja escurrir el

molde durante 15 minutos en su posición normal y a continuación se

SUELOS II

29




retira la sobrecarga y la placa perforada. Inmediatamente se pesa y se

procede al ensayo de penetración según el proceso del numeral

siguiente.

Es importante que no transcurra más tiempo que el indispensable desde

cuando se retira la sobrecarga hasta cuando vuelve a colocarse para el

ensayo de penetración.

Penetración. Se aplica una sobrecarga que sea suficiente, para producir

una intensidad de Carga igual al peso del pavimento (con ± 2.27 kg de

aproximación) pero no menor de 4.54 kg (10 lb). Para evitar el empuje

hacia arriba del suelo dentro del agujero de las pesas de sobrecarga, es

conveniente asentar el pistón luego de poner la primera sobrecarga sobre

la muestra, Llévese el conjunto a la prensa y colóquese en el orificio central

de la sobrecarga anular, el pistón de penetración y añade el resto de la

sobrecarga si hubo inmersión, hasta completar la que se utilizó en ella. Se

monta el dial medidor de manera que se pueda medir la penetración del

pistón y se aplica una carga de 50N (5 kg) para que el pistón asiente.

Seguidamente se sitúan en cero las agujas de los diales medidores, el del

anillo dinamométrico, u otro dispositivo para medir la carga, y el de control

de la penetración Para evitar que la lectura de penetración se vea afectada

por la lectura del anillo de carga, el control de penetración deberá apoyarse

entre el pistón y la muestra o molde.

SUELOS II

30




Se aplica la carga sobre el pistón de penetración mediante el gato o

mecanismo correspondiente de a prensa, con una velocidad de penetración

uniforme de 1.27 mm (0.05") por minuto. Las prensas manuales no

preparadas para trabajar a esta velocidad de forma automática se

controlarán mediante el deformímetro de penetración y un cronómetro. Se

anotan las lecturas de la carga para las siguientes penetraciones:

SUELOS II

31




PENETRACION

MILIMETR

OS

PULGADAS

0.63

1.27

1.90

2.54

3.17

3.81

5.08

7.62

10.16

12.70

0.025

0.050

0.075

0.100

0.125

0.150

0.200

0.300

0.400

0.500

Estas lecturas se hacen si se desea definir la forma de la curva, pero no son

indispensables.

Finalmente, se desmonta el molde y se toma de su parte superior, en la

zona próxima a donde se hizo la penetración, una muestra para determinar

su humedad.

CALCULOS

Humedad de compactación. El tanto por ciento de agua que hay que añadir

al suelo con su humedad natural para que alcance la humedad prefijada, se

calcula como sigue:

%deagua aañadir=H−h100+h

∗100

SUELOS II

32




Donde:

H = Humedad prefijada

h = Humedad natural

Densidad o peso unitario. La densidad se calcula a partir del peso del

suelo antes de sumergirlo y de su humedad, de la misma forma que en los

métodos de ensayo citados. Proctor normal o modificado, para obtener la

densidad máxima y la humedad óptima.

Agua absorbida. El cálculo para el agua absorbida puede efectuarse de

dos maneras. Una, a partir delos datos de las humedades antes de la

inmersión y después de ésta (numerales 3.2 y 3.4); la diferencia entre

ambas se toma normalmente como tanto por ciento de agua absorbida.

Otra, utilizando la humedad de la muestra total contenida en el molde. Se

calcula a partir del peso seco de la muestra(calculado) y el peso húmedo

antes y después de la inmersión.

Ambos resultados coincidirán o no, según que la naturaleza del suelo

permita la absorción uniforme del agua (suelos granulares), o no (suelos

plásticos). En este segundo caso debe calcularse el agua absorbida por los

dos procedimientos.

Presión de penetración. Se calcula la presión aplicada por el

penetrómetro y se dibuja la curva para obtener las presiones reales de

penetración a partir de los datos de prueba; el punto cero de la curva se

ajusta para corregir las irregularidades de la superficie, que afectan la

forma inicial de la curva.

Expansión. La expansión se calcula por la diferencia entre las lecturas del

deformímetro antes y después de la inmersión, numeral 3.2. Este valor se

refiere en tanto por ciento con respecto a la altura de la muestra en el

molde, que es de 127 mm (5").

SUELOS II

33




Es decir:

%Expansion= L2−L1127

∗100

L1 = Lectura inicial en mm.

L2 = Lectura final en mm.

Valor de la relación de soporte (índice resistente CBR). Se llama valor de la

relación de soporte (índice CBR), al tanto por ciento de la presión ejercida

por el pistón sobre el suelo, para una penetración determinada, en relación

con la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra

patrón. Las características de la muestra patrón son las siguientes:

Penetración Presión

Mm pulgadas Mn/M2 Kgf/cm2 Lb/pug2

2.54 0.1 6.90 70.31 1000

5.08 0.2 10.35 105.46 1500

SUELOS II

34




Para calcular el índice CBR se procede como sigue:

Se dibuja una curva que relacione las presiones (ordenadas) y las

penetraciones (abscisas), y se observa si esta curva presenta un punto

de inflexión. Si no presenta punto de inflexión se toman los valores

correspondientes a 2,54 y 5,08 mm (0,1" y 0,2") de penetración. Si la

curva presenta un punto de inflexión, la tangente en ese punto cortará

el eje de abscisas en otro punto (o corregido), que se toma como nuevo

origen para la determinación de las presiones correspondientes a 2,54

y 5,08 mm.

De la curva corregida tómense los valores de esfuerzo-penetración para

los valores de 2,54 mm y 5,08 mm y calcúlense los valores de relación

de soporte correspondientes, dividiendo los esfuerzos corregidos por

los esfuerzos de referencia 6,9 MPa (10001b/plg2) y 10,3 MPa (1500

lb/plg 2 ) respectivamente, y multiplíquese por 100. La relación de

SUELOS II

35




soporte reportada para el suelo es normalmente la de 2,54 mm (0,1")

de penetración. Cuando la relación a 5,08 mm (0,2") de penetración

resulta ser mayor, se repite el ensayo. Si el ensayo de comprobación da

un resultado similar, úsese la relación de soporte para 5,08 mm (0,2")

de penetración.

SUELOS II

36




SUELOS II

37




SUELOS II

38




SUELOS II

ABRASION

39




ABRASIÓN LOS ÁNGELES - RESISTENCIA A LA FRICCIÓN Y AL DESGASTE

DE LOS AGREGADOS

En cuanto a los agregados se trata es importante conocer las propiedades

físicas y mecánicas para hacer un diseño de mezcla, para saber su

resistencia al desgaste.

Con esta prueba se conocerá la durabilidad y resistencia que tendrá el

concreto para la fabricación de estructuras que requieran que la resistencia

del concreto sea la adecuada para ellas.

Para conocer el desgaste se hace la prueba de Los Ángeles que da a

conocer de los agregados gruesos el porcentaje que sufre en condiciones

de roce continuo.

¿EN QUÉ CONSISTE LA PRUEBA?

La prueba consiste en degradar el agregado mediante la acción combinada

de abrasión, machaqueo e impacto llevado a cabo en un cilindro rotatorio

de acero en cuyo interior se introducen con la muestra un determinado

número de bolas de acero que va en función de la granulometría de la

muestra que se ensaya. Al rotar el cilindro, un entrepaño fijo en su interior

recoge la muestra y las bolas de acero volteándolas y dejándolas caer

desde la parte superior causando una acción de impacto-machaqueo. Al

mismo tiempo el material junto con las bolas ruedan en el interior del

cilindro produciéndose desgaste y molienda.

Después de un número prescrito de revoluciones se saca la muestra y se

tamiza para determinar la degradación como un porcentaje de perdida.

¿CÓMO SE HACE LA PRUEBA?

El modo operativo está basado en las Normas ASTM C 131, AASHTO T 96 Y

ASTM C 535 las mismas que el Ministerio de Transportes y Comunicaciones

ha adaptado para nuestra realidad (MTC E 207 - 2000).

SUELOS II

40




Se refiere al procedimiento a realizar el ensayo de desgaste de los

agregados gruesos hasta de 37.5 mm (1 ½”) por medio de la máquina de

los Ángeles

APARATOS Y MATERIALES

- Balanza, con aproximación de 1 g.

- Estufa, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110 ± 5 ºC.

- Tamices.

- Maquina de los Ángeles.

- Carga Abrasiva (esferas de acero), depende de la granulometría de

ensayo (A, B, C o D). de acuerdo con la tabla 1.

PREPARACION DE LA MUESTRA

La muestra consiste en un agregado limpio por lavado y secado en horno a

una temperatura constante comprendida entre 105 y 110 ºC separada por

fracciones de cada tamaño y recombinadas con una de las granulometrías

indicadas en la tabla 2.

La granulometría o granulometrías elegidas serán representativas del

agregado tal y como va a ser utilizado en la obra.

La muestra antes de ensayada deberá ser pesada con aproximación de 1 g.

SUELOS II

41




PROCEDIMIENTO

- la muestra y la carga abrasiva se colocan en la máquina de Los Ángeles

y se hace girar el cilindro a una velocidad constante comprendida entre

30 y 33 rpm; el número total de vueltas deberá ser 500. Luego se

descarga el material del cilindro y se procede con una separación

preliminar de la muestra ensayada, en el tamiz Nº 12, el retenido en

este tamiz se lava, se seca en el horno a una temperatura comprendida

entre 105 a 110 ºC hasta peso constante, y se pesa con precisión de 1

g.

- cuando el agregado esté libre de costras o de polvo puede eliminarse la

exigencia de lavarlo antes y después del ensayo. La eliminación del

lavado posterior, rara vez reducirá la perdida medida, en más del 0.2%

del peso del muestra original.

RESULTADOS

- El resultado de ensayo (% desgaste) recibe el nombre de coeficiente de

desgaste de Los Ángeles. Calcúlese tal valor así:

%Desgaste=100∗(P1−P2)

P1

SUELOS II

42




Donde

P1 : Peso muestra seca antes del ensayo

P2 : Peso muestra seca después del ensayo, previo lavado sobre tamiz de

1.7 mm (Nº 12)

-

¿DÓNDE SE APLICAN LOS RESULTADOS DE LA PRUEBA?

En estructuras que necesiten buena resistencia al desgaste:

- Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas están sujetos a

desgaste por tanto deben tener una resistencia a la abrasión elevada.

- Los resultados de pruebas indican que la resistencia a la abrasión está

relacionada con la resistencia a la compresión del concreto.

Mayor resistencia a la abrasión concreto de alta resistencia a la

compresión

- Mejoramiento del Terreno de Fundación: muchas veces por ser suelo

problema; consiste en la excavación y colocación de material de

cantera, humedecimiento o aireación, compactación y perfilado final.

- Se aplica también específicamente para la selección de material para

su uso en carreteras como Base, Sub-Base o Carpeta Asfáltica.

- Para agregados con tamaño máximo nominal de 19 mm (1 ½”) el

porcentaje de perdida está entre 10 y 45% del peso inicial.

EJEMPLO DE APLICACION

A continuación vemos un ejemplo del ensayo de tipo A (numero de esferas

= 12 para un peso total = 5000 g) donde se puede notar que después de

haberlo realizado, el peso obtenido se reduce en un 10.8%

SUELOS II

43




%Desgaste=100∗(P1−P2)

P1

%Desgaste=100∗(5000−4458)

5000

%Desgaste=100∗(542)5000

%Desgaste=100∗0.1084

%Desgaste=10.84%

%Desgaste=100∗(5000−4458)

5000

SUELOS II

44




SUELOS II

USO DE LA PRUEBA

EQUIVALENTE DE ARENA

45




El ensayo de equivalente de arena indica la proporción entre los elementos

granulares y arcillosos de un árido. Es particularmente útil para analizar áridos

que contienen alto contenido de tamaños inferior a 0,080 mm.SUELOS II

46




La prueba de laboratorio llamada equivalente de arena (EA) se define como el

cociente multiplicado por 100 de la altura de la parte arenosa sedimentaria y

de la altura total de finos floculados depositados en dicha probeta en el

laboratorio.

Para poder realizar este ensayo se necesitan dos porciones de muestra de unos

120 grs cada una que pase por el tamiz #4, una cosa importante es que

trabajamos con dos muestras, las diferentes operaciones que realizamos las

realizamos con una diferencia de 2 o 3 minutos entre la primera y la segunda

muestra en la probeta.

Cada una de estas muestras se sitúa en una probeta en la cual previamente

hemos añadido solución desfloculante. Una vez hemos introducido la muestra

en las probetas y hemos eliminado la burbujas que se formaron al verter el

suelo, dejamos reposar cada probeta 10 minutos, luego de este procedimiento

tapamos la probeta y la agitamos manteniéndola horizontal haciendo unos 90

ciclos en unos 30 segundos, para a continuación de este paso tomamos la

probeta y con una varilla acanalada introducimos más líquido desfloculante por

el fondo de la muestra para poner en suspensión las partículas más finas.

Después dejamos reposar cada probeta 20 minutos y medimos en cada una la

altura con respecto a la base de la misma a la que llegan los finos y también la

altura a la que llegan los gruesos.

Entonces así podemos obtener el valor del equivalente de arena, y dividimos

para cada probeta la altura de los gruesos entre la altura de los finos y lo

multiplicamos por 100 de manera que obtenemos un valor para cada probeta,

y para que el ensayo resultante se considere válido el resultado obtenido para

cada probeta no puede diferir en más del 2%.

Objetivo principal de la prueba equivalente de arena

Esta prueba de equivalente de arena tiene como objetivo principal el

determinar la calidad que tiene un suelo que se va emplear en las capas de un

pavimento, esta calidad es desde el punto de vista de su contenido de finos

indeseables de naturaleza plástica.SUELOS II

47




Este método cuantifica el volumen total de material no plástico deseable en la

muestra, fracción gruesa, denominando su proporción volumétrica como

equivalente de arena.

Debido a que una buena cimentación de un camino necesita la menor cantidad

de finos posible, sobre todo de arcillas, que son los materiales que en contacto

con el agua causan un gran daño al pavimento.

Un ejemplo de los datos obtenidos en este ensayo sería el

siguiente, en el cual mostramos como interpretar sus datos y

calcular por medio de dicha fórmula:

Lectura aparente de arena = 14.45 ” = 36.70 cm

Lectura real de arena = 14.45″ – 10″= 4.45″= 11.303 cm

Lectura de arcilla = 9.4″ = 23.88 cm

Para obtener el equivalente de arena se aplicara la siguiente expresión:

Lectura de arena / Lectura de arcilla * 100

EA = Lectura de Arena * 100 = 11.30*100 = 47.21 %

Lectura de Arcilla 23.88

El ensayo se efectuara por duplicado con el mismo material aceptándose

tolerancias de +5%

Lectura real de arena = 12.6″ –10″ = 2.6″ = 6.60 cm

Lectura de arcilla = 11″ = 27.94 cm

EA = Lectura de Arena * 100 = 6.60 *100 = 23.62 %

Lectura de Arcilla 27.94

Esta es una prueba determinante para saber si se puede usar un material en

un pavimento.

SUELOS II

48




En nuestro caso nos salimos de la tolerancia debido a que la variación entre las

dos pruebas fue de más del veinte por ciento y solo se permite un 5 %. Pero

además el contenido de finos en ambos casos excede lo aceptable, por lo tanto

podríamos decir que el material no es apto para emplearlo en un pavimento.

Partículas Suaves y Finas

Las partículas de agregado, con un recubrimiento de arcilla pueden disminuir la

adherencia con la pasta de cemento.

Los materiales semejantes a la arcilla, ya sea que se encuentren como

recubrimiento de los agregados o estén dispersos como en las rocas de piedra

caliza arcillosa, son objetables ya que entonces el volumen de la roca responde

a los cambios en el contenido de humedad. La contracción y el hinchamiento

de estas sustancias causaran agrietamiento perjudicial en el hormigón.

Efecto perjudicial que tienen las partículas de finos

En los agregados finos naturales a veces se presentan impurezas orgánicas, las

cuales disminuyen la hidratación del cemento y el desarrollo consecuente de la

resistencia del hormigón. Normalmente, esas impurezas se evitan por medio

del despeje adecuado del depósito, para eliminar por completo la tierra

vegetal, y un enérgico lavado de la arena. La detección del contenido orgánico

en la arena se lleva a cabo con facilidad por medio de la prueba colorimétrica

con hidróxido de sodio. Algunas impurezas en la arena pueden dar indicación

de un elevado contenido orgánico pero, en realidad, no ser dañino.

SUELOS II

49




SUELOS II

50




CONCLUSIONES

En cuanto a los agregados es de suma importancia tenerlos en cuenta pues

juegan un papel importante en la resistencia que necesitamos para un uso

especifico del material, sobre todo en donde están sujetos a desgaste.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

http://ntics.frra.utn.edu.ar/portal/PDFs/compactacion.pdf

Mecánica de Suelos – Juárez Badillo

http://www.lms.uni.edu.pe/CBR.pdf

http://suelosycimentaciones.blogspot.com/

http://www.ingenieracivil.com/2008/03/densidad-in-situ-metodo-del-

cono-de.html

SUELOS II

Trabajo Final Suelos II

Documents

Transcript of Trabajo Final Suelos II