UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO
MECÁNICA DE SUELOS I LABORATORIOS Nº 03 Y 04
Docente
: Ing. Víctor VASQUEZ NIÑO
Alumno
AGUEDO TORRES Alex Alex
INDICIE I.-INTRODUCCIÓN II.-EXTRACCIÓN DE MUESTRA DE SUELO. III.- LAB. N°03: “ ENSAYO ENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD – DENSIDAD DENSIDAD (COMPACTACION) ” 3.1.-Objetivo. 3.2.-Equipo, herramientas y materiales. 3.3.-Procedimiento. 3.4.-Actividad de gabinete. 3.5.-Cálculos. 3.6.-Resultados. 3.7.-Recomendaciónes. IV.-LAB. N°04: “ENSAYO DENSIDAD DE CAMPO” 4.1.-Objetivo. 4.2.-Equipo, herramientas y materiales. 4.3.-Procedimiento. 4.4.-Cálculos. 4.4.-Resultados.
V.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES VI.- BIBLIOGRAFÍA. VII.-ANEXOS
I.
INTRODUCCIÓN
En el presente informe se realiza dos ensayos de laboratorio, “Relaciones –Densidad (compactación)”, y “Densidad de Campo”, considerando Humedad –Densidad
que estos dos ensayos son complementarios para obtener el grado de compactación del suelo, y comparar las densidades obtenidas en ambos ensayos. El mejoramiento artificial de las propiedades mecánicas del suelo por medios mecánicos (compactación), (compactación), es uno de los ensayos más importantes que permite permite el aumento de resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumentan su peso específico seco, disminuyendo sus vacios. El objetivo de este ensayo es determinar determinar la densidad seca máxima máxima ) de un suelo para un contenido de humedad optimo (C HO ), resultado de compactación o incremento de energía que se le da al suelo. Para determinar estos parámetros se realizarán 5 ensayos con muestras de suelo de contenidos de humedad diferentes. Los procedimientos que se siguen en el ensayo están estandarizados así mismo equipos y materiales usados en laboratorio (ASTM D-1557).
En cuanto a la densidad de campo (ASTM D-1556), en este ensayo se utiliza el método del cono de arena la cual consiste en usar arena uniforme normalizada 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 cono metálico. Este es un ensayo que se centra en la determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde se ha retirado todo el suelo compactado (sin pérdidas de material) “ ya ya que el peso del material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la densidad húmeda. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten obtener la densidad seca. ” Y luego podremos comparar las densidades secas obtenidas en ambos ensayos e interpretar los resultados.
El Grupo
II.
EXTRACCIÓN DE MUESTRA DE SUELO
Lugar de extracción: Malecón sur del rio Quillcay entre los puentes del rio Quillcay y el puente comercio - Provincia de Huaraz
Extracción de la muestra
LABORATORIO N°03: “ENSAYO DE RELACIONES
HUMEDAD – DENSIDAD (COMPACTACION)”
III.
LABORATORIO N°03: “ ENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD – DENSIDAD
(COMPACTACION)” 3.1.-OBJETIVOS: Determinación de la densidad seca máxima de un suelo para un contenido de humedad óptimo (C HO ), resultado de compactación o incremento de energía que se le da al suelo.
3.2.-EQUIPO Y HERRAMIENTAS
Equipo de compactación
Martillo de compactación
Malla ¾”
Martillo de goma
Bandeja grande
Cinco recipientes con capacidad de 5kg
Probetas graduadas de 500 a 1000 ml.
Escantillón
Latas de humedad
Balanza de precisión capacidad 25kg
Balanza electrónica
Horno
Muestra de suelo (arena arcillosa) 25kg.
3.3.-PROCEDIMIENTO a).- Preparar la muestra de suelo 25kg previamente secado, que pase la malla ¾ ”, y contenerlo en la bandeja grande.
FIGURA 1: Preparación de la muestra
b).-De la bandeja grande pesar cinco muestras de 5kg cada una y contenerlos en recipientes.
FIGURA 2: Muestra de 5 Kg para luego ser amasado con agua
c).- A la primera muestra se le añadirá 100ml de agua, a la segunda 150ml, a la tercera 200ml, a la cuarta 250, y la quinta muestra 300ml, luego se amasara manualmente cada muestra de tal forma que la humedad en cada una de ellas sea uniforme.
FIGURA 3: Amasado de las muestras
d).-Luego en cada una de las muestras separamos el suelo en cinco porciones las cuáles serán las cinco capas en el proceso de compactación.
FIGURA 4: separación de la muestra en 5 montones para luego compactarlas e).- Medir el molde de compactación para determinar su volumen, y pesarlo sin incluir la base ni el collar. Después se cubre la superficie interior con aceite lubricante para evitar que la muestra quede adherida a ella. f).-Luego comenzamos con una de las muestras, echamos la primera capa (porción separada) en el cilindro proctor y le damos 56 golpes por capa hasta terminar con las cinco porciones
FIGURA 5: tercera capa compactada con 56 golpes
FIGURA 5: proceso de compactado de la muestra g).- Luego quitamos el anillo y enrasamos cuidadosamente la base y la parte superior del cilindro compactado al suelo con una regla metálica. Llenar cuidadosamente con suelo o gravas pequeñas cualquier agujero que pudiera haber quedado en la superficie o haberse hecho por remoción de alguna grava en el proceso de emparejamiento de la superficie
FIGURA 6: proceso de enrasado luego de quitar el anillo del proctor
h).- Después pesamos el molde con el suelo compactado en ella.
i).- Extraer el cilindro de suelo del molde y tomar dos muestras para el contenido de humedad, una cercana a la parte superior del molde y la otra a la parte inferior.
j).- Después de pesar las muestras húmedas llevarlas al horno a una temperatura de 110 º C por 24h.
k).- Al día siguiente pesamos las muestras de contenido de humedad secadas al horno para encontrar el promedio real de contenido de humedad de cada ensayo.
3.4.-ACTIVIDAD DE GABINETE.
Conteni do de humedad:
Densidad H úmeda:
W suelo hu med o
V
Densidad Seca:
1+
Demostración: De la ecuación se tiene:
Luego se sabe que:
Además:
Remplazando:
3.5.-CALCULOS: A continuación se muestran los datos de laboratorio obtenidos y los cálculos realizados en la siguiente tabla.
ASTM D-1557
Golpes/Capa:
N° de Capas:
56
ɸ=
Dimensiones del molde:
5
Peso Mart:
15.30cm
1
ENSAYO N°
H=
10.80cm
2
INFERIOR
SUPERIOR
INFERIOR
4513g
3 SUP ERIOR
INFERIOR
Peso de Molde
:2787g
Volumen:
21.24
4 SUPERIOR
INFER IOR
5 SUPERIOR
INFERIOR
SUPER IOR
CONTENIDO DE HUMEDAD Peso de suelo húmedo + Recip.
Grs.
174.207
158.926
111.8
102
91.744
83.76
104.98
111.04
53.7
63.4
Peso de suelo seco + Recip.
Grs.
167.925
153.068
107.445
97.945
87.381
80.0 83
99.599
105.16
50 .574
59.249
Peso del agua
Grs.
6.282
5.858
4.355
4.055
4.363
3.677
Peso del Recip. Peso de suelo seco
Grs.
26.97
27.08
22.011
21. 06
21.013
20.735
26.09
27.09
12.577
11.934
Grs.
140.955
125.988
85.434
76.885
66.368
59.348
73.509
78.07
37.997
47.315
%
4.457
4.650
5.098
5.274
6.574
6.196
7.320
7.532
8.227
8.773
Cont. Humedad W%
5.381
5.88
3.126
4.151
DENSIDAD Cont. Humedad Promedio W%
%
4.553195
5.185806
6.3 84805
7.4259 47
8.500041
Peso del Suelo + Molde
Grs.
7520.00
7607.00
7737.00
7779.90
7689.10
Peso del Molde
Grs.
2787.00
2787.00
2787.00
2787.00
2787.00
Peso del Suelo
Grs.
4733.00
4820.00
4950.00
4992.90
4902.10
Densidad Humeda
Grs.
2.228
2.269
2.331
2.351
2.308
Densidad Seca (T/m3)
Grs.
2.131300
2.157423
2.1 90640
2.1882 11
2.127148
Tabla. Características de compactación en laboratorio del suelo usando esfuerzo modificado ASTM D1557 Datos obtenidos en Laboratorio Cálculos Realizados
RELACION HUMEDAD-DENSIDAD
2.240000
. m / n T A C E S D A D I S N E D
3
2.220000 y = -0.0031x 3 + 0.0438x2 - 0.1678x + 2.2781 R² = 0.9995
2.200000
2.180000
2.160000
2.140000
2.120000
2.100000 4.000000
5.000000
6.000000
7.000000
8.000000
HUMEDAD %
OBSERVACIONES:
TERRENO NATURAL
Densidad seca maxima
= 2.195
T/m3
Humedad optima
= 6.8445
%
9.000000
10.000000
3.6.-RESULTADOS: La densidad seca máxima obtenida es: El contenido de humedad óptima obtenida es:
3.7.-CONCLUCIONES:
3.8. -RECOMENDACIONES: El suelo y el agua deberían mezclarse con anterioridad y curarse por espacio de 24 horas antes del ensayo, esto es para minimizar los errores en la obtención del máx. Durante la compactación, tratar que los golpes sean lo más uniforme posible sobre el área del suelo.
LABORATORIO. N°04 “DENSIDAD DE CAMPO”
IV.
LABORATORIO. N°04 “ DE NSIDAD DE CAMPO”
4.1.-OBJETIVO Obtener los pesos específicos seco y húmedo de la muestra de suelo en el campo y verificar el Grado de Compactación del suelo en el campo.
4.2.-EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES
Aparto cono de arena
Placa metálica hueca
Horno con control de temperatura adecuada (Temperatura a 110 +/- 5 ºC)
Balanza de precisión a los 0,01 grs.
Arena calibrada (pasa la malla 20 y se retiene en la 30) 15kg.
Bandeja metálica
Brocha
Cuchara
Cincel
Bolsas plásticas, para echar la muestra extraída del suelo.
4.3.-PROCEDIMIENTO a).- Para obtener la arena calibrada se tamizo el agregado de modo que pasó la malla 20 y se retuvo en la 30 para nuestro caso.
FIGURA 1: Tamizado de agregado grueso
b).-Luego se procedió a lavarlo y secarlo al horno a Temperatura a 110 +/- 5 ºC por 24 horas
FIGURA 2: lavado de la arena retenido en la malla N° 30 c).- Después se debe calibrar el equipo de densidad de campo, (De esta forma obtener el peso volumétrico de la arena calibrada y el peso de la arena que queda en el cono después de ejecutar el ensayo, datos que nos sirven en la determinación de la densidad de campo. Se calibro tres veces, para ello dispusimos de 15 kg de arena calibrada).
FIGURA 3: vista de los equipos a utilizar para la calibración de la arena
Determinación de la capacidad volumétrica del depósito: Se coloca el depósito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal como una mesa estable (lo ideal contiguo a la balanza). Se Llena el depósito con agua a temperatura ambiente y se enraza con una placa de vidrio, para eliminar burbujas de aire y el exceso de agua. Se pesa en la balanza el recipiente con el agua y el vidrio, para que no se derrame. Se anota la masa total, para después descontar la masa del vidrio y del recipiente, y así determinar el peso de agua que llena el depósito (m w ), aproximado a 1 gr. m TOTAL
= 3082.692 grs.
m VIDRIO
= 70.250 grs.
7.452 – 1014 – 3696 =>
= 1973.442grs.
m RECIPIENTE = 1039 grs. Se mide la temperatura del agua. En la cual dio Tº = 20º C Para el agua se debe corregir la densidad (p w ), según su temperatura con la tabla 8.102.9.A. (Manual de carreteras). TEMPERATURA (ºC) DENSIDAD (grs/cm3) 8
0,9999
9
0,9998
10
0,9997
11
0,9996
12
0,9995
13
0,9994
14
0,9993
15
0,9991
16
0,9990
17
0,9988
18
0,9986
19
0,9984
20
0,9982
21
0,9980
22
0,9978
23
0,9976
24
0,9973
25
0,9971
26
0,9968
27
0,9965
28
0,9963
Se determina y registra la capacidad volumétrica del depósito (V M ), aproximado a 1 cm3, con la siguiente expresión:
4.4.-CÁLCULOS.
Determinación de la densidad aparente de la arena de ensayo y de la Masa de Arena que llena el Cono Se Llena el aparato de densidad con la arena de ensayo, y cerramos la valvula. Se coloca el depósito limpio y seco en una superficie plana, firme y horizontal como el piso; monte el aparato de densidad sobre el depósito.
FIGURA 4: proceso de llenado de arena al aparato
Se abre la válvula y se mantiene abierta hasta que la arena deje de fluir. Esto se nota porque hace como un efecto de succión y borbotea arena por unos segundos y se detiene.
FIGURA 5: se abre la válvula para que caiga la arena Se retira el aparato de densidad, se enrasa cuidadosamente con una regla metálica, evitando producir vibración, y limpiamos los bordes con la brocha cuidadosamente el exceso de arena en un contenedor y se registra el peso del depósito con arena (para determinar la densidad de la arena), y el exceso de arena del contenedor (para determinar la cantidad de arena contenida en el cono).
FIGURA 6: luego de que la arena ya deje de caer se procede a retirar el equipo
FIGURA 7: Se enraza la arena sobrante para poder hallar el peso de la arena que queda en el cono y así poder hallar la densidad de la arena Esto se efectuará 3 veces. Para su aceptación, la diferencia entre los valores extremos de las cinco determinaciones realizadas no deberá exceder de 1,5%, respecto de la medida aritmética de ellas. Si esto no se cumple se debe repetir el ensaye.
1
2
3
3653
3655
3658.09
1039
1039
1039
2614
2616
2619.09
1977.001
1977.001
1977.001
1.322
1.323
1.325
1336
1335.05
1339
Luego la densidad de la arena obtenida será:
La masa de arena que llena el cono:
d).- DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN EL TERRENO
Determinación del volumen de la perforación de ensayo. Se seleccionara el lugar para efectuar el ensaye, que en este caso lo determina el profesor, siendo este nor-oriente de la Ciudad Universitaria, detrás del laboratorio de materiales de construcción. Se prepara la superficie del punto a controlar, nivelándola o emparejándola y quitando el material vegetal que hubiere, para conseguir un buen asentamiento de la placa.
FIGURA 8: acondicionamiento del terreno donde se realizara el ensayo Se coloca la placa base sobre la superficie nivelada y se procede a excavar dentro de la abertura de la placa base, iniciando la excavación con un diámetro menor (desde el centro) y afinando luego hacia los bordes. La profundidad de la excavación debe ser similar al espesor de la capa bajo control, que en este caso se supuso de 15cm.
FIGURA 9: excavación alrededor de la abertura de la placa
FIGURA 10: luego de excavar se limpia y se compacta la base a una profundidad de 14 cm
Al ejecutar la excavación se debe tener cuidado de no alterar las paredes del suelo que delimitan la perforación, especialmente cuando predominan partículas que al sacarlas pueden desmoronar los costados, cambiando la geometría de la perforación. Si esto ocurriese, se deberá hacer una perforación nueva. Se coloca todo el suelo excavado en un envase o bolsa resistente, el cual debe cerrar herméticamente para conservar la humedad del suelo y evitar posibles pérdidas de material o contaminación, con un papel que indique las condiciones de la muestra (lugar, fecha, material, hora, etc.). Se asienta el aparato de densidad sobre la placa, se abre la válvula y se cierra una vez que la arena ha dejado de fluir.
FIGURA 11: asentando el aparato de densidad para luego abrir la válvula y esperar que la arene deje de caer
FIGURA 12: unas ves que dejo de caer ola arena se cierra la válvula para pesar la muestra que sobro en el aparato de densidad y así poder determinar la densidad del suelo
Determinación Nº
1
2
3
Peso (Aparato de densidad + Arena) Inicial grs
6698
6696
6694
Peso (Aparato de densidad + Arena) Final grs
3040
3040
3040
Peso de la arena del Cono ( ) grs.
1336.683
1336.683
1336.683
Peso arena que llena el Hoyo.( ) grs.
2321.317
2319.317
2317.317
Luego la masa de arena contenida en la perforación de ensayo será:
Se recupera la arena de ensaye y se deja en un envase aparte para su posterior acondicionamiento.
El volumen de la perforación de ensaye ( ) se calcula como:
4.5.-RESULTADOS.
Determinación de la densidad del suelo: Los datos obtenidos para la muestra de suelo del terreno perforado son:
3442.5
3136
437
3005.5
2699
Luego la densidad húmeda y seca del suelo se determina mediante la expresión: Densidad húmeda del suelo:
Contenido de humedad
Densidad seca del suelo:
1
1
Grado de compactación:
Donde:
= Grado de Compactación = Densidad Seca en el campo = Densidad Seca Máxima obtenida en el laboratorio en el ensayo de compactación (
V.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El grado de compactación Gc=70.2%, no está en el rango aceptable al igual que la diferencia de humedad ya que no se trabajó con el mismo suelo (en el ensayo de compactación se tomo muestra de suelo de Lomas, y en el ensayo densidad de campo el suelo de perforación fue de la ciudad universitaria.
De los dos ensayos de laboratorio realizados y empleado métodos diferentes determinamos que la muestra de suelo de Lomas posee mayor densidad seca (Mediante ensayo de compactación) que la muestra de suelo obtenida en la ciudad universitaria (mediante ensayo densidad de campo – método cono de arena)
, pero menor en contenido de humedad
Si se deja pasar mucho tiempo desde la calibración de los equipos y la arena. Puede que la arena de ensaye adquiera humedad, lo cual variara la densidad de la arena, dando como resultado datos erróneos.
Se debe contar con los equipos adecuados, y en buenas condiciones, como sus formas geométricas, sin abolladuras, sin perforaciones, el horno con la tº que se requiere, balanzas calibradas, etc. muchos instrumentos por el excesivo uso se deterioran rápidamente. Por tanto, siempre hay que estar pendiente de sus reposiciones, para obtener buenos y exactos resultados.
Por último la importancia de utilizar los mismos instrumentos durante la calibración, y el terreno, para no tener variaciones en las medidas.
VI.
BIBLIOGRAFIA
Badillo Juárez, 2012, Mecánica de suelos, México Lambe Rodrigo, 2011, Mecánica de suelos, Perú http://www.slideshare.net/hugogradiz/metodo-cono-de-arena http://javierlaboratorio.blogspot.com/2012/10/cono-de-arena.html http://isucre.files.wordpress.com/2012/12/informe-del-ensayo-del-cono-dearena-densidad-en-campo.pdf