informe de laboratorio de ensayo proctor y ensayo de cono de densidad

PRÓCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADO DEL SUELO, CONO DE DENSIDAD

INTEGRANTES:

Campos Guerra Carlos

Jimenez Gonzales Margarita

Sanchez Neglia Denis

Terrones López Yesenia

Torres Lara María Victoria

Zavaleta Burgos Percy

DOCENTE:

Ing. Julio Cesar Rivasplata Diaz

ASIGNATURA:

Mecánica de Suelos II.

LABORATORIO:

Universidad Nacional del Santa

Facultad de Ingeniería

Escuela Académico Profesional de Ingeniería Civil

ÍNDICE

- CARÁTULA …………………………………………….…………………………………..………… 01

- ÍNDICE ……………………………………………….…………………………………………….. 02

- INTRODUCCIÓN …………………………………….…………………………………………… 03

- OBJETIVOS ….……………………………………………………………………………... 03

- FUNDAMENTO TEÓRICO ……………………………………………………………… 04

- MATERIALES Y MÉTODO ………………………………………………………………... 07

- RESULTADOS …………………………………………………………………………………….…. 11

- RECOMENDACIONES .………………………………………………………………………….... 16

- CONCLUSIONES ……………………………………………………………………….……… 16

- REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ……………………………………………………... 17

2




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 de un suelo.

Preparación de la arena para el cono de densidad.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Hallar el Contenido de Humedad Óptima del suelo para energía estándar y

modificada.

Hallar la Densidad Seca del suelo para energía estándar y modificada.

Calcular la densidad suelta seca de la arena del cono de densidad.

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III. FUNDAMENTO TEÓRICO

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 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).

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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.

MÉTODO DEL CONO DE ARENA

El método del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros

de U.S.A. y acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O., y adoptada por la Norma

Chilena 1516 of. 79.

Un suelo natural o compactado requiere la

determinación de la densidad in situ. En la mayoría

de los proyectos, esta verificación se logra con el

cono de arena o por el densímetro nuclear.

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Este método (cono de arena) a utilizar establece un procedimiento para determinar

en terreno la densidad de suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea

menor o igual a 50 mm (2”) se utilizara el cono convencional, y menor o igual a 150

mm (6”) en el otro. Se utilizara el macrocono.

El cono convencional utilizado en este ensayo es

un aparato medidor de volumen, provisto de una

válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, que

controla el llenado de un cono de 6” de diámetro y

60º de ángulo basal. Un extremo termin a en

forma de embudo y su otro extremo se ajusta a la

boca de un recipiente de aproximadamente 5 lts.

de capacidad. La válvula debe tener topes que

permitan fijarla en su posición completamente

cerrada o completamente abierta.

El aparato debe llevar una placa base para facilitar la ubicación del cono de densidad,

permite reducir pérdidas al transferir el suelo desde la perforación al envase y

proporciona una base más sólida en suelos blandos. Esta placa debe considerarse

como parte constituyente del cono de densidad durante el ensaye.

El cono de arena convencional puede usarse con perforaciones de ensaye de

aproximadamente 3 litros.

La arena normalizada se compone de partículas cuarzosas sanas, subredondeadas,

no cementadas y comprendidas entre 2mm y 0,5 mm. Debe estar lavada y seca en

horno a 110+- 5ºC, para el ensayo.

En el caso del cono convencional, el depósito consiste en un recipiente metálico, de

forma cilíndrica, de 165 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad

volumétrica entre 3 y 3,5 litros.

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IV. MATERIALES Y MÉTODO

A. Materiales:

Molde De 4” Horno de secado Pisones manuales Estándar y

Modificado

TAMICES Espátula, cuchara y brocha

Balanza Recipientes

Probeta (500ml)

N°4

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B. Metodología:

Descripción de muestra:

El suelo es arena, con escaza cantidad de material orgánico (residuos de hojas de

Ciprés), el cual se retira fácilmente de las muestras a ensayar.

Para realizarse la compactación en una zona de dimensiones 100x100x30 cm3, se

toma la prueba de la UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA, a una profundidad de 20

cm, cuya ubicación exacta está en la zona contenida entre la Facultad de Ing. Civil y el

cerco perimétrico de la universidad.

Las características necesarias son:

ωnatural=0,43%

ρunitario suelto=1,42gr /cm3

Selección del Método A, B o C:

De acuerdo a los datos granulométricos, se utiliza el método A que se usa cuando el

20% o menos del peso del material es retenido en el tamiz N°4 (4,75 mm).

Datos del ensayo granulométrico:

W inicial=1936 gr

W final=1908gr

% pérdida=1,43%<2%

TABLA DE DATOS

Diametro de la malla (mm)

N° de malla Peso

retenido (g)Retenido acumulado R.T (%) (%) que pasa

6,35 1/4 0 0 0.00% 100.00%

4,75 4 1.978 1.978 0.10% 99.90%

2,36 8 5.187 7.165 0.38% 99.62%

1,18 16 32.638 39.803 2.09% 97.91%

0,6 30 73.171 112.974 5.92% 94.08%

0,3 50 300 412.974 21.64% 78.36%

0,15 100 961 1373.974 72.00% 28.00%

0,074 200 450 1823.974 95.58% 4.42%

cazoleta 84.323 1908.297 100.00% 0.00%

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Peso de muestra ensayada 1908

Compactación:

Como el contenido de humedad natural de la muestra es 0,4%, la cual es una cifra

baja para el C.H.O. se usa el método de preparación húmeda.

Se toma 5 muestras del suelo a compactar, tanto para el próctor estándar como en el

modificado, cada muestra de 3 kg.

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

MUESTRA 1 = 5% = 150ml



MUESTRA 4 = 11% = 330ml

MUESTRA 5 = 13% = 390ml

Se pesó el molde sin el anillo, en seguida se vació la arena 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 25 golpes con el pisón, haciendo lo mismo en las otras dos capas.

0.01 0.1 1 100%

20%

40%

60%

80%

100%

Curva granulométricaSuelo

Diámetro de la malla

% q

ue p

asa

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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 suelo 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 suelo, luego pesado se colocó en el horno, pasado 24 horas se

pesó cada tara que contenía las muestras pequeñas de suelo, 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.

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 suelo 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 suelo 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.).

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Ensayo N° 3

1. Se tamiza material con los tamices N°10 y N°20, se separa la aren retenida entre

estos (se debe obtener un peso mínimo de 6 kg).

2. Se procede al lavado de la arena retenido hasta que el agua de lavado quede clara.

3. Se lleva al horno a 110 ± 5 °C y dejar secar por 48 horas.

4. Se ensaya la densidad de la arena en probetas y en el cono de densidad.

5. Se calcula el volumen del cono.

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:

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 = 2023 g

2. Vmolde = π (5,1 cm)2 (11,4 cm)Vmolde = 931.53 cm3

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DATOS Y RESULTADOS

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

MUESTRA I II III IV VVolumen del molde (cm3) 931.5 931.5 931.5 931.5 931.5Peso del molde (gr) 2023.0 2023.0 2023.0 2023.0 2023.0Peso del molde + muestra húmeda (gr) 3600.0 3631.0 3695.0 3720.0 3743.0Peso de la muestra húmeda (gr) 1577.0 1608.0 1672.0 1697.0 1720.0Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 1.693 1.726 1.795 1.822 1.846Contenido de humedad 5.57% 7.26% 9.90% 11.11% 13.04%Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 1.604 1.609 1.633 1.640 1.633

CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso de la tara (gr)zona ↑ 1.856 1.856 2.987 2.017 2.724zona ↓ 1.856 2.201 3.216 1.889 1.920

zona media 1.856 1.944 2.819 1.085 2.181

Peso de la tara + suelo húmedo (gr)

zona ↑ 27.398 20.931 29.306 20.100 23.112zona ↓ 27.563 25.633 22.139 27.571 24.663

zona media 19.382 36.995 25.013 19.435 31.082

Peso de la tara + suelo seco (gr)

zona ↑ 26.088 19.610 26.977 18.262 20.754zona ↓ 26.244 24.025 20.404 24.985 22.024

zona media 18.432 34.664 23.013 17.623 27.762

Peso del agua (gr)zona ↑ 1.310 1.321 2.329 1.838 2.358zona ↓ 1.319 1.608 1.735 2.586 2.639

zona media 0.950 2.331 2.000 1.812 3.320

Peso del suelo seco (gr)

zona ↑ 24.232 17.754 23.990 16.245 18.030zona ↓ 24.388 21.824 17.188 23.096 20.104

zona media 16.576 32.720 20.194 16.538 25.581

Contenido de humedad (%)

zona ↑ 5.41% 7.44% 9.71% 11.31% 13.08%zona ↓ 5.41% 7.37% 10.09% 11.20% 13.13%

zona media 5.73% 7.12% 9.90% 10.96% 12.98%PROM(↑,↓) 5.41% 7.40% 9.90% 11.26% 13.10%PROMEDIO 5.57% 7.26% 9.90% 11.11% 13.04%

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5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0%1.6001.6051.6101.6151.6201.6251.6301.6351.6401.645

GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD

Contenido de Humedad (%)

Den

sida

d Se

ca (g

r/cm

3)

Máxima Densidad Seca 1,640 gr/cm3

Contenido de Humedad

11.47%

Ensayo N°2 (Próctor modificado)

1. Wmolde = 2016 g

2. Vmolde = π (5,1 cm)2 (11,4 cm)Vmolde = 931.53 cm3

DATOS Y RESULTADOS

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

MUESTRA I II III IV V

Volumen del molde (cm3) 931.5 931.5 931.5 931.5 931.5

Peso del molde (gr) 2016.0 2016.0 2016.0 2016.0 2016.0

Peso del molde + muestra húmeda (gr) 3646.0 3684.0 3723.0 3759.0 3784.0

Peso de la muestra húmeda (gr) 1630.0 1668.0 1707.0 1743.0 1768.0

Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 1.750 1.791 1.832 1.871 1.898

Contenido de humedad 5.33% 7.39% 9.12% 10.77% 12.66%

Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 1.661 1.667 1.679 1.689 1.685

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CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso de la tara (gr)

zona ↑ 24.532 23.418 24.171 24.774 24.106

zona ↓ 24.890 24.436 25.015 24.917 24.607

zona media 24.220 25.166 24.367 24.530 24.656

Peso de la tara + suelo húmedo (gr)

zona ↑ 43.895 47.222 47.725 54.399 62.897

zona ↓ 40.860 50.494 57.354 55.799 51.032

zona media 60.177 56.633 60.162 56.824 60.887

Peso de la tara + suelo seco (gr)

zona ↑ 42.894 45.561 45.774 51.697 58.534

zona ↓ 40.047 48.671 54.665 52.763 48.020

zona media 58.382 54.500 57.149 53.607 56.845

Peso del agua (gr)

zona ↑ 1.001 1.661 1.951 2.702 4.363

zona ↓ 0.813 1.823 2.689 3.036 3.012

zona media 1.795 2.133 3.013 3.217 4.042

Peso del suelo seco (gr)

zona ↑ 18.362 22.143 21.603 26.923 34.428

zona ↓ 15.157 24.235 29.650 27.846 23.413

zona media 34.162 29.334 32.782 29.077 32.189

Contenido de humedad (%)

zona ↑ 5.45% 7.50% 9.03% 10.04% 12.67%

zona ↓ 5.36% 7.52% 9.07% 10.90% 12.86%

zona media 5.25% 7.27% 9.19% 11.06% 12.56%

PROM(↑,↓) 5.41% 7.51% 9.05% 10.47% 12.77%

PROMEDIO 5.33% 7.39% 9.12% 10.77% 12.66%

5.0% 8.0% 11.0% 14.0% 17.0% 20.0% 23.0%1.660

1.665

1.670

1.675

1.680

1.685

1.690

1.695

GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD

Contenido de Humedad (%)

Dens

idad

Sec

a (g

r/cm

3)

Máxima Densidad Seca 1,689 gr/cm3

Contenido de Humedad

10.90%

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Ensayo N°3 (Arena del cono densidad)

Densidad 1:

Volumen=500cm3

W arena=751gr

Densidad 2:

Volumen=500cm3

W arena=776gr

Densidad 3:

Volumen=500cm3

W arena=748gr

Densidad final:

ρ=ρ1+ρ2+ρ3

3=1,502+1,552+1,496

3=1,517 gr /c m3

ρ=1,517gr /cm3

ρ1=1,502 gr /c m3

ρ2=1,552 gr /c m3

ρ3=1,496gr /cm3

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VI. RECOMENDACIONES

Se debe calibrar la balanza antes de pesar.

Cada recipiente donde se echa la muestra de 3kg. de suelo, debe estar limpio y

seco, para evitar polvo o un aumento de humedad (aparte del agua q se verterá)

en nuestra muestra de suelo.

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 suelo que se compacta, puesto que si éste es soltado, remueve o taja el

material.

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.

Para el lavado de la arena para el cono de densidad, se recomienda echar y

mezclar agua al mismo tiempo y votar inmediatamente el agua, así haremos que

las partículas no deseadas estén en suspensión y sean eliminadas de manera

rápida

VII. CONCLUSIONES

El óptimo Contenido de Humedad del suelo para energía estándar es 11,47% lo

cual indica que se debe agregar 11,04% debido a que la arena ya tiene un 0,43%

de humedad.

El óptimo Contenido de Humedad del suelo para energía modificada es 10,9% lo

cual indica que se debe agregar 10,47%.

La densidad máxima para energía estándar es de 1,640 gr/cm3.

La densidad máxima para energía modificada es de 1,689 gr/cm3.

La densidad de la arena para el cono de densidad es =1,517 gr/cmρ 3.

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VIII. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

http://ntics.frra.utn.edu.ar/portal/PDFs/compactacion.pdf Mecánica de Suelos – Juárez Badillo

Manual de ensayos de materiales para carreteras (EM 2000)

http://suelosycimentaciones.blogspot.com/

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

de.html

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informe de laboratorio de ensayo proctor y ensayo de cono de densidad

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