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FACULTAD DE INGENIERIA
Carrera de Ingeniería Civil
PROPUESTA METODOLOGICA PARA VERIFICACIÓN DEL GRADO DE COMPACTACIÓN DE SUELOS CON UN DEFLECTOMETRO DE IMPACTO LIVIANO (LWD)
Tesis para optar el Título Profesional de Ingeniero Civil
MARIE DIANNE JENNIFER ARRIOLA ASTOCAZA
JOSE ENRIQUE FARIAS MONTOYA
Asesor:
Msc. Ing. Marco Antonio Hernández Aguilar
Lima – Perú
2020
TABLA DE CONTENIDO
DEDICATORIA ................................................................................................................. V
AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................... VII
RESUMEN ...................................................................................................................... VII
ABSTRACT ................................................................................................................... VIII
CAPÍTULO I: INTRODUCCION ....................................................................................... IX
CAPÍTULO II: PROBLEMA DE INVESTIGACION ............................................................. 1
2.1. Situación Problemática ....................................................................................... 1
2.2. Formulación del problema .................................................................................. 2
2.3. Justificación del problema ................................................................................... 2
2.4. Objetivo e hipótesis de la investigación .............................................................. 3
2.4.1. Objetivo general. ......................................................................................... 3
2.4.2. Objetivo específico. ..................................................................................... 3
CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO .................................................................................... 4
3.1. Antecedentes ...................................................................................................... 4
3.1.1. Antecedentes Internacionales ...................................................................... 4
3.1.2. Antecedentes Nacionales ............................................................................ 5
3.2. Marco Teórico ..................................................................................................... 6
3.2.1. Mecánica De Suelos. ................................................................................... 6
CAPITULO IV: Hipótesis y Variables ...............................................................................55
4.1. Hipótesis general. ..............................................................................................55
4.2. Hipótesis Específicas. ........................................................................................55
4.3. Variables ...........................................................................................................55
CAPITULO V: Metodología ..............................................................................................56
5.1.1. Tipo de investigación. .................................................................................56
5.1.2. Diseño de investigación. .............................................................................56
5.2. Muestra .............................................................................................................56
5.3. Instrumento de investigación .............................................................................57
5.4. Procedimientos de recolección de datos ............................................................57
5.5. Plan de Análisis .................................................................................................58
CAPITULO VI: Procedimiento y método de análisis .........................................................59
6.1. Ubicación ...........................................................................................................59
6.2. Proceso para la obtención de datos con metodología tradicional .......................60
6.2.1. Trabajo de campo. ......................................................................................60
6.2.2. Trabajo en laboratorio. ................................................................................65
6.3. Proceso para la obtención de datos con metodología Deflectométrica ..............74
6.3.1. Trabajo de campo no destructivo. ...............................................................74
6.3.2. Factores que intervienen en la toma de datos. ...........................................75
6.3.3. Deflexiones obtenidas de trabajos hechos en campo .................................75
CAPITULO VII: RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................76
7.1. Introducción .......................................................................................................76
7.2. Metodología para obtención del Grado de Compactación ..................................76
7.2.1. Determinar la Granulometría ......................................................................76
7.2.2. Determinar la Densidad Máxima Seca de Laboratorio. ...............................78
7.2.3. Determinar la Densidad Máxima Seca de Campo.......................................82
7.2.4. Determinar el Módulo del LWD. ..................................................................84
7.3. Cálculo del Grado de Compactación con Módulos del LWD ..............................88
CAPITULO VIII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .........................................93
8.1. Conclusión .........................................................................................................93
8.2. Recomendaciones .............................................................................................94
REFERENCIAS ...............................................................................................................95
ANEXOS ..........................................................................................................................97
Anexo N°1: Cálculos de ensayos de suelos y LWD - SURCO (Proyecto Monte Mayor
116) ..............................................................................................................................97
Anexo N°2: Cálculos de ensayos de suelos y LWD – PUENTE PIEDRA ................... 108
Anexo N°3: Cuadro comparativo de precios de los ensayos ...................................... 119
Anexo N°4: Calibración de los equipos....................................................................... 120
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Tabla Granulométrica (MTC, 2016) ...................................................................... 7
Tabla 2 Tabla de diámetro nominal de las partículas (MTC, 2016) ................................... 7
Tabla 3 Tamices de la Fracción Fina (MTC, 2016) ........................................................... 8
Tabla 4 Requisito de toma de muestra. (MTC, 2016) .......................................................12
Tabla 5 Factor para limite líquido. (MTC, 2016) ...............................................................16
Tabla 6 Sistema de Clasificación AASHTO. (MTC, 2016) ................................................19
Tabla 7 Clasificación de suelos. (Elaboración propia) ......................................................20
Tabla 8 Carta de Plasticidad. (Elaboración, propia) .........................................................20
Tabla 9 Sistema de clasificación de suelos. (Gonzales, 2002) .........................................21
Tabla 10 Sistema de clasificación SUCS. (Civilgeeks, 2015) ...........................................22
Tabla 11 Tipos de métodos de ensayo Proctor. (Elaboración propia) ..............................24
Tabla 12 Tiempo de permanencia requerido para saturación de especímenes. (MTC,
2016) ...............................................................................................................................26
Tabla 13 Tipos de Métodos en Proctor Modificado. (Elaboración propia) .........................29
Tabla 14 Tiempo de permanencia requerido para saturación de especímenes. (MTC,
2016) ...............................................................................................................................31
Tabla 15 Volúmenes mínimos del hoyo de ensayo basados en el tamaño máximo de la
partícula. (MTC, 2016) .....................................................................................................35
Tabla 16 Parámetros (3ipe, 2018) ....................................................................................49
Tabla 17 Resultados del tamizado de la muestra. (Elaboración propia) ...........................66
Tabla 18 Granulometría – Surco. (Elaboración propia) ....................................................76
Tabla 19 Granulometría – Puente Piedra. (Elaboración, propia) ......................................77
Tabla 20 Proctor Modificado – Surco. (Elaboración propia) .............................................78
Tabla 21 Proctor modificado – Puente Piedra. (Elaboración propia) ................................80
Tabla 22 Cono de arena – Surco. (Elaboración propia) ...................................................82
Tabla 23 Contenido de Humedad – Surco. (Elaboración propia) .....................................83
Tabla 24 Cono de arena – Puente Piedra. (Elaboración propia) ......................................83
Tabla 25 Contenido de humedad – Puente Piedra. (Elaboración propia) .........................84
Tabla 28 Modulo del LWD – Surco. (Elaboración propia) .................................................85
Tabla 29 Modulo del LWD - Puente Piedra. (Elaboración propia) ....................................87
Tabla 30 Rangos del módulo del LWD (Elaboración propia) ............................................88
Tabla 31 Rangos del módulo del LWD (Elaboración propia) ............................................88
Tabla 32 Módulos homogenizados en cantidad. (Elaboración Propia) .............................89
Tabla 33 Rangos y promedios de módulos del LWD y grados de compactación
(Elaboración Propia) ........................................................................................................89
Tabla 34 Nuevos rangos y promedios de los módulos del LWD y grados de compactación
(Elaboración Propia) ........................................................................................................89
Tabla 35 Módulos para análisis homogéneos (Elaboración propia) .................................90
Tabla 36 Relación de Grado de Compactación vs Modulo del LWD - Puente Piedra.
(Elaboración propia) ........................................................................................................91
Tabla 37 Cuadro comparativo de precios (Elaboración Propia) ..................................... 119
Tabla 38 Calibración de cono de arena de Puente Piedra. (Elaboración propia)............ 121
Tabla 39 Calibración de cono de arena de Surco. (Elaboración propia) ......................... 121
Tabla 40 Molde del ensayo de Surco. (Elaboración propia) ........................................... 122
Tabla 41 Molde de ensayo Puente Piedra. (Elaboración propia) .................................... 122
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 Método de cuarteo manual. (MTC, 2016) ...........................................................11
Figura 2 Dimensiones del Acanalador. (MTC, 2016) ........................................................14
Figura 3 Ensayo de Casagrande. (Docsity,2018) .............................................................15
Figura 4 Carta de Plasticidad. (Gonzales, 2002) ..............................................................22
Figura 5 Grafica de relación de densidad máxima seca con porcentaje de humedad.
(Elaboración propia) ........................................................................................................24
Figura 6 Ejemplo de grafico de Curva de Compactación. (MTC, 2016) ............................28
Figura 7 Equipo para ensayo de Cono de Arena (MTC, 2016) .........................................34
Figura 8 Equipos de LWD, versión 3 (2016 hasta la actualidad), versión 2 (2014-2016) y
versión 1 (2013), respectivamente. (3ipe, 2018) ..............................................................39
Figura 9 Plato de medición. (3ipe, 2018)..........................................................................40
Figura 10 Ensamblaje de Minidyn haciendo uso el pin de seguridad. (3ipe, 2018) ..........41
Figura 11 Especificaciones del software Minidyn. (3ipe, 2018) ........................................42
Figura 12 Transporte de Minidyn. (3ipe,2018) .................................................................42
Figura 13 Dispositivo de adquisición de datos. (3ipe, 2018).............................................43
Figura 14 Mover el plato para hacer un mejor contacto con el terreno. (Elaboración
propia) .............................................................................................................................45
Figura 15 Posicionamiento para realizar medidas. (3ipe, 2018) .......................................45
Figura 16 Máxima tensión para el dispositivo de carga. (3ipe, 2018) ...............................46
Figura 17 Aplicación de Google play store. (3ipe, 2018) ..................................................47
Figura 18 Ventana principal Minidyn. (3ipe, 2018) ...........................................................48
Figura 19 Pestañas de módulos, adquisición y general. (3ipe, 2018) ...............................49
Figura 20 Pestaña proyecto. (3ipe, 2018) ........................................................................50
Figura 21 Pestaña reporte. (3ipe, 2018)...........................................................................51
Figura 22 Pestaña reporte. (3ipe, 2018)...........................................................................51
Figura 23 Obtención de datos, antes (izquierda), durante (medio) y después (derecha).
(3ipe, 2018) .....................................................................................................................52
Figura 24 Exportación. (3ipe, 2018) .................................................................................54
Figura 25 Terreno del Distrito de Puente Piedra. (Google maps, 2015) ...........................59
Figura 26 Terreno del distrito de Santiago de Surco. (Google maps, 2015) .....................59
Figura 27 Extracción de material. (Elaboración propia) ....................................................60
Figura 28 Humedeciendo el área de trabajo. (Elaboración propia) ...................................61
Figura 29 Compactando área de trabajo. (Elaboración propia) ........................................61
Figura 30 Sectorización de áreas establecidas. (Elaboración propia) ..............................62
Figura 31 Calibración de arena en cono. (Elaboración propia) .........................................62
Figura 32 Perforación de hueco para ensayo de cono de arena. (Elaboración propia) ....63
Figura 33 Retiro de Material. (Elaboración propia) ...........................................................63
Figura 34 Vaciado de arena calibrada en hueco. (Elaboración propia) ............................64
Figura 35 Retiro del cono con arena excedente. (Elaboración propia) .............................64
Figura 36 Tamizado de material. (Elaboración propia) .....................................................65
Figura 37 tamizado con malla 3/4". (Elaboración propia) .................................................66
Figura 38 Cuarteo manual. (Elaboración propia) ..............................................................67
Figura 39 Muestra de agregado fino. (Elaboración propia) ..............................................67
Figura 40 Zarandeo manual. (Elaboración propia) ...........................................................68
Figura 41 Zarandeo de agregado fino. (Elaboración propia) ............................................69
Figura 42 Ensayo de Limite Liquido. (Elaboración propia) ...............................................70
Figura 43 Ensayo de Limite Plástico. (Elaboración propia) ..............................................71
Figura 44 Peso de muestra para Proctor Modificado. (Elaboración propia) ......................72
Figura 45 Humedeciendo muestra. (Elaboración propia) .................................................72
Figura 46 Separación de material. (Elaboración propia) ..................................................73
Figura 47 Compactación por capas. (Elaboración propia) ................................................73
Figura 48 Ubicación del equipo LWD en el terreno. (Elaboración propia) ........................74
Figura 49 Realización del ensayo LWD en el terreno. (Elaboración propia) .....................75
Figura 50 Relación humedad vs Densidad – Surco. (Elaboración propia) ........................79
Figura 51 Relación Humedad vs Densidad – Puente Piedra. (Elaboración propia) ..........81
Figura 52 Grafica de Grado de Compactación vs Modulo - Puente Piedra. (Elaboración
propia) .............................................................................................................................91
Figura 53 Grafica de Grado de Compactación vs Modulo - Puente Piedra. (Elaboración
propia) .............................................................................................................................91
Figura 54 Calibración del equipo LWD. (3ipe, 2019) ...................................................... 120
V
DEDICATORIA
A mi madre, Norma Montoya y padre,
Enrique Farias, quienes siempre
estuvieron apoyándome incondicional
desde el inicio de la presente
investigación; mi hermana María José,
futura profesional, en quien veo un gran
potencial en su carrera a futuro; y a
todas las personas que me dieron su
apoyo, gracias.
Jose Enrique Farias Montoya
El proyecto elaborado lo dedico a
Dios, por darme la fuerza para obtener
unos de mis objetivos principales. A mis
padres, Mario Arriola y Sonia Astocaza,
por el sacrificio, trabajo, paciencia y
amor que me brindaron en todo
momento. A mis hermanas Nohely y
Shendy por el apoyo incondicional; y a
todas las personas que brindaron su
apoyo.
Marie Dianne Jennifer Arriola Astocaza
VI
AGRADECIMIENTOS
A nuestros profesores de la
universidad San Ignacio de Loyola, por
sus vastos conocimientos transmitidos y
su influencia a lo largo de nuestra
carrera universitaria, para mencionar
algunos como: Ing. Andres Sotil, Ing.
Jose Acero, Ing. Alex Sanchez, Ing.
Jorge Cárdenas entre otros. A nuestros
colegas ingenieros por su apoyo en todo
momento. Al laboratorio del Ministerio de
Transporte y Comunicaciones (MTC), las
facilidades y conocimiento brindados por
sus profesiones y técnicos de su
laboratorio. A nuestro asesor Ing. Marco
Hernández, por su asesoramiento en el
transcurso de la Tesis.
Y a todos los que creyeron que sea
posible.
Marie Arriola y Jose Farias
VII
RESUMEN
La presente tesis se realizó en los distritos de Surco y Puente Piedra, ubicados en Lima.
El propósito de la investigación consiste en determinar la relación entre el grado de
compactación y el módulo del equipo LWD para futuros proyectos de edificaciones y/o
pavimentación. Se evaluó los suelos mediante los ensayos de granulometría, límites de
plasticidad, Proctor modificado, cono de arena y el módulo del LWD. Finalmente se
relacionó el grado de compactación con el módulo del LWD para dos tipos de enfoques.
En Surco se determinó un parámetro de módulos resultantes para obtener un cierto grado
de compactación, mientras en Puente Piedra los comportamientos de los resultados
variaban de igual manera en cada punto de análisis.
Los resultados obtenidos para la relación fueron, en el distrito de Surco el grado de
compactación se encontraba en un rango de 99% a 106% y el módulo del LWD de 86 a
121 MPa. Para el distrito de Puente Piedra, el grado de compactación fueron de 98.67%,
95.17%, 89.36% y 86.7% y los módulos del LWD fueron de 27, 26, 21 y 20 MPa. Se
concluye que para el proyecto del distrito de Surco si se quiere obtener un grado de
compactación de mínimo 99%, se necesita un módulo entre los valores de 86 a 106 MPa;
por otro lado en el terreno de Puente Piedra la variación creciente de los módulos del
LWD, se presenció de igual manera que el grado de compactación.
Palabras claves: LWD, Grado de Compactación, Granulometría, Proctor, Cono de arena
VIII
ABSTRACT
The present thesis was done in the districts of Surco and Puente Piedra, located in Lima.
The purpose of the investigation is to determine the relationship between the degree of
compaction and the LWD module for future buildings and pavement projects. Afterwards
the group evaluated the soil through sieve analysis, plastic limit, modify proctor, sand
cone and LWD module. Finally, the degree of compaction was related to the LWD module
for two types of approaches. In Surco a parameter of resulting modules was determined to
obtain a certain degree of compaction, while in Puente Piedra the behavior of the results
varied equally at each analysis point.
The obtained results for the relationship in the district of Surco were: the degree of
compaction 99%-106% and the LWD module was 86 to 121 MPa. For Puente Piedra it
was of 98,67%,95.17%, 89.36% and 86.7% and the LWD module was of 27, 26, 21 and
20 MPa. The group can conclude that for the district of Surco if a degree of compaction
with a minimum of 90% is needed, it will require a module with values between 86 to 106
MPa; on the other hand in the field of Puente Piedra increasing variation of degree of
compaction behaved in the same way as the one observed on the LWD module.
Palabras claves: LWD, Degree of compaction, Sieve analysis, Proctor, Sand cone
IX
CAPÍTULO I: INTRODUCCION
En el inicio de proyectos viales o edificaciones se realiza en primera instancia el estudio
de Mecánica de Suelos, donde uno de los datos que se obtiene es el grado de
compactación, el cual tiene un proceso que abarca ensayos en campo y laboratorio para
llegar a una relación entre ellos. En la búsqueda de una mejora para la obtención del
Grado de Compactación, se realizó la presente investigación con una metodología
Deflectométrica utilizando el equipo Deflectométrico de Impacto Liviano (Light Weight
Deflectometer, como sus siglas en ingles LWD).
Se busca la mejora del tiempo en realizar el ensayo, así como su eficiencia al
momento de recopilar los datos pertinentes para su análisis posterior. Es por esta razón
que se presenta los dos procesos de obtención del Grado de Compactación a partir de
los ensayos de Proctor, Cono de Arena (ensayos de Mecánica de Suelos) y ensayos de
Deflectometria (LWD). Cada uno de estos procesos nos proporciona el Grado de
Compactación, pero en diferentes formas.
Para los ensayos de Mecánica de Suelos se inician extrayendo muestras del
terreno haciendo calicatas, las cuales son perforaciones a cielo abierto. Luego las
muestras son llevadas a laboratorio para realizar los ensayos pertinentes para obtener
una máxima densidad seca y un porcentaje de humedad de laboratorio. En el terreno a
trabajar se realiza los trabajos de compactación, que al culminar se procede a realizar los
ensayos de cono de arena para dar como resultado una máxima densidad seca y un
porcentaje de humedad de campo. Por otro lado, Se tiene los ensayos Deflectométricos,
el cual es un proceso no destructivo teórico, dicho método se basa por el impacto que se
aplica por medio de una carga de manera que muestra una deflexión del suelo, dando
como resultado un Módulo por el cual se busca relacionarlo con el Grado de
Compactación.
1
CAPÍTULO II: PROBLEMA DE INVESTIGACION
2.1. Situación Problemática
En la actualidad, existen ensayos tanto en laboratorio como en campo para determinar el
grado de compactación del suelo en obras viales y de edificaciones. En laboratorio, el
Ensayo de Compactación Proctor permite determinar el porcentaje de humedad óptimo
(W%) y una Máxima Densidad Seca (MDS) del suelo, según lo reglamenta la NTP
339.142:1999 (ensayo con energía estándar) y la NTP 339.141:1999 (ensayo con energía
modificada) (INDECOPI 1999 y 1999). Para realizar este ensayo, se necesita una
muestra, la cual es extraída del suelo a trabajar y enviada al laboratorio para realizar los
ensayos correspondientes, los cuales demoran aproximadamente 1 a 2 días hasta
conseguir los datos deseados.
En campo, el Ensayo de Cono de Arena brinda la densidad del suelo y en
complementación con el equipo Speedy, obtiene el porcentaje de humedad en campo,
según lo reglamentado en NTP 339.143:1999 y NTP 339.250:2002, respectivamente
(INDECOPI 1999 y 2002). Otro equipo que proporciona los mismos datos es el
densímetro nuclear, siguiendo la NTP 339.144:1999 (INDECOPI 1999). Para estos
ensayos se necesita de personal especializado para operar los equipos, teniendo en
cuenta las siguientes diferencias entre ambos ensayos:
1. El ensayo más económico resulta ser el cono de arena.
2. El densímetro nuclear permite obtener resultados más rápidos y precisos.
3. El equipo más seguro es el cono de arena ya que el densímetro nuclear emite
radiación. En caso de golpe, rotura, corte o perforación del equipo, los daños
pueden ser nocivos para el operario (quemaduras en la piel, vómitos y
molestias generales asociados a una gastritis en el corto plazo y cáncer en el
largo plazo). Es por eso que se necesita de un operario capacitado, certificado
y calificado, a diferencia que el operario que manipule el equipo del ensayo de
cono de arena, sin tanta exposición a estos daños nocivos en seguridad.
Por lo tanto, lo que se necesita es desarrollar un ensayo o metodología que
contemple los mejores aspectos de cada uno de los ensayos mencionados para
maximizar la productividad en la verificación del grado de compactación durante la
construcción de diversas obras, como ya mencionadas anteriormente.
2
El Deflectómetro de Impacto Liviano (Light Weight Deflectometer o LWD por sus
siglas en inglés) empieza a ser utilizado en los años 70´s como un equipo portátil y de
apoyo en la ingeniería de pavimentos. Así, los deflectómetros son dispositivos dinámicos
no destructivos usados para medir la resistencia de capas granulares in-situ. Por eso, el
LWD ha creado gran interés en ingenieros de campo especializados en mecánica de
suelos. (Quiñonez, 2015)
El LWD es considerado un equipo relativamente económico y rápido que permite
obtener resultados de deflexiones y módulos resilientes de manera tan rápida como se
obtienen las densidades con el densímetro nuclear y con la seguridad de realización
como el ensayo de densidad con el cono de arena. El tiempo que se toma para emplear
el ensayo con el equipo LWD por punto es de aproximadamente 2 a 3 min, con esto se
puede efectuar en una hora una recolección de datos de entre 30 a 20 puntos, siendo
muy beneficiosos para proyectos viales por la toma de datos, además su traslado es
sencillo.
2.2. Formulación del problema
¿La propuesta de una nueva metodología con el fin de ser económica, rápida y segura
basada en los módulos del equipo LWD, podrá ser equivalente a la metodología actual
que se procede a hallar el grado de compactación en obras civiles?
2.3. Justificación del problema
La presente investigación tiene la importancia de implementar una nueva metodología
mediante el Módulo del equipo LWD a partir de deflexiones medidas en campo por el
método de Boussinesq, y con eso buscar una relación con el grado de compactación
hallado de los ensayos de Proctor y cono de arena, en diferentes tipos de suelos de lima
para obras viales y/o edificación.
La finalidad de esta investigación es agilizar el proceso de análisis de datos en
campo, para la obtención del grado de compactación, así reduciendo costos en la partida
de ensayos de laboratorio y beneficiando al área de calidad y productividad, ya que
pueden realizar la liberación de sus partidas en tiempos oportunos, así también las
poblaciones cercanas podrán disponer de prósperos proyectos de edificación y/o viales.
Este equipo no es de gran envergadura, siendo fácil de transportar a zonas de
complicado acceso para equipos voluminosos, así se genera un costo bajo para su
3
traslado, haciéndolo más económico, segura, rápida y principalmente equivalente a la
que se obtiene con el Ensayo de Compactación de Proctor.
En el proceso de realización de la investigación se evaluará la metodología más
conveniente a aplicar para brindar resultados efectivos hacia estos futuros proyectos.
Si la metodología propuesta es válida, el trabajo en campo se vería sumamente
optimizado, ya que se podría verificar en tiempo real el grado de compactación.
2.4. Objetivo e hipótesis de la investigación
2.4.1. Objetivo general.
Proponer una metodología a partir del Módulo del equipo LWD para obtener el grado de
compactación de suelos en diferentes proyectos, buscando eficiencia en tiempo y costo
de ensayos en campo como laboratorio.
2.4.2. Objetivo específico.
Reconocer las condiciones del terreno por medio de estudios de suelo para
identificar su granulometría e índices de plasticidad, para obtener el tipo de suelo
a trabajar.
Evaluar los suelos mediante ensayos de Mecánica de Suelos (Proctor Modificado
y Cono de Arena), para obtener las densidades secas y contenidos de humedad
de campo al igual que de laboratorio.
Hallar el Grado de Compactación para cada uno de los puntos en los suelos
trabajados.
Evaluar mediante método Deflectométrico, la influencia en el suelo por medio de
los módulos del equipo LWD.
Analizar la relación de los Módulos del LWD con del Grado de compactación en
cada suelo trabajado.
4
CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO
3.1. Antecedentes
Para el desarrollo de la presente investigación se utilizarán artículos y tesis de apoyo, los
cuales hacen mención de uso y comparaciones del equipo LWD con otros ensayos y/o
equipos, para obtener datos mediante retro cálculos o correlaciones.
3.1.1. Antecedentes Internacionales
Rahman y sus colegas (Rahman, 2007) analizaron la rigidez de la sub-rasante
obtenida de un nuevo dispositivo de compactación llamado Rodillo de Compactación
Inteligente en proyectos de terraplén de carretera en Kansas. En su investigación
realizaron mediciones tradicionales de control de compactación con pruebas de
densidad, ensayos de contenido de humedad in situ, mediciones de rigidez del suelo
con Geogage, pruebas de deflexión de superficie usando un Deflectómetro de
Impacto Liviano (LWD), Deflectómetro de Impacto (FWD) y prueba de penetración
usando un Penetrómetro de Cono Dinámico (DCP). Luego de hacer las respectivas
comparaciones, los autores no observaron ninguna correlación universal entre la
rigidez del rodillo IC, la rigidez Geogage, los módulos de suelo calculados de los
datos del LFWD y FWD, y el California Bearing Ratio (CBR) obtenido de las pruebas
DCP. Los autores no realizaron comparación alguna entre los métodos clásicos
utilizados.
Shabbir M. y Alex K. (Shabbir, 2010) compararon el LWD con el GeoGauge y el DCP
en el monitoreo y medición de los módulos del subbase y base durante una
construcción. Así concluyeron que algunas ventajas del LWD son su menor costo
operativo y riesgo para la salud en comparación con los dispositivos de densidad
nuclear. Además, el LWD puede medir directamente las propiedades del módulo que
son la base del nuevo diseño de pavimento MEPDG (Mechanistic Empirical Pavement
Design Guide).
Leal (Leal, 2010) en su tesis de maestría menciona que el ensayo de módulo
resiliente en laboratorio toma tiempo y tiene costo elevado. Por este motivo, optó por
obtener este parámetro a partir de pruebas no destructivas utilizando el FWD.
Meehan y colegas (2012) comparan en situ punto tras punto la variabilidad de valores,
ya sea de humedad, módulos y densidad, apreciándose diferentes desviaciones en
los ensayos aplicados. Para concluir que el contenido de humedad en el suelo o
muestra es de suma importancia cuando se interpretan resultados de ensayos de
módulos y la utilidad de análisis de regresión múltiple.
5
3.1.2. Antecedentes Nacionales
Osorio (Osorio, 2008) en su tesis de maestría habla sobre la necesidad de incorporar
en el proceso de control de calidad, un método de control de la capacidad estructural
real de las capas granulares, que refleje si cumplen o no con el diseño. Afirma que en
diversos estudios el equipo LWD puede ser usado confiablemente para evaluar la
capacidad estructural de estas capas (p 8), sin embargo, se tiene información limitada
sobre su eficacia y eficiencia. Se enfocó en analizar las variables requeridas para
definir la utilización del LWD como herramienta de control en terreno.
Además, Osorio determinó que la repetición del equipo es alta, encontrando que la
variabilidad obtenida al realizar las mediciones a distintas presiones es baja y que, a
partir de estos resultados, propone un método para evaluación in-situ del módulo
resiliente (MR) de las capas granulares de un pavimento a través de un procedimiento
experimental que deberían plasmar para cada proyecto en particular.(p 7)
Guillén (Guillén, 2009) menciona en su tesis de titulación que el equipo más utilizado
a nivel mundial para los ensayos deflectométricos en la evaluación estructural del
pavimento, es el deflectómetro de impacto. La teoría que involucra en el retro cálculo,
es la teoría elástica lineal aplicada a suelos, lo cual la solución fue planteada por
Boussinesq y luego desarrollada por Burmister. Adicionalmente, existen teorías
parecidas como la de Odemark y por último el método de los elementos finitos.(p 40)
El enfoque de la tesis es respecto a pavimentos flexibles y usa el método AASHTO y
el método de Texas Transportation Institute por medio del software MODULUS 6.0 (p
54) . Una ventaja resaltante de este método es que se puede obtener los módulos
elásticos de cada capa que constituye el pavimento incluyendo la subrasante. Con la
comparación de los resultados de los módulos elásticos, obtenidos por ambos
métodos, AASHTO Y MODULUS 6.0, llegaron a verificar que mantienen los valores
similares (p 80).
Quiñonez (Quiñonez, 2015) en su tesis de titulación investigó el uso y operación del
LWD para la aplicación del retro cálculo, la puesta a punto y actividades de campo,
así como los factores que intervienen en la toma de datos y la frecuencia de
muestreo. Concluyó que los resultados de los módulos elásticos del FWD y LWD
tienen valores similares en los geófonos más alejados del centro del plato (p 7).
Jiménez (Jiménez, 2017) presentó un estudio que tuvo como objetivo calcular la
rigidez del pavimento en su estado actual, para luego aplicar una rehabilitación y un
control de calidad en la etapa de construcción. Como se sabe la recolección de data
en esta etapa es grande, por eso los equipos a usar son de manejo rápido y fácil para
así llevar un control de calidad rápido y económico. (p 4)
6
Por eso, Jiménez determinó algunos puntos;
Bajo una regresión lineal determinó que un incremento o disminución de una
unidad del módulo M.2 ocasiona una variación del 7.50% y 8.50% en el valor
de R2 respectivamente.
Se determinó que bajo una regresión lineal determinó que un incremento o
disminución de una unidad del grado de compactación obtenido con el
Densímetro Nuclear ocasiona una variación del 10.30% y 12.34% en el valor
de R2 respectivamente.
El uso de LWD a diferencia del densímetro nuclear no requiere de permisos y
capacitaciones especiales para el operador, haciéndolo más accesible en su
operación, no requiere valores de referencia para determinar una adecuada
ratio de compactación y posee buen rendimiento, a diferencia del densímetro
nuclear es menos riesgoso y no necesita de tantos papeles para su utilización.
3.2. Marco Teórico
3.2.1. Mecánica De Suelos.
3.2.1.1. Ensayo De Laboratorio.
3.2.1.1.1. Granulometría.
El presente ensayo se usa para determinar la distribución en porcentajes del particular de
un suelo por medio de distintos tamaños de tamices.
EQUIPOS Y MATERIALES (MTC, 2016)
Se usan los siguientes equipos y materiales para su medición:
1. Balanzas, una con sensibilidad de 0,01 gramos para los materiales pasantes de la
malla N° 4 (4,760 mm), la otra con una sensibilidad de 0.1% del peso de la
muestra para los materiales retenidos en la malla N° 4 (4,760 mm).
2. Estufa, para mantener las muestras a una temperatura constante hasta 110 °C.
3. Tamices de malla cuadrada, los cuales mostramos en la tabla 1:
7
4. Envases para la manipulación y secado de las muestras.
5. Brochas y/o cepillos para la limpieza de los tamices.
Dependiendo de las características de los materiales finos de la muestra, se
procede hacer el análisis con toda la muestra o con una parte de ella luego de
separar los finos por medio de lavado. Si de manera visual no se puede determinar,
una pequeña porción se deja secar en el horno para luego examinarla rompiéndola
entre los dedos. Si se rompe fácilmente, quiere decir que el análisis con tamices se
puede efectuar sin un previo lavado del material a ensayar.
Se prepara la muestra, la cual se constituirá por dos fracciones: una retenida
sobre el tamiz N°4 (4760 mm) y la otra que pasa por el mismo tamiz N°4, cada
fracción se ensayaran por separado.
Para la fracción retenida en el tamiz N°4 el peso dependerá del tamaño de las
partículas, como se muestra en la siguiente tabla 2:
TAMICES ABERTURA (mm)
3" 75,000
2" 50,800
1 1/2" 38,100
1" 25,400
3/4" 19,000
3/8" 9,500
Nº 4 4,760
Nº 10 2,000
Nº 20 0,840
Nº 40 0,425
Nº 60 0,260
Nº 140 0,106
Nº 200 0,075
Tabla 1 Tabla Granulométrica (MTC, 2016)
Tabla 2 Tabla de diámetro nominal de las partículas (MTC, 2016)
8
La porción que pasa por el tamiz N°4 será aproximadamente de 115 gramos en
suelos arenosos y 65 gramos en suelos arcillosos y limosos. Se puede hacer una
comprobación de pesos de los materiales, pesando la porción de muestra que pasa el
tamiz N°4 e incorporándolo esta porción a la porción de la muestra lavada y secada
en el horno, retenida en el tamiz N°4.
PROCEDIMIENTO
El proceso para realizar este ensayo es a través de los siguientes pasos:
ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA FRACCION GRUESA
Separar la muestra retenida en el tamiz N°4 en una serie de fracciones usando los
tamices de la tabla 3:
Al realizar el tamizado manualmente se mueve el o los tamices de un lado a otro y
haciendo movimientos dibujando una circunferencia de tal manera que la muestra
se mantenga en movimiento sobre la malla del tamiz. Al finalizar se debe
comprobar que el trabajo está terminado, se sabe cuándo no pasa más del 1% de
la parte retenida al tamizar por 1 minuto aproximadamente por cada tamiz, en el
caso que partículas queden apresadas en la malla del tamiz, se debe retirar con
un cepillo y juntarlas con el retenido del tamiz.
Se anotan los pesos de cada fracción retenida en los tamices por medio de la
balanza con sensibilidad de 0.1%. La sumatoria de las fracciones y el peso inicial
no debe tener una diferencia mayor al 1%.
TAMICES ABERTURA (mm)
3" 75,000
2" 50,800
1 1/2" 38,100
1" 25,400
3/4" 19,000
3/8" 9,500
Nº 4 4,760
Tabla 3 Tamices de la Fracción Fina (MTC, 2016)
9
ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA FRACCION FINA
Los materiales arenosos que contengan baja cantidad de arcilla y limo, cuyos
terrones se desintegren con facilidad, se puede realizar el tamizado en seco.
Los materiales limo-arcillosos, cuyos terrones se desintegren con facilidad, se
realizará el tamizado humedeciendo la muestra.
De acuerdo al requerimiento de la curva granulométrica completa con la inclusión
de las fracciones pasantes del tamiz N°200, esta se determinará por medio de la
sedimentación, haciendo uso del hidrómetro para obtener los datos requeridos.
La fracción de tamaño mayor que el tamiz N°200, se procede analizar por medio
de tamizado en seco, lavando la muestra previamente sobre el tamiz N°200.
CALCULOS
Calcular el porcentaje que pasa el tamiz N4, se divide el peso que pasa por el
tamiz por el del suelo del peso original y se multiplica por 100. Para hallar el peso
retenido en el tamiz N4, se debe restar el peso que pasa por el tamiz N4 del peso
original.
Para la cantidad del material del tamiz 3/8”, se añade al peso que pasa por el
tamiz N4, el peso que pasa por el tamiz 3/8” y que es retenida N4. Y así
sucesivamente se realiza el cálculo con los siguientes tamices.
Para hallar e porcentaje total de cada tamiz, se realiza una división del peso total
que pasa entre el peso de la muestra y este es multiplicado por 100.
Para calcular el porcentaje del material que pasa por el tamiz N°200, se usa la
siguiente formula
Para hallar el porcentaje retenido sobre cada tamiz, se utiliza la siguiente formula
Para hallar el porcentaje más fino, se utiliza la siguiente formula
10
3.2.1.1.2. Cuarteo Manual.
Se puede usar cualquiera de los procedimientos descritos a continuación según el
Manual de Ensayo de Materiales – 2016(MTC):
Colocar la muestra sobre una superficie nivelada y limpia procurando cualquier
pérdida de material o la adición de material externo. Luego de ello, se mezcla
bien el material, acumulándolo en forma de cono. Cada palada de la base del
material se devuelve en la parte superior del cono, de tal modo que el material
caiga uniformemente. Con sumo cuidado se extiende el material hasta darle una
base uniforme, de tal manera que cada cuarteo del sector tenga el material
original. El diámetro debe ser aproximadamente cuatro a ocho veces el espesor.
Posteriormente el material es dividido en cuatro partes iguales, de los cuales dos
cuartos diagonalmente opuestos son separados. Los materiales restantes se
mezclan se repite el proceso hasta obtener la muestra requerida, figura 1.
Una alternativa del procedimiento del punto anterior, si la superficie no es
uniforme, se coloca la muestra sobre una lona, el proceso de mezclado es
parecido al anterior punto. En cualquier caso, se procede a aplanar y extender y
luego se divide. Si la superficie debajo de la lona es irregular, se procede a
colocar una varilla debajo en ella lo cual, al levantar de sus extremos, esta pueda
ser dividida en dos partes iguales. Con doblar las esquinas de la manta se saca la
varilla y colocar en ángulo recto a la primera división y al momento de levantar los
extremos, se llega a dividir en cuatro partes iguales. Cuidadosamente se descarta
dos cuartos diagonalmente opuestos de la muestra. Luego, se mezcla y cuartea el
material hasta llegar a la cantidad necesaria.
Si la cantidad de la muestra es adecuada, el cuarteo puede realizarse encima de
una mesa con paleta o cuchara, siguiendo el procedimiento del primer punto.
11
Figura 1 Método de cuarteo manual. (MTC, 2016)
3.2.1.1.3. Determinación de Contenido de Humedad del Suelo.
Este ensayo consiste en hallar el peso de agua encontrada en la muestra del suelo y se
halla como porcentaje. En el momento del secado (horno) se pierde cierta cantidad de
peso de la muestra, la pérdida es considerada como el peso del agua.
EQUIPOS Y MATERIALES (MTC, 2016)
1. Horno, termostáticamente controlado, tipo forzado.
2. Balanzas, de 0,01g para muestra menos de 200g y 0,1g para muestras mayores
de 200g.
3. Recipientes.
4. Utensilios para manipulación de recipientes, como guantes, para manipular el
recipiente. Otros utensilios como cuchillos, espátulas, etc.
12
PROCEDIMIENTOS
1. Anotar el peso de la muestra seca
2. Se selecciona una cantidad mínima de la muestra, si no se toma la muestra total,
se considerará lo siguiente mostrado en la tabla 4:
CALCULOS
1. Hallar el contenido de humedad de la muestra con la siguiente formula:
W: Contenido de humedad (%)
Mcws: Peso del recipiente más el suelo húmedo (g)
Mcs: Peso del recipiente más el suelo seco (g)
Mc: Peso del recipiente (g)
Mw: Peso del agua (g)
Ms: Peso de muestras solidas (g)
Máximo tamaño de partícula (pasa el 100%)
Tamaño de malla estándar
Masa mínima recomendada de espécimen de ensayo húmedo para contenidos de humedad
reportados
a ± 0,1% a ± 1%
2 mm o menos 2,00 mm (Nº 10) 20 g 20 g *
4,75 mm 4,760 mm (Nº 4) 100 g 20 g *
9,5 mm 9,525 mm (3/8") 500 g 50 g
19,0 mm 19,050 mm
(3/4") 2.5 kg 250 g
37,5 mm 38,1 mm (1 1/2") 10 kg 1 kg
75,0 mm 76,200 mm (3") 50 kg 5 kg
Tabla 4 Requisito de toma de muestra. (MTC, 2016)
13
3.2.1.1.4 Límite de Consistencia -Límite líquido y plástico. (NTP 339.129)
3.2.1.1.4.1. Limite líquido.
La definición de Límite líquido es cuando cambia de un estado líquido a un estado
plástico generando que este pueda moldearse, el ensayo consiste en hallar el contenido
de humedad en porcentajes.
EQUIPOS, MATERIALES E INSUMOS (MTC, 2016)
1. Recipiente lo cual se pueda almacenar la muestra.
2. Aparato del límite liquido – Casagrande
Manual, que contiene una copa pequeña de bronce, con sus dimensiones
definidas en la imagen.
Mecánica, este es un equipo que contiene un motor para producir los golpes
de manera mecánica, lo cual debe dar los mismos valores que se obtienen con
el equipo manual.
3. Acanalador, debe tener las mismas dimensiones que se observan en la figura 2.
4. Calibrador, esto puede estar dentro del ranurador o separado de ello.
5. Un recipiente que pueda resistir el cambio alterno de las temperaturas
6. Balanza, con sensibilidad de 0.01g
7. Estufa, que pueda conservar la temperatura de 110 ± 5°C
8. Espátula
9. Agua destilada
14
Figura 2 Dimensiones del Acanalador. (MTC, 2016)
15
PROCEDIMIENTO
MULTIPUNTO – UN PUNTO
1. Se utilizará una cantidad aproximada entre 150 a 200g del material pasante del
tamiz Nº 40, se le agregará una porción de agua. Una vez obteniendo la muestra
representativa se coloca una porción del material preparado a la copa de
Casagrande, para ello se debe presionar y esparcir en ella con una profundidad
aproximada de 10 mm, tener en cuenta que no debe haber aire atrapada en la
muestra para ello se debe pasar con la espátula lo poco posible.
2. Haciendo el uso del acanalador se hace una división en la parte media de la copa
lo cual se una el punto más alto y el más bajo sobre el borde de la copa, de ser
necesario realizar más divisiones, se opta por darle unas cuantas repasadas.
3. Antes de comenzar a girar el manubrio del Aparato Casagrande, se verifica que
no se encuentre ningún objeto debajo de la copa, una vez revisado se procede a
girar el manubrio con una velocidad de 1.9 a 2.1 golpes por segundo, esto se
realiza hasta que las partes separas del suelo se junten, deben tener una longitud
aproximadamente de 13mm (1/2pulg) para verificar mejor esta longitud se
recomienda hacer uso de una regla.
4. Al realizar los ensayos, se verifica si la muestra no se haya juntado de manera
inmediata, de ser así se le agrega una pequeña cantidad de suelo para poder
retrasar la junta y así repetir los pasos 2 y 3. Si después de ello, se siguen
juntando, se considera el material como no plástico y no se realiza el ensayo de
límite plástico. Así como se observa en la figura 3.
5. Anotar el número de golpes N, cuando se haya juntado las partes, luego se extrae
la parte que se hizo la junta, y se pone al recipiente.
6. Luego de ello se limpia la copa de Casagrande y se realiza tres ensayos, cada
uno con diferentes cantidades de agua, y se procede con la misma manera que se
describió en cada punto con la diferencia que para los siguientes ensayos la junta
que debe tener será entre 25 a 35 golpes, 20 a 30 y finalmente 15 a 25 golpes.
Figura 3 Ensayo de Casagrande. (Docsity,2018)
16
7. Finalmente se determina el contenido de humedad Wn. El peso inicial se calcula
luego de realizar cada ensayo.
CALCULOS
MULTIPUNTO
1. Se busca la relación entre el contenido de humedad (Wn) y el Numero de golpes
(N),
2. Se debe realizar más de 3 veces para poder trazar la línea y con el grafico
obtenido. Se observa la intersección de la línea con la abscisa de 25 golpes. Y
luego se verifica en la línea recta para poder encontrar el límite liquido
UN PUNTO
1. Se calcula limite liquido con las siguientes ecuaciones
(
)
o
N: Numero de golpes que se requiere para la junta
Wn: Contenido de humedad del suelo
k: Factor dado en la tabla 5.
N (Numero de golpes) K (Factor para limite liquido)
20 0,974
21 0,979
22 0,985
23 0,990
24 0,995
25 1,000
26 1,005
27 1,009
28 1,014
29 1,018
30 1,022
Tabla 5 Factor para limite líquido. (MTC, 2016)
17
3.2.1.1.4.2. Limite Plástico.
La definición de Límite Plástico se considera cuando el suelo pasa de un estado sólido a
un estado plástico.
EQUIPOS, MATERIALES E INSUMOS (MTC, 2016)
1. Espátula de 75 a 100 mm de longitud y 20 mm de ancho.
2. Recipiente para almacenar.
3. Balanza, con sensibilidad de 0.01g.
4. Horno o estufa, termostáticamente controlada a 110 ± 5 ºC.
5. Tamiz de Nº 40.
6. Agua destilada.
7. Vidrios de reloj, o cualquier otro recipiente que sirva para determinar la humedad.
8. Superficie de rodadura, de vidrio grueso.
PROCEDIMIENTO
1. Se toma una muestra y se deja rodar con los dedos de la mano en la superficie de
rodadura hasta que tome una forma cilíndrica.
2. Debe desmoronarse, y de no ser asi, se vuelve a realizar un elipsoide y repetir
varias veces.
3. Luego de que se haya desmoronado, se toma la porción y se pesa hasta reunir
unos 6g, para luego obtener la humedad.
CALCULOS
El límite plástico se calcula con el promedio de las humedades y se expresa en
porcentajes.
INDICE DE PLASTICIDAD
El cálculo para hallar el índice de plasticidad de un suelo es la diferencia entre el límite
líquido y el límite plástico.
L.L.: Limite liquido
P.L.: Limite plástico
18
Tomar en cuenta:
Cuando no se determina el L.L. o L.P., el índice de plasticidad se considerará
como no plástico (NP).
Cuando el L.P. sea mayor o igual que L.L., el I.P. se considerará como NP.
3.2.1.1.5. Clasificación de los suelos.
La clasificación de las muestras sirve para poder determinar de manera inmediata los
componentes del suelo lo cual ayuda a diferenciar de otras muestras.
3.2.1.1.5.1. Clasificación AASHTO.
El sistema AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials
o Asociación Americana de Autoridades Estatales de carreteras y Transporte) es uno de
los primeros sistemas de clasificación que fue dado por el Departamento de Caminos
Públicos de USA. Este sistema ayuda a clasificar los suelos en diferentes grupos con los
datos obtenidos por límite de consistencia (Límite líquido y plástico), como se aprecia en
la tabla 6.
Se debe considerar estos puntos:
Se tiene que considerar con números enteros, si por un caso el numero sale negativo
se considera como 0.
El valor del índice de grupo se debe llevar con paréntesis.
Cuando el suelo es NP (no plástico), se considerará el índice de grupo como (0)
19
3.2.1.1.5.2. Clasificación SUCS.
El SUCS (Sistema Unificado de Clasificación) fue desarrollado por el Dr. Arturo
Casagrande, que se basa en identificar los suelos según sus cualidades estructurales y la
plasticidad, como figura en la tabla 7 y 9.
Se basa con las siguientes propiedades:
Porcentaje de grava, arena y finos.
Forma de la curva granulométrica.
Característica de plasticidad y compresibilidad. Mostradas en la tabla 8.
Los suelos se clasifican en tres:
Tabla 6 Sistema de Clasificación AASHTO. (MTC, 2016)
20
Clasificación de suelos
Grano Grueso
Contienen 50% o menos del material más pequeño que el
tamiz Nº200
Gravas (G)
Son aquellos suelos que no pasa por el tamiz Nº200 y retenida en el tamiz Nº4
GW,GP,GM Y GC
Arenas (G)
Suelos que pasan más de Nº4
SW, SP, SM Y SC
Grano Fino
Contienen más de 50% del material
más pequeño que el tamiz Nº200
Limos (M)
Suelo con un límite líquido y un índice de plasticidad de los cuales se observara en la
siguiente tabla 6
ML (L - low(bajo)) y MH(H - High(alto))
Arcillas (C)
Los puntos que se encuentran encima de la línea "A"
CL Y CH
Altamente Orgánicos
Generalmente se identifica con la inspección visual
Describo de manera detallada, haciendo usa de la carta plasticidad, tabla 8 y figura 4:
ARCILLAS ORGANICAS LIMOS INORGANICOS, LIMOS ARCILLOSOS Y
POLVO DE ROCA
SUELOS ORGANICOS
ALTAMENTE ORGANICO
CL CH ML MH Pertenecen a
suelos orgánicos PT
Zona sobre la línea A
Zona arriba de la línea A
Zona bajo la línea A
Zona bajo la línea A
lugar próximos a la línea A
LL<50%
LL<50% LL<50%
LL>50% OH OL lp>7% lp>4%
Tabla 7 Clasificación de suelos. (Elaboración propia)
Tabla 8 Carta de Plasticidad. (Elaboración, propia)
21
CALCULOS
Para hallar el coeficiente de Uniformidad (Cu), utilizamos la siguiente formula
Para hallar el coeficiente de Curvatura (Cc), utilizamos la siguiente formula
Tabla 9 Sistema de clasificación de suelos. (Gonzales, 2002)
22
Figura 4 Carta de Plasticidad. (Gonzales, 2002)
Tabla 10 Sistema de clasificación SUCS. (Civilgeeks, 2015)
23
3.2.1.1.6. Compactación proctor estándar (NTP 339.142:1999).
Ralph Roscoe Proctor se unió a la Oficina de Abastecimiento de Agua de Los Ángeles
(LADWP) en 1916, después de estudiar ingeniería en la University of Southern California
(USC) durante dos años, no llegó a completar su título universitario. Participó en Corps of
Engineers of the 23rd Engineers in Europe durante la Primera Guerra Mundial. Proctor
regresó a Los Ángeles y se reincorporó al LADWP, donde fue el ingeniero residente de la
presa de St. Francis durante su construcción. (J. David R)
Ganó renombre mundial por su trabajo en 1933, mientras trabajaba como ingeniero
residente en el terraplén de Bouquet Canyon. Desde 1933 hasta que se retiró en 1959
estuvo a cargo de la construcción y el mantenimiento de todo el sistema LADWP.
La prueba original de Compactación Proctor de 1933 utilizaba un molde cilíndrico
de 4 pulgadas de diámetro y 4.6 pulgadas de alto, con un collar de molde removible de
2.5 pulgadas de alto. El volumen del molde es 1/30 del pie cúbico, un martillo de 5.5
libras, 2 pulgadas de diámetro, que tira hacia arriba y deja caer libremente 12 pulgadas,
en el suelo (5.5 pies-lbs por golpe), el suelo se compactó en tres capas, con un espesor
promedio de 1,33 pulgadas / capa. (J. David R)
Fueron ejercidos 25 golpes por la elevación, que es igual a 25 x 5.5 = 137.5 ft lbs.
La energía de entrada total para las tres capas fue de 3 x 137.5 = 412.50 ft-lbs en una
muestra de suelo con un volumen de 1/30 de pie cúbico. Esto equivale a 12,400 pies-lbs
de energía compacta por pie cúbico de suelo. Prueba ASTM D698 (adoptada en julio de
1950), AASHTO T99 (adoptada en 1950) y BurRec E11 (adoptada en 1947). (J. David R).
Los dos terraplenes de relleno zonificados Bouquet Canyon fueron construidos por
el Departamento de Agua y Energía de Los Ángeles entre 1932-34 para reemplazar la
presa de concreto St. Francis, que falló en 1928. Estos fueron los primeros terraplenes
construidos usando la prueba de compactación Proctor estándar. (J. David R)
Los suelos arenosos en su mayoría requieren menor cantidad de agua (<10%) para
lograr una buena compactación, el limo necesita más agua que arena y los suelos
arcillosos generalmente requieren la mayor humedad. Para la conformación de capas en
la construcción de carreteras pavimentadas se mezclan estos materiales, buscando un
material óptimo. (J. David R)
24
A través de este ensayo se obtiene el porcentaje de humedad óptima (w) y la
máxima densidad seca( ) del suelo ensayado, dando una gráfica de relación.(Figura 5)
El equipo de compactación de suelos en laboratorio utilizando el Proctor estándar
está conformado por 3 métodos alternativos aplicándose una energía de 600 kN-m/m3
(12 400 pie-lbf/pie3), los cuales se muestran en la tabla 11: (MTC, 2016)
Tabla 11 Tipos de métodos de ensayo Proctor. (Elaboración propia)
METODO “A” METODO “B” METODO “C”
MOLDE 101.6mm de diámetro
(4pulg)
101.6mm de diámetro
(4pulg)
152.4 mm de diámetro (6
pulg)
MATERIAL
Se utiliza el tamiz que
pasa por 4.75mm
(Nº4)
Se utiliza el tamiz que
pasa por 9.5mm (3/8
pulg)
Se utiliza el tamiz que
pasa por 19.0 mm (3/4
pulg).
NUEMERO
DE CAPAS 3 3 3
GOLPES
POR CAPA 25 25 56
USO
Se hace uso de este
cuando 20% o menos
del peso del material
es retenido en el tamiz
4.75mm (Nº4)
Se hace uso de este
cuando más de 20%
del peso del material
es retenido en el tamiz
4.75mm (Nº4) y 20 %
o menos de peso es
retenido en el tamiz
9.5mm (3/8 pulg)
Se hace uso de este
cuando más de 20% del
peso del material es
retenido en el tamiz
9.5mm (3/8 pulg) y menos
de 30% de peso es
retenido en el tamiz 19
mm (3/4 pulg)
Figura 5 Grafica de relación de densidad máxima seca con porcentaje de humedad. (Elaboración propia)
25
EQUIPOS, MATERIALES E INSUMOS (MTC, 2016)
1. Ensamblaje del molde cilíndrico del material rígido, teniendo en consideración que
las paredes del molde deberán ser sólidas, partidas o ahusadas.
Molde de 4 pulgadas
Diámetro interior de 101.6 ± 0.4 mm (4 ± 0.016”).
Altura de 116.4± 0.5 mm (4.584 ± 0.018”).
Volumen de 944 ± 14 cm3 (0.0333 ± 0.0005 pie3).
Molde de 6 pulgadas
Diámetro interior de 152.4 ± 0.7 mm (6 ± 0.026”).
Altura de 116.4± 0.5 mm (4.584 ± 0.018”).
Volumen de 2124 ± 25 cm3 (0.075 ± 0.0009 pie3).
2. Pisón o martillo este debe caer a una distancia de 304.8 ± 1.3 mm (12 ± 0.05”), la
masa del pisón será 2.5 ± 0.01 kg (5.5 ± 0.02 lb-m”), la cara del pisón debe tener
un diámetro de 50.80 ± 0.13 mm (2 ± 0.005”).
Pisón Manual
Una guía que debe tener 4 orificios de ventilación cada extremo.
Diámetro mínimo de cada ventilación debe sr de 9.5mm (3/8”).
Pisón mecánico circular
Espacio libre entre pisón de 2.5 ± 0.8 mm (0.10 ± 0.03”).
Pisón mecánico
Se debe utilizar un pisón de cara circular cuando se usa el molde de
152.4mm (6“)
3. Extractor de muestras, este caso es opcional, este puede ser una gata u otro
objeto para extraer los especímenes
4. Balanza, según con la especificación de ASTM D 4753, debe ser una balanza tipo
GP5.
5. Horno de secado, que tenga control termostático y pueda mantener una
temperatura uniforme de 110 ± 5 ºC
6. Una regla metálica, con longitud no menor de 254mm (10”), debe tener una
tolerancia de ± 0.01 mm (± 0.005”)
7. Tamices o mallas de:
19.0 mm (3/4”)
9.5 mm (3/8”)
4.75 mm (Nº4)
8. Herramientas de mezcla, como cuchara, morteros, paleta, etc.
26
PROCEDIMIENTOS
Para realizar el ensayo proctor estándar se procede a seguir los siguientes pasos: (MTC,
2016).
Para ello recalcar que no se debe utilizar el suelo que ha sido compactado previamente
en el laboratorio, utilizar el método de preparación húmeda para indicar los resultados
puedan ser alterados por el secado al aire.
METODO DE PREPARACION HUMEDA
1. Pasar por tamiz 4.75 mm (Nº4), 9.5 mm (3/8”) o 19 mm (3/4”) dependiendo del
método a utilizar ya sea A, B o C, se procede a determinar el contenido de agua.
2. Se realiza 4 o 5 especímenes de modo que cada una de estas se aproximen a la
humedad óptima. Seleccionar los contenidos agua de cada espécimen lo cual
tenga 2 especímenes húmedos y los otros secos, el contenido de humedad de
variar alrededor de 2% para poder realizar la curva de compactación.
3. Usar 2.3 kg de la muestra del suelo que se llegó a tamizar para poder compactar
en diferentes métodos A o B y para el método C, se utilizará la cantidad de 5.9 kg.
Para obtener el contenido del agua se realiza lo siguiente: Durante la mezcla se
debe añadir el agua al suelo, luego para poder reducir el agua se deja secar a una
temperatura ambiente o de un equipo que no exceda los 60 ºC. Para poder
distribuir uniformemente el agua se necesita mezclar el suelo, luego de ello se
verifica en la tabla 12 para ver la permanencia requerida para saturación de los
especímenes antes de la compactación.
CLASIFICACION TIEMPO DE PERMANENCIA MINIMO EN HORAS
GW, GP, SW, SP No se requiere
GM, SM 3
Todos los demás suelos 16
Tabla 12 Tiempo de permanencia requerido para saturación de especímenes. (MTC, 2016)
27
COMPACTACION
1. Anotar la masa del molde el plato.
2. Compactar en 3 capas cada capa con 25 golpes para el molde de 101.6 mm
(4pulg) o 56 golpes para el molde de 152.4 mm (6 pulg)
3. Se enrasa el espécimen compactado y luego se anota los datos de la masa
ensayada.
4. Luego se retira el material del molde para poder determinar el contenido de agua.
CALCULOS
1. Se calcula el contenido de agua y peso unitario seco
Pm: Densidad húmeda del espécimen compactado en (M/m3)
Mt: Masa del espécimen húmedo y molde (kg)
Mmd: Masa del molde de compactación (kg)
V: Volumen del molde de compactación (m3)
pd: Densidad seca del espécimen compactado en (M/m3)
W: Contenido de agua (%)
Con los datos obtenidos, se dibuja la curva de compactación como la figura 6. En base a
la curva se determina la densidad máxima seca y la humedad óptima.
28
Figura 6 Ejemplo de grafico de Curva de Compactación. (MTC, 2016)
29
3.2.1.1.7. Compactación proctor modificado.
Este ensayo es similar al Proctor estándar con la diferencia que la cantidad de capas es
más, el peso del pisón y la energía aplicada que es de 2 700 kN-m/m3 (56 000 pie-
lbf/pie3).
El equipo de compactación de suelos en laboratorio utilizando el proctor modificado
está conformado por 3 métodos alternativos, mostrados en la siguiente tabla 13: (MTC,
2016).
Tabla 13 Tipos de Métodos en Proctor Modificado. (Elaboración propia)
METODO “A” METODO “B” METODO “C”
MOLDE 101.6mm de diámetro
(4pulg)
101.6mm de diámetro
(4pulg)
152.4 mm de diámetro (6
pulg)
MATERIAL
Se utiliza el tamiz que
pasa por 4.75mm
(Nº4)
Se utiliza el tamiz que
pasa por 9.5mm (3/8
pulg)
Se utiliza el tamiz que
pasa por 19.0 mm (3/4
pulg).
NUEMERO
DE CAPAS 5 5 5
GOLPES
POR CAPA 25 25 56
USO
Se hace uso de este
cuando 20% o menos
del peso del material
es retenido en el tamiz
4.75mm (Nº4)
Se hace uso de este
cuando más de 20%
del peso del material
es retenido en el tamiz
4.75mm (Nº4) y 20 %
o menos de peso es
retenido en el tamiz
9.5mm (3/8 pulg)
Se hace uso de este
cuando más de 20% del
peso del material es
retenido en el tamiz
9.5mm (3/8 pulg) y menos
de 30% de peso es
retenido en el tamiz 19
mm (3/4 pulg)
EQUIPOS, MATERIALES E INSUMOS (MTC, 2016)
1. Ensamblaje del molde cilíndrico del material rígido, teniendo en consideración que
las paredes del molde deberán ser sólidas, partidas o ahusadas.
Molde de 4 pulgadas
Diámetro interior de 101.6 ± 0.4 mm (4 ± 0.016”).
Altura de 116.4± 0.5 mm (4.584 ± 0.018”).
Volumen de 944 ± 14 cm3 (0.0333 ± 0.0005 pie3).
Molde de 6 pulgadas
Diámetro interior de 152.4 ± 0.7 mm (6 ± 0.026”).
30
Altura de 116.4± 0.5 mm (4.584 ± 0.018”).
Volumen de 2124 ± 25 cm3 (0.075 ± 0.0009 pie3).
2. Pisón o martillo este debe caer a una distancia de 304.8 ± 1.3 mm (12 ± 0.05”), la
masa del pisón será 2.5 ± 0.01 kg (5.5 ± 0.02 lb-m”), la cara del pisón debe tener
un diámetro de 50.80 ± 0.13 mm (2 ± 0.005”).
Pisón Manual
Una guía que debe tener 4 orificios de ventilación cada extremo.
Diámetro mínimo de cada ventilación debe sr de 9.5mm (3/8”).
Pisón mecánico circular
Espacio libre entre pisón de 2.5 ± 0.8 mm (0.10 ± 0.03”).
Pisón mecánico
Se debe utilizar un pisón de cara circular cuando se usa el molde de
152.4mm (6“)
3. Extractor de muestras, este caso es opcional, este puede ser una gata u otro
objeto para extraer los especímenes
4. Balanza, según con la especificación de ASTM D 4753, debe ser una balanza tipo
GP5.
5. Horno de secado, que tenga control termostático y pueda mantener una
temperatura uniforme de 110 ± 5 ºC
6. Una regla metálica, con longitud no menor de 254mm (10”), debe tener una
tolerancia de ± 0.01 mm (± 0.005”)
7. Tamices o mallas de:
19.0 mm (3/4”)
9.5 mm (3/8”)
4.75 mm (Nº4)
8. Herramientas de mezcla, como cuchara, morteros, paleta, etc.
PROCEDIMIENTOS
Para realizar el ensayo proctor estándar se procede a seguir los siguientes pasos: (MTC,
2016).
Para ello recalcar que no se debe utilizar el suelo que ha sido compactado
previamente en el laboratorio, utilizar el método de preparación húmeda para indicar los
resultados puedan ser alterados por el secado al aire.
31
METODO DE PREPARACION HUMEDAD
1. Pasar por tamiz 4.75 mm (Nº4), 9.5 mm (3/8”) o 19 mm (3/4”) dependiendo del
método a utilizar ya sea A, B o C, se procede a determinar el contenido de agua.
2. Se realiza 4 o 5 especímenes de modo que cada una de estas se aproximen a la
humedad óptima. Seleccionar los contenidos agua de cada espécimen lo cual
tenga 2 especímenes húmedos y los otros secos, el contenido de humedad de
variar alrededor de 2% para poder realizar la curva de compactación.
3. Usar 2.3 kg de la muestra del suelo que se llegó a tamizar para poder compactar
en diferentes métodos A o B y para el método C, se utilizara la cantidad de 5.9 kg.
Para obtener el contenido del agua se realiza lo siguiente: Durante la mezcla se
debe añadir el agua al suelo, luego para poder reducir el agua se deja secar a una
temperatura ambiente o de un equipo que no exceda los 60 ºC. Para poder
distribuir uniformemente el agua se necesita mezclar el suelo, luego de ello se
verifica en la tabla 14 para ver la permanencia requerida para saturación de los
especímenes antes de la compactación.
COMPACTACION
1. Anotar la masa del molde del plato.
2. Compactar en 5 capas cada capa con 25 golpes para el molde de 101.6 mm
(4pulg) o 56 golpes para el molde de 152.4 mm (6 pulg)
3. Se enrasa el espécimen compactado y luego se anota los datos de la masa
ensayada.
4. Luego se retira el material del molde para poder determinar el contenido de agua.
CLASIFICACION TIEMPO DE PERMANENCIA MINIMO EN HORAS
GW, GP, SW, SP No se requiere
GM, SM 3
Todos los demás suelos 16
Tabla 14 Tiempo de permanencia requerido para saturación de especímenes. (MTC, 2016)
32
CALCULOS
1. Se calcula el contenido de agua y peso unitario seco
Pm: Densidad húmeda del espécimen compactado en (M/m3)
Mt: Masa del espécimen húmedo y molde (kg)
Mmd: Masa del molde de compactación (kg)
V: Volumen del molde de compactación (m3)
pd: Densidad seca del espécimen compactado en (M/m3)
W: Contenido de agua (%)
2. Con los datos obtenidos, se dibuja la curva de compactación como la figura 5. En
base a la curva se determina la densidad máxima seca y la humedad optima.
33
3.2.1.2. Ensayos In-Situ.
3.2.1.2.1. Cono de arena (NTP 339.143:1999).
Este ensayo se realiza para obtener la densidad del suelo compactado que se
encuentran en donde se realiza la construcción (campo o suelos in-situ), se aplica para
suelos que no contengan agregados gruesos con el diámetro mayor a 1 ½ pulg (38 mm).
No se recomienda realizar en suelos que se desmoronan de manera fácil o que este en
una condición de humedad donde el agua filtre dentro del hoyo al cual se excava para
realizar este ensayo.
Teniendo en consideración en la norma E.050 (Suelos y Cimentaciones) para los
grados de compactación en los terrenos, se expresa que los suelos con mayor del 12%
de finos, debe ser compactada mayor o igual a 90% de su máxima densidad seca de
laboratorio.
EQUIPOS Y MATERIALES (MTC, 2016)
1. Aparato de densidad de cono de arena figura 7.
Frasco desarmable
Dispositivo desarmable, considerado también como válvula cilíndrica con un
orificio de ½” (13 mm) de diámetro, un contenedor de arena que termina en
punta y este se conecte a un embudo de metal. La válvula debe tener un
seguro para poder prevenir la caída del suelo cuando éste sea volteado.
Plato plano de metal cuadrada que contenga u orificio en el medio y un borde
para poder poner el embudo del cono, éste debe ser como mínimo 3” más
largo que el embudo con un espesor de 3/8” a 1/2".
2. Balanza, capacidad mínima de 20 kg con una sensibilidad de 5,0 g.
3. Equipo de secado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 ºC.
4. Equipo diverso, herramientas necesarias para la realización del ensayo en campo,
entre las cuales están, comba, cincel, pala pequeña, cuchara para excavar
material, brocha pequeña para la limpieza de los instrumentos, wincha, cocina
portátil, termómetro, tamiz (N°4) para el zarandeo y bolsas plásticas.
5. Arena, el material debe ser seca, uniforme y limpia con un coeficiente de
uniformidad (Cu= D60/D10) menor de 2 con partículas menor que los pasantes de
la Malla Nº 10.
34
Figura 7 Equipo para ensayo de Cono de Arena (MTC, 2016)
35
PROCEDIMIENTO
Para realizar el ensayo de cono de arena se procede a seguir los siguientes pasos:
1. Se identifica la cantidad de ensayos a realizar en el terreno.
2. Se selecciona un punto y preparar el lugar (nivelar).
3. Con ayuda de la placa metálica se raspa la superficie del suelo hasta dejarlo a
nivel con la placa.
4. Se procede a excavar en el punto un hueco con una profundidad o volumen
definido, la cual se puede tomar como referencia en la tabla 15 y con un diámetro
igual al que tiene dicha placa.
5. Se pesa el recipiente contenedor, la arena y el cono, apuntando dicha data para
los cálculos que prosiguen.
6. Se encaja la boca del cono con el diámetro encima de la placa, en el hueco hecho
anteriormente.
7. Se abre la válvula ubicada en el cono, liberando la arena calibrada contenida en el
recipiente.
8. Se anotan los pesos del recipiente con la arena que quedó en ella y el material
excavado se tamiza y se pesó lo que retuvo el tamiz, así como lo pasante.
9. Se procede a realizar los cálculos para determinar la densidad de campo ( )
y con la ayuda de la cocina portátil hallamos la humedad de campo.
TAMAÑO MAXIMA DE LA PARTICULA VOLUMEN MÍNIMO DEL ORIFICIO DE ENSAYO
Pulgada mm cm3 pies3
1/2 12,5 1420 0,05
1 25,0 2120 0,075
2 50,0 2830 0,1
Tabla 15 Volúmenes mínimos del hoyo de ensayo basados en el tamaño máximo de la partícula. (MTC, 2016)
36
CALCULOS
1. Se calcula el volumen del orificio
V: Volumen del orificio (cm3)
M1: Masa de la arena para llenar el orificio, embudo y plato de base(g)
M2: Masa de la arena que se utiliza para llenar el embudo y el plato de base(g)
ρ1: densidad del volumen de la arena (g/cm3)
2. Calcular la masa seca del material que se extrajo de orificio
W: Contenido de humedad (%)
M3: Masa húmeda del material del hueco (g)
M4: Masa seca del material del hueco (g)
3. Calcular la densidad humedad y seca in-situ del material
V: Volumen del orificio (cm3)
M3: Masa húmeda del material del hueco (g)
M4: Masa seca del material del hueco (g)
ρm: densidad húmeda del material o su peso unitario húmedo (g/cm3)
ρd: densidad seca del material o su peso unitario seco (g/cm3)
37
3.2.1.2.2. Grado de compactación.
Este parámetro se halla por una relación de densidades, las cuales son, densidad de
campo hallada por el ensayo de cono de arena y la densidad de laboratorio obtenido por
el ensayo de Compactación Proctor, ensayos ya explicados anteriormente, así como se
aprecia en la siguiente fórmula,
Donde:
G.C. = Grado de Compactación (%)
= Densidad Seca en campo (kg./m3)
= Densidad Máxima Seca en laboratorio (kg./m3)
Con este valor se puede verificar la estabilidad o conformación del suelo a trabajar, ya
que cada capa para pavimentos se debe cumplir con los siguientes parámetros (Manual
de Carreteras EG-2013, 2013):
- Sub-rasante mayor o igual a 95%
- Sub-base y base igual a 100%
Teniendo en consideración lo mencionado en la Norma Técnica Peruana E.050.
Para realizar el estudio de suelos se debe tener la consideración indicada por la norma
E.050 donde no se permite cimentar suelos que contengan material orgánico, turba o
cualquier relleno del desmonte, tampoco se considera los rellenos no controlados, los
cuales podemos considerar como material antrópico. Únicamente pueden ser ensayados
por aquellos materiales que sean rellenos controlados que son materiales seleccionado
(cualquier tipo de material con tamaño no mayores de 3”, con menos 30% del suelo
retenido en la malla ¾”, con menos de 50% de material que pasa de la malla 200, con un
índice de plasticidad no mayor a 6 y sin ningún elemento distinto de los suelos naturales)
con similares condiciones que las cimentaciones superficiales, donde la compactación
depende de las propiedades físicas del material.
38
Para realizar la compactación de los rellenos controlados se tiene que tomar en cuenta
las siguientes consideraciones:
Si el material llega tener más de 12% de finos eso se deberá compactar a una
densidad mayor o igual que 90% de la densidad máxima seca ensayada con el
proctor modificado.
Si el material llega a tener igual o menos de 12% de finos, se compactará a una
densidad no menor del 95% de la densidad máxima seca ensayada con el proctor
modificado.
Para los rellenos controlados es necesario que la compactación por cada una de las
capas debe haber un mínimo de 3 puntos ensayados por cada 250m2 por cada capa y si
en caso fuera un terreno pequeño debe haber un control de un ensayo como mínimo por
25m2.
39
3.2.1.3. Nueva Tecnología.
3.2.1.3.1. Deflectómetro de impacto liviano (LWD).
El equipo Deflectometro de impacto liviano (Light Weight Deflectometer – LWD), es un
equipo inventado para realizar ensayos no destructivos en campo que, a través de
deflexiones, este trabaja mediante impactos en superficies no asfaltadas, siendo un
ensayo no destructivo, relativamente económico, de fácil y rápido manejo debido a que el
peso consta como máximo de 20 kilos, sin considerar la pesa de 10 kilos, siendo sencillo
de transportar a diferentes lugares.
Para este equipo existen varias versiones, así como se aprecia en la Figura 8, en la
Figura se pueden apreciar 3 versiones del equipo, indicando su año de fabricación de
cada equipo, los cuales se diferencian por su software, hardware, eficiencia y precisión al
calcular los datos. Para esta investigación se aplicó el LWD versión 3.
En la parte inferior se encuentra un plato de medición lo cual contiene circuitos y
sensores del instrumento, como se visualiza en la figura 9 :
Dispositivo de carga
Sensor de desplazamiento
Dispositivo de adquisición de datos
Transmisión de datos
Figura 8 Equipos de LWD, versión 3 (2016 hasta la actualidad), versión 2 (2014-2016) y versión 1 (2013), respectivamente. (3ipe, 2018)
40
Los datos obtenidos del dispositivo de adquisición de datos se realizan de manera
automática por vía Bluetooth y USB.
Con eso el usuario puede:
Conectar el cable USB, el dispositivo de adquisición de datos y la computadora en
la cual este contenga el software de Minidyn.
Conectar el dispositivo de adquisición de datos vía Bluetooth con un Android
smartphone que contenga la aplicación de Minidyn.
Los datos obtenidos a través del Smartphone se pueden transferir a la computadora
de diferentes maneras ya sea enviando un correo con los datos obtenidos o conectando a
un cable USB y así pasar datos a la computadora.
Los instrumentos del Minidyn se dividen en dos partes:
El plato de medición que tiene sensores y el dispositivo de adquisición
Vara de referencia con el peso de prueba y los amortiguadores.
Figura 9 Plato de medición. (3ipe, 2018)
Dispositivo
de carga
Dispositivo de
adquisición de
datos
Sensor de
Desplazamiento
41
Para poder unir el Minidyn se tiene que deslizar la vara de referencia hasta la parte
superior del plato y asegurarlo con un pin como se muestra en la figura 10.
ESPECIFICACIONES
Especificaciones del software Minidyn
Especificaciones Descripción
Hardware Minidyn versión 3
Peso de la barra más base 15kg
Pesos para ensayos 10 kg
Diámetro del Plato 300mm
Materiales Aluminio anodizado y Acero Inoxidable
Ambiente IP65
-20C hasta +40C
Célula de carga
Medidor de tensión
Máxima carga: 25 Kn
Error: <0.3% FS
Desplazamiento de sensor
Geófono vertical
Rango de Frecuencia :4.5
Hz: 2500Hz
Resolucion:1µm
Rango de Modulo 10 Kg de peso: 10MPa hasta 120 MPa
Poder Funcionamiento con Batería
Figura 10 Ensamblaje de Minidyn haciendo uso el pin de seguridad. (3ipe, 2018)
42
Transferencia de datos USB o Bluetooth
Autonomía
15horas en Sandby
5 horas de medición
Se apaga automáticamente luego de 15min
Tipo Teléfono Smartphone Android
Resistencia Clasificación IP67
Resiste a golpes
Transferencia de datos Usando email por Wi-Fi o 3G
Transferencia directa usando cable USB
Capacidad de almacenaje 100000 mediciones
Instalación de software Android Minidyn
Funciones Adquisición y revisión
Conexión Bluetooth
Método de Rigidez MAX
Método de correlación Boussinesq, Lineal y Exponencial
Figura 11 Especificaciones del software Minidyn. (3ipe, 2018)
TRANSPORTE
Hay dos maneras de transportar el Minidyn (Figura 12):
Separar en dos partes y llevar uno en cada mano.
Transportar en una base con llantas.
Figura 12 Transporte de Minidyn. (3ipe,2018)
43
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
Las partes del equipo son:
Unidad principal, Sensor de deflexión central, Unidad electrónica, modulo
inalámbrico que comparte la batería.
Placa: con diámetro de 300mm (11.8 pulg.)
Caída peso – guía, parte superior e inferior
Peso del gatillo
Pesa: 10kg (22 lb)
Enchufe de bloqueo Sensor
Cargador de batería estándar
Caja de transporte para equipos estándar
Carro para transportar
DISPOSITIVO DE ADQUISICION DE DATOS
Para obtener los datos se usa de la siguiente manera, donde este dispositivo (figura 13)
comprende:
Botón de encendido y apagado: donde el Led azul es para saber el estado del
Minidyn y el Led Rojo para el estado de la batería.
Puerto USB para realizar la carga del Minidyn y transferir datos.
Antena Bluetooth.
Botón de
encendido
y apagado
Puerto
USB
Figura 13 Dispositivo de adquisición de datos. (3ipe, 2018)
44
Para poder encender el equipo, se debe presionar el botón de encendido y para
pagar por lo menos se debe presionar por dos segundos. Si en caso de que el equipo no
está en operación, dejar por 15 minutos y este se apagará automáticamente.
Para conocer el estado de la luz Led del Minidyn se tiene los siguientes:
Parpadeos Cortos: el Minidyn está encendido y preparado para la conexión vía
Bluethooth y/o cable de transferencia de datos.
Parpadeos lentos: El Minidyn está en conexión con un software de adquisición de
datos.
Luz siempre prendida: El Minidyn está listo para poder medir y esperar para
recopilar información.
Parpadeos rápidos: Minidyn envía datos por medio de Bluetooth.
CARGA
Para realizar la carga del Minidyn se debe realizar de la siguiente manera:
Cargador USB para auto o para pared.
Cable USB para conectar directamente a la computadora.
Si la luz led está en rojo:
Durante uso
Parpadeo lento: Baja batería. El Minidyn se apagará aproximadamente 15 a 30
minutos.
Parpadeo rápido: La batería está agotada.
Durante la carga de la batería:
Parpadeo lento: Proceso de carga.
Led Apagada: La carga está agotada.
MEDICION
Primero se debe homogenizar el terreno, es recomendable adicionar una pequeña capa
de arena para nivelar la superficie. Al momento de colocar el plato en la superficie, se
debe comenzar a girar el Minidyn con ambas manos hasta uniformizar la parte posterior
con el terreno.
45
Antes de realizar el ensayo se debe realizar un punto de prueba, para ello, primero,
un personal debe colocar la mano en la parte superior de la vara y con la otra
sosteniendo el Smartphone, mientras la otra persona debe alzar la pesa (figura 15) hasta
que llegue a la altura máxima que permite la guía para luego soltarla, repitiendo este
proceso 6 veces donde los primeros tres son calibración.
Figura 14 Mover el plato para hacer un mejor contacto con el terreno. (Elaboración propia)
Figura 15 Posicionamiento para realizar medidas. (3ipe, 2018)
46
Para realizar la medición de manera correcta se debe considerar estos puntos:
Se debe empujar de manera constante la parte superior de la barra guía para así
evitar que el plato se desplace por el terreno y obtener datos erróneos.
Evitar realizar dos ediciones en el mismo punto ya que cada ensayo consta de 6
golpes y al realizar otro ensayo en este punto, el terreno estará compactado y
generaría un módulo mayor.
La pesa debe ser soltada desde la máxima altura posible en cada golpe para
obtener la mayor carga del terreno.
PRECAUCION DE USO
El equipo puede resistir 4 toneladas en eje vertical. En cambio, para el eje
horizontal puede resistir 100kg, figura 16.
Se puede utilizar el Minidyn bajo la lluvia si este fuera de baja intensidad ya que
los sensores y el dispositivo de adquisición de datos es a prueba de agua, sin
embargo, la conexión USB no lo es. Además, evitar medir en terrenos muy
húmedos ya que los módulos no saldrían de manera correcta.
Figura 16 Máxima tensión para el dispositivo de carga. (3ipe, 2018)
47
CALCULO DEL MODULO
Para el proyecto de investigación, el software Minidyn calcula el módulo LWD (Mpa), lo
cual este usa la ecuación de Boussinesq para calcular el módulo del suelo.
Donde:
v es el coeficiente de Poisson del material del suelo
n es el factor de forma del plato
r es el radio del plato
k es la rigidez del suelo
Todos los parámetros excluyendo fueron previamente calculados, los cuales son
modificables en el Minidyn.
INSTALACION Y CONEXIÓN A BLUETOOTH
Para instalar el software Minidyn, se debe buscar en el aplicativo de Google play store
(figura 17) de cualquier Android la aplicación “Minidyn”.
Figura 17 Aplicación de Google play store. (3ipe, 2018)
48
Para comenzar con la toma de datos se debe sincronizar el celular con el equipo
Minidyn. Los pasos generales a seguir son:
- Activar el bluetooth del celular.
- En la lista de conexión se selecciona “Rincent Minidyn BT”.
- Se coloca el siguiente código todo en mayúsculas y junto “RNDTBT”, para
sincronizar los dispositivos.
Se continua con la opción “configuración”, el cual nos abre ciertas pestañas para
llenar todos los parámetros e información del trabajo a realizar, como se muestra en las
figuras 18 y 19.
Figura 18 Ventana principal Minidyn. (3ipe, 2018)
49
PARÁMETROS DE ADQUISICIÓN
Los siguientes parámetros son validados por defecto por el uso del Minidyn y no es
necesario cambiar los datos.
Tabla 16 Parámetros (3ipe, 2018)
PARAMETROS VALORES POR DEFECTO
Numero de muestras 1500
Frecuencia de adquisición 30000 Hz
Carga mínima para trigonometría 5 kN
Mínimo tiempo para trigonometría 1 ms
Tiempo de cálculo para trigonometría 5ms
GESTIÓN DE INFORMACIÓN
Cada medición es guardada en la base de datos internos y al presionar el botón de
exportación, la información pasa a un computador. La cantidad de medición puede ser
guardado depende de la memoria, para saturar la memoria debería tener más de 100000
mediciones.
Figura 19 Pestañas de módulos, adquisición y general. (3ipe, 2018)
50
PROYECTO
El botón “proyecto” es usado para generar un nuevo proyecto o cargar otros. Cabe
recordar que es importante poner el nombre del proyecto (figura 20).
Figura 20 Pestaña proyecto. (3ipe, 2018)
51
REPORTE
El botón “reporte” se activa cuando el proyecto es seleccionado. El nombre de reporte es
importante y es recomendable llenar la información (figura 21) para futuras mediciones.
Figura 21 Pestaña reporte. (3ipe, 2018)
Figura 22 Pestaña reporte. (3ipe, 2018)
52
MEDIDAS
Antes de comenzar con la prueba, se debe realizar un punto de prueba. Esto sirve para
tener en cuenta si el hardware está funcionando de manera correcta. Parra ello solo se
debe presionar el botón “measure”.
Luego de haber realizado la prueba se procede a crear un proyecto y reporte, esto
es para comenzar con el ensayo, para obtener el dato de un punto debe realizar 6 caídas,
los cuales los 3 primeros es para poder compactar y solo se debe tomar en cuenta los 3
últimos.
Cada vez que se toma un nuevo punto esto es generado, el modulo es calculado
como se muestra en la figura 23.
Una vez que el Minidyn esté colocado en el suelo se debe realizar los siguientes
pasos.
- Presionar el botón “start” para comenzar con la medición.
- Cuando la luz led esté de color azul y además esté estática, el equipo está
preparado para tomar las medidas de las caídas.
- Realizar varias caídas.
Figura 23 Obtención de datos, antes (izquierda), durante (medio) y después (derecha). (3ipe, 2018)
53
- Si la luz led azul parpadea mientras se esté realizando las caídas, esto indicará
que los datos se están tomando de manera adecuada.
- Se debe presionar el botón “stop” si quiere culminar con la toma de medidas.
La información obtenida del proyecto en el Smartphone sirve para poder exportar a
la computadora o enviar a un email. Para ello se procede a realizar los siguientes pasos:
- Seleccionar el proyecto y el reporte que quiere exportar.
- Presionar el botón “export” y escoger entre la opción de email o exportar archivo.
(Figura 24)
- Si escoge la opción de exportar a email, el sistema le solicitará el tipo de email.
- Por otro lado, si escoge la opción de exportar archivo, éste será exportado a la
memoria SD del Minidyn.
54
El archivo exportado contiene el nombre de “nombre del proyecto – Data
exportada.dynz”. Donde se tendrá que colocar el archivo en el directorio de los
proyectos realizados del Minidyn para poder abrir el archivo.
Figura 24 Exportación. (3ipe, 2018)
55
CAPITULO IV: Hipótesis y Variables
4.1. Hipótesis general.
Si, se puede generar una metodología que provea resultados en forma rápida, económica
y segura a través del equipo del LWD en términos de Módulos, que permitan verificar el
grado de compactación en campo, equivalente a los métodos actuales.
4.2. Hipótesis Específicas.
Un reconocimiento de las condiciones del terreno por medio de los estudios de
suelo como la granulometría e índices plásticos, facilitará para identificar el
método de los siguientes ensayos.
Realizar los ensayos de Proctor Modificado y Cono de Arena, los cuales serán
relacionados para obtener su Grado de Compactación.
Por medio de método deflectométrico obtener módulos del equipo LWD, buscando
la eficiencia de trabajo en campo.
4.3. Variables
Variable independiente 1: Grado de compactación
Variable independiente 2: Módulo del LWD
Variable dependiente: Relación del grado de compactación con el Módulo del LWD
56
CAPITULO V: Metodología
5.1. Tipo y Diseño de Investigación
5.1.1. Tipo de investigación.
La metodología a aplicar en esta investigación es de un enfoque cuantitativo, ya que se
va a demostrar que la propuesta brindada, llega funcionar de acuerdo las mediciones y
correlaciones que nosotros brindaremos
El alcance de la presente investigación se denota como exploratoria, porque la
finalidad de la investigación es determinar la relación entre el módulo proporcionado por
el LWD y el grado de compactación para determinar de manera más rápida y confiable el
grado de compactación del suelo. Lo cual es un tema poco estudiado y en donde se
realizará ensayos en algunas muestras para probar la teoría.
5.1.2. Diseño de investigación.
El diseño de la investigación es experimental del tipo “experimental puro” (Hernández,
2014), ya que se verificará la hipótesis mediante la manipulación de la muestra. Para
poder ejecutar esta metodología se deberá realizar ensayos in-situ como en el laboratorio
que brindarán los resultados que serán observados y finalmente analizados para el
proceso de cálculo.
5.2. Muestra
Las muestras se extrajeron de los distritos de Puente Piedra y Surco, en terrenos donde
en un futuro se realizarán proyectos de edificación. Se extrajo de cada terreno 60 kg.
Aproximadamente para los ensayos de laboratorio (limites, granulometría y Proctor
modificado).
El terreno en el distrito de Puente Piedra, se encuentra ubicado cerca al Rio Chillón,
donde el suelo tiene más contenido de finos (arcillas y limos); a diferencia del distrito de
Surco, donde se encuentra una mejor distribución de agregados, con tendencia a
predominar el agregado grueso (arena y gravas). Esto ayuda a que se obtenga diversos
gados de compactación, variando la energía de compactación y la humedad.
57
5.3. Instrumento de investigación
Para la investigación se propone a utilizar instrumentos y/o equipos que nos permite
registrar la dimensión, característica o el comportamiento del procedimiento y el grado de
resultado que deseamos obtener. Por ello se propone a utilizar los siguientes equipos:
- El equipo de Deflectómetro de Impacto Liviano (LWD)
- El equipo del Ensayo de Limite Liquido e Índice Plástico.
- Tablas de clasificación AASHTO y SUCS
- El equipo del Ensayo de Compactación Proctor. (Modificado)
- El equipo del Ensayo de Cono de Arena.
5.4. Procedimientos de recolección de datos
1. Se extrae de las dos muestras 50 kilogramos aproximadamente y se lleva a
laboratorio para comenzar con los ensayos de laboratorio.
2. Iniciamos con los ensayos de granulometría, Limite Liquido, Plástico y
clasificación de suelos por los métodos de SUCS y/o AASHTO.
3. Con la granulometría realizada, se escoge el método para realiza el ensayo de
Compactación Proctor Modificado donde se obtiene un porcentaje de humedad
óptimo (w%) y una máxima densidad seca (ρms) para cada muestra.
4. Luego en campo se realiza la compactación del terreno, con la misma y variando
la energía de compactación para hacer los ensayos de cono de arena y del
equipo LWD, obteniendo resultados de máxima densidad seca de campo y
Modulo del LWD.
5. Teniendo los datos de densidades de laboratorio y de campo se obtiene los
grados de compactación.
6. Por último se busca la relación de los grados de compactación con los Módulos
del LWD, para tener una relación lineal o rango de resultados.
58
5.5. Plan de Análisis
Para ejecutar el ensayo se extrajo la muestra según lo que se reportó en el inciso 1.3,
para no tener dificultades al momento de realizar el ensayo. Luego, se hizo los ensayos
en el laboratorio del Ministerio de Transporte y Comunicaciones (MTC), donde tuvimos el
apoyo de los técnicos, supervisándonos en todo momento.
Iniciamos con los ensayos de Granulometría, Límite Líquido y Plástico, con los
resultados se procedieron con los ensayos de Proctor, Con eso se concluye los ensayos
de laboratorio.
Luego se procede con los ensayos de campo donde se trabajó en diferentes
lugares (Puente Piedra y Surco) para poder realizar los ensayos del equipo LWD y cono
de arena. En el caso del terreno de Surco se comenzó humedeciendo el suelo de manera
homogénea para luego compactar con un apisonador, el cual realizaba la compactación
por ciclos en todo el área y así obtener grados de compactación similares. Caso contrario
en Puente Piedra donde se humedeció de manera aleatoria, para obtener una variación
en los grados de compactación.
Para finalizar, se obtiene los módulos del LWD y el grado de compactación de la
relación de densidades de campo y laboratorio. Con esto se busca obtener una relación
lineal o rango de datos entre estos dos valores.
59
CAPITULO VI: Procedimiento y método de análisis
6.1. Ubicación
El presente estudio evaluó dos tipos de terrenos ubicados en el distrito de Puente Piedra
y Surco del departamento de Lima, la zona de extracción del material del primer distrito
fue entre Los Alamos de Carabayllo y Las Fresas de Puente Piedra, a 150 metros del rio
chillón, visualizado en la figura 25, para la segunda muestra se extrajo del terreno de
Monte Mayor 116, cerca al cruce de las avenidas Velazco Astete con primavera, como se
muestra en la figura 26.
Figura 25 Terreno del Distrito de Puente Piedra. (Google maps, 2015)
Figura 26 Terreno del distrito de Santiago de Surco. (Google maps, 2015)
60
6.2. Proceso para la obtención de datos con metodología tradicional
6.2.1. Trabajo de campo.
6.2.1.1. Extracción de material.
Para la obtención de datos de ensayos de suelos se examinaron puntos aleatorios en las
zonas descritas en el inciso 6.1. De donde se extrajo una muestra representativa (figura
27) de cada zona con una cantidad aproximada de 60 Kilogramos.
Se lleva a laboratorio para comenzar con los ensayos de granulometría, Limite
Liquido, Plástico y clasificación de suelos por los métodos de SUCS y/o AASHTO.
Figura 27 Extracción de material. (Elaboración propia)
61
6.2.1.2. Ensayo de Cono de Arena.
Para comenzar se humedece (figura 28) y compacta (figura 29) el área de manera
aleatoria, para obtener diferentes grados de compactación, buscando una relación con
los módulos del LWD. Como se aprecia en la figura 30 se sectorizo observando la
cantidad de ciclos de compactación que se realizó en las áreas.
Figura 28 Humedeciendo el área de trabajo. (Elaboración propia)
Figura 29 Compactando área de trabajo. (Elaboración propia)
62
Se calibra la arena a utilizar para obtener su densidad, a través del peso y volumen
(figura 31).
Figura 30 Sectorización de áreas establecidas. (Elaboración propia)
Figura 31 Calibración de arena en cono. (Elaboración propia)
63
Para dar inicio al ensayo de cono de arena, se nivela el área con la ayuda de la
placa, luego es colocada en el suelo para hacer un hueco con el mismo diámetro del
hueco de la placa (figura 32) y con una profundidad definida por el operario. Teniendo en
cuenta que todo el material retirado (figura 33) se toma dato del peso y el porcentaje de
humedad.
Figura 32 Perforación de hueco para ensayo de cono de arena. (Elaboración propia)
Figura 33 Retiro de Material. (Elaboración propia)
64
Luego se coloca el cono con la arena calibrada, vaciando en el hueco (figura 34), al
llenar el hueco con la arena se cierra la válvula y se retira el cono con la arena excedente
(figura 35). Con esto se determina el volumen del hueco por medio de la relación del peso
y la densidad de la arena calibrada. Para ello se determina el peso inicial del recipiente
con la arena y el cono, así por diferencia de pesos se halla la cantidad de arena calibrada
usada en el hueco.
Figura 34 Vaciado de arena calibrada en hueco. (Elaboración propia)
Figura 35 Retiro del cono con arena excedente. (Elaboración propia)
65
Se procede a realizar los cálculos para determinar la densidad de campo ( ), se
lleva al horno una porción del suelo extraído del hueco para hallar el porcentaje de
humedad de campo. La densidad de laboratorio en relación con la densidad de campo
obtenemos el grado de compactación.
6.2.2. Trabajo en laboratorio.
Para comenzar con el análisis de los materiales obtenidos en el trabajo de campo
explicado en el inciso 6.2.1.1., se realiza el ensayo de granulometría por tamizado, el cual
consiste en separar los materiales por tamices, en porcentajes retenidos y pasantes
como se detalla en el capítulo II inciso 3.2.1.1.1.
Se realizó el traslado de la muestra al laboratorio del Ministerio de Transportes y
Comunicaciones (MTC) ubicada en el distrito de Rímac, donde se tuvo apoyo del
personal técnico encargado en laboratorio, en sus respectivas áreas.
Lo primero que se realizó es el pesaje de la muestra que resultó 180 kilogramos
aproximadamente, luego de tener su peso total, se comienza a tamizar por las mallas
más representativas 2”, 3/4", 3/8”, Nº 4, como se ve en las figuras 34 y 35.
Figura 36 Tamizado de material. (Elaboración propia)
66
En la cual se obtuvieron los siguientes resultados (tabla 17):
Al tener el material tamizado se separa en cuartas (figura 38), dividiendo cada
fracción retenida en las mallas 3/4", 3/8” y Nº4 en partes iguales, tantas veces, hasta
tener una muestra representativa, el proceso de cuarteo se tomó como referencia de lo
detallado en el capítulo III inciso 3.2.1.1.2. Se selecciona las muestras representativas de
las 3 fracciones retenidas.
Figura 37 tamizado con malla 3/4". (Elaboración propia)
Tabla 17 Resultados del tamizado de la muestra. (Elaboración propia)
67
Se toma como muestra tres tarros del agregado fino, la fracción pasante a la malla
Nº4, para poder realizar los ensayos de granulometría y los límites de consistencia (limite
líquido y limite plástico), figura 39.
Se comenzó por el análisis granulométrico por tamizado (MTC E 107), donde se
llena la tabla (formato MTC) con los pesos retenidos. Usando cierta cantidad de material
pasante de la malla Nº4 (< Nº4), para los ensayos análisis granulométrico y constantes
del suelo junto con el contenido de humedad (MTC E 106 Y 108 respectivamente)
Figura 38 Cuarteo manual. (Elaboración propia)
Figura 39 Muestra de agregado fino. (Elaboración propia)
68
6.2.2.1. Ensayo de Granulometría parte Gruesa.
La muestra se pesa para luego colocar al horno y lo dejamos secar por 24 horas, para
tener los pesos antes y después de secar en el horno.
Con los tamices: 1”,3/4”,1/2”,3/8”,1/4” y Nº4, ponemos uno encima de otro de
manera decreciente, posicionamos la muestra en la parte superior de la torre de tamices,
agitando manualmente aproximadamente por 3 minutos (figura 40). Finalmente, se pesa
el material retenido en cada tamiz, verificando que la suma de todos los pesos sea igual a
la inicial y poder hallar el margen de error en el tamizado.
Figura 40 Zarandeo manual. (Elaboración propia)
69
6.2.2.2. Ensayo de Granulometría parte Fina.
Se toma uno de los recipientes del agregado fino para secar al horno por 24 horas y
obtener el peso seco de la muestra.
Se seleccionaron los siguientes tamices para realizar el ensayo, los cuales fueron:
Nº4, Nº10, Nº40, Nº60, Nº100 Y Fondo. Se pone la muestra en todo el tamiz y se agita un
aproximado de 3min. (Figura 41), luego de ello, se pesa cada muestra retenida en cada
tamiz para que se pueda obtener el peso inicial con el que se comenzó y asimismo para
poder hallar el margen de error en el tamizado.
Figura 41 Zarandeo de agregado fino. (Elaboración propia)
70
6.2.2.3. Ensayo de Limite Líquido.
Se toma la segunda muestra del agregado fino para realizar el ensayo de limite líquido,
para ello, se toma una cantidad aproximada de 150 a 200gr de la muestra y se pone a un
recipiente pequeño y se añade una cantidad de agua destilada para que la muestra se
humedezca, luego con la ayuda de la espátula se mezcla hasta conseguir que esté
homogénea.
Después de obtener una mezcla homogénea, tomamos una cierta cantidad y
colocamos en la parte central de la copa del equipo Casagrande (figura 42) y se nivela, y
con la ayuda de acanalador pasamos por el medio de la copa para poder separar la
muestra en dos partes iguales. Una vez realizado la separación, se realiza el giro de la
copa, mientras se hace el conteo de golpes hasta que las dos partes se junten con una
longitud de 13mm.
Se registra la cantidad de golpes cuando las dos partes se hayan juntado y luego se
toma la muestra de la parte central para poder determinar el contenido de humedad.
En nuestro caso realizamos el PROCEDIMIENTO – UN PUNTO, ya que, realizando
el primer ensayo, salió exactamente 25 golpes, eso indicó que no fue necesario realizar el
MULTIPUNTO.
Figura 42 Ensayo de Limite Liquido. (Elaboración propia)
71
6.2.2.4. Ensayo de Limite Plástico.
Se toma una cantidad aproximada de 15 a 20g de agregado fino, se agrega agua
destilada hasta que la muestra este homogénea a su vez se amasa y se tiene que dejar
un cierto tiempo para que pierda un poco de humedad y poder someter a enrollar y
esparcir la muestra sin que esto se pegue en las manos sobre vidrio de reloj.
La muestra debe ser enrollada hasta obtener un diámetro de 3mm hasta que
comience a presentar fisuras y/o romperse (figura 43). Obteniendo la muestra rota, se
pesa, sin contar el peso del recipiente, para poder obtener el contenido de humedad
Figura 43 Ensayo de Limite Plástico. (Elaboración propia)
72
Figura 45 Humedeciendo muestra. (Elaboración propia)
6.2.2.5. Ensayo de Compactación Proctor.
Como se explica en el punto 3.2.1.1.5. Compactación Proctor modificado, se toma de la
muestra 6000 gramos (figura 44), se prepara 4 especímenes con diferentes porcentajes
de humedad, para poder obtener la gráfica de humedad vs densidad, en el cual el pico
más alto de la curva indica la máxima densidad.
Se toma un espécimen y se pone a la bandeja para poder esparcir agua y mezclar
para que este se distribuya de manera uniforme (figura 45). Se toma una porción para
obtener la humedad del suelo.
Figura 44 Peso de muestra para Proctor Modificado. (Elaboración propia)
73
Luego de haber mezclado el espécimen con agua, procedemos a separar en 5
partes (Figura 46), como realizaremos el Proctor Modificado, la separación de estos nos
facilita para poder agregar cada parte en cada capa (Figura 47), que en este caso serían
5 capas. Cada que se agregue la muestra al molde se tiene que compactar con el pisón
de manera distribuida, para realizar esta maniobra, se tiene que elevar el pisón hasta que
llegue a la parte superior y se deja caer, luego se cambia de posición y se levanta y
suelta el pisón, esto se realiza dependiendo que método se haya tocado, en este caso se
está realizando el ensayo con el método “C” entonces la cantidad de golpes será de 57
golpes/capa.
Figura 46 Separación de material. (Elaboración propia)
Figura 47 Compactación por capas. (Elaboración propia)
74
Finalizando la compactación, se procede a retirar el anillo expansor y se enraza la
muestra con la regla para que no haya vacíos en el molde, luego, se limpia el molde por
fuera para que no haya restos de suelo suelto.
Se pesa el molde con la muestra compactada y se anota, con la ayuda de extractor
de muestras, se retira el material y se limpia. Se repite este con los otros especímenes,
pero con la diferencia que el agua a añadir se debe incrementar cada 2%
aproximadamente
6.3. Proceso para la obtención de datos con metodología Deflectométrica
6.3.1. Trabajo de campo no destructivo.
La realización de este ensayo es en campo, los datos a recolectar no se necesitan de un
formato manual ya que el equipo obtiene toda la información en un celular, donde este
registra las coordenadas geográficas, el número de golpes, la fuerza de caída y otras
mediciones.
Se realiza el ensayo en el terreno, en donde se distribuyeron en diferentes puntos a
ensayar como se muestra en la figura 48. Para desarrollar la medición, se contó con
ayuda del operario capacitado. Procede a ubicar el equipo en cada punto donde se tiene
que realizar el ensayo (Figura 49), luego de ello, se realizan golpes con el equipo y los
datos se registraran automáticamente en el dispositivo.
Figura 48 Ubicación del equipo LWD en el terreno. (Elaboración propia)
75
6.3.2. Factores que intervienen en la toma de datos.
Para realizar un ensayo adecuado en campo con el equipo LWD, se debe tener en
cuenta los factores que intervienen en los ensayos, los cuales se nombraran a
continuación:
Tipo de material del suelo.
Sección seleccionada del suelo.
Temperatura y humedad del lugar ensayado, ya que al realizar el ensayo en
diferentes estaciones puede variar un poco las mediciones tomadas sección.
Condición del suelo, esto significa si el suelo contiene pasto o resto de
materiales ambientales.
Carga con la que realizamos el ensayo de LWD
6.3.3. Deflexiones obtenidas de trabajos hechos en campo
Una de las ventajas de realizar el ensayo con el equipo LWD, es que viene incorporada
un sistema de cálculos que de manera automática brindando los resultados tanto de
deflexión y el esfuerzo aplicado al suelo. En el siguiente capítulo se mostrarán en tablas
los resultados obtenidos en cada zona.
Figura 49 Realización del ensayo LWD en el terreno. (Elaboración propia)
76
CAPITULO VII: RESULTADOS Y DISCUSIÓN
7.1. Introducción
En este punto se tiene como objetivo hallar el grado de compactación por medio de los
ensayos tradicionales y nuestro método deflectométrico de cada zona de estudio, para
llegar a comprobar la semejanza de resultados junto a la eficiencia de este método con el
equipo LWD.
7.2. Metodología para obtención del Grado de Compactación
7.2.1. Determinar la Granulometría
Primero, se haya la granulometría para conocer qué tipo de método se va a utilizar en
proctor. Para ello se tiene que tener en cuenta los resultados obtenidos en los tamices
¾”, 3/8” y N4, resaltados en la tabla 18 y 19.
SURCO (Proyecto Monte Mayor 116)
TAMIZ
ABERTURA PESO % RETENIDO % RETENIDO % QUE
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA (mm)
RETENIDO (gr)
PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 60.350 100.0 Pesos de Muestra
2'' 50.800 2.0 2.00 98.0 Peso Total : 25000 gr.
1 1/2'' 38.100 1076.7 4.3 6.31 93.7 Peso de Grava : 10871 gr.
1'' 25.400 1551.3 6.2 12.51 87.5 Peso de Arena : 14129 gr.
3/4'' 19.000 1594.4 6.4 18.89 81.1 Fracc. < N° 4 : 300 gr.
1/2'' 12.500 1555.4 6.2 25.11 74.9 LIMITES DE CONSISTENCIA
3/8'' 9.500 790.2 3.2 28.27 71.7 Límite Líquido : 24 %
1/4" 6.350 2123.2 8.5 36.76 63.2 Límite Plástico : 19 %
N° 4 4.750 2179.4 8.7 45.48 54.5 Indice Plástico : 5 %
N° 6 3.360 25.9 4.7 50.19 49.8 CLASIFICACIÓN DEL SUELO
N° 8 2.380 24.3 4.4 54.61 45.4 A.A.S.H.T.O : A-1-b (0)
N° 10 2.000 9.7 1.8 56.37 43.6 S.U.C.S. : SM-SC
N° 16 1.190 31.5 5.7 62.09 37.9
N° 20 0.840 14.9 2.7 64.80 35.2
N° 30 0.590 14.8 2.7 67.49 32.5
N° 40 0.425 10.2 1.9 69.34 30.7
N° 50 0.300 11.1 2.0 71.36 28.6
N° 80 0.177 15.7 2.9 74.21 25.8
N° 100 0.150 8.5 1.5 75.76 24.2
N° 200 0.075 33.4 6.1 81.83 18.2
< Nº 200 Fondo 100.0 18.2 100.0 0.0
Tabla 18 Granulometría – Surco. (Elaboración propia)
77
PUENTE PIEDRA
TAMIZ
ABERTURA PESO %
RETENIDO % RETENIDO
% QUE
DESCRIPCIÓN DE LA MUESTRA
(mm) RETENIDO
(gr) PARCIAL ACUMULADO PASA
3" 60.350 Pesos de Muestra
2'' 50.800 100.0 Peso Total : 17300 gr.
1 1/2'' 38.100 633.1 3.7 3.66 96.3 Peso de Grava : 2644
gr.
1'' 25.400 1098.3 6.3 10.01 90.0 Peso de Arena : 14656 gr.
3/4'' 19.000 341.2 2.0 11.98 88.0 Fracc. < N° 4 : 350 gr.
1/2'' 12.500 248.5 1.4 13.42 86.6 LIMITES DE CONSISTENCIA
3/8'' 9.500 130.8 0.8 14.17 85.8 Límite Líquido : 24 %
1/4" 6.350 136.9 0.8 14.96 85.0 Límite Plástico : NP %
N° 4 4.750 55.0 0.3 15.28 84.7 Indice Plástico : NP %
N° 6 3.360 1.0 0.2 15.52 84.5 CLASIFICACIÓN DEL SUELO
N° 8 2.380 0.5 0.1 15.65 84.4 A.A.S.H.T.O : A-4(0)
N° 10 2.000 0.5 0.1 15.77 84.2 S.U.C.S. : SM
N° 16 1.190 3.0 0.7 16.49 83.5
N° 20 0.840 2.5 0.6 17.10 82.9
N° 30 0.590 5.0 1.2 18.31 81.7
N° 40 0.425 8.0 1.9 20.24 79.8
N° 50 0.300 17.0 4.1 24.36 75.6
N° 80 0.177 47.5 11.5 35.86 64.1
N° 100 0.150 18.0 4.4 40.21 59.8
N° 200 0.075 80.0 19.4 59.58 40.4
< Nº 200 Fondo 167.0 40.4 100.0 0.0
Tabla 19 Granulometría – Puente Piedra. (Elaboración, propia)
78
7.2.2. Determinar la Densidad Máxima Seca de Laboratorio.
El determinar la densidad máxima seca de laboratorio, se parte de la granulometría de la
muestra para saber qué tipo de método se ha de utilizar, ya que hay tres métodos para el
ensayo de Proctor Modificado como se muestra en la tabla 20.
SURCO (Proyecto Monte Mayor 116)
Para la muestra ensayada en Surco, se obtuvo que este suelo tiene la clasificación SUCS
como SM-SC y como AASHTO se obtuvo A-1-b(0). Con los resultados obtenidos se llega
a utilizar el método C. Obteniendo como resultado de la densidad máxima de
2.224gr/cm3 y 6.0% de humedad (tabla 20 y figura 50).
LABORATORIO MECÁNICA DE SUELOS
PROCTOR MODIFICADO NORMAS TÉCNICAS: MTC E 115, ASTM D 1557, AASHTO T 180
DATOS DE LA MUESTRA
UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA
UBICACIÓN SURCO
MUESTRA 1 METODO:
C
Ensayo Nº 1 2 3 4
Número de Capas 5 5 5 5
Golpes de Pisón por Capa 57 57 57 57
Peso suelo húmedo + molde gr. 7863 8120 8267 8190
Peso molde + base gr. 3289 3289 3289 3289
Peso suelo húmedo compactado gr. 4574 4831 4978 4901
Volumen del molde cm3 2109 2109 2109 2109
Peso volumétrico húmedo gr/cm3 2.169 2.291 2.360 2.324
Recipiente Nº Tc-141 Tc-114 Tc-164 Tc-79 Tc-76 Tc-18 Tc-61 Tc-49
Peso del suelo húmedo+tara gr. 490.2 461.7 449.0 439.1 427.4 409.8 444.0 424.7
Peso del suelo seco + tara gr. 482.2 453.3 433.5 425.6 407.3 391.4 418.0 399.6
Peso de Tara gr. 86.3 87.8 89.5 88.7 84.5 88.2 90.5 84.6
Peso de agua gr. 8.0 8.4 15.5 13.5 20.1 18.4 26.0 25.1
Peso del suelo seco gr. 395.9 365.5 344.0 336.9 322.8 303.2 327.5 315.0
Contenido de agua % 2.02 2.30 4.51 4.01 6.23 6.07 7.94 7.97
Contenido de agua promedio % 2.2 4.3 6.2 8.0
Peso volumétrico seco gr/cm3 2.123 2.197 2.224 2.153
Densidad máxima (gr/cm3) 2.224
Humedad óptima (%) 6.0
Tabla 20 Proctor Modificado – Surco. (Elaboración propia)
79
PUENTE PIEDRA
Para la muestra ensayada en Puente piedra, se obtuvo que este suelo tiene la
clasificación SUCS como SM y como AASHTO se obtuvo A-4(0). Con esos resultados
obtenidos, se llega a utilizar el método A. Con estos datos se procede a hallar la máxima
densidad seca y la humedad optima al respecto. Para ello se utilizó el molde 1 que su
peso es de 1948 g y de volumen 937 cm3. Para este terreno se realizó con el método A
obteniendo como resultado de la densidad máxima de 1.945 gr/cm3 y 11.3% de humedad
(tabla 21 y figura 51).
Figura 50 Relación humedad vs Densidad – Surco. (Elaboración propia)
80
LABORATORIO MECÁNICA DE SUELOS
PROCTOR MODIFICADO NORMAS TÉCNICAS: MTC E 115, ASTM D 1557, AASHTO T 180
DATOS DE LA MUESTRA
UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA
UBICACIÓN PUENTE PIEDRA
MUESTRA 1 METODO: A
Ensayo Nº 1 2 3 4
Número de Capas 3 3 3 3
Golpes de Pisón por Capa 25 25 25 25
Peso suelo húmedo + molde gr. 3764 3876 3952 3960
Peso molde + base gr. 1948 1948 1948 1948
Peso suelo húmedo compactado gr. 1816 1928 2004 2012
Volumen del molde cm3 937 937 937 937
Peso volumétrico húmedo gr/cm3 1.938 2.058 2.139 2.147
Recipiente Nº Tc-170 Tc-41 Tc-79 Tc-32 Tc-135 Tc-75 Tc-38 Tc-57
Peso del suelo húmedo+tara gr. 283.0 254.4 269.7 332.2 273.0 341.1 257.4 231.2
Peso del suelo seco + tara gr. 270.1 243.3 254.9 312.3 254.6 319.6 237.4 214.8
Peso de Tara gr. 87.0 83.6 88.7 88.2 85.5 86.7 83.6 88.9
Peso de agua gr. 12.9 11.1 14.8 19.9 18.4 21.5 20.0 16.4
Peso del suelo seco gr. 183.1 159.7 166.2 224.1 169.1 232.9 153.8 125.9
Contenido de agua % 7.05 6.95 8.90 8.88 10.88 9.23 13.00 13.03
Contenido de agua promedio % 7.0 8.9 10.1 13.0
Peso volumétrico seco gr/cm3 1.811 1.890 1.943 1.900
Densidad máxima (gr/cm3) 1.945
Humedad óptima (%) 11.3
Tabla 21 Proctor modificado – Puente Piedra. (Elaboración propia)
81
Figura 51 Relación Humedad vs Densidad – Puente Piedra. (Elaboración propia)
82
7.2.3. Determinar la Densidad Máxima Seca de Campo.
Para hallar la densidad de campo se realizó en 4 diferentes puntos del terreno obteniendo
los resultados de la tabla 22 a la 25.
SURCO (Proyecto Monte Mayor 116)
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
DENSIDAD IN SITU - MÉTODO CONO DE ARENA NORMAS TÉCNICAS: MTC E 117, ASTM D 1556
DATOS DE LA MUESTRA
UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA
UBICACIÓN SURCO
MUESTRA 1
Peso del Suelo (Fino + Grava) + Recipiente (grs.) 5351 5243 5563 5108
Peso del Recipiente (grs.) 25 25 25 25
Peso del Material (Fino + Grava) (grs.) 5326 5218 5538 5083
Peso Arena + Frasco + Cono (grs.) 6500 6500 6500 6500
Peso Arena Restante + Frasco + Cono (grs.) 2259 2156 1938 2252
Peso Arena en el Cono (grs.) 1451 1451 1451 1451
Peso Neto de la Arena en el Agujero (grs.) 2790 2893 3111 2797
Densidad de la Arena (grs/cm3) 1.310 1.310 1.310 1.310
Volumen del Agujero (cm3) 2130 2208 2375 2135
Peso de la Grava Secada al Aire (grs.) 360 404 385 500
Peso Específico de Grava (grs/cm3) 2.649 2.649 2.649 2.649
Volumen de la Grava en el Agujero (cm3) 136 153 145 189
Peso del Suelo sin Grava (grs.) 4966 4814 5153 4583
Volumen del Suelo sin Grava (cm3) 1994 2056 2229 1946
Densidad del Suelo Húmedo (grs/cm3) 2.491 2.342 2.311 2.355
Humedad del Suelo (%) 5.6 5.2 4.8 5.8
Densidad del Suelo Seco (grs/cm3) 2.359 2.226 2.205 2.226
Densidad del Suelo Seco Máxima (Próctor) (grs/cm3) 2.224 2.224 2.224 2.224
Porcentaje de Compactación (%) 106.06 100.09 99.14 100.09
Tabla 22 Cono de arena – Surco. (Elaboración propia)
83
PUENTE PIEDRA
LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS
DENSIDAD IN SITU - MÉTODO CONO DE ARENA NORMAS TÉCNICAS: MTC E 117, ASTM D 1556
DATOS DE LA MUESTRA
UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA
UBICACIÓN PUENTE PIEDRA
MUESTRA 1
Peso del Suelo (Fino + Grava) + Recipiente (grs.) 3460 3160 3150 3390
Peso del Recipiente (grs.) 190 190 190 190
Peso del Material (Fino + Grava) (grs.) 3270 2970 2960 3200
Peso Arena + Frasco + Cono (grs.) 6200 6200 6200 6200
Peso Arena Restante + Frasco + Cono (grs.) 2385 2470 2460 2380
Peso Arena en el Cono (grs.) 1575 1575 1575 1575
Peso Neto de la Arena en el Agujero (grs.) 2240 2155 2165 2245
Densidad de la Arena (grs/cm3) 1.422 1.422 1.422 1.422
Volumen del Agujero (cm3) 1575 1515 1523 1579
Peso de la Grava Sobretamaño (grs.) 125 45 530 800
Peso Específico de Grava (grs/cm3) 2.726 2.726 2.726 2.726
Volumen de la Grava en el Agujero (cm3) 46 17 194 293
Peso del Suelo sin Grava (grs.) 3145 2925 2430 2400
Volumen del Suelo sin Grava (cm3) 1529 1499 1328 1285
Densidad del Suelo Húmedo (grs/cm3) 2.056 1.951 1.830 1.867
Humedad del Suelo (%) 7.1 5.4 5.3 10.7
Densidad del Suelo Seco (grs/cm3) 1.919 1.851 1.738 1.687
Densidad del Suelo Seco Máxima (Próctor) (grs/cm3) 1.945 1.945 1.945 1.945
Porcentaje de Compactación (%) 98.67 95.17 89.36 86.70
DETERMINACION DE CONTENIDO DE HUMEDAD (ASTM D 2216)
RECIPIENTE Nº 8 6 3 21
Peso de la Tara + Suelo húmedo (grs.) 225.0 240.0 235.0 230.0
Peso de la Tara + Suelo Seco (grs.) 218.4 233.1 228.8 222.9
Peso de la Tara (grs.) 100.0 100.0 100.0 100.0
Peso del Agua (grs.) 6.6 6.9 6.2 7.1
Peso del Suelo Seco (grs.) 118.4 133.1 128.8 122.9
HUMEDAD (%) 5.6 5.2 4.8 5.8
Tabla 23 Contenido de Humedad – Surco. (Elaboración propia)
Tabla 24 Cono de arena – Puente Piedra. (Elaboración propia)
84
7.2.4. Determinar el Módulo del LWD.
Para hallar este dato en LWD, se necesita ubicar distintos puntos en el terreno y se da
inicio con el ensayo como se explica en el inciso 3.2.1.3.1., para ello es necesario realizar
6 impactos con el equipo y así sacar promedio a los últimos tres y con datos obtenidos se
hace uso de los módulos para cada punto (tabla 28).
Tabla 25 Contenido de humedad – Puente Piedra. (Elaboración propia)
Tabla 26 Contenido de humedad – Puente Piedra. (Elaboración propia)Tabla 27 Contenido de humedad – Puente Piedra. (Elaboración propia)
85
SURCO (Proyecto Monte Mayor 116)
Tabla 28 Modulo del LWD – Surco. (Elaboración propia)
Punto Cono de Arena
N° Punto N°
Impactos Módulo (MPa)
Módulo LWD
(MPa)
Modulo Promedio
(MPa)
4
1
1 45
98.1
2 86
3 92
4 96
95.7 5 98
6 93
2
1 37
2 81
3 89
4 91
93.3 5 95
6 94
3
1 41
2 95
3 102
4 108
110 5 112
6 110
4
1 33
2 78
3 91
4 93
93.3 5 93
6 94
2
5
1 65
107.2
2 101
3 105
4 110
112.7 5 114
6 114
6
1 44
2 80
3 86
4 88 89.7
5 90
86
6 91
7
1 58
2 108
3 117
4 121
123 5 122
6 126
8
1 28
2 87
3 97
4 100
103.3 5 104
6 106
3
9
1 41
86.4
2 103
3 112
4 116
118.3 5 119
6 120
10
1 21
2 61
3 72
4 75
77.7 5 78
6 80
11
1 27
2 58
3 68
4 69
69 5 68
6 70
12
1 37
2 75
3 76
4 79
80.7 5 83
6 80
87
PUENTE PIEDRA
En el caso de Puente Piedra se ubicaron 4 puntos de los cuales se realizó un ensayo por
punto, en donde se obtuvieron los siguientes resultados de módulos (tabla 29).
Tabla 29 Modulo del LWD - Puente Piedra. (Elaboración propia)
Punto Cono de Arena
N° Punto N°
Impactos Módulo (MPa)
Módulo LWD
(MPa)
4 4
1 12
2 20
3 23
4 26
27.0 5 27
6 28
3 3
1 13
2 21
3 24
4 25
26.0 5 26
6 27
5 5
1 13
2 16
3 18
4 21
21.0 5 21
6 21
2 2
1 12
2 16
3 18
4 20
20.0 5 20
6 20
88
7.3. Cálculo del Grado de Compactación con Módulos del LWD
En este inciso se muestra la comparación del grado de compactación y el modulo del
LWD, luego de realizar todos los ensayos y mostrados en los cuadros del inicio del
capítulo VII hasta el inciso 7.2, con el fin de relacionar el modulo del LWD con los grados
de compactación, buscando una similitud, ya que el equipo del LWD brinda módulos
como resultados.
SURCO (Proyecto Monte Mayor 116)
Después de haber realizado los ensayos en el terreno de Surco, se obtuvieron los
resultados como se muestra en la tabla 30:
Tabla 30 Rangos del módulo del LWD (Elaboración propia)
Como se muestra en la tabla 30, la dispersión de los datos es muy elevada en el
caso del segundo y cuarto ensayo, ya que en cada caso uno de los puntos ensayados
estaba cerca de una zapata, lo cual hizo que la magnitud del módulo se elevará a
diferencia de los otros tres.
Se decidió omitir estos dos puntos dispersos (123 y 118.3), para tener un rango de
dispersión adecuado entre los datos, como se muestra en la tabla 31.
Tabla 31 Rangos del módulo del LWD (Elaboración propia)
89
Adicional a esto, para homogenizar el análisis de datos, se omite un módulo de los
otros 2 ensayos realizados, dejando como análisis los datos de la tabla 32.
Tabla 33 Rangos y promedios de módulos del LWD y grados de compactación (Elaboración Propia)
Tabla 34 Nuevos rangos y promedios de los módulos del LWD y grados de
compactación (Elaboración Propia)
Tabla 32 Módulos homogenizados en cantidad. (Elaboración Propia)
90
Cómo se visualiza en la tabla 33 los rangos de dispersión de los datos del módulo
del LWD son muy distantes a comparación de los nuevos rangos en la tabla 34, dónde se
puede llegar a establecer parámetros para ciertos grados de compactación, en este caso
sería de la siguiente manera:
69 a 80.7MPa = 99.14%
89.7 a 110MPa = 100.09%
114.3 a 129.5MPa = 106.07%
En el caso de la tabla 35, con los nuevos módulos obtenidos de omitir en cada toma de
datos un módulo para homogenizar el análisis de la data.
Los nuevos parámetros a establecer serian:
69 a 80.7MPa = 99.14%
89.7 a 103.3MPa = 100.09%
114.3 a 122.6MPa = 106.07%
Tabla 35 Módulos para análisis homogéneos (Elaboración propia)
91
PUENTE PIEDRA
Después de haber realizado los ensayos en el terreno de Puente Piedra se obtuvieron los
resultados como se muestra en la tabla 36 y figura 52:
Tabla 36 Relación de Grado de Compactación vs Modulo del LWD - Puente Piedra. (Elaboración propia)
En el caso de este ensayo no se realizó el mismo procedimiento que la muestra
anterior, porque en una primera prueba realizada de cuatro puntos de ensayo con él LWD
alrededor de un punto de ensayo del cono arena, se apreció que la dispersión de la
magnitud de módulos era muy elevada, ya que en este caso se humedeció el suelo a
distintas cantidades para obtener distintos grados de compactación y por ende distintos
módulos.
Por ese motivo se decidió realizar un ensayo de LWD junto a un ensayo de cono de
arena, dándonos como resultado los datos mostrados en la tabla 36.
Se visualiza en la figura 52 la relación creciente entre los grados de compactación y
los módulos del LWD.
GRADO COMPACTACION
98.67% 95.17% 89.36% 86.70%
MODULOS (MPa) 27 26 21 20
R² = 0.9701
85.00%86.00%87.00%88.00%89.00%90.00%91.00%92.00%93.00%94.00%95.00%96.00%97.00%98.00%99.00%
100.00%101.00%
19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 27.00 28.00
Grado Comp. vs Modulos
Figura 52 Grafica de Grado de Compactación vs Modulo - Puente Piedra. (Elaboración propia)
MPa
92
Realizando los ensayos tanto de LWD como los ensayos tradicionales, dejó notoriedad
de tres puntos, los cuales fueron: la optimización del tiempo, la economía y seguridad.
Para la parte de la optimización del tiempo, con los ensayos tradicionales donde
esto incluye la granulometría, humedad del suelo, los límites de consistencia y el proctor
se halló que todos los resultados se obtuvieron en un transcurso óptimo de 4 días
(teniendo en cuenta la disponibilidad del personal en el laboratorio para proceder con los
ensayos solicitados por cada proyecto), a diferencia del ensayo tradicional, el equipo
LWD, halla los resultados en un rango de 20 min contando con los cálculos a realizar
para obtener la granulometría del suelo ensayado.
En el siguiente punto que se tomó en cuenta es la parte económica, donde el
costo de los ensayos de granulometría, contenido de humedad, los límites de
consistencia y proctor es por cada muestra, a excepción del cono de arena lo cual el
costo de este es por día. Si observan en el anexo Nº3, tabla 37 cuadro comparativo de
precios, hay dos precios de establecimientos a ensayar, en este caso, se colocó el precio
del laboratorio que se ensayó para esta investigación, en este caso fue en el laboratorio
del Ministerio de Transporte y Comunicaciones (MTC). Asimismo, el precio del LWD tiene
el costo por punto de S/. 25. Al comparar el costo total de cada proceso de ensayo, se
obtiene que para las dos muestras ensayadas en el MTC, consta de un rango de 1,300
soles aproximadamente y para el ensayo de LWD se obtuvieron un total de 600 soles por
los 24 puntos, teniendo en cuenta los precios para el ensayo de granulometría, da una
suma de 550 soles por muestra aproximadamente.
Para el último punto se percató que el ensayo de LWD es seguro ya que el uso de
este equipo se manipula o maneja con la misma seguridad que el cono de arena, sin
ningún peligro como al que se expone con el densímetro nuclear, el cual emite radiación
ya que esto dañaría a cualquier persona que intente realizar el ensayo y adicional a eso,
el personal que lo manipule tiene que estar certificado, además, su complejidad en uso y
recolección de datos es igual o menor a la de un cono de arena.
. El único peligro al que se expone es el uso de la pesa, el cual con un buen
manejo de este no conllevaría a lesiones graves además no es un equipo de gran
magnitud siendo fácil su traslado.
93
CAPITULO VIII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8.1. Conclusión
De los resultados obtenidos se infiere que los módulos del LWD en suelos con
predominancia de finos son de menor magnitud a comparación de suelos con material
graduado y/o grueso, dando a entender que mientras más fino sea el suelo los
módulos serán de menor magnitud y viceversa, pero sin perder la relación con el
grado de compactación. En las muestras analizadas el porcentaje de agregado fino es
de 54.5% y 84.7% (Surco y Puente Piedra), la cual tiene una variación entre 70 a 80
MPa aproximadamente de módulo del LWD.
Si bien en los ensayos realizados en Surco se esperaba que los grados de
compactación obtenidos sean muy similares o iguales, en la realidad cómo se
muestran los datos obtenidos, hubo cierta dispersión el cual nos permite comparar
con el ensayo realizado en Puente Piedra.
La nueva metodología aplicada para la obtención del grado de compactación, tiene
una tendencia positiva al relacionar los resultados y visualizar que a medida que el
grado de compactación crece, los módulos de equipo LWD se incrementan. Logrando
así establecer en primera instancia un patrón de relación, prospero para futuras
investigaciones.
Realizando los ensayos, concluimos que con el uso del equipo LWD, mejora el tiempo
para hallar los resultados del grado de compactación, ya que con los ensayos
tradicionales hay un transcurso óptimo de 4 días y esto es dependiendo de la
disponibilidad del personal en el laboratorio para proceder con los ensayos solicitados
por cada proyecto, a diferencia del LWD con un tiempo óptimo de 2 días.
Utilizar el equipo LWD reduce los costos de los ensayos tradicionales ya que como se
observa en la tabla 37, el costo de LWD reduce casi un 15% del costo regular, lo cual
favorece a cualquier persona que quiera realizar un ensayo a bajo costo y óptimo.
El equipo LWD es seguro en su manejo en campo al igual que el cono de arena a
diferencia del densímetro nuclear el cual emite radiación. Su complejidad de uso y
recolección de datos es igual o menor a los ensayos actuales.
94
8.2. Recomendaciones
Tomar en cuenta el tipo de suelo para la recolección de datos con el equipo LWD,
porque dependiendo del porcentaje de agregados (fino o grueso) que contenga el
terreno, variara la magnitud del módulo del LWD.
De preferencia realizar los ensayos de campo (cono de arena y LWD) el mismo día,
para evitar eventualidades que escapan de sus manos como lluvia, humedad,
ahuellamiento y entre otros que puedan incidir en la recolección de datos.
En lo que respecta a ensayos no destructivos es recomendable definir la frecuencia
de las caídas de la pesa, así como la cantidad y puntos de mediciones en el terreno
con la entidad, ya que si la medición en un punto sale muy dispersa a las demás, se
recomienda sectorizar el punto y tomar 3 o 4 medición dentro del sector, así verificar
si se realizó una mala medición o se trata de un mal proceso constructivo.
Se recomienda realizar los ensayos con LWD, para aquellos que quieran obtener los
resultados de grado de compactación en menor tiempo posible, lo cual con ensayos
tradicionales el tiempo optimo en hallar todos los resultados en 4 días, sabiendo que
el personal de laboratorio tenga la disponibilidad de realizar los ensayos.
95
REFERENCIAS
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Chalhuanca: Universidad Nacional de Ingeniería, 40, 54, 80.
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Complutense de Madrid
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suelos en laboratorio utilizando una energía modificada (2700 KN-m/m3
(56000pie.lbf/pie3): Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales,, 1-4.
INDECOPI NTP 339.142 (1999) SUELOS. Método de ensayo para la compactación de
suelos en laboratorio utilizando una energía estándar (600 KN-m/m3)12400 pie-
lbf/pie3): Comisión de Reglamentos Técnicos y Comerciales,, 1-4.
INDECOPI NTP 339.143 (1999) SUELOS. Método de ensayo estándar para la densidad y
peso unitario del suelo in situ mediante el método de cono de arena; Perú, 1-4.
INDECOPI NTP 339.145 (1999) SUELOS. Método de ensayo de CBR (Relación soporte
de California) de suelos compactados en laboratorio: Comisión de Reglamentos
Técnicos y Comerciales, 1-4.
Jiménez M. (2017) Comparación En Campo Con Deflectómetro Liviano En La Evaluación
De Rigidez In Situ Usado En El Control De Compactación; Universidad de Piura, 4.
Noriega L., Helberto M. (2010) Relación Entre El Módulo Resiliente Hallado Por
Retrocálculo Y El Encontrado En Ensayos De Laboratorio: Universidad Nacional de
Colombia, 34 -35.
Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2013) Especificaciones Técnicas Generales
para la Construcción – EG2013: Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 359 –
365.
Ministerio de Transportes y Comunicaciones (2016) Manual De Ensayo De Materiales:
Ministerio de Transportes y Comunicaciones, 36 - 40, 44 - 54,67 – 74, 105 – 142,
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C. Meehan, F. Tehrani, and F. Vahedifard,(2011) A Comparison of Density-Based and
Modulus-Based In Situ Test Measurements for Compaction Control," Geotechnical
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96
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Situ Determination Of Pavement Layer Moduli: Virginia Trasnportation Research
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Using the Dynamic Cone Penetrometer and Light Weight Deflectometer for
Construction Quality Assurance: Minnesota Department of Transportation, 8 – 10
97
ANEXOS
Anexo N°1: Cálculos de ensayos de suelos y LWD - SURCO (Proyecto Monte Mayor
116)
DENSIDAD MÁXIMA SECA DE LABORATORIO
Peso del suelo húmedo compactado (Wsh):
Entonces se obtiene estos resultados para cada ensayo
Peso del suelo volumétrico húmedo (Wvh):
Entonces se obtiene estos resultados para cada ensayo
98
Peso de agua (Ww):
Entonces se obtiene dos muestras por cada muestra ensayada
Peso del suelo seco (Ws):
Entonces se obtiene dos muestras por cada muestra ensayada
99
Contenido de agua (W%):
Entonces se obtiene dos muestras por cada muestra ensayada
Contenido de agua promedio (Wp%):
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
100
Peso Volumétrico seco (ρs):
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
Con la relación humedad - densidad se obtiene la densidad máxima seca y la
humedad optima, los cuales los resultados salieron lo siguiente:
101
DENSIDAD MÁXIMA SECA DE CAMPO
Se tienen los siguientes datos:
Contenido de humedad:
(A)= Peso de la Tara + Suelo húmedo
P1= 225g
P2= 240g
P3= 235g
P4= 230g
(B)= Peso de la Tara + Suelo seco
P1= 218.4g
P2= 233.1g
P3= 228.8g
P4= 222.9g
(C) = Peso de la Tara
Para los 4 puntos = 100g
Porcentaje de compactación:
(a) = Peso del Suelo (Fino + Grava) + Recipiente
P1= 5351g
P2= 5243g
P3= 5563g
P4= 5108g
(b) = Peso del Recipiente
Para los 4 puntos = 25g
(c) = Peso Arena + Frasco + Cono
Para los 4 puntos = 6500g
102
(d) = Peso Arena Restante + Frasco + Cono
P1= 2259g
P2= 2156g
P3= 1938g
P4= 2252g
(e) = Peso Arena en el Cono
Para los 4 puntos = 1451g
(f) = Densidad de la Arena
Para los 4 puntos = 1.310g
(g) = Peso de la Grava Secada al Aire
P1= 360g
P2= 404g
P3= 385g
P4= 500g
(h) = Peso Específico de Grava
Para los 4 puntos = 2.649g
(i) = Densidad del Suelo Seco Máxima (Próctor)
Para los 4 puntos = 2.224g
Con los datos, continuamos con los cálculos respectivos
Contenido de humedad:
(Pw) = Peso del agua
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
103
(Pss) = Peso del suelo seco
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(W) = Humedad
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
Porcentaje de compactación:
(Pm) = Peso del Material (Fino + Grava)
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
104
(Pn) = Peso Neto de la Arena en el Agujero
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Va) = Volumen del Agujero
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Vga) = Volumen de la grava en el Agujero
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
105
(Ps) = Peso del suelo Sin grava
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Vss) = Volumen del suelo sin Grava
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
Dsh = Densidad de suelo Húmedo
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
106
Hs = Humedad del suelo
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
Ds = Densidad del Suelo seco
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
107
%C = Porcentaje de Compactación
Este dato se haya usado la densidad obtenida por proctor que en este caso
consta de 2.224g/cm3
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
108
Anexo N°2: Cálculos de ensayos de suelos y LWD – PUENTE PIEDRA
DENSIDAD MÁXIMA SECA DE CAMPO
Peso del suelo húmedo compactado (Wsh):
Entonces se obtiene estos resultados para cada ensayo
Peso del suelo volumétrico húmedo (Wvh):
Entonces se obtiene estos resultados para cada ensayo
109
Peso de agua (Ww):
Entonces se obtiene dos muestras por cada muestra ensayada
Peso del suelo seco (Ws):
Entonces se obtiene dos muestras por cada muestra ensayada
110
Contenido de agua (W%):
Entonces se obtiene dos muestras por cada muestra ensayada
Contenido de agua promedio (Wp%):
111
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
Peso Volumétrico seco (ρs):
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
Con la relación humedad densidad se obtiene la densidad máxima seca y la
humedad optima, los cuales los resultados salieron lo siguiente:
112
DENSIDAD MÁXIMA SECA DE CAMPO
Se tienen los siguientes datos:
Contenido de humedad:
(A)= Peso de la Tara + Suelo húmedo
P1= 275g
P2= 440g
P3= 450g
P4= 360g
(B)= Peso de la Tara + Suelo seco
P1= 260g
P2= 420g
P3= 430g
P4= 330g
(C) = Peso de la Tara
Para los 4 puntos = 50g
Porcentaje de compactación:
(a) = Peso del Suelo (Fino + Grava) + Recipiente
P1= 3460g
P2= 3160g
P3= 3150g
P4= 3390g
(b) = Peso del Recipiente
Para los 4 puntos = 190g
(c) = Peso Arena + Frasco + Cono
Para los 4 puntos = 6200g
113
(d) = Peso Arena Restante + Frasco + Cono
P1= 2385g
P2= 2470g
P3= 2460g
P4= 2380g
(e) = Peso Arena en el Cono
Para los 4 puntos = 1575g
(f) = Densidad de la Arena
Para los 4 puntos = 1.422g
(g) = Peso de la Grava Sobretamaño
P1= 125g
P2= 45g
P3= 530g
P4= 800g
(h) = Peso Específico de Grava
Para los 4 puntos = 2.726g
(i) = Densidad del Suelo Seco Máxima (Próctor)
Para los 4 puntos = 1.945g
Con los datos, continuamos con los cálculos respectivos
114
Contenido de humedad:
(Pw) = Peso del agua
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Pss) = Peso del suelo
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(W) = Humedad
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
115
Porcentaje de compactación:
(Pm) = Peso del Material (Fino + Grava)
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Pn) = Peso Neto de la Arena en el Agujero
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Va) = Volumen del Agujero
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
116
(Vga) = Volumen de la grava en el Agujero
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Ps) = Peso del suelo Sin grava
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
(Vss) = Volumen del suelo sin Grava
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
117
Dsh = Densidad de suelo Húmedo
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
Hs = Humedad del suelo
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
118
Ds = Densidad del Suelo seco
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
%C = Porcentaje de Compactación
Este dato se haya usado la densidad obtenida por proctor que en este caso
consta de 1.945g/cm3
Entonces se obtiene por cada muestra ensayada
119
Anexo N°3: Cuadro comparativo de precios de los ensayos
Tabla 37 Cuadro comparativo de precios (Elaboración Propia)
120
Anexo N°4: Calibración de los equipos
LWD
Figura 54 Calibración del equipo LWD. (3ipe, 2019)
121
CONO DE ARENA
Tabla 38 Calibración de cono de arena de Puente Piedra. (Elaboración propia)
Tabla 39 Calibración de cono de arena de Surco. (Elaboración propia)
ENSAYO SUELO DE PUENTE PIEDRA
PESO FRASCO + ARENA + CONO
(grs.)
PESO ARENA + FRASCO
(grs.)
PESO DE ARENA EN
CONO (grs.)
PESO PROMEDIO DE
ARENA EN CONO (grs.)
3000 1421 1579
1575 3000 1427 1573
3000 1424 1576
3000 1428 1572
ENSAYO SUELO DE SURCO
PESO FRASCO + ARENA + CONO
(grs.)
PESO ARENA + FRASCO
(grs.)
PESO DE ARENA EN
CONO (grs.)
PESO PROMEDIO DE
ARENA EN CONO (grs.)
3000 1546 1454
1451 3000 1551 1449
3000 1552 1448
3000 1547 1453
122
Tabla 40 Molde del ensayo de Surco. (Elaboración propia)
Tabla 41 Molde de ensayo Puente Piedra. (Elaboración propia)
ENSAYO SUELO DE SURCO
PESO MOLDE + ARENA (grs.)
PESO DEL MOLDE (gr.)
PESO ARENA (gr.)
DIAMETRO MOLDE (cm.)
ALTURA DE MOLDE
(cm.)
VOLUMEN DE MOLDE
(cm3)
DENSIDAD ARENA
(gr./cm3)
DENSIDAD PROMEDIO DE ARENA (gr./cm3)
8244 7000 1244 10.2 11.6 947.869 1.312
1.310 8242 7000 1242 10.2 11.6 947.869 1.310
8241 7000 1241 10.2 11.6 947.869 1.309
8240 7000 1240 10.2 11.6 947.869 1.308
ENSAYO SUELO DE PUENTE PIEDRA
PESO MOLDE + ARENA (grs.)
PESO DEL MOLDE (gr.)
PESO ARENA (gr.)
DIAMETRO MOLDE (cm.)
ALTURA DE MOLDE
(cm.)
VOLUMEN DE MOLDE
(cm3)
DENSIDAD ARENA
(gr./cm3)
DENSIDAD PROMEDIO DE ARENA (gr./cm3)
8350 7000 1350 10.2 11.6 947.869 1.424
1.422 8349 7000 1349 10.2 11.6 947.869 1.423
8347 7000 1347 10.2 11.6 947.869 1.421
8346 7000 1346 10.2 11.6 947.869 1.420