Compactacion Y Cbr De Un Suelo 6v203w

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

COMPACTACIÓN

INTRODUCCION La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta.

 OBJETIVOS . Determinar el peso volumétrico seco máximo ( d máx) que pueda alcanzar un material, así como la humedad óptima (W ópt.) a que deberá hacerse la compactación.

 TEORÍA Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Este proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volúmenes de importancia, fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire. La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta. Las ventajas que representa una compactación adecuada son: a) El volumen de vacío se habrá reducido a un mínimo y consecuentemente, su capacidad de absorber humedad también se habrá reducido a un mínimo. b) La reducción de vacíos se debe a que las partículas de menor tamaño han sido forzadas a ocupar el vacío formado por las partículas más grandes. De allí que si una masa de suelos está bien graduada, los vacíos o poros se reducirán prácticamente a cero y se establecerá un o firme y sólido entre sus partículas, aumentando la capacidad del suelo para soportar mayores pesos.

Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso. Los suelos puramente friccionantes como la arena se compactan eficientemente por métodos vibratorios y métodos estáticos; en cambio los suelos plásticos, el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. Los métodos usados para determinar la densidad máxima y humedad óptima en trabajos de mantenimiento y construcción de carreteras son los siguientes:  Proctor estándar  Proctor modificado A)

ENSAYE PROCTOR ESTANDAR El ensaye proctor estándar se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por un procedimiento

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

definido para diferentes contenidos de humedad.  EQUIPO:  Un molde de compactación. Constituido por un cilindro metálico de 4” de diámetro interior por 4 ½ de altura y una extensión de 2 ½ “ de altur a y de 4” de diámetro interior.  Un pisón metálico (martillo proctor). de 5.5 lbs. de peso (2.5 Kgs.) de 5 cm (2”) de diámetro.  Una regla metálica  Dos balanza. Una de 29 Kg de capacidad y 1.0 gr. de sensibilidad otra de 500 gr., de capacidad y de 0.01 gr., de sensibilidad  Un horno .que mantenga una temperatura constante entre 100 – 110º C.  Probetas graduadas. De 1000 cm3.  Tara  PROCEDIMIENTO: Se obtiene una muestra representativa, previamente secada al sol y s e s e l e c c i o n a 6 m u e s t r a s d e 6 kilogramos.  De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte un poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad menor.  Se revuelve completamente el material tratando que el agua agregada se distribuya uniformemente.  Pese el molde cilíndrico y anote su peso.  La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en tres (3) capas, llenándose en cada capa aproximadamente 1/3 de su altura  Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la regla metálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro.  Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su peso. (Peso del material + cilindro).  se saca el material del molde y de la parte central del espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo  Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período de 24 horas  El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua el 2% mayor que la muestra anterior.  El calculo se realiza de la siguiente manera.

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Donde:      

EC=energía de compactación N=numero de golpes por capa n=numero de capas W=peso del pisón (martillo) h=altura de caída del pisón V=volumen del suelo compactado

 DATOS: c UBICACIÓN : FECHA : OBSERVACIONES : g E.C. r a f i c NºCAPAS(n) a NºGOLPES ENSAYO

MECÁNICA DE SUELOS

ENSAYO : Proctor Estándar OPERADOR : SUELO : 6 kg/m3 11.6 cm 15.3 cm 2132.7cm3 5.51lb =254.61gr 30.48cm 3 56 01(gr) 02(gr) 7255 7325 2790 2790 4465 4535 2.10 2.13 191 210 190 205 25 40 0.6 3.03 2.087 2.126

03(gr) 7460 2790 4670 2.19 210 203.7 40 3.84 2.14

04(gr) 7725 2790 4935 2.32 163 155.9 27.2 8 2.2

05(gr) 7905 2790 5115 2.39 165 156.1 87.7 13.01 2.11

06(gr) 7870 2790 5080 2.38 220 206 25 17.73 2.0

PÁGINA 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

densidad seca Vs contenido de humedad 2.25

2.2

2.15

2.1

2.05

2

1.95 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

DENSIDAD MAXIMA SECA: 2.2 gr/cm3. HUMEDAD OPTIMA: 7 B) ENSAYE PROCTOR MODIFICADO

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

DATOS: PROYECTO : UBICACIÓN : FECHA : OBSERVACIONES : E.C. 27.2 kg/m3 11.6 cm 15.3 cm 2132.7cm3 10 lb = 4535.9 gr 45.7 2cm NºCAPAS(n) 5 NºGOLPES 56 ENSAYO 01(gr) 02(gr) 7310 7445 2790 2790 4520 4655 2.12 2.18 115 140 112.7 134.2 25 25 2.62 5.31 2.07 2.07

MECÁNICA DE SUELOS

ENSAYO : Proctor Modificado OPERADOR : SUELO :

03(gr) 7660 2790 4870 2.28 240 232.0 40 4.16 2.19

04(gr) 7865 2790 5075 2.38 191.6 181.98 43.1 6.93 2.26

05(gr) 8080 2790 5290 2.48 260.7 250.8 87.7 6.07 2.34

06(gr) 7825 2790 5035 2.36 170 164.1 25 4.24 2.26

PÁGINA 6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

2.4 2.35 2.3 2.25 Series1

2.2 2.15 2.1 2.05 0

5

DATOS

10

PARA

15

20

CURVA DE COMPACTACION

DENSIDAD MAXIMA SECA: 2.34gr/cm3. HUMEDAD OPTIMA 13.0

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

CALIFORNIA BEARING RATIO (C.B.R) 

OBJETIVOS Introducir a los estudiantes a un método para evaluar la calidad relativa del suelo, para subrazante, sub base y base de pavimento. Determinar experimentalmente el valor soporte de California `para diferentes muestras de suelos.



TEORÍA El ensaye de valor relativo soporte, se emplea en la caracterización de la resistencia del material de cimiento de una vía o de los diferentes materiales que se emplearan en un pavimento, con vista a dimensionar los espesores de los suelos que formarán parte del mismo empleando el método de diseño de pavimentos basado en dicho ensayo. El C.B.R. se determina como la relación en porcentaje entre la fuerza utilizada para la penetración de 0.25 cm (0.1 pulgada) con un vástago de 19.35 cm² (3 pulg↓²) de área con una velocidad de penetración de 1.27 mm/minutos (0.05 pulg/min) y la fuerza ejercida en un material patrón (piedra triturada) para esa misma penetración. carga unitaria del ensayo C.B.R (%) = --------------------------------------x 100 (10.1)ez carga unitaria patrón De esta ecuación se puede ver que el número CBR es un porcentaje de la carga unitaria patrón, el símbolo porcentaje se quita y la relación se presenta simplemente por el número entero. Los valores de la carga unitaria patrón que deben utilizarse en la ecuación (10.1) son los siguientes:

PENETRACION CARGA UNITARIA PATRON Milímetr Centímetro Pulgada Kilogramos/c MPa PS os s s m² I (m (c (pulg (Kg/cm²) 2. 0.2 0.1 70.3 6. 1,000 5 5 0 1 9 m) m) .) 5. 0.5 0.2 105.46 10. 1,500 0 0 0 3 7. 0.7 0.3 133.58 13. 1,900 5 5 0 0 10. 0.1 0.4 161.71 16. 2,300 0 0 0 0 12. 1.2 0.5 182.80 18. 2,600 7 7 0 0 El CBR se define para la penetración de 0.25 cm (0.1pulg.) disminuyendo generalmente el valor de la relación entre la fuerza ejercida por el vástago y la correspondiente fuerza patrón a medida que la penetraciones aumentan, aunque en ocasionalmente la magnitud de dicha relación es mayor para 0.50 cm. de penetración, MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

caso en que se adopta el valor de CBR determinado para dicha penetración. El C.B.R de la carga patrón (piedra triturada) serà de 100%. Un material cualquiera que tenga un C.B.r. de 50%, tiene la mitad de la capacidad soporte de la roca triturada. Por lo general el C.B.R, se usara para el diseño de pavimentos, que corresponde a una penetración de 2.5 milímetros en un material compactado a la humedad óptima y densidad máxima, saturando la muestra durante noventa y seis horas (cuatro días).  ENSAYO DE COPACTACIÓN CBR

REFERENCIAS:  ASTM D1883, ASTM D4429-93. MATERIAL:  Muestra seca.  Papel filtro. EQUIPO:  EQUIPO CBR: 

    

3 moldes cilíndricos con placa de base y collar de extensión.  3 discos espaciadores  3 placas de expansión y sobrecargas. Pisón proctor modificado. Balanza con precisión de 1 gr. Probeta de 1000 ml. Espátula. Taras identificadas.

PROCEDIMIENTO Secar a la intemperie el suelo Preparar suficiente cantidad de suelo requerido para tres muestras: para 12 golpes. Para 25 golpes. Para 56 golpes. Se prepara cada molde, con sus respectivas placas de base, colocando el anillo o disco espaciador. MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 9

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Se prosigue a compactar el suelo con sus respectivos números de golpes por el número de capas establecidas para dicho ensayo (5). Luego de la compactación se retira el collarín, se enrasa la muestra y se retira la placa base. Se gira el molde y se retira el disco espaciador. Al final se coloca las sobre cargas y el papel filtro. Determinación de la resistencia a la penetración. .

-Se lleva la muestra a la máquina de ensaye y se colocan sobre ella una cantidad de pesas para reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y pavimento del camino proyectado. .-Se coloca el pistón de penetración hasta que haga o con la muestra. Se la aplica una carga inicial de 4.5 kg. Después de aplicada la carga inicial se ajustan el deformímetro de carga y el deformímetro de penetración a cero. Se anotan las lecturas de carga a los siguientes niveles de penetración: PENETRACION Primera Segunda Tercera Cuarta Quinta

mm 1.27 2.54 3.81 5.08 7.62

Pulgadas 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30

Sexta

10.16

0.40

Séptimo

12.70

0.50

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 10

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

ENSAYO :CALIFORNIA BEARING RATIO (C.B.R)

PROYECTO

:

ENSAYO : Proctor Estándar OPERADOR : SUELO :

UBICACIÓN : FECHA : OBSERVACIONES :

Molde Nº Nº capas Nº Golpes condicion W molde Wm+ Mh wmh Dm Altura de la muestra Area del molde Volumen muestra ϒh

MECÁNICA DE SUELOS

1 5 12

2 5 25

4185 9240 5055 15.2 12.5

4145 9320 5175 15.1 12.3

3 5 56 4285 4285 9875 5590 15.5 12.6

181.46

179.07

188.69

2268.25

2202.561

2377.494

2.23

2.3494

2.35

PÁGINA 11

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

CONTENIDO DE HUMEDAD

ENSAYO DE CARGA - PENETRACION

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 12

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

CURVA ESFUERZO DEFORMACION

600.00

500.00

esfuerso lbs/pul2

400.00 12 Golpes 25 Golpes

300.00

56 golpes Poly. (12 Golpes) Poly. (25 Golpes)

200.00

Poly. (56 golpes)

100.00

0.00 0.000

0.100

0.200

0.300

0.400

0.500

0.600

penetracion en pulgadas

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

ESFUERZO PARA 0.1” Y 0.2” DE PENETRACION

C.B.R Y DENSIDAD SECA

molde

MOLDE1

MOLDE2

MOLDE3

penetracion 01” 02” 01” 02” 01” 02” CBR 8.1 9.9 9.3 12.3 12.6 16.6 2.0621 2.0621 2.178 2.178 2.182 2.182 DS(GR/cm3)

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 14

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

Ds Max

2.2

95% Ds max

2.09

CBR(0.1”)

8.00

CBR (0.2”)

11

MECÁNICA DE SUELOS

PÁGINA 15