Laboratorio 03

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Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas 
LABORATORIO 3
ENSAYO N°1: Próctor modificado
INTRODUCCIÓN:
Antes de empezar la construcción de una obra, se deben realizar ensayos del suelo donde se va a fundar dicha estructura.
El Proctor modificado es uno de estos ensayos, el cual tiene como finalidad medir la compactación del suelo, el cual está relacionado con el contenido de humedad presente en este, donde la falta o exceso de agua puede perjudicar a la compacidad del suelo. Este ensayo aplica mayor energía al suelo en comparación al ensayo estándar, estando más apegado a la realidad en comparación de lo que las estructuras modernas hoy en día imponen al suelo.
A continuación se presenta el ensayo de Proctor modificado realizado en el laboratorio de la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, presentando como resultado la relación de humedad versus la compacidad del suelo estudiado.
OBJETIVO
Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en laboratorio, para determinar la relación entre el contenido de agua y peso unitario seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 o 6 pulgadas (101,6 o 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 10 lbf (44,5 N) que cae de una altura de 18 pulgadas (457 mm), produciendo una energía de compactación.
Objetivo General:
· Determinar el contenido de humedad óptimo bajo condiciones de compactación controladas.
Objetivos Específicos:
· Determinar relación humedad vs compacidad: el agua expulsa el aire contenido en el suelo.
· Aprender el correcto uso de los instrumentos del laboratorio.
· Aplicar la teoría vista en clases sobre compactación y fomentar el trabajo en equipo.
MARCO TEÓRICO
Definiciones: Un suelo con un contenido de Humedad determinado es colocado en 5 capas dentro de un molde de ciertas dimensiones, cada una de las capas es compactada en 25 ó 56 golpes con un pisón de 10 lbf (44.5 N) desde una altura de caída de 18 pulgadas (457 mm), sometiendo al suelo a un esfuerzo de compactación total de aproximadamente de 56 000 pie- lbf/pie3 (2 700 kN-m/m3). Se determina el Peso Unitario Seco resultante. El procedimiento se repite con un número suficiente de contenidos de agua para establecer una relación entre el Peso Unitario Seco y el Contenido de Agua del Suelo. Estos datos, cuando son ploteados, representan una relación curvilínea conocida como curva de Compactación. Los valores de Óptimo Contenido de Agua y Máximo Peso Unitario Seco Modificado son determinados de la Curva de Compactación.
Importancia y uso: El suelo utilizado como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases para caminos) se compacta a un estado denso para obtener propiedades satisfactorias de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad ó permeabilidad. También los suelos de cimentaciones son a menudo compactados para mejorar sus propiedades de Ingeniería. Los ensayos de Compactación en Laboratorio proporcionan las bases para determinar el porcentaje de compactación y contenido de agua que se necesitan para obtener las propiedades de Ingeniería requeridas, y para el control de la construcción para asegurar la obtención de la compactación requerida y los contenidos de agua.
 
Durante el diseño de los rellenos de Ingeniería, se utilizan los ensayos de corte consolidación permeabilidad u otros ensayos que requieren la preparación de especímenes de ensayo compactado a algún contenido de agua para algún Peso Unitario. Es práctica común, primero determinar el óptimo contenido de humedad (wo) y el Peso Unitario Seco (Ymáx) mediante un ensayo de compactación. Los especímenes de compactación a un contenido de agua seleccionado (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo) y a un Peso Unitario seco seleccionado relativo a un porcentaje del Peso Unitario Seco máximo (Ymáx). La selección del contenido de agua (w), sea del lado húmedo o seco del óptimo (wo) ó al óptimo (wo), y el Peso Unitario Seco (Ymáx) se debe basar en experiencias pasadas, o se deberá investigar una serie de valores para determinar el porcentaje necesario de compactación.
Muestras: La muestra requerida para el Método A y B es aproximadamente 35 lbm (16 kg) y para el Método C es aproximadamente 65 lbm (29 kg) de suelo seco. Debido a esto, la muestra de campo debe tener un peso húmedo de al menos 50 lbm (23 kg) y 100 lbm (45 kg) respectivamente.
Determinar el porcentaje de material retenido en la malla Nº 4 (4,75mm), 3/8 pulg (9,5mm) ó 3/4pulg (19.0mm) para escoger el Método A, B ó C. Realizar esta determinación separando una porción representativa de la muestra total y establecer los porcentajes que pasan las mallas de interés mediante el Método de Análisis por tamizado de Agregado Grueso y Fino (MTC E –204). Sólo es necesario para calcular los porcentajes para un tamiz ó tamices de las cuales la información es deseada.
Preparación de aparatos: Seleccionar el molde de compactación apropiado de acuerdo con el Método (A, B o C) a ser usado. Determinar y anotar su masa con aproximación al gramo. Ensamblar el molde, base y collar de extensión. Chequear el alineamiento de la pared interior del molde y collar de extensión del molde. Ajustar si es necesario.
Chequear que el ensamblado del pisón esté en buenas condiciones de trabajo y que sus partes no estén flojas o gastado. Realizar cualquier ajuste o reparación necesaria. Si los ajustes o reparaciones son hechos, el martillo deberá volver a ser calibrado.
REFERENCIAS NORMATIVAS
· MTC E 115-2000 Compactación de suelos en laboratorio utilizando una energía de compactación modificada.
· AASHTO T-180 Esta norma indica las especificaciones de materiales, además del correcto procedimiento que hay que realizar para el ensayo del próctor, con el objetivo de llegar a determinar la relación entre la densidad seca y el contenido de humedad de un suelo por medio de un gráfico.
· ASTM 1557 Tal norma explica la razón de los ensayos de compactación a los suelos. El motive para realizar estos ensayos es básicamente hacer que los suelos obtengan las propiedades ingenieriles deseadas para ejecutar un Proyecto.
INSTRUMENTOS Y MATERIALES
1. Molde de 4 y 6 pulgadas.
2. Pisón ó Martillo: caída libre de 12 ± 0,05 pulg 
3. Balanza con precisión de 0.1g.
4. Horno de Secado
5. Regla 
6. Tamices ó Mallas.- De ¾ pulg (19,0 mm), 3/8 pulg (9,5 mm) y Nº 4 (4,75mm).
7. Herramientas de Mezcla. - Diversas herramientas tales como cucharas, mezclador, paleta, espátula, botella de spray, etc. ó un 75 aparato mecánico apropiado para la mezcla completo de muestra de suelo con incrementos de agua.
PROCEDIMIENTO:
1. Determinar y anotar la masa del molde ó molde y el plato de base.
2. Ensamble y asegure el molde y el collar al plato base. 
3. Compactar el espécimen en tres capas. Después de la compactación, cada capa deberá tener aproximadamente el mismo espesor. 
4. Compactar cada capa con 25 golpes para el molde de 4 pulgadas (101,6 mm) ó 56 golpes para el molde de 6 pulgadas (152,4 mm).
5. Al operar el pisón manual, se debe tener cuidado de evitar la elevación de la guía mientras el pistón sube. Aplicar los golpes en una relación uniforme de aproximadamente 25 golpes/minuto y de tal manera que proporcione una cobertura completa y uniforme de la superficie del espécimen.
6. Después de la compactación de la última capa, remover el collar y plato base del molde. El cuchillo debe usarse para ajustar o arreglar el suelo adyacente al collar, soltando el suelo del collar y removiendo sin permitir el desgarro del suelo bajo la parte superior del molde.
7. Cuidadosamente enrasar el espécimen compactado, por medio de una regla recta a través de la parte superior e inferior del molde para formar una superficie plana en la parte superior e inferior del molde. Rellenar cualquier hoyo de la superficie, con suelo no usado o despejado del espécimen, presionar con los dedos y vuelva a raspar con la regla recta a través de la parte superior e inferiordel molde. 
8. Determine y registre la masa del espécimen y molde con aproximación al gramo, registrar los datos. Cuando se deja unido el plato base al molde, determine y anote la masa del espécimen, molde y plato de base con aproximación al gramo.
9. Remueva el material del molde. Obtener un espécimen para determinar el contenido de agua utilizando todo el espécimen o una porción representativa. Cuando se utiliza todo el espécimen, quiébrelo para facilitar el secado y obtener el contenido de humedad.
10. Después de la compactación del último espécimen, comparar los pesos unitarios húmedos para asegurar que el patrón deseado de obtención de datos en cada lado del óptimo contenido de humedad sea alcanzado en la curva de compactación. 
 
 
 
 Figura 25 Figura 26
 Figura 27 Figura 28
	
 
 Figura 29 Figura 30
CÁLCULOS
Resultados obtenidos en laboratorio representados en la tabla. 
Para los cálculos de humedad se utiliza la siguiente fórmula:
Primero calcularemos la densidad compactada húmeda del ensayo con los datos obtenidos, para esto se usará la siguiente formula:
Se obtienen los siguientes resultados:
El cálculo de la humedad de cada muestra se obtendrá de:
Se obtienen los siguientes resultados:
Así, se puede calcular la densidad seca a través de:
Se obtienen los siguientes resultados:
RESULTADOS
Se obtiene lo siguiente:
Tras la ejecución de este ensayo de Proctor modificado, rigiéndose bajo la norma peruana, comprendimos la importancia que tiene el obtener la compactación del suelo antes de empezar con la construcción de una obra ingenieril, ya que al no considerar este parámetro puede producir considerables daños en dicha estructura.
Además este ensayo nos entrega la humedad óptima a la que el suelo alcanza la máxima compactación, dándonos como resultado:
Máxima densidad seca 		= 1.593 gr/cm3
Óptimo contenido de humedad 	= 10.228 %
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
· Se debe calibrar la balanza antes de pesar.
· Cada recipiente donde se echa la muestra de 6kg. de material de base, debe estar limpio y seco, para evitar polvo o un aumento de humedad (aparte del agua que se verterá) en nuestra muestra.
· La rapidez de la homogenización garantiza la estabilidad de la humedad deseada, pero esto no interviene en la mala elaboración del ensayo, puesto que luego se determina el contenido de humedad actual.
· Al momento de compactar la guía del pisan debe mantenerse ligeramente sobre el afirmado que se compacta, puesto que si este es soltado, remueve o taja el material.
· Para sacar las muestras se saca el molde de su soporte y se golpea en la muestra compactada, hasta que esta se afloje y se retire en forma cilindrica, luego se procede a abrirla por la mitad para obtener la muestra intermedia.
· Cada muestra obtenida para la obtención del contenido de humedad real, debe llevarse rápidamente al laboratorio, puesto que este pierde fácilmente su humedad cuando está expuesto al aire.
· De acuerdo a la norma, la prueba debe realizarse en un lugar cerrado, con ventilación libre, que no afecte a las condiciones de humedad de la muestra.
· Durante la compactación, los golpes de pisón deben repartirse unifórmenle en toda la superficie para obtener buenos resultados.
· Se determinó que la máxima densidad seca es de 1.593 gr/cm3 y su contenido óptimo de humedad es 10.228%
ENSAYO N°2: Densidad de campo
OBJETIVOS 
Durante la práctica se desarrollará en ensayo del cono de arena y se realizará una aplicación demostrativa del ensayo nuclear a fin de comparar los resultados obtenidos mediante ambos métodos.
Esta norma de ensayo establece mediante el método de ensayo estándar para determinar la densidad y peso unitario del suelo in situ mediante el método del cono de arena.
ALCANCE
· Este método se emplea para la determinación de la densidad de suelos en el lugar (in situ), utilizando un equipo denominado cono de arena.
· Este método de ensayo se aplica a suelos que no contengan una cantidad excesiva de roca o materiales gruesos con un diámetro mayor a 1 ½ pulg. (38 mm).
· Cualquier suelo u otro material, que pueda ser excavado con herramientas de mano, puede ser ensayado siempre que los vacíos o aberturas de los poros en la masa sean lo suficientemente pequeños para prevenir que la arena usada en el ensayo penetre en los vacíos naturales. El suelo u otro material a ensayarse deberá tener la suficiente cohesión o atracción entre partículas para mantener estables los lados de un pequeño hoyo o excavación.
· Esto deberá ser lo suficientemente firme y consistente para soportar las pequeñas presiones ejercidas al excavar el hoyo y colocar el aparato sobre él, sin que se deforme o se caiga.
· Este método de ensayo no es adecuado para suelos orgánicos, saturados o altamente plásticos que podrían deformarse o comprimirse durante la excavación del hoyo de ensayo. Este método de ensayo puede no ser adecuado para suelos que contengan materiales granulares dispersos que no mantengan los lados estables en el orificio de ensayo; tampoco para suelos que contengan una cantidad considerable de material grueso mayor de 1 ½ pulg. (38 mm). Ni para suelos granulares que tengan altos porcentajes de vacíos. 
· Cuando los materiales que se van a someter a prueba contengan cantidades considerables de partículas mayores a 1 ½ pulg. (38 mm), o cuando los volúmenes de los orificios de ensayo son mayores a 0.1 pie2 (2830 cm3), se aplica el Método de Ensayo ASTM D4914 o ASTM D5030.
· Es práctica común en la profesión de ingeniería utilizar corrientemente unidades de medida para representar tanto unidades de masa como unidades de fuerza. Esto implícitamente combina dos sistemas de unidades diferentes, esto es, el sistema absoluto y el sistema gravitacional. Científicamente, no es recomendable combinar el uso de dos clases diferentes de unidades utilizando el sistema gravitacional de unidades cuando se tratan las unidades en el sistema de centímetros y gramos. En este sistema, el gramo (gr) representa una unidad de fuerza (peso). Sin embargo, el uso de balanzas o escalas para registrar medidas de masa o para registrar la densidad en gr/cm3 puede establecerse como conforme a este método de ensayo.
MARCO TEÓRICO
 Método del cono de arena: Un agujero es excavado manualmente en el suelo a ser ensayado y todo el material extraído del hueco es depositado en un recipiente. El hueco se llena con arena de densidad conocida que cae libremente a través de un cono y de esta manera se determina el volumen.
La densidad húmeda in situ se determina dividiendo la masa húmeda del material removido entre el volumen del hueco. La humedad del material se determina mediante los métodos usuales (secado al horno) y con estos datos se calcula la densidad seca del material.
REFERENCIAS NORMATIVAS 
· NTP 339.143 (Método de ensayo estándar para la densidad y peso unitario del suelo in situ mediante el método del cono de arena)
· MTC E 117 (Densidad en el sitio)
· ASTM D 1556 (Método de ensayo para relaciones de Humedad-Densidad de Suelos y Mezclas de Suelo-Agregado.)
· ASSHTO T 191 (Density in Place By The Sand Cone Method)
INSTRUMENTOS Y MATERIALES
1. Horno
 
2. Balanza 
 
3. Cono, de dimensiones estándar, se emplea para asegurar un flujo constante y reproducible de arena.
4. Contenedor de arena, con capacidad para un volumen mayor que la cantidad de arena que se va a utilizar. Debe poseer un dispositivo tipo válvula de control para iniciar y finalizar el flujo de arena hacia el cono. 
5. Plato base, para realizar la calibración previa de la arena que se va a utilizar.
 
6. Arena de Ottawa, debe ser limpia, seca, uniforme en densidad y gradación, durable y de flujo libre.La granulometría de la arena 103 calibrada debe pasar la Malla N10 y ser retenida por la malla N °20.
PROCEDIMIENTO
 
1. Pesar 5 Kg. de arena limpia y seca. Vaciar la arena en la botella. Atornillar el cono a la botella.
2. Ubicar el lugar en donde se va a realizar la determinación de la densidad y, en un cuadrado de 60 cm de lado, nivelar la superficie lo mejor posible.
3. Colocar la placa base sobre la superficie de suelo nivelado y enrasado.
4. Excavar el suelo a través de la perforación de la placa base. La cavidad debe tener aproximadamente, la misma profundidad que el molde utilizado para calibrar la arena (10 a 15 cm aproximadamente). El material que se va extrayendo de la perforación se deposita en una bolsa. El volumen mínimo de la excavación dependerá del tamaño máximo de la partícula.
5. Colocar la botella con el cono invertido en la perforación de la placa base. Abrir rápidamente la válvula del cono y dejar que la arena llene la cavidad del suelo, la perforación en la placa base y el cono.
6. Cerrar la válvula e invertir el recipiente.
7. Extraer la arena de la cavidad. Recuperar la porción de arena que no se haya ensuciado (después de usar varias veces la arena, se tiene que volver a lavar, secar y tamizar, para que su peso volumétrico permanezca más o menos constante).
8. Depositar la arena que quede en la botella en una bolsa.
9. Pesar el suelo de la perforación contenido en la bolsa. Tomar 100 gr. de material húmedo para determinar el contenido de humedad.
10. Pasar el material por el tamiz # 4, 3/8” o peso seco. Emplear el valor de Gs que se indique en el momento de la práctica.
11. Los datos obtenidos registrarlos.
DATOS 
	DATOS
	
	
	TARRO 24
	TARRO 06
	1.
	PESO DE MUESTRA + TARRO
	104.17
	100.69
	2.
	PESO DE MUESTRA SECA + TARRO
	114.99
	96.45
	3.
	PESO DEPOSITO
	28.15
	26.78
	4.
	PESO DE SUELO HUMEDO
	4283
	5.
	PESO DE DEPOSITO
	168
	6.
	PESO ARENA + EL FRASCO
	6393
	7.
	PESO ARENA QUE QUEDA EN EL FRASCO
	1489
CALCULOS Y RESULTADOS
	CONTENIDO DE HUMEDAD %
	MUESTRA
	ARCILLA LIMOSA
	ARCILLA LIMOSA
	FRASCO N°
	24
	6
	1.-
	PESO FRASCO + SUELO HUMEDO
	104.17
	gr.
	100.69
	gr.
	2.-
	PESO FRASCO + SUELO SECO
	99.89
	gr.
	96.45
	gr.
	3.-
	PESO DE AGUA (1-2)
	4.28
	gr.
	4.24
	gr.
	4.-
	PESO FRASCO
	28.15
	gr.
	26.78
	gr.
	5.-
	PESO SUELO SECO (2-4)
	71.74
	gr.
	69.67
	gr.
	6.-
	CONTENIDO DE HUMEDAD % (3/5*100)
	5.97
	%
	6.09
	%
	7.-
	CONTENIDO DE HUMEDAD PROMEDIO %
	6.03
	%
	
	
 
	N° DE PRUEBA
	1
	ESPESOR COMPACTADO EN CM.
	15.00
	cm
	LADO 
	DERECHO
	PROGRESIVA
	0+500.00
	km
	1.-
	PESO DE SUELO HUMEDO
	4283
	gr.
	2.-
	PESO DEL DEPOSITO
	168
	gr.
	3.-
	PESO DEL SUELO HUMEDO DEL HUECO (1-2)
	4115
	gr.
	4.-
	PESO DE LA ARENA + EL FRASCO
	6393
	gr.
	5.-
	PESO DE LA ARENA QUE QUEDA EN EL FRASCO
	1489
	gr.
	6.-
	PESO DE LA ARENA HUECO + PESO ARENA CONO (4-5)
	4904
	gr.
	7.-
	PESO ARENA CONO
	1504
	gr.
	8.-
	PESO ARENA HUECO (6-7)
	3400
	gr.
	9.-
	DENSIDAD DE LA ARENA
	1.34
	gr./cm3
	10.-
	VOLUMEN DEL HUECO (8/9)
	2537
	cm3
	11.-
	PESO DE GRAVA SECA AL AIRE
	 
	gr.
	12.-
	PESO ESPECIFICO DE GRAVA
	0
	gr.
	13.-
	VOLUMEN GRAVA POR DESPLAZAMIENTO (11/12)
	0
	cm3
	14.-
	PESO DEL SUELO (3-11)
	4115
	gr.
	15.-
	VOLUMEN DEL SUELO (10-13)
	2537
	cm3
	16.-
	DENSIDAD DEL SUELO HUMEDO (14/15)
	1.62
	gr/cm3
	17.-
	HUMEDAD DEL SUELO
	6.03
	%
	18.-
	DENSIDAD DEL SUELO SECO (16/(1+17/100))
	1.53
	gr./cm3
	19.-
	MAXIMA DENSIDAD DE LA CURVA
	1.96
	gr./cm3
	20.-
	% DE COMPACTACION (18/19*100)
	78.04
	%
OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: 
· Tener en cuenta que en el momento de realizar el ensayo se deberá evitar cualquier tipo de vibración cercana al área evaluada, ya que esto puede alterar los resultados de campo.
· Este ensayo resultó ser muy interesante ya que por medio de esta pudimos conocer el grado de compactación de una capa de suelo, además de ser sencilla y no requerir mucho tiempo.
 
· Según el norma técnica se indica que en la sub rasante, la humedad de compactación no deberá variar en ± 2% del óptimo contenido de humedad a fin de lograr los porcentajes de compactación específicos. El grado de compactación requerido será del 95% de su Máxima Densidad Seca Teórica Proctor Modificado (NTP 339.141:1999) en los suelos granulares y del 95% de su Máxima Densidad Seca Teórica Proctor Estándar (NTP 339.142:1999) en los suelos finos. Se tolera hasta 2 puntos porcentuales menos en cualquier caso aislado, siempre que la media aritmética de 6 puntos de la misma compactación sea igual o superior a lo especificado.
· Concluimos que nuestro terreno está bien compactado ya que tiene 97.85 % y el grado de compactación requerida será del 95% de su Máxima Densidad Seca.