Laboratorio Harvard

download Laboratorio Harvard

of 25

Transcript of Laboratorio Harvard

Prueba de Compactacin

Prueba de Compactacin

Nicols Cuervo PinillaAris Flrez Linareslvaro Mendoza GrisalesMariaXelena Rojas Ibarra UNIVERSIDAD DEL NORTEFacultad de Ingeniera Civil

MECANICA DE SUELOS

PRUEBAS DE COMPACTACION: PRUEBA DE HARVARD

Presentado por:Nicols Cuervo PinillaAris Flrez Linareslvaro Mendoza GrisalesMara Xelena Rojas Ibarra

Presentado a:Ing. Jos Guardo Polo

Barranquilla, 11 de marzo de 2014Tabla de Contenido1)Resumen32)Introduccin43)Objetivos53.1) Objetivo General63.2) Objetivos Especficos64)Marco Terico65)Procedimiento107)Anlisis de Resultados198)Conclusiones209)Bibliografa2210)Anexos23

1) ResumenEn el presente informe de laboratorio se mostrara el conocimiento terico, los procedimientos y los datos obtenidos durante el desarrollo del ensayo de compactacin Harvard. Adems de esto, se explica de una manera detallada los clculos realizados para la determinacin de la humedad ptima y la mxima densidad seca de la muestra de suelo para este ensayo, as como tambin las grficas que ilustran los resultados obtenidos y los puntos tomados durante la experiencia.

2) IntroduccinEn el proceso de cualquier construccin es muy importante estabilizar el terreno en donde se llevar a cabo dicha obra. Debido a que este terreno recibe todas las cargas que le transfiere la estructura, es importante su capacidad de resistencia y por ende es un factor que determina la estabilidad, la duracin y el buen funcionamiento de la estructura. A esta estabilizacin del terreno se lo conoce como compactacin de suelos, lo cual se entiende como el mejoramiento artificial de las propiedades mecnicas del suelo por medios mecnicos. Adems, como se indica anteriormente, la importancia de esta compactacin de suelos radica en el aumento de la resistencia tratando de disminuir la capacidad de deformacin, en otras palabras esto quiere decir que es necesario aumentar el peso especfico seco tratando de disminuir al mximo el porcentaje de vacos, aunque como lo indica la experiencia siempre se tendr un porcentaje de vacos.

En general las tcnicas de compactacin segn Jurez Badillo, se emplean en rellenos artificiales, dentro de los rellenos ms comunes estn: cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para vas de transporte interurbano o de ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Durante la compactacin de todos estos rellenos artificiales el suelo puede ser tratado en su estado natural o bien puede requerir algn tratamiento en el que tenga que ser extrado o excavado para adecuarlo a los requerimientos de la construccin; o por otra parte puede ocurrir que el material extrado no cumpla con las especificaciones de la obra y tenga que ser desechado o vendido.

Es preciso resaltar que los procedimientos usados para compactar el suelo dependen del tipo de material que se trabaje. Por ejemplo: en el caso de que el material sea puramente friccionante, como son las arenas, el procedimiento ms efectivo y eficiente es utilizando aparatos vibratorios; por otro lado, si el material es de propiedades plsticas, como lo son las arcillas, el procedimiento de carga esttica o dinmica es ms prctico y ventajoso.

Siempre que se lleve a cabo la compactacin, el ingeniero debe conocer los factores ms importantes que influyen en la eficiencia de la compactacin. Los cuales son: el contenido de humedad antes de iniciarse el proceso de compactacin y la energa especifica de compactacin suministrada al suelo por unidad de volumen. Por esto es importante realizar pruebas en el laboratorio; estas pruebas tienen principalmente dos finalidades. La primera, es obtener datos de muestras compactadas tericamente con el fin de investigar sus propiedades mecnicas y as definir datos en el proyecto; la segunda finalidad es controlar el trabajo de campo con el fin de saber si el equipo usado est trabajando efectivamente.

Para finalizar, en este trabajo de laboratorio se realiz un mtodo para reproducir unas condiciones dadas de compactacin de campo. Esto se construir mediante el mtodo del Harvard Miniatura.

3) Objetivos3.1) Objetivo General

Determinar la mxima densidad seca y el contenido de humedad ptimo para una muestra de suelo compactado.

3.2) Objetivos Especficos

Realizar el procedimiento recomendado para la compactacin de un suelo: Harvard Miniatura. Graficar la relacin densidad seca del material versus contenido de humedad para este ensayo de compactacin. Calcular la energa especfica requerida para la compactacin de un suelo.

4) Marco TericoLa compactacin juega un papel muy importante en cualquier proyecto de ingeniera.Esto se debe principalmente a que la compactacin nos brinda un mejoramiento de ciertas propiedades mecnicas de los suelos como: aumentar su resistencia al corte, lo que mejora la estabilidad de terraplenes y aumenta la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos; disminuir la compresibilidad, que nos ayuda a reducir los asentamientos; disminuir la relacin de vacos, que nos reduce la permeabilidad; y reducir el potencial de expansin, contraccin o expansin por congelamiento. Por lo general, las tcnicas de compactacin se aplican a terrenos artificiales utilizados en las construcciones de diques, terraplenes, muelles, etc; pero tambin puede realizarse a suelos naturales en proyectos de mejoramiento del terreno. Los mtodos usados para la compactacin dependen del tipo de suelo que se desee compactar. Existen suelos, como por ejemplo la arena, que se compactan eficazmente por mtodos vibratorios; mientras que, en el caso de la compactacin de suelos que presenten una alta plasticidad, el uso de carga esttica resulta ms ventajoso. En la actualidad se disponen de diversos equipos y sistemas que nos facilitan los procesos de compactacin y nos dan la posibilidad de elegir los implementos adecuados para un caso en particular. De todos los equipos podemos mencionar cuatro que son las maquinarias ms utilizadas: el compactador de ruedas lisas, que es ideal para arenas y arcillas; el compactador con neumtico de hule, que es til tambin para arenas y arcillas y se obtiene una mejor compactacin que con el compactador de ruedas lisas; el compactador con patas de cabra, el cual posee una protuberancias en sus ruedas que es til para suelos finos y por ltimo el compactador vibratorio que es til para compactar suelos granulares.El grado de compactacin de un suelo se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. De los diversos factores de los cuales depende la compactacin o la densidad seca, podemos de decir que dos son los ms influyente: el contenido de humedad que posee el suelo antes de empezar con el proceso de compactacin y la energa especifica empleada en dicho proceso (por energa especifica se entiende la energa suministrada al suelo por unidad de volumen). Las relaciones tpicas entre la densidad seca, el contenido de humedad y la energa de compactacin se obtienen a partir de ensayos de compactacin en el laboratorio.Actualmente, existen muchos mtodos que nos permiten reproducir ciertas condiciones dadas al momento de compactar un suelo en campo. El ensayo de compactacin de Harvard es uno de los ms utilizados tanto para el estudio como para el control de calidad de la compactacin de un terreno. A travs de este mtodo es posible encontrar la compactacin mxima de un terreno en relacin al contenido de humedad. La prueba Harvard se ha desarrollado para ser utilizada en suelos finos y no se ha intentado, usualmente, aplicarla a suelos que tengan partculas mayores de 2 mm.La prueba Harvard miniatura est limitada a los suelos que pasen totalmente por el tamiz No. 10. El fin de estos ensayos es determinar la densidad mxima que es posible alcanzar en unas determinadas condiciones de humedad. La prueba Harvard consiste en compactar una muestra de suelo en un cilindro cuyo volumen se conoce, hacindose variar el contenido de humedad. Luego de tener todos los datos de los puntos de compactacin se procede a realizar los siguientes clculos: El contenido de humedad (W) del suelo puede encontrarme mediante la siguiente ecuacin:

Dnde: Ww: Peso del agua en la muestraWs: Peso de los slidos.

La energa especfica (Ee) dada por la ecuacin:

Dnde: n: Numero de capas a ser compactadasN: Numero de golpes aplicados por capa.P: Peso del pistn. H: Altura de cada del pistn. V: Volumen del cilindro.

Peso unitario del suelo hmedo ():

Dnde: W: Peso total del suelo.V: volumen total del suelo

Peso unitario seco del suelo (:

Las caractersticas de compactacin del suelo se presentan en un grfico que relaciona la densidad seca en funcin del contenido de humedad.

Figura 1: Curvas de compactacinFuente: Mecnica de suelos, Peter L. Berry. El pico define el contenido de humedad ptima a la cual el suelo llega a la densidad seca mxima. Por lo general, se observa que la compactacin es ms eficaz en los materiales bien gradados que contienen cierta cantidad de finos que en los materiales de gradacin uniforme que carecen de finos. En la prctica no es posible llegar a una saturacin completa mediante la compactacin, ya que siempre habr una pequea cantidad de aire que permanece en los vacos. Es por esto que la lnea de saturacin o lnea de cero contenidos de aire siempre debe estar a la derecha del grfico de los datos experimentales. En la mayora de los casos se observa que despus de pasar por el pico, la curva de compactacin desciende casi paralela a las lneas de contenido de aire constante.

5) ProcedimientoEn general el procedimiento para la realizacin de este ensayo es bastante parecido a la de las pruebas Proctor modificado y estndar. Es necesario recordar, que el principio fsico y prctico utilizado para la realizacin tanto de la prueba de Harvard como de los ensayos de Proctor es parecido.En el procedimiento parala prueba de Harvard estndar fue necesario tomar una cantidad aproximadamente de 1 kg de material de suelo conservado. ste material fue puesto a secar en el horno tal y como lo indica la norma.

Figura 1 y 2. Secado y pulverizado de Material

Luego de que el material est seco, se procede a pulverizar la muestra con los implementos pertinentes en el laboratorio. Luego de una buena pulverizacin, se procede a tamizar la muestra a travs del tamiz de 32 mm, es decir, el tamiz nmero 10. Se desea obtener aproximadamente 0.750 kg de muestra pulverizada luego de tamizar la muestra. Luego de verificar que efectivamente se tenan 0.750 kg de material pulverizado se procedi a separar sta muestra en cantidades de 150 g colocados en recipientes distintos. Luego, se aadi a la primera muestra con la que se trabajara 6% de su peso en agua, es decir 9 ml de agua. Con la ayuda de palustres se esparci sta agua uniformemente por toda la muestra.

Figura 3. Pesaje y TamizadoInicialmente se coloc una capa de muestra humedecida en el molde para la prueba de Harvard debidamente ensamblado. Se procedi a compactar con el instrumento pertinente en la prueba de Harvard; de esta manera se aplicaron 25 golpes a la capa con el martillo. ste procedimiento se repiti para cinco capas de tal manera que el nivel del material sobrepasara el elemento cilndrico del molde para la prueba de Harvard.

Figuras 4. Capas y Compactacin

Una vez completadas las cinco capas y el elemento cilndrico sobrepasado se proceda a eliminar el exceso de material mediante la ayuda de varios implementos de laboratorio, entre estos el cuchillo. Una vez bien nivelado el material se procedi a pesarlo con ayuda de la balanza electrnica. Lo anterior con el objetivo de hallar la densidad hmeda del suelo en tal condicin. Naturalmente, se conoca el peso del cilindro individual de tal manera que fuera posible hallar el peso total del suelo en la condicin, a su vez que el volumen dentro del cilindro para la prueba de Harvard era conocido.

Figura 6.Pesaje

Lo anterior se repiti exactamente cuatro veces desechando el suelo compactado y utilizando cada muestra de 150 g con sus respectivas cantidades de agua aadidas que iban aumentando 6%; lo anterior arroj cuatro resultados diferentes para densidades hmedas a medida que se vari el contenido de agua aadida al suelo. Cada vez que se aada agua y se esparca se tomaba una muestra de suelo para verificar el contenido de humedad presente correspondiente a cada densidad hmeda tomada. Fue necesario realizar ste ensayo 4 veces debido a que la forma de la curva de densidad ptima deseada debe tener una forma parablica en la cual los 2 o tres primeros resultados indique un crecimiento de la densidad hmeda a medida que aumenta la cantidad de humedad, y cuando el ltimo intento indique un decrecimiento significa que el punto ptimo de humedad ha sido alcanzado y la prueba se da por terminada. En nuestro caso solo fueron necesarios 4 ensayos variando la humedad para obtener esa curva.

Figuras 7, 8 y 9. Adicin de agua y compactacin

6) Clculos

Para este informe de laboratorio es necesario realizar solamente dos clculos muy simples los cuales son; el contenido de humedad y el peso especfico seco de la muestra.

Para el clculo del contenido de humedad se utiliza la siguiente ecuacin:

Dnde:

W= Contenido de humedad.Mh= Masa hmeda de la muestra.Ms= Masa seca de la muestra.

Este clculo se realiza para todos los puntos obtenidos en el ensayo del laboratorio.

Para el clculo del peso especfico seco, primero se calcula el peso especfico hmedo y luego con el contenido de humedad hallado anteriormente, se procede a calcular el peso especfico seco.

En la siguiente ecuacin se puede encontrar el peso especfico hmedo.

Dnde:

Wcomp= Masa de la muestra compactada en el molde.Vm= volumen del molde.

Conocido este valor es posible calcular el peso especfico seco, con la siguiente formula:

Dnde:

De esta manera es posible calcular todos los contenidos de humedad y pesos especficos secos de todas las muestras. En las siguientes tablas se muestran todos los resultados as como tambin algunas graficas que nos ayudan a calcular la mxima densidad seca y el contenido de humedad ptimo.

Ensayo de compactacin Harvard

MuestrasMasa del recipiente (g)Masa hmeda (con recip.)(g)Masa hmeda (sin recip)(g)Masa seca (con recip)(g)Masa seca (sin recip)(g)Contenido de humedad (%)

17.656.649.053.145.57.7

28.548.940.443.636.111.9

39.064.955.956.247.218.4

48.039.231.233.325.323.3

Tabla 1: caculo del contenido de humedad ensayo HarvardFuente: Elaboracin propia

MuestraMasa del molde(g)Masa hmeda compactada (con molde)(g)Masa hmeda compactada (sin molde)(kg)Volumen de molde(estndar)(m3)Densidad hmeda(kg/m3)Contenido de humedad (%)Densidad seca(kg/m3)

1133.5235.60.10210.000066431537.07.71427.2

2133.5251.20.11770.000066431771.811.91583.2

3133.5258.30.12480.000066431878.718.41586.3

4133.5255.00.12150.000066431829.023.31483.1

Tabla 2: Calculo de la densidad seca del ensayo HarvardFuente: Elaboracin propia

Con estos resultados es posible elaborar una grfica donde se muestra la curva de compactacin. En la siguiente tabla4 se muestra los datos necesarios para realizar la grafica

MuestraContenido de humedad (%)Densidad seca(kg/m3)

17.71427.2

211.91583.2

318.41586.3

423..31483.1

Tabla 3: Datos para realizar la grfica (Harvard)Fuente: Elaboracin propia

Grafica1: Curva del ensayo de compactacin por el mtodo del HarvardFuente: Elaboracin propia

Ntese que en la grfica se muestra la ecuacin de la curva luego es posible hallas el mximo de la funcin, derivando e igualando a cero y esto va hacer igual al contenido de humedad ptimo. Luego de obtener este dato reemplazamos en la ecuacin para obtener la densidad seca mxima, en siguiente clculo se muestra cmo hacerlo.

7) Anlisis de ResultadosTeniendo en cuenta los rangos en los que deberan estar la mxima densidad seca y el contenido de humedad ptimo segn el profesor ChengLiu y Jack B. Evett los cuales se encuentran entre 1442.96 kg/m3y 1843 kg/m3 y 15%-30% respectivamente, vemos que los valores obtenidos de mxima densidad seca y contenido de humedad ptimo para este ensayo de compactacin, se encuentra en los rangos mencionados. Los resultados obtenidos para este ensayo de laboratorio fueron: densidad seca mxima: 1613.6 kg/m3 con un contenido de humedad optimo de 16.066%.Debemos tener en cuenta que a pesar de haber sido lo ms meticulosos al momento de realizar la prctica de laboratorio, se producen errores al momento de anotar los datos, lo cual afecta los resultados. En la prctica de laboratorio los errores ms comunes que se pudieron haber presentado fueron la perdida de material al momento de pasarlos de un recipiente a otro, el mezclado incompleto del agua con la muestra seca, la destruccin de grumos incompleta y la falta de uniformidad de golpes sobre el suelo al momento de compactarlo.

8) ConclusionesEl ensayo de compactacin Harvard miniatura es un mtodo que en algunas ocasiones, es utilizado en la vida prctica por ingenieros para hallar el grado ptimo de humedad necesario para realizar una buena compactacin de suelos la cual es algo con lo que se cuenta al momento de realizar los clculos de cualquier tipo de estructuras desde vas hasta presas o edificios.

Debemos tener presente que el tipo de mquina compactadora sea Proctor estndar, modificado o Harvard miniatura son de vital influencia al momento de la compactacin de un suelo debido a que la energa requerida para dicho fin es diferente en cualquier maquina. Es necesario considerar el tipo de ensayo de compactacion, ya sea estndar, modificado o Harvard miniatura, a realizar dependiendo del tipo de mquina que se encuentre disponible en el momento, debido a que el principio de energa especifica es vlido para compactaciones en pequea escala como el ensayo de Proctor o a gran escala como es el caso de los terraplenes.

De igual manera, es importante resaltar la importancia del conocimiento de los valores hallados mediante los ensayos de compactacin debido a que en algunos casos el estado de humedad natural podra ser el indicado para realizar la compactacin debida. Es decir, el conocimiento de las propiedades halladas en ste laboratorio podra llegar a ser una manera de minimizar costos en un caso real de construccin. Naturalmente, teniendo en cuenta que trabajando con el estado de humedad ptima automticamente representa una minimizacin de costos de energa y maquinaria lo cual es tan importante en las obras de hoy en da.

En resumen, la realizacin de ensayos como los realizados a lo largo de este curso, incluyendo el de Proctor, son importantes no slo en la teora sino en la prctica para obtener las condiciones planeadas por el diseador para el correcto funcionamiento de las obras ideadas.

9) Bibliografa

Berry, P., Reid, D. (1993). Introduction toSoil Mechanics. New York: McGraw Hill

Jurez Badillo, E. & Rico Rodrguez A. (2001). Mecnica de Suelos. Limusa: Ciudad de Mxico

Liu, C. &Evett, J. (2008). Soils and Foundations. Pearson Prentice Hall: New Jersey

10) AnexosResultados de Compactacin Mediante Ensayo de ProctorProctor Modificado:

Proctor Estndar:

Ensayo De Harvard:

22