INDICE
1. INTRODUCCIÓN 2. OBJETIVOS 3. MARCO TEÓRICO 3.1. COMPACTACIÓN 3.1.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN 3.2. PRUEBAS DE LABORATORIO 3.3. MÉTODO PROCTOR 3.3.1. PROCTOR MODIFICADO 3.4. CURVA HUMEDAD – DENSIDAD DE COMPACTACIÓN 4. MATERIALES UTILIZADOS 5. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS 6. PROCEDIMIENTO RECOMENDADO 6.1. OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRA 6.2. PREPARACIÓN DE APARATOS 6.3. ENSAYO 7. DATOS Y MEMORIA DE CÁLCULO 8. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 9. CONCLUSIONES 10. RECOMENDACIONES 11. ANEXOS
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1. INTRODUCCIÓN
La compactación es el medio por él cual se busca mejorar artificialmente un suelo en sus propiedades mecánicas o ingenieriles ingenieriles tales como: como:
Aumentar la resistencia al corte y, por consiguiente, mejorar la estabilidad de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.
Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, consiguiente, reducir los asentamientos.
Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad.
Reducir el potencial de expansión o contracción por congelamiento. congelamiento.
El grado compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca. La densidad seca se obtiene mediante un proceso de compactación, depende de la energía utilizada durante la compactación, denominada energía de compactación, también depende del contenido de humedad durante la misma. Las relaciones típicas entre la densidad seca, el contenido de humedad y la energía de compactación se obtienen a partir de ensayos de compactación en el laboratorio. La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual presenta un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad optima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este método es para conocer el grado de compactación, es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado. Es así que con el objetivo de obtener datos como son la densidad máxima seca de un suelo y el contenido óptimo de humedad, las cuales son la base para lograr la eficiencia en los trabajos de compactación, se realizaron diferentes investigaciones y ensayos de 2
laboratorio y con el fin de lograr lo antes mencionado. Proctor desarrollo un ensayo con el cual determinó que aplicando a un suelo cierta energía para compactarlo, la densidad varía de acuerdo al contenido de humedad de un suelo, ensayo que hoy en día es el más usado y recomendado en los laboratorios de mecánica de suelos, en sus dos variantes: Proctor estándar y Proctor modificado, siendo este último el que brinda mejores resultados; resultados que se ven reflejados en campo con la calidad de compactación que se obtiene. El presente informe explica sobre lo que es y lo que involucra el ensayo de laboratorio PROCTOR MODIFICADO, y todo el proceso a llevar a cabo para la obtención de la densidad máxima seca y contenido óptimo de humedad de un suelo.
2. OBJETIVOS
Conocer en forma general el procedimiento que se desarrolla para la determinación de las características de compactación de los suelos.
Determinar la densidad seca máxima que pueda alcanzar la muestra de suelo y como también el porcentaje óptimo de humedad de dicha muestra.
3. MARCO TEÓRICO 3.1. COMPACTACIÓN
La compactación es el proceso realizado generalmente por medios mecánicos por el cual se obliga a las partículas de suelo a ponerse más en contacto con otras, mediante la expulsión del aire de los poros , lo que implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, lo que produce en el suelo cambios de volumen de importancia, principalmente en el volumen de aire, ya que por lo general no se expulsa agua de los huecos durante el
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proceso de compactación, siendo por lo tanto la condición de un suelo compactado la de un suelo parcialmente saturado. Por lo general las técnicas de compactación se aplican en rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. esto con el objeto de obtener un suelo que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de la vida útil de la obra. 3.1.1. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN
Características físicas del suelo
Contenido inicial de agua
El equipo de compactación y la energía especifica de compactación
El procedimiento adoptado
El espesor de las capas
3.2. PRUEBAS DE LABORATORIO
Las pruebas de laboratorio de acuerdo al método de compactación pueden ser de los siguientes tipos: a) Pruebas dinámicas
Proctor estándar y modificado
Impacto california
Británica estándar
E-10 del Vs Bureau
b) Pruebas estáticas
Porter Sop
c) Pruebas por amasado
Miniatura Harvard 4
Hveen
d) Pruebas por vibración
Mesa vibratoria
e) Pruebas especiales
Pruebas Nucleares
En la presente práctica se desarrollara la prueba dinámica del Método Proctor. 3.3. MÉTODO PROCTOR
Consiste en compactar el suelo dentro de un molde metálico de forma cilíndrica, en varias capas y por la caída de un martillo (pisón metálico). Existen dos variaciones del método: Proctor estándar o normal, con martillo de 5 ½ lb, altura de caída de 12”, 25 golpes por capa y 3 capas a compactar. El molde de 4” y volumen 1/30 pies3 Proctor modificado, con un martillo de 10 lb, altura de caída de 18”, 56 golpes por capa
y compactando en 5 capas , con un molde de 6”. 3.3.1. PROCTOR MODIFICADO
Es la modificación de la prueba de proctor estándar, se proporcionan 3 métodos alternativos. El método usado debe ser indicado en las especificaciones del material a ser ensayado. Si el método no está especificado, la elección se basara en la gradación del material. Metodo “A”
Molde: 101.6 mm de diámetro (4”)
Material: Se emplea el que pasa por el tamiz 4.75 mm (N° 4)
Numero de capas: 5
Golpes por capa: 25 5
Uso: cuando el 20% o menos del peso del material es retenido en el tamiz 4.75mm (N° 4)
Otros usos: Si el método no es especificado; los materiales que cumplen estos requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando el método B o C.
Metodo “B”
Molde: 101.6 mm de diámetro (4”)
Material: Se emplea el que pasa por el tamiz 9.5 mm (3/8”)
Numero de capas: 5
Golpes por capa: 25
Uso: cuando más del 20% de peso del material es retenido en el tamiz 4.75 mm (N° 4) y el 20% o menos de peso del material es retenido en el tamiz 9.5 mm (3/8”).
Otros usos: Si el método no es especificado y los materiales entran en los requerimientos de gradación pueden ser ensayados usando el método C.
Metodo “C”
Molde: 152.4 mm de diámetro (6”)
Material: Se emplea el que pasa por el tamiz 19.0 mm (3/4”)
Numero de capas: 5
Golpes por capa: 56
Uso: cuando más del 20% de peso del material es retenido en el tamiz 9.5 mm (3/8) y menos de 30% en peso del material es retenido en el tamiz 19.0 mm (3/4”).
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El método de 152.4 mm (6”) de diámetro no será usado con los métodos
A o B. 3.4. CURVA HUMEDAD – DENSIDAD DE COMPACTACIÓN
Esta curva peso específico seco vs % W (porcentaje de humedad), que se obtiene en laboratorio proporciona la densidad máxima seca de la muestra de suelo y porcentaje óptimo de humedad de dicha muestra el cual está ubicado en la cúspide de la curva.
4. MATERIALES UTILIZADOS
Muestra seca de suelo
Imagen 1, Fuente: Propia
Agua
Imagen 2, Fuente: Propia
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5. EQUIPOS Y HERRAMIENTAS
Tamiz N° 4
Imagen 3, Fuente: Propia
Molde cilíndrico metálico y extensión del molde
Imagen 4, Fuente: Propia
Base metálica con tornillos mariposa
Imagen 5, Fuente: Propia
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Martillo o pisón metálico
Imagen 6, Fuente: Propia
Balanza
Imagen 7, Fuente: Propia
Horno
Imagen 8, Fuente: Propia
Probeta 9
Imagen 9, Fuente: Propia
Combo
Imagen 10, Fuente: Propia
Cincel
Imagen 11, Fuente: Propia
Vernier
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Imagen 12, Fuente: Propia
Enrasador de acero
Imagen 13, Fuente: Propia
Bandeja metálica, brocha y cuchara metálica
Imagen 14, Fuente: Propia
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6. PROCEDIMIENTO RECOMENDADO 6.1. OBTENCIÓN Y PREPARACIÓN DE MUESTRA
La muestra debe ser obtenida de la cantera de la cual se requiere información, para este caso se obtuvo de la cantera de Rinconada, la cual está ubicada al S 15° 30’18” y W 70° 08’06” como se muestra en la imagen.
Imagen 15, Fuente: Propia
La extracción de la muestra se obtuvo del punto indicado en la imagen anterior en una cantidad de 50 kg, la siguiente imagen muestra el momento de la extracción de la muestra.
Imagen 16, Fuente: Propia 12
Luego de extraer la muestra esta debe ser secada, se recomienda desmenuzar en caso exista grumos, la siguiente imagen muestra el proceso de secado al aire libre.
Imagen 17, Fuente: Propia
La muestra ya seca debe ser homogenizada utilizando el tamiz N° 4, como se muestra en la imagen. En este punto se debe determinar el método a utilizar para el ensayo de acuerdo a los porcentajes retenidos en el tamiz que se emplee.
Imagen 18, Fuente: Propia
6.2. PREPARACIÓN DE APARATOS
Seleccionar el molde adecuado de acuerdo al método a utilizar
Revisar que los instrumentos estén en adecuadas condiciones para su utilización.
Verificar que los instrumentos de precisión estén calibrados.
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6.3. ENSAYO
Teniendo todos los instrumentos, herramientas, equipos y materiales se procede a pesar el molde de cilindro metálico con su base, también se registra las dimensiones de esta tanto el diámetro como la altura.
Imagen 19, Fuente: Propia
Luego agregar agua a la muestra seca en una cantidad determinada y proceder a homogenizar el agua agregada.
Imagen 20, Fuente: Propia
Una vez homogenizada el agua se procede a dividir en 5 partes la muestra, esto con objeto de agregar al molde en forma progresiva las partes divididas.
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Imagen 21, Fuente: Propia
Las partes divididas se agregan al molde para luego proceder a compactar la muestra con el martillo o pisón metálico en caída libre, la compactación se realiza con 25 golpes.
Imagen 22, Fuente: Propia
Este último procedimiento se realiza para el resto de las capas es decir para los cuatro restantes. Terminado la compactación de todas las capas se retira la extensión del molde y se verifica que el material no sobresalga en un espesor promedio de 1.5 cm como máximo; de lo contrario la prueba se repetirá con una porción menor a la inicial, en caso no exceda dicho espesor, se enrasa el molde y se pesa el molde + suelo húmedo.
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Imagen 23, Fuente: Propia
Luego se procede a extraer el material de la parte superior e inferior del molde, cada una de estas muestra se coloca en tarros separados, previamente se debe haber determinado el peso tara de estos para luego registra el peso con el material extraído de la parte superior e inferior del molde.
Imagen 24, Fuente: Propia
Por ultimo las muestras extraídas de la parte superior e inferior se introducen al horno con el fin de obtener el peso seco de la muestra y así determinar el contenido de humedad de esta.
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7. DATOS Y MEMORIA DE CÁLCULO DATOS Tipo de prueba: Peso del martillo (gr): N° de capas: Altura de caída (cm): N° de golpes/capa: Volumen de molde (cm3): MUE STRA N° Masa de la lata + suelo húmedo Masa de la lata + suelo seco Masa de la lata Masa de suelo + molde (gr) Masa de molde (gr) Masa del suelo en molde (gr)
Proctor Modificado 4545 5 45 25 919.7
1
2
3
4
142.5 130 37.5 6225 4170 2055
158 147 37.5 6595 4170 2425
164 152 37.5 6715 4170 2545
168 154 37.5 6950 4170 2780
Aplicando las siguientes formulas se obtienen los cuadros 1 y 2: Masa de agua = (Masa de la lata + suelo húmedo) - (Masa de la lata + suelo seco) Masa del suelo seco = (Masa de la lata + suelo seco) – (Masa de la lata) Contenido de humedad (%) = ((Masa de agua) / ( Masa del suelo seco))*100 Densidad húmeda (gr/cm3) = Masa del suelo en molde (gr) / Volumen de molde (cm3) Densidad seca (gr/cm3) = Densidad húmeda (gr/cm3) / (1+ Contenido de humedad (%)) Cuadro 01 MUE STRA N°
CALCULO DE CONTE NI DO DE H UMEDAD 1 2
Masa de la lata + suelo húmedo Masa de la lata + suelo seco Masa de agua Masa de la lata Masa del suelo seco Contenido de humedad (%)
3
4
142.5 130
158 147
164 152
168 154
12.50
11.00
12.00
14.00
37.5
37.5
37.5
37.5
92.50 13.51
109.50 10.05
114.50 10.48
116.50 12.02
Cuadro 02 17
CALCULO DE PESO E SPE CI F I CO SECO Masa de suelo + molde (gr) Masa de molde (gr) Masa del suelo en molde (gr) Densidad húmeda (gr/cm3) Densidad seca (gr/cm3)
6225 4170 2055
6595 4170 2425
6715 4170 2545
6950 4170 2780
2.23 1.97
2.64 2.40
2.77 2.50
3.02 2.70
8. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
Respecto al contenido de humedad de acuerdo al grafico de compactación se tiene una humedad optima de 11.5 %, lo que nos indica, que no es necesario agregar gran cantidad de agua al suelo para poder llegar a una compactación máxima de 2.71 gr/cm3 RESULTADOS Contenido de humedad (%): Peso específico seco máximo (gr/cm3):
11.5 2.71
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9. CONCLUSIONES
Luego de los cálculos se tiene que la densidad máxima es de 2.71 gr/cm con un contenido de humedad de 11.5 %.
Cuando se adiciona agua al suelo este actúa como agente lubricante, permitiendo que las partículas de suelo se reacomoden entre sí, y se muevan a una posición final con lo cual aumenta la densidad del suelo.
El peso específico seco del suelo aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de humedad pero solo hasta cierto punto (Contenido de humedad óptimo), luego de este disminuye el peso específico.
El tipo de suelo ya sea su granulometría, la forma de las partículas, la densidad de solidos del suelo y también la cantidad y los tipos de mineral que se encuentran presentes tienen una influencia directa en la densidad máxima seca y el contenido de humedad.
10. RECOMENDACIONES
El método usado en el ensayo es válido cuando menos del 20 % en peso de material se retiene en el tamiz N° 4.
La cantidad de agua a utilizar en el ensayo solo debe ser la necesaria, la cual debe ser distribuida en muestra de suelo de forma homogénea.
Las mediciones que se realicen tanto del peso como de las dimensiones se deben trabajar en una sola unidad ya que el trabajar por ejemplo los pesos en kilogramos y gramos se presta a confusiones y falta de precisión.
Verificar el buen estado de los elementos utilizados en el ensayo, en este caso el molde, el anillo y el martillo.
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Después del apisonamiento verificar que en la base del martillo no este adherida una capa de suelo, porque este absorberá una parte de la energía de apisonamiento y no la capa de suelo del molde.
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11. ANEXOS
Tabla especificaciones de proctor estándar ASTM D698.91 (98) y proctor modificado ASTM D1557.91 (98)
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