FACULTAD DE INGENIERA CIVIL
UNCP
INTRODUCCION
En el presente trabajo hablaremos acerca del ensayo de PROCTOR,
el cual se describe a continuacin. Cada uno de los materiales
utilizados, procedimientos y clculos, se especificaran por medio de
mtodos explicados, tanto en la norma, como en las instrucciones
tericas en clase y los libros especializados en la materia.
Por medio de este ensayo se pretende obtener un dato terico de
la relacin entre humedad y el peso especfico seco del suelo
compactado en un molde la cual ayudara en un futuro un grado de
compactacin.
Para la realizacin de este ensayo se utiliz material granular,
el cual posee propiedades que lo hacen optimo en la construccin de
vas y edificaciones por su alta resistencia al corte cuando es
sometido a esfuerzos de compresin. Este ensayo trata de simular las
condiciones a las que el material est sometido en la vida real,
bajo una carga esttica y el desarrollo de estos clculos proveen
informacin valiosa para que el ingeniero disponga cuales son las
condiciones ideales de compactacin del material y cual es su
humedad ptima.
La compactacin no es seguramente el nico mtodo de mejora de
suelos, an si es uno de las ms econmicos y populares. Existen
varios otros mtodos, por ejemplo: las inyecciones, el
congelamiento, la vibro fluctuacin, la precompresin, etc.
OBJETIVOS
-El propsito en un ensayo de compactacin de laboratorio, es
determinar la correcta cantidad de agua de amasado a usar cuando se
compacta el suelo en terreno.
-Realizar el ensayo en el laboratorio a fin de comprobar los
datos ya mencionados.
-Estudiar la influencia que ejerce el contenido inicial del agua
en el suelo, as como la energa de compactacin, encontrando que tal
valor es de vital importancia en la compactacin lograda.
-Encontrar la humedad inicial llamada ptima, que produce el
mximo peso especfico seco que puede lograrse con este procedimiento
de compactacin.
-Graficar la curva de compactacin con el tipo de suelo
utilizado, a travs de la humedad optima y el peso especifico mximo
obtenido.
-Encontrar las propiedades adecuadas para el suelo de una
determinada fundacin, as como una buena homogenizacin del mismo, lo
cual causara una reduccin de la posibilidad de producirse
asentamientos diferenciales.
-Calcular de igual manera la grafica general en ensayo de
proctor modificado con la ayuda del contenido de humedad hallada en
laboratorio. As tambin con la ayuda de los pesos especficos secos y
hmedos.
-Comprobar de manera experimental lo aprendido en el aula sobre
la relacin entre las tres curvas: proctor estndar, proctor
modificado y gravedad especifica.
-Darnos cuenta sobre la importancia de la compactacin en el
suelo, sus ventajas en la construccin de carreteras, edificaciones,
etc.
-Identificar la variacin de los ensayos en los diferentes tipos
de suelos, es decir darnos cuenta que para cada tipo de suelo
existe un diferente tipo de ensayo.
MARCO TERICO
COMPACTACIN:
Mejoramiento de las propiedades ingenieriles de un suelo, donde
se requiere que las partculas de un suelo estn ms en contacto las
unas con las otras, empleando medios mecnicos, a travs del aumento
de la resistencia y disminucin de la capacidad de deformacin , una
disminucin de permeabilidad, una disminucin de la comprensibilidad,
aumento del peso especifico seco, disminuyendo sus vacios.
PROCESO DE COMPACTACIN:
Las partculas solidas son empaquetadas lo ms cercanamente por
medios mecnicos aumentando la densidad seca. Se reduce la relacin
de vacios.
Poca o no reduccin de agua. Los vacios no pueden eliminarse por
compactacin, por control de ellos se reduce al mnimo.
Representacin de la compactacin de los granos de suelo
A bajo contenido de agua el grano es rodeado por una delgada
pelcula de agua.
El agua adicional nos va permitir juntar los granos ms
fcilmente.
El aire es desplazado y la densidad seca es incrementada.
La adicin de agua permite expulsar el aire durante la
compactacin.
Los granos de suelo se muestran lo ms cercanos posibles hasta
cierto punto y de ah aumenta la cohesin.
Cuando la cantidad de agua excede lo requerido, el exceso de
agua empuja los granos de suelo hacia afuera y la densidad
adquirida disminuye.
A mayor contenido de humedad, el aire es desplazado por la
compactacin y la densidad continua disminuyendo.
Principio de compactacin
MATERIAL PARA LA COMPACTACIN:
El material para la compactacin puede ser grano grueso como fino
de la clasificacin SUCS: GP,GW,GM,GC,SP,SW,SM,SC,CL,CH,ML,MH,OH y
las combinaciones de estos suelos. Los ms recomendables son los
suelos gruesos mezclados con suelos finos de baja plasticidad y los
no recomendables son los suelos orgnicos y turbas.
TIPOS DE CURVAS DE COMPACTACIN:
La forma tpica de curvas de compactacin para 5 tipos de suelos
se muestra en a la siguiente grafica. Para fcil comparacin de ha
referido para una misma gravedad especifica y una lnea lnea cero de
vacios comn.
Curvas de compactacin para algunos suelos tpicos
En general, los suelos arcillosos, las arenas bien graduadas y
los suelos limosos tienen pico definido en la curva de compactacin.
Los suelos uniformemente graduados, consiste de un Arango limitado
de partculas, la curva es mas aplanada y la condicin optima no es
fcil de establecer.
El doble pico es frecuentemente obtenido de arenas finas
uniformemente graduadas. Para estos materiales el contenido de
humedad para una ptima compactacin es menos crtica que para
aquellos suelos que poseen una curva de compactacin mas
empinada.
Curvas tpicas de compactacin para cinco suelos diferentes (ASTM
D 698)
APLICACIONES DE LA COMPACTACIN:
Los suelos pueden ser usados como relleno para muchos
propsitos
Rellenar una excavacin o vacios adyacentes a una estructura.
Servir de apoyo a una estructura.
Como sub-base para carreteras y ferrocarriles o aeropuertos.
Estructuras como terraplenes o presas de tierra.
La compactacin aumenta la densidad del suelo, mejora las
propiedades ingenieriles del suelo. Lo ms importante es el
mejoramiento y los efectos resultantes sobre la mesa de
relleno.
FUNDAMENTOS:
El agua juega un papel importante, especialmente en suelos
finos, buscando en un contenido de humedad optimo, para el cual se
obtenga un peso especfico seco mximo (Ymax o DMCS)
Para bajos contenidos de humedad, el agua est en forma capilar
produciendo comprensiones entre partculas constituyentes del suelo,
lo cual tiende a la formacin de grumos difcilmente desintegradles
que dificultan la compactacin.
Diferentes curvas de compactacin
FACTORES QUE AUMENTAN LA COMPACTACIN:
El contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de
contraccin.
La energa especifica, empleada en el proceso de compactacin. Es
la energa de compactacin suministrada al suelo por unidad de
volumen.
EFECTOS DE LA COMPACTACION DEL SUELO:
Mejoramiento
Efecto sobre la masa de relleno
Alta Resistencia al cortante
Mayor estabilidad
Baja compresibilidad
Menor asentamiento bajo carga esttica
Alto valor de CBR.
Menor deformacin bajo carga repetida
Baja Permeabilidad
Baja tendencia a absorber agua
Baja susceptibilidad al congelamiento
Menor probalidad al congelamiento
EQUIPO DE COMPACTACIN PARA EL CAMPO:
ENSAYO DE COMPACTACION PROCTOR
En mecnica de suelos, el ensayo de compactacin Proctor Standar
es uno de los ms importantes procedimientos de estudio y control de
calidad de la compactacin de un terreno. A travs de l es posible
determinar la compactacin mxima de un terreno en relacin con su
grado de humedad.
Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo
Proctor Normal", y el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia
entre ambos estriba en la distinta energa utilizada, debido al
mayor peso del pisn y mayor altura de cada en el Proctor
modificado.
El ensayo consiste en compactar una porcin de suelo en un
cilindro con volumen conocido, hacindose variar la humedad para
obtener el punto de compactacin mxima en el cual se obtiene la
humedad ptima de compactacin. El ensayo puede ser realizado en tres
niveles de energa de compactacin, conforme las especificaciones de
la: normal, intermedia y modificada.
El Grado de compactacin de un terreno se expresa en porcentaje
respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactacin del 85% de
Proctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de la mxima
densidad posible para ese terreno.
Las principales normativas que definen estos ensayos son las
normas americanas ASTM D-698 (ASTM es la American Society for
Testing Materials, Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales)
para el ensayo Proctor estandar y la ASTM D-1557 para el ensayo
Proctor modificado.
PROCTOR MODIFICADO
PRUEBAS DE COMPACTACION
Actualmente existen muchos mtodos para reproducir, al menos
tericamente, en laboratorio las condiciones dadas de compactacin en
terreno. Histricamente, el primer mtodo, respecto a la tcnica que
se utiliza actualmente, es el debido R.R. Proctor y que es conocido
como Prueba Proctor estndar. El ms empleado, actualmente, es la
denominada prueba Proctor modificado en el que se aplica mayor
energa de compactacin que el estndar.
Todos ellos consisten en compactar el suelo, con condiciones
variables que se especifican a continuacin:
Mtodo
Proctor
N
Tamao
molde
(cm)
Volumen
molde
(cm)
Pisn
(kg)
N
Capas
Altura cada
(cm)
N
Golpes
Energa compac.
/ volumen
(kg*m/m3)
ESTNDAR
1
11.64*10.16
943.33
2.49
3
30.48
25
60.500
ESTNDAR
2
11.64*15.24
2123.03
2.49
3
30.48
55
60.500
MODIFICADO
3
11.64*10.16
943.33
2.49
5
45.72
25
275.275
MODIFICADO
4
11.64*15.24
2123.03
2.49
5
45.72
55
275.275
15 GOLPES
5
11.64*10.16
943.33
2.49
3
30.48
15
36.400
Los mtodos 1 y 3 se emplean con suelos que tienen un alto % de
partculas bajo la malla #4 = 4.76 mm, un buen criterio es
considerar 80% en peso como mnimo. Los mtodos 2 y 4 se emplean con
suelos que tienen un % importante de partculas mayores a la malla
#4 y menores que .
La energa de compactacin viene dada por la ecuacin:
Dnde:
Y - energa a aplicar en la muestra de suelo;
n - nmero de capas a ser compactadas en el cilindro de
moldeado;
N - nmero de golpes aplicados por capa;
P - peso del pisn;
H - altura de cada del pisn; y
V - volumen del cilindro.
Con este procedimiento de compactacin, Proctor estudi la
influencia que ejerca en el proceso el contenido inicial de agua de
suelo. Observ que a contenidos de humedad crecientes, a partir de
valores bajos, se obtenan ms altos pesos especficos secos y, por lo
tanto, mejores compactaciones de suelo, pero que esa tendencia no
se mantena indefinidamente, sino que al pasar la humedad de un
cierto valor, los pesos especficos secos obtenidos disminuan,
resultando peores compactaciones en la muestra. Es decir, que
existe una humedad inicial denominada humedad optima, que produce
el mximo peso especfico seco que puede lograrse con este
procedimiento de compactacin y, por consiguiente, la mejor
compactacin del suelo.
Los resultados de las pruebas de compactacin se grafican en
curvas que relacionan el peso especfico seco versus el contenido de
agua.
((1)Arena arcillosa bien distribuida.(2)Arcilla arenosa bien
distribuida.(3)Arcilla arenosa con distribucin mediana.(4)Arcilla
arenosa con limo.(5)Limo.(6)Arcilla pesada
210046810121620221824140019001800170016001500220020002300* Vaco de
Aire Cero es el punto terico al cual la densidad del suelo es
mxima.(1)(2)(3)(4)(5)(6)PORCENTAJE E HUMEDAD)
D
PASOS PARA EL ENSAYO PROCTOR STANDAR
A continuacin se describe solo el mtodo Proctor Standard, ya que
los dems siguen el mismo procedimiento variando solo las
caractersticas indicadas.
1. se procede a secar al aire una cantidad suficiente de
suelo.
2. Se selecciona el material hacindolo pasar por la malla N4, se
pesa el material retenido por ella y el que pasa. Se utiliza en el
ensayo solo el material que pase bajo esta malla.
3. Se mezcla cada porcin de suelo, con agua para llevarla al
contenido de humedad deseado, considerando el agua contenido en la
muestra.
4. Para permitir que el contenido de humedad se distribuya
uniformemente en toda la muestra se mezcla con la esptula.
5. Se pesa el molde y su base. Se coloca el collar ajustable
sobre el molde.
6. Colocar una capa de material aproximadamente 1/3 de la altura
del molde ms el collar. Compactar la capa con 25 golpes
uniformemente distribuidos en el molde de 100 mm de dimetro con un
pisn de 2.5 kg con una altura de cada de 30.5 cm.
7. Repetir 4 veces la operacin anterior, escarificando
ligeramente la superficie compactada antes de agregar una nueva
capa. Al compactar la ltima capa debe quedar un pequeo exceso de
material por sobre el borde del molde, el que debe sobresalir de a
pulgada.
8. Retirar cuidadosamente el collar ajustado y enrasar la
superficie del molde con una regla metlica. Pesar el molde (con la
placa) y el suelo y restar la masa del primero, obteniendo as la
masa del suelo compactado (M).
9. Retirar el material del molde y extraer dos muestras
representativas del suelo compactado. 10.Obtener la humedad de cada
uno de ellos y registrar la humedad del suelo compactado como el
promedio de ambas.
Repetir las operaciones anteriores, hasta que haya un
decrecimiento en la densidad hmeda del suelo. El ensaye se debe
efectuar desde la condicin ms seca a la condicin ms hmeda.
EXPRESION DE RESULTADOS, CURVA DE COMPACTACION ROCTOR ESTNDAR Y
MODIFICADO
El peso especfico hmedo (w) se obtiene dividiendo el peso del
material hmedo por el volumen interior del molde.
w = Peso del material hmedo
Volumen del molde
A partir de los datos del contenido de humedad calculados, de
cada muestra compactada de determina el peso especfico seco d
segn:
w = Ww
Ws
d = w .
w + 1
Dnde:Ww : Peso del agua
Ws : Peso de los slidos
Con los datos obtenidos de d y w se construye un grfico similar
a la siguiente figura 5.18
MATERIALES Y/O EQUIPOS PARA ENSAYO PROCTOR ESTANDAR
PROCTOR ESTNDAR ASTM 698-91
Tamices N 4, 3/8, .
Molde de 4 6 pulgadas
Pinzn de 5.5 lb.
Pipeta
Espatula.
Regla metlica
Martillo de goma
Bandeja para mezclar
Balanza
Horno
PROCEDIMIENTO
1. Se toma una muestra de suelo, en nuestro caso es de 5.807 kg.
La cual se va a pasar por los tamices: 3/4, 3/8 y N 4 obteniendo
sus porcentajes y comparndola con las especificaciones que tenemos
de Proctor (ASTM 698-91), y elegimos el mtodo.
2. Lo tamizamos por la maya que indica el mtodo. En nuestro caso
el mtodo B.
3. Tomamos una cantidad de suelo de ms o menos 12 kg.
4. Para la primera prueba, pesemos 3 Kg de de la muestra.
5. Luego le agregamos una cantidad de agua que estar aumentando
progresivamente segn cada ensayo. Tomaremos primero 2%, 4%, 6% y
finalmente 8%.
6. Luego de sacar el porcentaje de agua respectivo lo mezclamos
con nuestra muestra y lo uniformizamos.
7. Luego echamos al molde tres veces, es decir formando 3 capas
y en cada capa le damos 25 golpes, para que la compactacin sea
mejor con el pinzn de 5.5 lb para el proctor estndar y de 10 lb
para el proctor modificado.
8. Luego lo llenamos, antes sacando el collarn, pesamos el molde
con la muestra compactada.
9. Sacamos muestra del corazn del molde, lo pesamos y llevamos
al horno.
10. Nuevamente pesamos las muestras secas.
11. Luego calculamos los contenidos de humedad y los pesos
volumtricos respectivos.
CLCULOS
1. PROCTOR ESTNDAR :
a) Densidad seca
Prueba N
1
2
3
4
Porcentaje de agua
2%
4%
6%
8%
1. Volumen del molde
2124
2124
2124
2124
2. peso del molde + muestra hmeda
5671
5774
5791
5973
3. peso del molde
3887
3887
3887
3887
4. peso de la muestra hmeda
1784
1887
1904
2086
5. densidad hmeda)
0.840
0.888
0.896
0.982
6. densidad seca)
0.814
0.848
0.843
0.908
b) Porcentaje de humedad
Prueba N
1
2
3
4
1. Numero de tara
52
12
57
11
2. peso tara + muestra hmeda
374.3
394.2
331.5
377.0
3. peso tara + muestra seca
364.6
378.6
314.5
351.7
4. peso de la tara
61.1
44.3
46.7
40.8
5. peso de la muestra hmeda
313.2
349.9
284.8
336.2
6. peso de la muestra seca
303.5
334.3
267.8
310.9
7. peso del agua
9.7
15.6
17
25.3
W%
3.19
4.67
6.34
8.14
GRFICO:
RECOMENDACIONES
En el laboratorio debemos tener cuidado en la manipulacin de los
materiales.
Tambin contar con los materiales requeridos para que el ensayo
salga bien.
Antes de realizar el ensayo debemos investigar sobre el tema y
tambin el docente debe darnos unas pautas sobre el manipuleo de los
materiales y los pasos a seguir para cada ensayo.
Debemos tener cuidado en agregar la cantidad de agua el exceso
perjudica el ensayo y la compactacin ya no es el adecuado.
El suelo con el que se realice la prueba de compactacin debe ser
representativo del que se utilizara en obra. Para lo cual se
requiere grandes cantidades.
Si la obra es muy extensa se debern ejecutar tantos ensayos de
compactacin como fuesen necesarios, a fin de asegurar la
representatividad del suelo empleado.
CONCLUCIONES
Se lleg a la conclusin de realizar el mtodo B del proctor
estndar.
El procedimiento realizado fue repetitivo, pero se requiere de
tiempo y paciencia para la obtencin del contenido de humedad.
Con esta prueba se obtuvo la humedad ptima de compactacin as
como, el peso especfico seco mximo.
Se dibuj la curva respectiva y se identific que tipo de suelo y
otros factores importantes y se pudo identificar las primeras
caractersticas para poder trabajarlo.
Gracias a la compactacin podemos mejorar las propiedades
ingenieriles del suelo, donde se requiere que las partculas del
suelo estn ms en contacto unas con las otras.
La adicin del agua nos va permitir juntar los granos fcilmente
durante la compactacin.
El exceso en la cantidad de agua, empuja los granos hacia afuera
la densidad adquirida va disminuyendo.
El objetivo de la prueba de Proctor es determinar el peso
especfico seco, as como la humedad ptima.
La prueba de Proctor reproduce en el laboratorio el tipo de
compactacin uniforme de la parte inferior hacia la superficie de la
capa compactada.
En todos los suelos, al incrementarse su humedad se aplica un
medio lubricante entre sus partculas que permite un cierto acomodo
de estas cuando se sujetan a un esfuerzo de compactacin. Si sigue
incrementando la humedad empleando el mismo esfuerzo de
compactacin, se llega a tener el mejor acomodo de las partculas del
suelo, y por consecuencia el mayor peso volumtrico seco, con cierta
humedad llamada humedad optima, pero si seguimos excediendo en la
cantidad de agua y con el mismo esfuerzo de compactacin el peso
especfico disminuye.
Prueba Proctor
Estandar3.194.676.348.140.813999999999999950.847999999999999980.842999999999999970.90800000000000003
% DE HUMEDAD
PESO ESPECIFICO SECO (g/cm^3)
MECANICA DE SUELOS I