UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC
INFORME DEL ENSAYO PROCTOR MODIFICADO
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En esta investigación nuestro objetivo es saber sobre el ensayo de compactación de Proctor modificado y comprobar todo lo aprendido teóricamente en clase para así poder nosotros
hacer un buen uso de la compactación ya sea en carreteras, puentes,
infraestructuras ya que son obras de ingeniería que se realizan en beneficio de nuestro país, esperando que esta investigación le sea útil a nuestros demás compañeros de la facultad que recién llevaran este importante curso de mecánica de suelos II y profesionales interesados en la mecánica de suelos para así poder despejar sus dudas sobre este ensayo de compactación.
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El ensayo Proctor se realiza para determinar la humedad óptima a la cual un suelo alcanzará su máxima compacidad. La humedad es importante pues aumentando o disminuyendo su contenido en el suelo se pueden alcanzar mayores o menores densidades del mismo, la razón de esto es que el agua llena los espacios del suelo ocupados por aire (recordemos que el suelo está compuesto de aire, agua y material sólido), permitiendo una mejor acomodación de las partículas, lo que a su vez aumenta la compacidad. Sin embargo un exceso de agua podría provocar el efecto contrario, es decir separar las partículas disminuyendo su compacidad. Es por esto que el ensayo Proctor modificado tiene una real importancia en la construcción, ya que las carreteras y las estructuras necesitan de una base resistente donde apoyarse, y un suelo mal compactado podría significar el colapso de una estructura bien diseñada, en algunos casos, como por ejemplo en caminos de poco tráfico o de zon as rurales, el suelo constituye la carpeta de rodado, por lo que la importancia de la compactación se hace evidente.
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Determinar el peso específico seco máximo que pueda alcanzar un material, así como la humedad óptima a que deberá hacerse la compactación .
Determinar la máxima densidad seca de las 5 muestras de 5 kg que se realizó en el laboratorio.
Conocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el Ensayo Proctor Modificado.
Conocer el procedimiento del método de compactación en laboratorio (Proctor Modificado T-180) y verificar la relación densidad – humedad para una energía de compactación correspondiente sobre un suelo particular.
Procesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado.
Obtener el contenido de humedad respecto a la máxima densidad.
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Se entiende por compactación de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades mecánicas por medios mecánicos. Se distingue de la consolidación de los suelos en que, en este último proceso el peso específico del material crece gradualmente bajo la acción natural de sobrecargas impuestas que provocan expulsión de agua por un proceso de difusión; ambos pr oceso involucran disminución de volumen, por lo que en el fondo son equivalentes. La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas. La estabilidad de una obra vial exige, entre otras cosas, que los terraplenes y las diferentes capas de rodamientos se hallen debidamente compactados. A fin de que el material a compactarse alcance la mayor densidad posible en el terreno, deberá tener una humedad adecuada en el momento de la compactación. Esta humedad, previamente determinada en un laboratorio de suelos, se llama “humedad óptima” y la densidad obtenida se conoce con el nombre de “densidad máxima”.
Aumentar la resistencia al corte y mejorar la estabilidad de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.
Disminuir la compresibilidad y reducir los asentamientos.
Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad.
Reducir el potencial de expansión, contracción, o expansión por congelamiento.
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El grado de compactación de un suelo o de un relleno se mide cuantitativamente mediante la densidad seca, la cual depende de la energía utilizada durante la compactación y del contenido de humedad del suelo. La relación entre la densidad seca, el contenido de humedad y la energía de compactación se obtienen a partir de ensayos de compactación en laboratorio. La compactación en laboratorio consiste en compactar una muestra de suelo húmedo en un molde cilíndrico de un volumen específico y con una energía de compactación determinada. Por lo general se utilizan diferentes ensayos, pero la mayoría están basados en el mismo principio: la compactación dinámica creada por el impacto de un martillo metálico de una masa específica que se deja caer desde una altura determinada, compactando el suelo en un determinado número de capas que reciben un número de golpes. Después de preparar la muestra compactada, se miden su densidad aparente y su contenido de humedad. Se calcula la densidad seca y se repite el procedimiento haciendo variar el contenido de humedad. Las características de compactación se presentan en un gráfico que relaciona la densidad seca en función del contenido de humedad. El punto más alto de la curva obtenida en el gráfico que corresponde a la mayor densidad seca determina el contenido de humedad óptimo.
Aumenta la resistencia y capacidad de carga del suelo.
Reduce la compresibilidad y disminuye la aptitud para absorber el agua.
Reduce los asentamientos debido a la disminución de la relación de vacíos.
Reduce el efecto de contracción.
Mejora las condiciones de esfuerzo-deformación del suelo.
La compactación muy intensa produce un material muy susceptible al agrietamiento.
Aumenta el potencial de hinchamiento (con la humedad) en suelos finos y el potencial de expansión por las heladas
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La importancia de la humedad del suelo para asegurar la compactación se ilustra en los siguientes experimentos. Una muestra de suelo se separa en 6 u 8 porciones, cada porción se mezcla íntimamente con diferentes cantidades de agua, de manera que cada una tenga diferente humedad, variando esta desde cero hasta un punto intermedio entre los límites líquido y plástico. Cada porción se compacta en un depósito con exactamente el mismo esfuerzo de compactación; la humedad y el peso de los sólidos por metro cúbico de suelos compactados, que se denomina corrientemente peso específico y se denota por
d
se determina por: d
W s V
d max
h
1 w
Cuando se va compactando un suelo bajo diferentes condiciones de humedad (sea cual fuere el método empleado) se obtiene, al relacionar las densidades con los porcentajes de humedad, una curva semejante a la indicada en la Figura 1. Ella nos indica que hay un determinado punto para el cual “la densidad es máxima”. La humedad correspondiente a este punto de “densidad máxima”, se llama “humedad óptima”. Cada suelo tiene su propia curva de compactación que es característica del material y distinta a la de otros suelos. Para el trazado de la curva, es conveniente determinar cinco puntos procurando que dos de ellos se encuentren en la zona seca (rama izquierda de la curva), uno cerca del punto de densidad máxima y de los otros dos restant es en la zona húmeda (rama derecha de la curva). Lógicamente, un mayor número de puntos permitirá un mejor y más exacto trabajo de la curva.
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Fuente: Mila Sánchez
El ensayo de compactación se hace para una energía de compactación determinada y se consigue una única curva. Si se realizan varios ensayos de compactación a un mismo suelo pero con energías de compactación distintas, se obtendrán curvas de compactación similares, pero con diferencias en valores de humedad óptima y densidad máxima seca. Cuanto mayor es la energía de compactación mayor es la densidad máxima seca y menor la humedad óptima. La energia de compactación se calcula de forma bastante aproximada usando la siguiente Formula: Ec
W m . n . N .h c
Vm
Donde: Wm :
Peso del martillo
: Número de capas
n
N
: Número de golpes/capa
hc
: Altura de caida libre de martillo
Vm :
Volumen de la muestra
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Los materiales utilizados en el Ensayo Proctor Modificado son los siguientes:
Son metálicos y de forma cilíndrica, pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz, o por dos piezas se micilíndricas ajustables.
Cada molde lleva un collar de aproximadamente 60 mm de altura, el cual tiene un rebaje de modo que ajusta firmemente al molde y alas para sujetarlo a la placa base.
Está constituida por una placa metálica en la que se asegura el molde y el collar, por medio de las alas que éstos tienen, a pernos con tuerca tipo mariposa solidarios a la placa.
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Son recipientes de vidrio o plástico graduados en centímetros cúbicos y se usan para medir el agua que se le agrega a la muestra.
Se usan para pesar el suelo y las muestras de cada ensayo para calcular el contenido de humedad real.
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se usa para enrasar el suelo al nivel del molde, luego de compactado y extraído el collar.
Corresponde a una abertura nominal de 19.10 mm y se usa para seleccionar el material a ocupar en el ensayo.
Se usan vasijas o pailas metálicas poco profundas para mezclado y palas o espátulas.
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El Ensayo Proctor Modificado se realiza siguiendo el método dado a continuación:
Obtener una muestra del suelo a ensayar de 100 kg.
Secar la muestra hasta que se vuelva desmenuzable a temperatura ambiente.
Tamizar 50 kg de suelo extraído por el tamiz 3/4.
Homogeneizar la muestra y separar en fracciones de 5 kg.
Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las humedades varíen aproximadamente dos puntos porcentuales entre sí (150, 250, 300, 450, 500 ml), y que se distribuyan alrededor de la humedad óptima.
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Pesar y registrar la masa del molde vacío sin collar.
Determinar la capacidad volumétrica del molde.
Colocar el molde con su collar sobre la placa base.
Llenar el molde como se indica:
Colocar una capa de material de aproximadamente un quinto de la altura del molde más el collar.
Compactar la capa con 56 golpes.
Repetir la compactación en 5 capas dejando un exceso de material sobre el borde en la última capa.
Retirar el collar y enrasar con la regla al nivel del borde del molde.
Pesar el molde con el suelo compactado. Restar el peso del molde para obtener el peso del suelo compactado solo.
Determinar la densidad húmeda del suelo compactado dividiendo el peso del suelo por el volumen del molde.
Calculo de las humedades W %
W w V m
100
Muestra N° 01 6667.4 gr 1667.2 gr
5000.2
gr
1kg 1000 gr
15
5
kg
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W%
0.15kg .
100
5kg .
W % 3%
Muestra N° 02 6667.4 gr
W%
gr
1667.2
0.3kg .
5000.2
100
5kg .
gr
1kg 1000 gr
5
kg
W % 6%
Muestra N° 03 6667.3 gr
W%
1667.2
0.45kg .
gr 5000.1 gr
100
5kg .
1kg 1000 gr
5
kg
W % 9%
Muestra N° 04 6693.6 gr
W%
1693.6
0.5kg .
gr
5000
100
5kg .
gr
1kg 1000 gr
5
kg
W % 10%
Muestra N° 05 6728.5 gr 1728.5 gr
W%
0.25kg .
5000
100
5kg .
gr
1kg 1000 gr
5
W % 5%
Calculo del peso específico seco máximo h
W h
d max
V
h
1 W
Muestra N° 01 h
4718.9 gr
d max
3
940.45cm
5.017 gr / cm
5.017 gr / cm 1 0.03
3
3
4.872 gr / cm
3
16
kg
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Muestra N° 02 h
5070.4 gr
940.45cm
d max
3
5.391 gr / cm
5.391 gr / cm
3
3
1 0.06
5.086 gr / cm
3
Muestra N° 03 h
4874.6 gr
d max
940.45cm
3
5.183 gr / cm
5.183 gr / cm
3
3
1 0.09
4.755 gr / cm
3
Muestra N° 04 h
4803.2 gr
d max
940.45cm
3
5.107 gr / cm
5.107 gr / cm
3
3
1 0.10
4.643 gr / cm
3
Muestra N° 05 h
5030.3 gr
940.45cm
d max
Ec
Ec
Ec
3
5.348 gr / cm
5.348 gr / cm 1 0.05
3
3
5.094 gr / cm
3
W m . n . N .h c
Vm
(24, 4) (56)(5) (0.3048) 6
940.5 10
2 214.1346
kN
m
m
3
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OBTENCION DE LA ECUACION DE LA CURVA DE COMPACTACION ECUACION DE CÁLCULO Y1= A*(X1) ^2 + B*(X1) + C Y2=A*(X2) ^2 + B*(X2) + C Y3=A*(X3) ^2 + B*(X3) + C
CALCULO DE LA ECUACION DE LOS TRES PUNTOS Para determinar la densidad máxima solo se considera tres puntos con sus respectivas humedades, siendo los siguientes:
CUADRO N° 01: Calculo de la Ecuación de los tres puntos para hallar la densidad máxima X( contenido de humedad) 3 5 10 Fuente: elaboración Propia
Y ( densidad seca ) 4.8715 5.0862 4.643
Reemplazando los datos en la anterior formula y resolviendo el sistema se obtiene los siguientes resultados: A= -0.028
B= 0.331
C= 4.132
Y= A*(X) ^2 + B*(X) + C Y= - 0.028*(X) ^2 + 0.331*X+4.132 La densidad máxima seria de 5.1102 gr/cm3 correspondiente a una humedad óptima del 5.9107 %.
CUADRO N° 02: Datos obtenidos en laboratorio Numero de capas Numero de capas Peso suelo + molde Peso molde Peso suelo húmedo compactado Volumen del molde Recipiente Nº Peso del suelo seco + tara Tara Peso de agua Peso del suelo seco Contenido de agua Peso volumétrico seco
5 56 11586 6867.1 4718.9 940.45 1 6667.4 1667.2 150 5000.2 3 4.8715
gr gr gr cm3 gr gr gr gr % gr/cm3
Elaboración propia
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5 56 11901.9 6871.6 5030.3 940.45 5 6728.5 1728.5 250 5000 5 5.0862
5 56 11937.1 6866.7 5070.4 940.45 2 6667.4 1667.2 300 5000.2 6 5.0941
5 56 11741.9 6867.3 4874.6 940.45 3 6867.3 1667.2 450 5200.1 9 4.7552
5 56 11674.8 6871.6 4803.2 940.45 4 6693.6 1693.6 500 5000 10 4.643
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GRÁFICO N° 01: Curva de Compactación
CURVA DE COMPACTACION 5.2 ) 3 5.1 M C / G 5 K ( A C 4.9 E S D A4.8 D I S N E 4.7 D
4.6 0
2
4
6
8
CONTENIDO DE HUMEDAD (%)
Elaboración propia
Acopio del material de lastre
Elaboración Propia
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10
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Acopio del material de lastre
Elaboración propia Tamizado de la Muestra
Elaboración propia
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Cuarteo de la muestra
Elaboración Propia Control del peso de la muestra seca
Elaboración Propia
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Mezclado de la muestra con agua
Elaboración Propia Compactación por capas
Elaboración Propia
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Molde enrasado
Elaboración Propia Balanza
Elaboración Propia
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Equipos utilizados en el ensayo proctor modificado
Elaboración Propia
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Las conclusiones más importantes que se puede destacar de esta práctica son las siguientes:
En este laboratorio hemos aprendido a realizar el procedimiento para llevar a cabo el ensayo y poder así saber que compactación máxima permite el suelo en estudio y cuál es la humedad óptima para lograr la máxima compacidad.
El suelo que se usó para este ensayo tenía una humedad natural del o%.
Antes de realizar la compactación para diferentes porcentajes de humedad se debe determinar con buena aproximación la humedad natural del suelo, el cual afecta en la determinación de las humedades posteriores.
Se pudo observar que un suelo para estar bien compactado y resistente ante todo, deberá tener una cantidad apropiada de humedad, cuando existe un déficit de humedad el suelo se vuelve vulnerable y no apto para su aplicación en alguna obra, porque puede ser afectado directamente por los agentes atmosféricos.
Se debe tener en cuenta que el suelo deberá estar libre de material vegetal, el cual influye en gran manera en la densidad que debe tener el suelo una vez compactado en obra.
En cuanto a los resultados obtenidos, podemos decir que el suelo alcanza su máxima compacidad con un contenido de humedad de un 5.9107 %, llegando a una densidad seca de 5.1102 gr/cm3. De acuerdo a estos valores se puede inferir que el suelo es adecuado para ser usado en terraplenes o rellenos que deban soportar carga.
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Bowles. J. (1978). Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil.
Editorial McGraw-Hili Latinoamericana, S.A.: Bogotá Guatemala Madrid México.
Badillo. J. (2010). Mecánica de suelos. Editorial Limusa México, S.A.:
Bogotá Guatemala Madrid México.
Sanchez. M. (2012). Teoría de compactación . Obtenida el 20 de junio del 2017 de https://es.scribd.com/document/97354599/Teoria-de-Compactacion
German. W. (ND). Departamento de Mecánica de suelos . Obtenida el 20 de junio del 2017 de https://es.slideshare.net/ERaCC1/compactacion-de-suelos15469536
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