"Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación"
ASIGNATURA
:
MECÁNICA DE SUELOS I
ENSAYO N°9
:
PROCTOR ESTÁNDAR
DOCENTE
:
SALAZAR ZEVALLOS, MIGUEL
ELABORADO POR :
LINO MENDIOLA, EDUARDO ENRIQUE
CÓDIGO
2012211656
:
NÚMERO DE GRUPO :
1.1
SECCIÓN
BI - 1003
:
FECHA DE REALIZACIÓN DEL ENSAYO :
13 – 02 – 15
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME :
20 – 02 – 15
HUANCAYO 2015
INTRODUCCIÓN El ensayo de proctor estándar nos permite realizar el estudio y control de calidad de la compactación de un terreno, siendo posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural e hidráulico son importantes para colocarlo como relleno (terraplene, bases de carreteras, etc.), se compacta a un estado más denso para alcanzar propiedades ingenieriles. La compactación depende de varios factores como: Tipo de suelo, distribución granulométrica, forma de partículas, energía de compactación, contenido de humedad. El Proctor Estándar se usara en equipo liviano de compactación como ranas, patos, sapos, mini rodillos. Se realiza este ensayo de acuerdo a como lo indica la s normas internacionales ASTM D698 y MTC E116-2000 ya que regula el estándar para desarrollar procedimientos adecuados. Aplicado al suelo del Barri o “La Libertad” – Chupaca, desarrollada en el laboratorio. Para determinar los datos requeridos, ha seguido procedimientos. La primera parte, presentamos la teoría que sirve como base para el desarrollo del ensayo. La segunda parte, es la práctica, como ejecutamos la muestra con los conocimientos basados en la teoría y planteados en las normas, la importancia del ensayo, los objetivos que perseguimos, las normas aplicadas, los materiales utilizados, los procedimientos y la discusión del trabajo. Y La tercera parte, se darán a conocer los distintos valores calculados mediante el ensayo, analiza las características esenciales existentes en los suelos. Dando a conocer los resultados, conclusiones y recomendaciones del presente ensayo.
I.
ASPECTO TEÓRICO 1.1 DEFINICIONES: a. Compactación: Proceso manual o mecánico que tiende a reducir el volumen total de vacíos de suelos, mezclas bituminosas, morteros y concretos frescos de cemento Portland. b. Proctor Estándar (Compactación Estándar): Es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural e hidráulico. Lo utilizamos cuando el equipo es liviano de compactación como ranas, patos, sapos, mini rodillos. c. Contenido de humedad óptima (w%): Contenido de agua del terreno que permite obtener una densidad máxima mediante su compactación. d. Máxima densidad seca (ᵞmáx.): Este valor máximo de la densidad seca alcanzada para un cierto tipo de suelo se define como “densidad Proctor”, el contenido de agua correspondiente como “contenido óptimo de agua”
e. Energía de compactación: Se define como: ∗∗∗ =
Donde: Ec=Energía de compactación N=N° de golpes por capa n=N° de capas H=altura de caída del pisón V=volumen del suelo compactado.
II.
ASPECTO PRÁCTICO 2.1 IMPORTANCIA
El ensayo de compactación proctor tanto estándar y modificado son utilizado para construcción de caminos y aeropuertos, construcción de represas de tierra, fundación de presas de tierra, fundación de estructuras. El ensayo proctor estándar es utilizado para compactar un suelo que soportara una energía de compactación de 12300lb.ft/ft 3 siendo menor que el proctor modificado para saber que el suelo utilizado es el apto como relleno en Ingeniería (terraplenes, rellenos de cimentación, bases para caminos) se compacta aun estado denso para obtener propiedades satisfactorias de Ingeniería tales como: resistencia al esfuerzo de corte, compresibilidad o permeabilidad, el peso del martillo que es de 5.5lb, y la realización del ensayo es de 3 capas, pero el molde y el número de golpes dependerá del método utilizado. 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. La compactación proctor da las siguientes ventajas gracias al mayor grado de densidad: 1. Aumenta la capacidad para soportar cargas: Las inclusiones de agua y aire en el suelo conducen a un debilitamiento del mismo y disminuyen su capacidad para soportar cargas. Con la compactación artificial del suelo aumenta la densidad del mismo, con la consecuente disminución del porcentaje de espacios porosos (volumen de los poros). Debido a ello se obtiene una mejor distribución de fuerzas dentro de la estructura de los granos, con el consiguiente aumento de la resistencia al corte y una mayor capa ci da d de carga del suelo. 2. Mayor estabilidad: Al construirse un edificio sobre un suelo compactado en forma irregular o desigual – o también simplemente sin compactar, el suelo se asienta debido a la carga estática y el edificio se encontrara expuesto a fuerzas de deformación. Al existir un asentamiento mayor de un solo lado del edificio o en una esquina, causado por ejemplo por una
compactación desigual, aparecerán grietas o se producirá una destrucción total del edificio. 3. Disminución de la contracción del suelo: Al haber inclusiones de aire, el agua podrá penetrar con facilidad dentro del suelo y llenar estos espacios vacíos. Consecuentemente, durante épocas de lluvia, el suelo aumenta su volumen y vuelve a contraerse durante la estación seca. 4. Disminución de la permeabilidad: Este depende esencialmente de la distribución granulométrica del suelo y de su densidad (es decir, del porcentaje de espacios vacíos). Un suelo bien compactado impide casi totalmente o en buena parte el paso del agua. De esta forma es posible controlar con cierta facilidad el volumen de agua en un suelo o el drenaje del mismo. 5. Disminución del asentamiento: Cuando el agua se congela tiende a expandirse, su volumen aumenta. Este cambio de estado del agua frecuentemente es la causa de la formación de grietas en los pavimentos, placas base o paredes. 6. Aumenta la resistencia de corte del suelo.
2.2 OBJETIVOS 2.2.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el contenido de humedad óptimo para el cual el suelo alcanza su máxima densidad seca.
2.2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO Realizar el trabajo conjuntamente con las normas ASTM D698, MTC E116-2000. Aprender la manera correcta de realizar los ensayos necesarios para determinar el contenido de humedad óptimo para el cual el suelo alcanzará su máxima densidad seca.
2.3 NORMAS APLICADAS * ASTM D698: Norma internacional que indica los pasos a seguir por el Métodos de prueba estándar para el Laboratorio de compactación Características del suelo mediante Esfuerzo Standard (12 400 ft-lb / ft3 (600 kN-m / m3)) * MTC E116-2000: Norma internacional que indica el procedimiento para la Compactación de suelos en laboratorio utilizando una Energía Estándar (12 400 pie-lb/pie3 [600 kN-m/m3])
2.4 MATERIALES * Molde cilíndrico con base de apoyo y collarín: Utilizado para que en su interior se realice la respectiva compactación de 3 capas por ser proctor estándar y el molde dependerá de que método se va a utilizar para realizar el proctor estándar de acuerdo a la tabla según norma ASTM D698 y previamente el tamizado. Para el método A y B el Volumen del molde es el mismo 1/30pie3. Se diferencian en las cantidades que pasaran según malla N°4 para A y malla 3/8” para B
Para el ensayo se utilizó el método C el volumen del molde es de 1/13.3pie3 y que pase la malla 3/4”
* Pisón de 5.5lb de peso: Es el peso del martillo para compactación estándar que será para 3 capas con el que se compactara el suelo en el molde y dependerá el número de golpes de acuerdo al método que se utilice. Para el ensayo se utilizó el método C por lo tanto es 56 golpes/capa
* Probeta graduada de 500 cm3 (ml): Recipiente * Balanza: Con sensibilidad de1 gr. Para pesar donde se medirá el agua para añadir a la la muestra de 5Kg (5000gr.) muestra de suelo para que cada compactación Cap. Max. 30kg. tengan diferentes contenidos de humedad que se sacaran en porcentaje a la muestra, para nuestro ensayo fue 5Kg (5000gr) y así obtener diferentes puntos al (0%, 2%, 4%, 6% de agua agregada a la muestra de suelo).
* Horno de secado: Utilizado para secar el suelo y obtener la masa del suelo seco y así el contenido de humedad a una temperatura uniforme de 110 +-5°C, para el secado tiene que pasar de 18 a 24 horas.
* Regla enrasadora: Utilizado para enrasar la muestra del suelo momento de tener el suelo compactado en el molde, para luego meter la regla hasta el fondo del suelo compactado y luego sacar un poco de muestra húmeda y llenarlo a una capsula para luego hacerlo secar en el horno y saber el contenido de humedad, se realizara para cada porcentaje de humedad (0%, 2%, 4%, 6%).
* Taras o recipientes: Recipiente en el cual se verterá las muestras de suelo húmedo, para ponerlo al horno de secado.
* Bandejas de plata: Recipiente en la cual se pesara la muestra de 5kg (5000gr) debido a que se determinó el modelo C para la compactación.
* Tamices de 2”, 3/4”, 3/8” y N°4 : Tamices por * Espátulas o cucharones pequeños: Son el cual se hechara el suelo y según a la tabla de herramienta para colocar el suelo en las taras la Norma ASTM D698 y de acuerdo el o bandejas de plata. porcentaje acumulado retenido calculado en cada tamiz se indicara cual es el método adecuado para la realizacion de la compactacion estándar.
Para el ensayo se determino el método C.
* Cápsulas: Serán utilizadas para contener la muestra húmeda después de compactar el suelo, y haberlo sacado en la regla enrasadora, para luego meterlo en el horno de secado y asa determinar el contenido de humedad del suelo para (0%, 2%, 4%, 6% de agua agregada a la muestra de suelo)
2.5 PROCEDIMIENTO: 1. Secar la muestra del suelo a temperatura ambiente. 2. Para saber qué tipo de método se utilizara se tuvo que tamizar una muestra de 5 kg (5000 gr) a través de los matices 2”, 3/4", 3/8” y N°4. Y se determinó que el método a utilizar seria el C.
3. Para el método C se preparó 4 muestras de 5Kg, para hacer las respectivas compactaciones añadiendo agua y mezclándolo uniformemente al 0% al 2% al 4% y al 6%. 4. Los 5kg (5000gr) de la muestra del suelo al 0% de añadido de agua (No se le añadió agua), por ser Proctor Estándar debe de hacerse 3 capas solamente en el molde con los 5kg de la muestra de suelo y por ser el método C este indica que se debe de realizar 56 golpes por cada capa. Los golpes deben de ser aplicados en toda el área del molde, girando el pisón adecuadamente. El peso del pisón es de 5.5lb y su energía de compactación es de 12300lb.ft/ft3. Por ser Proctor Estándar. 5. La última capa debe quedar en el collarín de tal forma que luego pueda enrasarse con la regla enrasadora. 6. Enrasar el molde con la regla enrasadora quitando el collarín 7. Retirar la base y registrar el peso del Suelo + Molde. 8. Luego de haberlo pesado, extraer un poco de suelo con la regla enrasadora de la parte central del molde para ponerlo en una capsula y determinar el contenido de humedad. Como mínimo unos 500gr. 9. Llevar la muestra al horno para determinar el contenido de humedad 10. Repetir el procedimiento por lo menos para 4 puntos lo que quiere decir cuando se le añadió el 2% de 5000gr en agua a la muestra del suelo por lo tanto se debe de agregar 100gr de agua a la muestra de suelo, igual para 4% de agua, se añadirá 200gr de agua a otros 5000gr de suelo y por ultimo 6% de agua, se añadirá 300gr de agua a otros 5000gr de suelo, luego determinar el peso del suelo + el molde para cada uno y además de separar una muestra de suelo húmedo para determinar su
contenido de humedad, después de poner las capsulas en el horno de secado 110 +- 5 °C.
2.6 DISCUSIÓN DEL TRABAJO: Tanto el Proctor Estándar como el modificado solo es aplicable en aquellos suelos que tienen 30% o menos en peso de partículas retenidas en la malla 3/4" (19mm) La diferencia básica entre el ensayo del Proctor Estándar y el ensayo del Proctor Modificado es la energía de compactación, el peso del martillo y la altura de caída del martillo, y el número de capas para cada ensayo. El volumen del molde y el diámetro del mismo dependerá del método. Proctor Estándar Proctor Modificado Energía de Compactación 12300lb.ft/ft3 (600 kN-m/m3) 56250lb.ft/ft3 Peso del Martillo 5.5lb (2494.7gr) 10lb (4535.9gr) 18” (45.72cm) 12” (30.48cm) Altura caída del Martillo Número de capas 3 5 Volumen del molde y Dependerá del método Dependerá del método diámetro del molde
La compactación debe realizarse cada vez que se mueva y trastorne el suelo. Buena compactación significa un suelo bien compactado, sin vacíos de aire.
III.
CÁLCULOS
Para la determinación del método a utilizar en el ensayo del proctor estándar es según la Norma ASTM D698, de acuerdo a su tabla, y de acuerpo al porcentaje retenido acumulado por cada malla.
Malla 3/4" 3/8" N°4 Pasante N°4 Total
Peso (gr) % Retenido 1071 21.42% 1169 23.38% 1818 36.36%
METODO
942 5000
% Retenido Acumulado 21.42% 44.80% 81.16%
18.84% 100.00%
100.00%
% ACUM. RETNIDO N°4
%ACUM. RETENIDO
%ACUM. RETENIDO
MATERIAL USAR
3/8”
¾”
A
<= 20%
-
-
Pasa N°4
B
> 20%
<= 20%
-
Pasa 3/8”
C
-
> 20%
<= 30%
Pasa 3/4”
Según los resultados del porcentaje retenido acumulado y la tabla ASTM D698 Proctor Estándar se realizara el método C. DATOS
A
CONSIDERACIONES PARA EL MÉTODO “C”
FÓRMULA: Densidad Seca (ᵞd) = ᵞm 1+w ᵞm = Densidad húmeda = peso suelo húmedo/volumen.
w = Contenido de humedad.
Luego de haber realizado el ensayo se tomó los siguientes datos para rellenar el siguiente formato. PRÓCTOR ESTANDAR ASTM D-698 AGUA AÑADIDA DE ACUERDO AL PORCENTAJE DE LA MUESTRA DE SUELO DE 5000gr Peso suelo húmedo + molde (g) (1) Peso del molde (g) (2) Peso suelo húmedo compactado (g) (3) = (1) (2) Volumen del molde (cm3) (4) Constante Densidad Húmeda (ᵞm) (g/cm3) (5) = (3)/(4) Recipiente N° Peso suelo húmedo + recipiente (g) (6) Peso suelo seco + recipiente (g) (7) Peso del recipiente (g) (8) Peso del agua (g) (9) = (6) (7) Peso suelo seco (g) (10) = (7) (8) Contenido de Humedad (w)(%) (11) = (9)/(10)*100 –
–
–
MTC E116 -2000
0% (se añadió 0 2% (se añadió 100 4% (se añadió 200 gr de gr de agua) gr de agua) agua) 7309 7600 7556 2691 2769 2691 4618 4831 4865 2129.1 2129.1 2129.1 2.169 2.269 2.285 1 2 3
6% (se añadió 3000 gr de agua) 7630 2769 4861 2129.1 2.283 4 95 88 28
89.0
98.0
118.0
85.0
93.0
111.0
28.0
28.0
28.0
4.0
5.0
7.0
7.0
57.0
65.0
83.0
60.0
7.02
7.69
8.43
11.67
Densidad Seca(ᵞd) (g/cm3) (12) = (5)/1+w
2.027
2.107
2.107
2.045
MÁXIMA DENSIDAD SECA
2.120
g/cm3
8.0
%
ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD
2.180 ) 3 m c / r g ( a c e s d a d i s n e D
2.140 2.100 2.060 2.020 1.980 1.940
METODO UTILIZADO
"C"
MÁXIMA DENSIDAD SECA ÓPTIMO CONTENIDO DE HUMEDAD
2.120
g/cm3
8.0
%
METODO UTILIZADO
2.180 ) 3 m c / r g ( a c e s d a d i s n e D
2.140 2.100 2.060 2.020 1.980 1.940 1.900 6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
Contenido de humedad (%)
IV.
.
RESULTADOS La máxima densidad seca según la gráfica es de 2.120 gr/cm 3. El óptimo contenido de humedad es de 8.0%
V.
CONCLUSIONES 1. El Proctor Estándar se usara cuando usamos equipo liviano de compactación como ranas, patos, sapos, mini rodillos. 2. El ensayo de proctor Estándar tiene la finalidad de dar a conocer la máxima
"C"
IV.
RESULTADOS La máxima densidad seca según la gráfica es de 2.120 gr/cm 3. El óptimo contenido de humedad es de 8.0%
V.
CONCLUSIONES 1. El Proctor Estándar se usara cuando usamos equipo liviano de compactación como ranas, patos, sapos, mini rodillos. 2. El ensayo de proctor Estándar tiene la finalidad de dar a conocer la máxima densidad seca la cual para el suelo estudiado es de 2.120 gr/cm 3, y el óptimo contenido de humedad de 8.0% para una energía de compactación de 12300lb.ft/ft3 y para un peso del pisón de 5.5lb a una altura de caída del martillo de 12”.
3. El ensayo de compactación estándar tiene la finalidad de mejorar las propiedades ingenieriles del material porque aumentara la resistencia al corte y por consiguiente mejorara la estabilidad de los terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos. Disminuir la compresibilidad y por consiguiente reducir los asentamientos y por ultimo disminuir la relación de vacíos y por consiguiente reducirá la permeabilidad 4. Para medir el grado de compactación de material de un suelo o un relleno se debe establecer la densidad seca del material. En la obtención de la densidad seca se debe tener en cuenta los parámetros de la energía utilizada durante la compactación y también depende del contenido de humedad durante el mismo.
VI.
RECOMENDACIONES Se recomienda realizar los cálculos correctos al momento de tamizar la muestra del suelo por los tamices 3/4", 3/8”, N°4 para calcular el porcentaje retenido acumulado y según norma escoger el método correcto para realizar de manera correcta el ensayo. Utilizar el método de compactación estándar cuando se utiliza equipos livianos ya sean como patos, mini rodillos ya que tiene poca energía de compactación y servirá para saber la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.
VII. ANEXOS
Figura 1.- Se tamizo una muestra de suelo de 5000gr. por los tamices 3/4", 3/8” N°4 para con el porcentaje retenido acumulado se escoja el método adecuado para realizar el Proctor Estándar.
Figura 2.- Molde del método “C” con un volumen de 1/13.3pie3 (2129.1cm3)
Figura 3.- Se pesó 4 muestras de 5000gr diferentes para luego añadir agua para obtener una adecuada curva, la primera muestra como era el 0% de 5000gr no se le añadió agua, la segunda muestra seria con el 2% de agua a 5000gr se le añadió 100gr de agua, al 4% se le añadió 200gr de agua y al 6% se le añadió 300gr de agua a la cuarta muestra del suelo de 5000gr.
Figura 4.- Con la probeta graduada se procedió a echar los 100gr, 200gr y 300gr para cada una de las cuatro muestras.
Figura 5.- Con cada muestra de 5000gr (5kg) se procedió a ll enar el molde del método C de manera aproximada para que encaje exactamente las 3 capas necesarias hasta llegar al collarín y se realizó con el pisón de 5.5lb se procedió a realizar el 56 golpes que corresponde por capa, el procedimiento se realizó para las 4 muestras cuando no se agregó agua, cuando se agregó 100gr de aguas, luego 200gr de agua y por ultimo 300gr de agua
Figura 6.- Con la regla enrasadora se procedió a enrasar el suelo, para luego sacar el collarín y la base de apoyo para luego pesar el suelo + el molde.
Figura 7.- Se pesó el suelo más el molde, y se realizó el mismo procedimiento para las 4 muestras.
Figura 8.- Se sacó con la regla enrasadora la muestra del interior del suelo compactado para llenarlo en capsulas luego meterlo al horno y así determinar su contenido de humedad.
VIII. BIBLIOGRAFÍA 1. Ministerio de Transportes y Comunicaciones República del Perú [Internet]. Lima: Perú; páginas 3, 5, 8, 16. [Actualizado jueves, 14 de febrero de 2008; citado 19 de febrero del 2015]. “Glosario de Términos de Uso Frecuente en Proyectos de Infraestructura Vial”: [57 páginas]. Disponible en: http://www.mtc.gob.pe/portal/home/publicaciones_arch/glosario_final_10_12_2 007.pdf 2. Ensayo de compactación proctor estándar [Internet]. [Actualizado 19 de enero de 2015; citado 19 de febrero del 2015]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_compactaci%C3%B3n_Proctor 3. Definición de contenido óptimo de humedad y conceptos relacionado. [Internet]. [Actualizado 10 de marzo del 2010; citado 19 de febrero del 2015]. Disponible en: http://www.parro.com.ar/definicion-de-contenido+%F3ptimo+de+humedad 4. COMPACTACIÓN DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGIA ESTÁNDAR (PROCTOR ESTÁNDAR) [Internet]. Lima: Universidad Nacional de Ingeniera; páginas 1-5. [Actualizado 02 de abril del 2012; citado 19 de febrero del 2015]. PRIMER TALLER DE MECÁNICA DE SUELOS: [11 páginas]. Disponible en: http://www.lms.uni.edu.pe/Proctor%20standard.pdf 5. ASTM D698 - Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (12 400 ft-lbf/ft 3 (600 kN-m/m3)) [Internet]. [Actualizado 27 de enero del 2010; citado 19 de febrero del 2015]. Disponible en: http://www.astm.org/Standards/D698.htm 6. COMPACTACION DE SUELOS EN LABORATORIO UTILIZANDO UNA ENERGIA STANDARD (12 400 pie-lb/pie3 [600 kN-m/m3]) MTC E 116 – 2000 [Internet]. Manual de Ensayo de Materiales (EM 2000) [Actualizado 27 de agosto del 2014; citado 19 de febrero del 2015]. Disponible en: https://www.mtc.gob.pe/portal/transportes/caminos_ferro/manual/EM2000/seccion-01/mtc116.pdf 7. ASTM D698, MTC E116-2000.
