UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
º
MECÁNICA DE SUELOS I Semestre: Nombre del Ensayo:
QUINTO Mini Proctor
ALUMNO:
Rosales Fabian Kenyi CATEDRÁTICA:
Job perez canchanya
INTRODUCCIÓN En mecánica En mecánica de suelos, el suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la densidad seca máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, a una energía de compactación determinada. En la actualidad existen muchos métodos para compactar, al menos teóricamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. Unos de lo cua l cabe mencionar es “Prueba de mini Proctor ” el cual es creado al crearse también equipos compactadores más pesados que se usan en la pavimentación de carreteras y aeropuertos. Que consiste en determinar el peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por un procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad.
II. OBJETIVOS 2.1. OBJETIVO GENERAL:
Determinar el peso específico seco máximo ( d, óptima ) que pueda alcanzar el suelo, así como la humedad óptima (W óptima) a que deberá hacerse la compactación, de la muestra.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Determinar la masa específica aparente seca máxima (MEAS máx) y la humedad óptima (ho) en muestras de suelos compactados (CP) con diferentes niveles de humedad, para las energías de compactación normal, intermedia u otra elegida.
II.
MARCO TEORICO
2.1. COMPACTACION: Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Este proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volúmenes de importancia, fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire. La compactación está relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La importancia de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta.
2.1.1. VENTAJAS DE LA COMPACTACION: El volumen de vacío se habrá reducido a un mínimo y consecuentemente, su
capacidad de absorber humedad también se habrá reducido a un mínimo.
La reducción de vacíos se debe a que las partículas de menor tamaño han sido forzadas a ocupar el vacío formado por las partículas más grandes. De allí que, si una masa de suelos está bien graduada, los vacíos o poros se reducirán prácticamente a cero y se establecerá un contacto firme y sólido entre sus partículas, aumentando la capacidad del suelo para soportar mayores pesos. Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso. Los suelos puramente friccionantes como la arena se compactan eficientemente por métodos vibratorios y métodos estáticos; en cambio los suelos plásticos, el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso.
2.1.2. BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN: a. Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas.
Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor
b. Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es más profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.
c. Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.
d. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.
e. Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo. El procedimiento de compactación a escala reducida, en relación al Proctor tradicional, buscando la obtención de CPs para aplicación en el estudio de suelos con aditivos, fue divulgado por el Ing. Carlos de Souza Pinto en 1965. Nogami en 1972 utilizó este procedimiento de compactación, por él En el caso de que se produzca un cambio en la calidad del producto. Posteriormente el Mini-Proctor fue utilizado, por Nogami y Villibor, para la definición de nuevos ensayos de la Metodología MCT.
A continuación se presenta el procedimiento del Ensayo de Compactación MiniProctor, con ejemplo aplicación y, también, para un mayor conocimiento sobre la compactación de suelos tropicales, algunas peculiaridades de los mismos.
Este ensayo también proporciona CPs para la determinación de las propiedades mecánicas e hídricas de suelos, por medio de ensayos de la Metodología MCT.
En el Ensayo de Compactación Mini-Proctor este proceso se realiza en muestras de suelos naturales y / o mezclas de granulación fina (Ømáx <2,00 mm), colocadas en un molde cilíndrico estandarizado, en las que se aplica una energía de compactación, por
medio De golpes, con un zócalo de masa y altura de caída estandarizadas, obteniendo siempre CPs con altura aproximada de 50 mm. La energía de compresión se calcula por la expresión (1). Ec: Energía de compactación [kgf.cm/cm³]; M: masa del zócalo [kg]; H: Altura de caída del zócalo [cm]; N: número de golpes totales; V: Volumen del CP [cm³]. La Tabla 1 muestra las características de las energías de compresión comúnmente utilizadas para el ensayo Mini-Proctor.
ATABEL 1 - Características del ensayo Mini-Proctor Energias
Características Massa do zócalo (M) Altura de Caída (H)
Normal (EN)
Intermedio (EI)
30 golpes (E30)
[g]
2270
4540
2270
[mm]
305
305
305
10
12
30
Número de Golpes Total (n) Diámetro del Molde Cilíndrico (DCP)
[mm]
50
50
50
Altura media do CP (ACP)
[mm]
50
50
50
98,17
98,17
98,17
7,05
16,93
21,23
Volume do CP (VCP) Energía de Compactación (Ec)
cm³ [kgf.cm/ cm³]
Características Energías El Mini-Proctor corresponde a la miniaturización del Proctor Tradicional. Sin embargo, los resultados de los parámetros obtenidos (MEASmáx y ho) por ambos métodos, son prácticamente iguales. Se diferencia del Proctor Tradicional por el volumen de suelo compactado, altura de caída, número de golpes del zócalo y volumen del molde cilíndrico (ver Figura 1). Muestra, como característica principal, ser un proceso de compactación a la sección completa, o sea, la base del zócalo posee la misma área del cuerpo de prueba. En relación al Proctor Tradicional presenta las siguientes ventajas:
Disminución considerable de la cantidad de muestra utilizada en el ensayo; Disminución del esfuerzo en la aplicación de los golpes del zócalo; Mayor uniformidad de los cuerpos de prueba compactados (CPs).
Figura 1 - Moldes de los ensayos Mini Proctor Y Proctor
A pesar de la menor representatividad de la muestra, debido a su menor volumen en relación al Proctor, esto no causa problemas teniendo en vista las uniformidades de las ocurrencias de suelos finos, en especial los lateríticos, de mayor interés. Curva de compresión Mini-Proctor: Para una determinada energía de compactación esta curva Se traza en gráfico cartesiano, por los valores de los contenidos de humedad de compactación (hc), en el eje de las abcisas y sus correspondientes masas específicas aparentes secas (MEAS), en ordenadas, ambas en la escala lineal, calculadas por las expresiones (2) y (3) ).La curva se presenta en el formato de dos rectas, que se interceptan, en el cual la recta anterior al vértice de la intersección se denomina "rama seca" y la posterior "rama húmeda" (Figura 2).
La curva de compactación define los límites, de la MEASmáx y del ho del suelo, que permiten orientar y controlar la energía de compactación para la ejecución de capas de pavimento y / o vertederos. Hc: Contenido de humedad o humedad de compactación (%); Ma: Masa de agua contenida en el suelo [g];
Ms: masa de suelo seco [g]; MEAS: Masa específica aparente seca del suelo [g / cm³]; Msc: Masa de suelo seco compactado [g]; VCP: Volumen del CP [cm³];
Masa específica aparente seca máxima (MELASMA): Es el valor de la MEAS obtenido en la intersección entre las rectas de la rama seca y húmeda de la curva de compactación, punto este proyectado en el eje de las ordenadas. Este valor corresponde prácticamente al estado físico del suelo en el cual ocurre la máxima eliminación de vacíos del CP, cuando se comprime en una determinada energía. Humedad óptima (ho): Es el contenido de humedad obtenido en la intersección entre las ramas seco y húmedo de la curva de compactación, proyectado en el eje de las abscisas. Para una determinada energía de compactación, en este contenido de humedad, el agua actúa como un lubricante que disminuye la fricción entre los granos del suelo, lo que hace que el suelo alcance su máxima masa específica aparente seca.
Coeficiente d ': Es la razón de la variación de la MEAS con la variación de la hc, para la rama seca de la curva de compactación, obtenida por la expresión (4).
ΔMEAS: Variación de la masa específica aparente
(Kg / m³); Δhc: Variación de la humedad de compresión (%).
Curva de saturación (S = 100%): Los datos para el trazado de la curva se obtienen en laboratorio por medio de la compactación de CPs, en un determinado hc, con golpes sucesivos (energía variable), hasta que el CP alcanza su constancia de altura, Que se produce exudación de agua en su cara superior. Esta curva se muestra en la Figura 2, hc frente a MEAS, y es el lugar geométrico de las máximas masas específicas aparentes secas, para cada contenido de humedad. Se puede obtener, por medio de la Expresión (5), para lo cual es necesaria la obtención de la masa específica seca de los granos del suelo en cuestión, por medio de ensayos específicos. MEASms: Masa específica aparente seca máxima en la condición de saturación [g / cm³]; Ƴ: Masa específica seca de los granos [g /
cm³]; Hc: Contenido de humedad de compresión (%).
Los puntos de esta curva corresponden a la situación en que el suelo presenta una máxima densificación, representando un estado en que todos sus vacíos están llenos solamente con agua, o sea, con un volumen de vacíos de aire prácticamente igual a cero.
El trazado de esta curva permite: Verificar la calidad del ensayo de compactación de un suelo, por medio de la comparación del trazado de su rama húmeda que debe ser, prácticamente, paralelo al de la curva de saturación;
Obtener el valor de MEASms para una capa de suelo compactada en el campo, en un contenido de humedad hc, que es prácticamente el máximo posible de lograrse. A partir de esta visita
MEAS, el aumento de la energía de compactación no beneficiará a las propiedades mecánicas e hídricas de la capa.
La Figura 2 muestra un ejemplo del trazado de la curva de compactación, de la curva de saturación y de los parámetros obtenidos a partir de ellas.
Figura 2 - Curva de compresión, curva de saturación y parámetros obtenidos
APARATOS La Figura 3 muestra el equipo específico del ensayo Mini-Proctor.
EJECUCIÓN DEL ENSAYO El ensayo utiliza muestras de suelos vírgenes sometidos al secado previo al aire y el destornado. Las etapas de la ejecución del ensayo, paso a paso, se ilustran en la Figura 4 y se describen a continuación: Figura 4 - Diagrama de flujo de la ejecución del ensayo de compactación Mini-Proctor
Preparación de la muestra con pre-secado Colocar toda la muestra para secarse en la bandeja hasta que su humedad quede cerca de la humedad higroscópica (hi). El secado se puede hacer al aire o en invernadero con una temperatura máxima de 60ºC. Después de secado, desenrollar la muestra total con ayuda del mortero y mano de gral recubierta de caucho, con cribado simultáneo en el tamiz de malla cuadrada y abertura de 2,0 mm (nº10). Los torrentes de suelo retenidos en el criba deben ser continuamente destornillados hasta que pasen Figura 5 - Preparación de la muestra con pre-secado totalmente, como se muestra en la Figura 5. Mezclar con el cuadernador de muestras el suelo destornillado y tamizado, a fin de obtener una humedad higroscópica hi y una granulometría homogénea.
Separación y humedecimiento de las muestras
Dividir la muestra homogeneizada en seis porciones de suelo de aproximadamente 500 g cada una (Figura 6). Acondicionarlas en bolsas de plástico para evitar la pérdida o la ganancia de humedad. En una de las porciones, añadir una cantidad de agua Vi en cm³ (Tabla 2), de forma que no quede excesivamente seca (primer punto de la curva de compactación). Homogeneizar la mezcla "agua + suelo", pasando en el tamiz de apertura Figura 6 - División de la muestra en cinco porciones 4,76 mm (nº4), para minimizar los grumos, a fin de uniformizar su contenido de humedad. Acondicionarlas en una bolsa de plástico sellada, de
Que la humedad dosificada no se pierda, según el proceso presentado en la Figura 7. Para las demás muestras añadir volúmenes de agua crecientes igual a Vi + V, Vi + 2V, Vi + 3V, Vi + 4V ml, de forma que al menos dos de ellas estén abajo y dos arriba de la ho. Humedecer la sexta porción con la misma cantidad de agua utilizada para la prime ra (≈ Vi). Se sugiere adoptar inicialmente, como primer intento, los valores presentados en la Tabla 2, en función del porcentaje que pasa en el tamiz 0,074 mm (nº200). Para las demás muestras añadir volúmenes de agua crecientes igual a Vi + V, Vi + 2V, Vi + 3V, Vi + 4V ml, de forma que al menos dos de ellas estén abajo y dos arriba de la ho. Humedecer la sexta porción con la misma cantidad de agua utilizada para la primera (≈ Vi).
Figura 7 - Humedad y almacenamiento de la porción
Tabla 2 - Valores de Vi y V de acuerdo con la energía y el tipo del suelo % que passa na peneira 0,074 mm
Valores de Vi [cm³]
Valores de V [cm³]
Menor que 40
50
Energia Intermediária (EI) 40
Entre 40 e 60
60
50
10
Maior que 60
80
70
13
Energia Normal (EN)
Después de 12 horas, tomar cada una de las bolsas de plástico conteniendo las porciones de suelo pre-humedecidas (Figura 8) y sujetar, con una de las manos, el borde superior fruncido de la bolsa de plástico, con una presión suficiente para que no haya pérdida de suelo y De la humedad. Sacudir el saco plástico varias veces, para que el agua,
Figura 8 - Porciones humedecidas y
acondicionadas en bolsas plásticas
¡
(EN e EI) 7
Determinación de los contenidos de humedad de compactación (hc) Pesar por separado 10 cápsulas, limpias y secas, con sus respectivas tapas (Mt). Recoger una fracción de la porción homogeneizada, acondicionarla en dos cápsulas con tapa cerrándolas, inmediatamente, para que no ocurra evaporación de la humedad. Pesar el conjunto (masa del suelo húmedo + tara de la cápsula: Mh + Mt) como se muestra en la Figura 9. Quitar la tapa de la cápsula y colocarla debajo de ella. Transferir el conjunto a un invernadero con una temperatura de alrededor de 105 ± 1 ° C, por lo menos 12 horas, o hasta constancia de peso. Después del secado, pesar el conjunto (suelo + cápsula + Tapa: Ms + Mt). A partir de estos datos, calcular el hc de cada porción utilizando
Figura 9 - Retirada de una
fracción del suelo para Determinación de su contenido de humedad
las expresiones (6),
Ma: Masa de agua [g]; Mh: Masa de suelo húmedo [g]; Mt: Tara de la cápsula [g]; Ms: masa de suelo seco [g]; Hc: Humedad de compresión (%).
Comprobación del aparato de compactación Posicionar el soporte espaciador bipartido, alrededor del pistón inferior del conjunto compactador. En el espaciador, asentar el molde cilíndrico y colocar, dentro de él, el CP cilíndrico macizo estándar, los dos discos de polietileno y, por último, el zócalo compactador, atornillando su vástago. Posicionar el extensómetro sobre la parte superior del vástago del zócalo compactador y realizar la lectura del extensómetro, conforme Figura 10. Calcule la constante de calibración (Ka) del conjunto compactador-zócalo y anotar su valor en la hoja de ensayo. El cálculo de Ka es realizado por la Expresión (8).
Ac: Altura del cilindro estándar, con una precisión de 0,01 mm; Le: Lectura del extensómetro para la medición, con una precisión de 0,01 mm; La señal positiva de la fórmula se utiliza cuando el extensómetro se coloca boca abajo. (7) y (2). º
Compactación Antes de iniciar el proceso de compactación, las paredes internas de los moldes cilíndricos deben estar exentas de cualquier tipo de suciedad para ser entonces pulidas con vaselina. Posicionar el molde cilíndrico sobre el soporte espaciador bipartido, colocando dentro de él uno de los discos de polietileno y uno de los anillos de sellado. Pesar con precisión de 0,01 g, 190 g de suelo de una de las porciones. Con ayuda de un embudo, transferir el suelo al molde cilíndrico. Con el asentador, presionar ligeramente el suelo de modo que su superficie superior quede plana, para posteriormente colocar el segundo anillo de sellado y el otro disco de polietileno (Figura 11). Colocar el zócalo compactador sobre el suelo y dar un golpe. A continuación, retirar los soportes espaciadores y complementar el resto de los golpes, de acuerdo con la energía de compactación que se esté utilizando. Invertir el molde cilíndrico y aplicar, en la otra cara del CP, el mismo número de golpes.
Figura 11 - Inicio del proceso de compactación
Determinación de la altura del CP La altura del CP (ACP) se obtiene mediante la lectura del extensómetro (Le) cuando se completa la compactación. Esta debe tener 50,00 ± 1 mm de altura, calculada por la Expresión (9). ACP: Altura final del CP [mm]; Ka: Constante de medición; Le: Lectura del extensómetro [mm].
Cuando el valor de ACP resulte fuera del intervalo aceptable, el CP debe ser descartado. Para la misma porción, proceder a la corrección de la masa de suelo (Mc), pesaje y compactación, cuantas veces sea necesario, hasta alcanzar la ACP preconizada. Calcular a Mc por una simple proporción (regla de tres), de acuerdo con la Expresión (10). Mc: Masa de suelo húmedo corregido [g]; Mi.5 0
M -----------A CP
Mc-----------50
∴
Mc =
(10)
CP
Mi: masa inicial compactada [g]; ACP: Altura del CP [mm].
Concluida la medición de la altura, retirar el zócalo, los discos de polietileno y los anillos de obturación (Figura 12). Con ayuda de la palanca extractora, acoplada al conjunto del equipo de compactación, desplazar el CP compactado hacia una de las extremidades del molde, con la cara. Reservar la sexta porción de suelo y repetir el proceso para las cuatro porciones restantes, con diferentes niveles de humedad. Calcular la Msc con precisión de 0,01 g / cm³ y la
Figura 12 - Parada del CP con palanca extractora y retirada del anillo y disco de polietileno
MEAS con precisión de 0,001 g / cm³ para todos los CPs, en las diferentes humedad, según las expresiones (11) y (3).
Msc: Masa de suelo seco compactado [g]
Con los pares de MEAS y ho, trazar la curva de compactación. Si es necesario complementar la curva en la rama seca o húmeda, utilizar la sexta porción de suelo en la humedad adecuada. El Ensayo de Compactación Mini-Proctor fue estandarizado por el DER-SP como el método de ensayo DER-SP M-191/88: "Ensayo de compactación en suelos con equipo miniatura".
III.
BIBLIOGRAFIA
DER / SP M-191/88: Ensayo de compactación de suelos con equipo miniatura. Nogami, J. y Villibor, D.F. (1995). Pavimentación de bajo costo con suelos lateríticos. San Pablo: Villibor. Villibor, D.F; Nogami, J. (2009). Pavimentos económicos - tecnología del uso de los suelos finos lateríticos. Sao Paulo: Editora arte y la ciencia.
Especificaciones Técnicas Generales para la Construcción de Carreteras, EG 2013, SECCION 403/BASES GRANULARES Manual de laboratorio de suelos en Ingeniería Civil- J. Bowles. Apuntes de clase curso: MECANICA DE SUELOS I. Juárez B. E y Rico R. A. (1975). Mecánica de suelos Tomo 1: Fundamentos de la mecánica de Suelos. México: Limusa. ASTM D-698. Características de compactación de suelo en laboratorio usando esfuerzo normal. ASTM D-1557. Características de compactación de suelo en laboratorio usando esfuerzo modificado.
IV.
No es necesario utilizar gran cantidad de agua para la compactación del suelo en estudio. La muestra de suelo debe de estar seca totalmente. Se debe de tener cuidado al sacar la muestra del molde, ya que no se encuentra con el equipo necesario para su extracción.
V.
OBSERVACIONES:
RECOMENDACIONES
El ensayo de mini Proctor nos ayuda a representar en el laboratorio las técnicas de compactación utilizadas en campo.
La compactación es un método ideal para mejorar las propiedades algunos suelos que se utilizan en obras de construcción.
La muestra de suelo mezclada con agua debe quedar homogénea, de no ser así esto afectaría al cálculo del porcentaje de húmeda, lo cual nos lleva a resultados erróneos con respecto al suelo.
Se recomienda que los cálculos se efectúen con la ayuda de algún programa para agilizar los trabajos y obtener resultados más exactos.
