QUISPE QUISPE MARCOS OLIVER V 2017
“El alumno declara haber realizado el presente trabajo de de acuerdo a las normas de la Universidad Universidad Católica San Pablo”
FIRMA
1. INTRODUCCIÓN 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 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 zonas rurales, el suelo constituye la carpeta de rodado, por lo que la importancia de la compactación se hace evidente.
2. REFERENCIA NORMATIVA Para este ensayo, nos basaremos en las normas vigentes: MTC E 116
Compactación de suelo en laboratorio utilizando una energía modificada – Proctor Estándar.
MTC E 115
Compactación de suelo en laboratorio utilizando una energía modificada – Proctor Modificado.
3. OBJETIVOS
Reconocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el Ensayo Proctor Estándar y Modificado. Obtener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un registro ordenado de acuerdo a un método establecido para evitar cometer errores u omitir información relevante. Procesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado. Determinar la humedad óptima de compactación de un suelo, con la cual se alcanzará la máxima compacidad.
4. MARCO TEÓRICO 4.1. DEL MATERIAL 4.1.1. Suelos: El suelo es la capa superficial de la corteza terrestre en la que viven numerosos organismos y crece la vegetación. Es una estructura de vital importancia para el desarrollo de la vida. El suelo sirve de soporte a las plantas y le proporciona los elementos nutritivos necesarios para subdesarrollo. El suelo se forma por la descomposición de rocas por cambios bruscos de temperatura y la acción de la humedad, aire y seres vivos. El proceso mediante el cual los
fragmentos de roca se hacen cada vez más pequeños, se disuelven o van a formar nuevos compuestos, se conoce como meteorización. Los productos rocosos de la meteorización se mezclan con el aire, agua y restos orgánicos provenientes de plantas y animales para formar suelos. Este proceso tarda muchos años, razón por la cual los suelos son considerados recursos naturales no renovables.
4.2. DEL PROCESO Compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante sistemas mecánicos. El incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantiene el contenido de humedad aproximadamente constante. Generalmente la compactación se realiza sobre los materiales que se utilizan para relleno en la construcción de terraplenes. Los objetivos de la compactación son los siguientes:
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.
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.
4.2.1. Proctor Estándar Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes
4.2.2. Proctor Modificado
Se deja cer un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes.
5. ENSAYO 5.1. MATERIALES
Suelo, obtenido de obra Jacobo Hunter
5.2. EQUIPAMIENTO 5.2.1. Moldes: son metálicos y de forma cilíndrica, pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz, o por dos piezas semicilíndricas ajustables. En el LEMCO se utilizan moldes de una sola pieza, con un rebaje en su circunferencia superior donde ajusta el collar y alas para sujetarlo a la placa base. 5.2.2. Collar: 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. 5.2.3. 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. 5.2.4. Pisón metálico: es un cilindro metálico con una cara circular de 50 mm y con una masa de 4500 g. Está equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 460 mm. La guía tiene cuatro peforaciones de 10 mm a 20 mm de cada extremo, separadas en 90º. 5.2.5. Probetas graduadas : son recipientes de vidrio o plástico graduados en centímetros cúbicos y se usan para medir el agua que se le agrega a la muestra. 5.2.6. Balanzas: se usan para pesar el suelo y las muestras de cada ensayo para calcular el contenido de humedad real. 5.2.7. Regla de acero/ enrasador: se usa para enrasar el suelo al nivel del molde, luego de compactado y extraído el collar. 5.2.8. Tamiz Nº4: corresponde a una abertura nominal de 5 mm y se usa para seleccionar el material a ocupar en el ensayo.
5.3. PROCEDIMIENTO 1. Obtención y preparación de muestras. 1.1. Tamizar el suelo extraído por la malla Nº4. 1.2. Obtener 5 muestras del suelo a ensayar de 6 kg como mínimo para ensayo de proctor estándar. 1.3. Obtener 5 muestras del suelo a ensayar de 6 kg como mínimo para ensayo de proctor modificado.
2. Acondicionamiento de muestras. 2.1. Homogeneizar la muestra y separar en fracciones de 6 kg.
2.2. Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para lograr la humedad óptima. Este paso tiene que ser hecho, sometiendo a prueba constante la cohesividad del suelo, para ello, se debe apretar periódicamente, intentando formar un terror que no se desmorone. Una vez encontrado el punto óptimo, se debe generar 2 puntos menores a la humedad optima encontrada y dos puntos mayores, esto para lograr que nuestra curve sea más pronunciada.
3. Ensayo. 3.1. Pesar y registrar la masa del molde vacío sin collar. 3.2. Determinar la capacidad volumétrica del molde. 3.3. Colocar el molde con su collar sobre la placa base. 3.4. Llenar el molde como se indica: 3.4.1
Colocar una capa de material de aproximadamente un quinto de la altura del molde más el collar.
3.4.2
Compactar la capa con 56 golpes.
3.4.3
Repetir la compactación en 5 capas dejando un exceso de material sobre el borde en la última capa.
3.5 Retirar el collar y enrasar con la regla al nivel del borde del molde. 3.6 Pesar el molde con el suelo compactado. Restar el peso del molde para obtener el peso del suelo compactado solo. 3.7 Determinar la densidad húmeda del suelo compactado dividiendo el peso del suelo por el volumen del molde.
6. DATOS Y CÁLCULOS 6.1. DATOS 6.1.1. PROCTOR ESTÁNDAR Punto 1 (3%)
Mw (g)
Mp+sh (g)
Cápsula
165
10111.8
2 (5%)
275
10101.9
3 (7%)
385
10260.9
4 (9%)
495
10312.3
5 (11%)
605
10466.5
B-4 A-5 A-1* A-1 D-3 A-4 A-3* A-3 A-5 B-5
Contenido de humedad Wcáp (g) Wcáp+sh (g) 28.17 28.44 27.87 28.01 28.16 28.05 28.22 28.55 28.43 28.08
88.41 107.26 50.12 51.7 82.25 72.42 57.09 52.53 45.26 40.84
Wcáp+ss (g) 86.6 105.09 49.22 50.7 78.66 69.63 55.12 50.55 43.88 39.65
Molde
d1 (cm) d2 (cm) h1 (cm) h2 (cm) WP1 (g) Wpunto5 (g)
15.22 15.19 11.66 11.595 6042.1 6041.2
Martillo pequeño 2496.4 Wm1 (g) 30.45 Hcaída1 (cm)
6.1.2. PROCTOR MODIFICADO Contenido de humedad
Mw (g) Mp+sh (g) Cápsula Wcáp (g) Wcáp+sh (g)
Punto
1 (2%)
110
10239.1
2 (4%)
220
10197.2
3 (6%)
330
10401
4 (8%)
440
10415.3
5 (10%)
550
10663.9
Molde d1 (cm) d2 (cm) h1 (cm) h2 (cm) WP2 (g)
A-1 A-2 A-10 A-1* A-Z A-6 A-3 A-3* A-4 B-2
15.245 15.21 11.675 11.67 6043.8
29.66 28 28.01 27.87 28.43 28.04 28.55 28.22 28.05 25.25
70.36 71.87 32.44 35.31 50.34 66.01 36.28 37.08 56.01 62.61
1.999
ρs (g/cm3)
2.68 2.68
Gs
Para hallar la humedad usaremos la siguiente fórmula:
= á+ á = á+ á+ % = ×100% o
Dónde:
: peso del suelo seco
69.57 71.06 32.29 35.06 48.92 64.03 35.61 36.41 53.66 59.71
ρd máx (g/cm3)
6.2. CÁLCULOS 6.2.1. Porcentaje de humedad:
Wcáp+ss (g)
á+ : Peso de cápsula más suelo seco. á: Peso de cápsula. : peso de suelo húmedo. á+ : Peso de cápsula más suelo húmedo. %: Porcentaje de humedad. Tabla 1: Resultados de humedad de proctor estándar Punto
Ws (g)
Ww (g)
w (%)
wprom (%)
1 (3%)
58.43 76.65 21.35 22.69 50.5 41.58 26.9 22 15.45 11.57
1.81 2.17 0.9 1 3.59 2.79 1.97 1.98 1.38 1.19
3.098 2.831 4.215 4.407 7.109 6.710 7.323 9.000 8.932 10.285
2.964
2 (5%) 3 (7%) 4 (9%) 5 (11%)
4.311 6.909 8.162 9.609
Tabla 2: Resultados de humedad de proctor modificado Punto
Ws (g)
Ww (g)
1 (2%)
39.91 43.06 4.28 7.19 20.49 35.99 7.06 8.19 25.61 34.46
0.79 0.81 0.15 0.25 1.42 1.98 0.67 0.67 2.35 2.9
2 (4%) 3 (6%) 4 (8%) 5 (10%)
w (%) wprom (%) 1.979 1.881 3.505 3.477 6.930 5.502 9.490 8.181 9.176 8.416
1.930 3.491 6.216 8.835 8.796
6.2.2. Peso específico seco (ρd):
Para hallar el peso específico seco usaremos las siguientes fórmulas:
= + o
Dónde:
: masa del suelo húmedo. + : Peso del molde más suelo húmedo. : Peso de molde.
ℎℎ = × ( ) ×
2
o
Dónde:
o
Dónde:
: volumen del molde. ;: diámetros del molde. ℎ;ℎ: alturas del molde. =
;
2
= +
: densidad del suelo : masa del suelo húmedo. : volumen del molde. : densidad seca del suelo. : humedad del suelo.
Tabla 3: Cálculos para el peso específico seco en cada punto del ensayo Proctor estándar. Punto
wprom (%)
Msh (g)
Vmolde (cm3)
ρ (g/cm3)
ρd (g/cm3)
1 (3%)
2.964
4067.8
2125.74409
1.91358876
1.85849575
2 (5%)
4.311
4059.8
2111.29577
1.92289496
1.84341886
3 (7%)
6.909
4216.9
2125.74409
1.98372891
1.85552279
4 (9%)
8.162
4270.2
2111.29577
2.0225494
1.86993105
5 (11%)
9.609
4425.3
2111.29577
2.09601139
1.91226859
Tabla 4: Cálculos para el peso específico seco en cada punto del ensayo Proctor Modificado. Punto
wprom (%)
Msh (g)
Vmolde (cm3)
ρ (g/cm3)
ρd (g/cm3)
1 (2%)
1.930
4195.3
2125.74409
1.97356776
1.93619389
2 (4%)
3.491
4229.5
2129.77349
1.98589194
1.91890559
3 (6%)
6.216
4357.2
2125.74409
2.04972933
1.92977692
4 (8%)
8.835
4447.6
2129.77349
2.08829719
1.91876656
5 (10%)
8.796
4620.1
2125.74409
2.17340367
1.99769025
6.2.3. Parámetros óptimos: Polinomio interpolador:
= × × × × × = ×− × ×
Coeficientes: a0
2.12614
b0
-5.88477
a1
-18.89628
b1
845.79999
461.30232
b2
a3
-4929.51352
b3
436164.91047
a4
20129.71402
b4
-2134114.80906
a2
=
=
-30450.42935
Proctor modificado
Proctor estándar
= 2 × 3 × 4 × = 0 ó ó ó Proctor estándar: 2 × ó 3 × ó 4 × ó = 0 ó = 4.49% Proctor modificado: 2 × ó 3 × ó 4 × ó = 0
Humedad óptima (w% ópt):
ó = 4.92%
ó = 2.57%
ó = 7.84%
Peso específico seco máximo (ρ d máx):
á = × ó × ó × ó × ó
Proctor estándar:
Proctor modificado:
á = × ó × ó × ó × ó á = 1.84 á = × ó × ó × ó × ó á = 1.46 á = 2.21 á = 2.82
6.2.4. Índice de vacíos, porosidad y saturación:
Para hallar estos parámetros usaremos las siguientes fórmulas:
= 1
% = 1 ×100 % = × ×100 o
Dónde:
: índice de vacíos del suelo. : porosidad del suelo : saturación del suelo. : densidad del suelo. : densidad seca del suelo. : humedad del suelo. : gravedad específica del suelo. Tabla 5: Parámetros e, n y s para Proctor Estándar
Punto 1 (3%)
e
n (%)
s (%)
0.442026431
0.306531435
17.9730365
2 (5%)
0.453820429
0.312157141
25.4602846
3 (7%)
0.444336883
0.307640751
41.6739715
4 (9%)
0.433207926
0.302264534
50.4916499
5 (11%)
0.401476768
0.286466945
64.141015
Tabla 6: Parámetros e, n y s para Proctor Modifi cado
6.3. GRÁFICA
Punto 1 (2%)
e
n (%)
s (%)
0.384158895
0.277539592
13.4661385
2 (4%)
0.396629422
0.283990453
23.5875357
3 (6%)
0.388761557
0.279933985
42.8502477
4 (8%)
0.396730618
0.284042329
59.6849897
5 (10%)
0.341549319
0.254593189
69.0173265
7. RESUMEN Seleccionamos el método a seguir (A, B, C), luego de ello, preparamos nuestra muestra, en caso del método C, debemos conseguir 5 muestras para cada ensayo (Proctor estándar y proctor modificado). Trabajar cada muestra por separado llegando a la humedad optima, luego de ello obtener 2 puntos por encima de la humedad optima, y también dos puntos por debajo, con el fin de hacer que nuestra curva se pronuncie de mejor manera. Armar de forma correcta nuestro molde, comenzamos a poner nuestro suelo húmedo, se deben realizar 5 capas y por cada capa debe dejarse caer el martillo compactador (el de 2,5 kg para el proctor estándar y el de 4,5 kg para el proctor modificado). En la última capa enrasar con una regla metálica, tomar nota del peso del molde más suelo.
8. CONCLUSIONES
Culminado este ensayo podemos concluir que la compactación es importante en la ingeniería de suelos, y sobre todo en el diseño y construcción de rellenos y terraplene s. Se logró comprender los pasos a seguir para realizar este ensayo y poder así saber que compactación máxima permite el suelo en estudio y cuál es la humedad óptima para lograr la máxima compacidad. En estos ensayos tuvimos como referencia las normas del Mi nisterio de Transporte y Comunicaciones (MTC), las cuales podemos concluir son claras, concisas y óptimas para realizar este experimento. En cuanto a los resultados obtenidos, podemos decir que el suelo alcanza su máxima compacidad con un contenido de humedad de un 4,49 % y con densidad óptima de 1,84 g/cm3 en el ensayo de proctor estándar, y en el ensayo de proctor modificado su humedad máxima es de 7,84%, logrando una densidad óptima de 2,82 g/cm 3. De acuerdo a estos valores se puede inferir que el suelo es adecuado para ser usado en terraplenes o rellenos que deban soportar carga, pues no son muy arcillosos, y por lo tanto no absorben mucha agua, lo que les da mayor estabilidad a la hora de ser compactados.
9. RECOMENDACIONES
Tener una hoja de toma de apuntes. Esta recomendación es sumamente importante, pues se tomará nota de varios datos, los cuales deben ser puestos de forma ordenada, esta hoja nos facilitará poder hacer los cálculos de forma rápida. Considerar que se usaran probetas de vidrio, por tal situación mantenerlas alejadas de los equipos pesados, pues con un choque entre ambas, pueden terminar dañándose las probetas de vidrio. Se usarán martillos de mediano peso, por tal motivo tener cuidado en su manejabilidad, teniendo siempre puestos todos los equipamientos de protección personal necesarios.
10. APORTE INYECCIONES DE COMPACTACIÓN Las inyecciones de compactación consiste en inyectar lentamente (60 litros por minuto o menos) un mortero seco, asiento en el cono de Abrams (revenimiento) menor a 5 cm, provisto de una gran fricción interna, el cual al ser inyectado se mantiene como una masa homogénea expansiva, por lo que desplaza y compacta el suelo circundante. El mortero no penetra dentro de los poros del suelo, pero crece como un bulbo, provocando desplazamientos radiales controlados compactando los suelos flojos o sueltos. La inyección convierte al suelo en más denso. El agua y el aire contenido dentro del mismo son forzados a salir, produciéndose un reacomodo de las partículas que lo constituyen. Aplicaciones de las Inyecciones de Compactación
Mejora del terreno en suelos sueltos y/o colapsables, con valores de NSPT típicos de 0 a 15-20 golpes.
Compensar asientos.
Mitigar el potencial de licuación, mediante aplicaciones pre o post constructivas.
Reparación de pilotes anómalos.
Micro pilotes formados estructurales en recalces.
por
bulbos
de
mortero
compactado
como
elementos
Bibliografía Badillo, E. J. (2005). Mecanica de Suelos Tomo I. Ciudad de Mexico: Limusa. Crespo Villalaz, C. (2004). Mecanica de Suelos y Cimentaciones. Mexico D.F.: Limusa. DAS, B. M. (2015). Fundamentos de Ingenieria Geotécnica. Ciudad de MExico: Cengage Learning. Henríquez Pantaleón, C. I. (2007). MEJORA DE TERRENOS POTENCIALMENTE LICUABLES CON INYECCIONES DE COMPACTACIÓN. Madrid: UPM.
