Índice Introducción………………………………………………………………… Objetivo…………………………………………………………………………. Generalidades…………………………………………………………………………. Materiales y equipos…………………………………………………………… Procedimiento………………………………………………………………………… Datos recopilados ………………………………………………………………… Formulas y cálculos………………………………………………………………. Conclusiones…………………………………………………………………………… Recomendaciones……………………………………………………………………… Bibliografía………………………………………………………………………….. Anexos………………………………………………………………………………
Introduccion
El presente informe se encuentra basado en el ensayo de laboratorio realizado el 05 de Noviembre del 2015, en el horario de 08:00 am - 09:40am, en las instalaciones del laboratorio de suelos UNI-RUPAP el cual lleva por título: “Ensayo de compactación (proctor estándar)”. Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica actual, es el debido a R. R. Proctor, y es conocida hoy en día como "Prueba Proctor Estándar". La prueba consiste en compactar el suelo en cuestión en tres capas dentro de un molde de dimensiones y forma determinadas por medio de golpes de un pistón, que se deja caer libremente desde una altura especificada. Con este procedimiento de compactación Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso el contenido inicial del agua en el suelo, encontrando que tal valor era de vital importancia en la compactación lograda. En efecto observó que a contenidos de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían más altos pesos específicos secos y, por lo tanto, mejores compactaciones del suelo, pero que esa tendencia no se mantenía indefinidamente, sino que al pasar la humedad de un cierto valor, los pesos específicos secos obtenidos disminuían, resultando peores compactaciones. Proctor puso de manifiesto que, para un suelo dado y usando el procedimiento descrito, existe una humedad inicial llamada "óptima", que produce el máximo peso específico seco que puede lograrse con este procedimiento de compactación.
OBJETIVO OBJETIVO GENERAL:
Determinar el peso volumétrico seco máximo (ﻻd máx) que pueda alcanzar un material, así como la humedad óptima (W ópt.) a que deberá hacerse la compactación.
OBJETIVOS ESPECIFICOS Establecer la importancia del método de compactación como medio para aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de los suelos.
Obtener la curva de compactación de la muestra de suelo compactado en el laboratorio de los pesos específicos secos contra el contenido de humedad.
Analizar el ensayo cumpliendo las normas que lo regulan, considerando los pasos que se deben seguir y los materiales que se deben usar.
GENERALIDADES 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. Las ventajas que representa una compactación adecuada son: a) El volumen de vacío se habrá reducido a un mínimo y consecuentemente, su capacidad de absorber humedad también se habrá reducido a un mínimo. b) 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. Los métodos usados para determinar la densidad máxima y humedad óptima en trabajos de mantenimiento y construcción de carreteras son los siguientes: a) Proctor Standard. b) Proctor Modificado c) Prueba Estática
ENSAYE PROCTOR ESTANDAR ASTM D 698 El ensaye proctor estándar se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por un procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad. El ensaye proctor standard está limitado a los suelos que pasen totalmente el tamiz No. 4 o que como máximo tenga un retenido del 10% en ese tamiz, pero que pase dicho retenido totalmente por el tamiz de 3/8”. EXISTEN 4 ALTERNATIVAS PARA LA REALIZACIÓN Especificaciones para el ensaye Proctor Estándar (basadas en la norma 698-91 de la ASTM)
Nota: En nuestro caso usamos el método A.
INQUIETUDES DE QUE TRATA EL ENSAYO: El ensayo trata de la determinación del peso especifico seco máximo y del grado optimo de humedad, esta prueba sirve también para determinar la calidad de los suelos que van a estar compactados. La prueba proctor se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por un procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad. POR QUE ES NECESARIO: El ensayo es necesario porque a partir del peso específico seco máximo y el contenido de humedad óptima permite determinar el grado de compactación alcanzado por el material durante la construcción o cuando ya se encuentran construidos los caminos, aeropuertos y calles, relacionando el peso métrico obtenido en el lugar con el peso volumétrico máximo del proctor. POR QUE SE SELECCIONAN DICHOS EQUIPOS: Se selecciona este equipo, el cilindro de compactación, el pisón y los respectivos números de golpes para efectuar la compactación, según las normas ASTM 698, INVE 141-07 y ASSHTO T 99-90, y según el método del proctor estándar desarrollado por R.R proctor en 1933, además, se contaba con la accesibilidad de estos equipos en el laboratorio de suelos de la universidad Nacional de Ingeniería donde se desarrollo el presente ensayo. QUE CONDICIONES IMPONE EL ENSAYO: El ensayo impone que la prueba se realice en el laboratorio el tipo de compactación uniforme de la parte inferior hacia la superficie de la capa compactada. En todos los suelos, al incrementarse su humedad se debe aplicar un medio lubricante entre sus partículas que permita un cierto acomodo de estas cuando se sujetan al esfuerzo de compactación, si se sigue incrementando la humedad empleando el mismo esfuerzo de compactación, es decir, los mismo 25 golpes se llega a obtener mejor acomodamiento entre las partículas, y por consecuencia el mayor peso volumétrico, con cierta humedad llamada humedad optima, a esta humedad deberá procurarse siempre efectuarse la compactación en el camino, aeropuerto o lugar de que se trate. EL EQUIPO ES CONVENCIONAL, MODIFICADO O ESPECIALMENTE DISEÑADO PARA ESTE ENSAYO: Este equipo es convencional, con características de compactación de acuerdo al volumen y peso del cilindro compactador, diseñado o creado a partir del sistema R.R proctor en los ángeles (EEUU) en 1933 básicamente comprende dos variaciones, el proctor estándar y el proctor modificado. Para este ensayo se utilizo el estándar.
COMO FUNCIONA: La prueba dominada proctor estándar o normal, utiliza un pisón de 5.5 lbs. de peso (2.5kgs) que cae desde una altura de 12” (30.48cm) para compactar el suelo en 3 capas con aplicación de 25 golpes cada una. QUE LIMITACIONES TIENE ESTE EQUIPO: La prueba del proctor está limitada a los suelos que pasan totalmente la malla #4, o que cuando mucho tenga un retenido 10% en esta malla, pero que pase dicho retenido totalmente por la malla de 3/8”.cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” debe determinarse la humedad optima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba del proctor estándar. QUE DEBE SER CAPAZ DE HACER EL ESTUDIANTE AL TERMINO DE ESTA PRACTICA: Al terminar la práctica, el estudiante deberá ser capaz de interpretar la curva de compactación originada de la variable peso especifico seco contra la humedad, entendiéndose el punto máximo o cúspide de esta curva como el peso volumétrica seco máximo y la correspondiente humedad optima, además, saber realizar este ensayo de manera adecuada y satisfactoria, así como ubicar la humedad optima y este peso volumétrico seco máximo dentro del rango especificado según los requerimientos de la respectivas normas que regulan y normalizan el cumplimiento de dichas especificaciones. EQUIPO 1. Un molde de compactación. Constituido por un cilindro metálico de 4” de diámetro interior por 4 ½ de altura y una extensión de 2 ½ “de altura y de 4” de diámetro interior. 2. Un pistón metálico (martillo proctor) de 5.5 lbs. de peso (2.5 Kgs.) de 5 cm (2”) de diámetro. 3. Una guía metálica de forma tubular de 35 cm de largo aproximadamente. 4. Una regla metálica con arista cortante de 25 cm de largo. 5. Una balanza de 29 Kg de capacidad y 1.0 gr. de sensibilidad. 6. Una balanza de 500 gr., de capacidad y de 0.01 gr., de sensibilidad. 7. Un horno que mantenga una temperatura constante entre 100 – 110º C. 8. Charolas metálicas. 9. Probetas graduadas de 500 cm3. 10. Extractor de muestras. 11. Tara para determinar humedad.
MATERIALES
Muestra de arcilla 3 kg
PROCEDIMIENTO
Se obtiene por cuarteo una muestra representativa, previamente secada al sol y que según el método a usarse puede ser de 3, 7, 5 y 12 kilogramos, nosotros al utilizar el método A pesamos 3 kg de muestra. Esta debe estar cribada anteriormente por el tamiz No 4. 1. De la muestra ya preparada se esparce agua en cantidad tal que la humedad resulte un poco menor del 10% y si el material es arenoso es conveniente ponerle una humedad menor. Nosotros utilizamos 160 ml. 2. Se revuelve completamente el material tratando que el agua agregada se distribuya uniformemente. 3.
Pese el molde cilíndrico y anote su peso.
4. La muestra preparada se coloca en el molde cilíndrico en tres (3) capas, llenándose en cada capa aproximadamente 1/3 de su altura y se compacta cada capa de la forma siguiente: - Se coloca el pistón de compactar con su guía, dentro del molde; se eleva el pistón hasta que alcance la parte superior y se suelta permitiendo que tenga una caída libre de 30 cms., se cambia de posición la guía, se levanta y se deja caer nuevamente el pistón. Se repite el procedimiento cambiando de lugar la guía de manera que con 25 golpes se cubra la superficie. Esta operación de compactación se repite en las tres capas del material. 5. Al terminar la compactación de las tres capas, se quita la extensión y con la regla metálica se enraza la muestra al nivel superior del cilindro. 6.
Se limpia exteriormente el cilindro y se pesa con la muestra compactada anotando su peso. (Peso del material + cilindro).
7. Con ayuda del extractor de muestra se saca el material del molde y de la parte central del espécimen se toman aproximadamente 100 gr., y se pesa en la balanza de 0.1 gr., se sensibiliza anotando su peso. (Peso húmedo). 8. Deposite el material en el horno a una temperatura de 100 a 110º C por un período de 24 horas, transcurrido este período determínese el peso seco del material. 9. El material sacado del cilindro se desmenuza y se le agrega agua hasta obtener un contenido de humedad del 4 al 8% mayor al anterior. 10. Repita los pasos del 2 al 9 hasta obtener un número de resultados que permitan trazar una curva cuya cúspide corresponderá a la máxima densidad para una humedad óptima.
11. El cálculo se realiza de la siguiente manera:
12. Con los datos de pesos volumétricos seco en las ordenadas y contenidos de humedad en las abscisas, se gráfica la curva de compactación y de ahí se obtiene el peso volumétrico máximo (ﻻd máx) y la humedad óptima los cuales corresponden al punto más alto de la curva de compactación. Estos valores máximos y óptimos son los que se reproducirán en el campo al compactar un terraplén.
CONCLUSIONES
La prueba de compactación Proctor Estándar es muy sencilla y rápida de realizar, lo único que puede retrasar un poco dicha prueba es la obtención del contenido de humedad. En lo que se refiere al procedimiento no presenta mayor problema debido a que es repetitiva además de que no requiere equipo de gran tamaño o difícil de maniobrar. Después de haber concluido satisfactoriamente el ensayo proctor normal o estándar, aseveramos con un rango amplio de confiabilidad el hecho de haber alcanzado los objetivos propuestos al inicio del ensayo; logramos obtener un peso especifico seco máximo el cual fue del () y un grado de humedad optimo de (), evidenciados en la respectiva curva de compactación. Esta curva de compactación; humedad-peso especifico, representa la variación de los pesos específicos secos alcanzados por una muestra de suelo que se ha compactado en el laboratorio en dependencia a la variación de los contenidos de humedad de la misma. Para cumplir con las especificaciones de las normas ASTM 698, INVE 141-07 y ASSHTO T 99-90, de mantener un peso especifico máximo del 95%, obtuvimos que este valor fue de (), para el cual estas normas plantea que este valor (95%), del peso especifico seco máximo en el laboratorio. Para el campo este deberá ser mayor al del laboratorio, para poder garantizar un rango optimo de confiabilidad, es decir nuestro peso especifico se muestra ubicado en el rango, para el cual puede considerarse optimo y confiable, cuando se trabaja con una humedad mayor que la obtenida, la compactación se verá afectada y mientras más se desee compactar esto no será posible porque el índice de vacío presente en este suelo estará saturado de agua lo que provocara que las partículas de suelo no se puedan juntar mas, provocando una compactación ineficiente. El contenido de humedad optima es un valor que nos sirve como guía para ver en el campo cuanto de agua se le debe agregar al suelo a compactar.
RECOMENDACIONES Para mejorar el grado de confiabilidad de los resultados obtenidos en el laboratorio nosotros recomendamos:
Efectuar medidas congruentes en los procesos de mezclado.
Usar algún dispositivo que facilite o que propenda a conseguir una homogeneidad casi del 100% al mezclar el material con el agua adicional.
Llevar una secuencia lógica del número de golpes del pisón sobre la superficie del material.
Asegurarse de que el martillo llegue al máximo de la altura para garantizar la caída de potencial requerida según la norma que regula el método del proctor estándar.
BIBLIOGRAFIA
Guía de laboratorio de mecánica de suelos (Ing. Marvin Blanco).
http://html.rincondelvago.com/ensayo-de-proctor-estandar-y-modificado.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Ensayo_de_compactaci%C3%B3n_Proctor
http://www.construaprende.com/docs/lab/323-practica-proctor-estandar
ANEXOS
Pistón y molde de compactación
