Proctor Modificado

INGENIERIA CIVIL

PROCTOR MODIFICAD M ODIFICADO O

I.

INTRODUCCION:

En el presente informe se muestra el Ensayo Proctor Modificado de una muestra de suelo. En tiempos de la Segunda Guerra Mundial se introdujo el Ensayo Proctor Modificado (AASHTO T –180), –180), como respuesta a las exigencias de subrasantes más densas en aeropistas, demandadas por los pesados equipos de aviación militar que se desarrollaron por entonces. Este ensayo modificó el Estándar aumentando el número de capas de 3 a 5; el número de golpes en cada una de ellas se llevó de 25 a 55; el peso del pisón se elevó a 4,5 [kg] y la altura de caída a 45,7 [cm]. El Proctor Modificado generalmente se usa para rellenos que apoyaran grandes cargas, tales como carreteras, pistas de aterrizaje, y columnas concretas de estacionamientos. Este ensayo trata de simular las condiciones a las que el material está sometido en la vida real, bajo una carga estática y el desarrollo de estos cálculos provee información valiosa para que el ingeniero disponga cuales son las condiciones ideales de compactación del material y cual su humedad optima.

II.

OBJETIVOS: 

Determinar la relación entre la humedad y densidad de los suelos mediante el Proctor Modificado.



Obtener la humedad óptima con la que se debe compactar el suelo.



Establecer la densidad maxima del suelo correspondiente al contenido óptimo de humedad.

MECANICA DE SUELOS I

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III.

FUNDAMENTO TEÓRICO: COMPACTACIÓN DE SUELOS: Se entiende por compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el comportamiento esfuerzo – deformación de los mismos. En general implica una reducción de los vacíos y, como consecuencia de ello, en el suelo ocurren cambios volumétricos de importancia ligados a la pérdida de aire, porque por lo común no se presenta expulsión de agua. Normalmente el esfuerzo de compactación le imparte al suelo un aumento de la resistencia al corte, un incremento en la densidad, una disminución de la contracción, una disminución de la permeabilidad y una disminución de la compresibilidad. Habitualmente esta técnica se aplica a rellenos artificiales, como terraplenes para caminos o ferrocarriles, bases o sub - bases para pavimentos, estabilizados, presas de tierra, etc. Sin embargo, en no pocas ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural a fin de mejorar su capacidad portante.

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 debidas 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.


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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 ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO: En la actualidad existen distintos métodos para reproducir en laboratorio las condiciones de compactación en obra. El primero y más difundido es debido al Dr. R. R. Proctor (1933) y es conocido como Ensayo Proctor Estándar. La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un pisón de 2,5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 30,5 [cm]. Con este procedimiento Proctor observó que para un suelo dado, a contenido de humedad creciente incorporado a la masa del mismo, se obtenían densidades secas sucesivamente más altas (mejor grado de compactación). Asimismo, notó que esa tendencia no se mantenía indefinidamente si no que, al superar un cierto valor la humedad agregada, las densidades secas disminuían, con lo cual las condiciones empeoraban. Es decir, puso en evidencia que, para un suelo dado y a determinada energía de compactación, existe un valor de “Humedad Óptima” con la cual puede alcanzarse la “Máxima Densidad Seca” .


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El Ensayo Proctor Estándar también es conocido como Ensayo AASHTO T-99 (American Association of State Higway and Transportation Officials - Asociación Americana de Agencias Estatales de Carreteras y Transportes). Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo. Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al t erreno que sea contraparte o comparable al ensayo de impacto en el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurre en el caso de ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio que encuentran su contraparte en los rodillos pata de cabra, vibro-compactadores, de rueda lisa, etc.). No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón Proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde el comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sinnúmero de pliegos de obras. Proctor Modificado (AASHTO T-180), con pistón de 10 lbs, h = 18’’, N = 25 golpes, y compactando en 5 capas, con el mismo molde. Básicamente con ello se evitó incrementar las compactaciones relativas por encima del 100% del Proctor Normal o Estándar, y la dificultad que presentan algunos suelos en ser compactados en campo cuando su humedad óptima, determinada por ésta última prueba, es cercana al Límite Plástico. Comparando los resultados entre ambos, para un mismo suelo, se puede comprobar que el Modificado provee valores de Densidad Seca Máxima más elevados, a consecuencia de la mayor energía aportada, en correspondencia con menores valores de Humedad Óptima. Actualmente, ambas pruebas cuentan con variantes a las formas originales. La elección del tipo de ensayo a efectuar dependerá, básicamente, de la naturaleza de la obra a realizar.


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RELACIÓN DENSIDAD / HUMEDAD: En un suelo seco de volumen V i al aplicarle una energía de compactación reduce su volumen a V 1. Si ese mismo suelo de volumen V i con un % de humedad con un cierto porcentaje de humedad se le aplica la misma energía de compactación, su volumen se reduce a V 2. De forma que V 2< V1. Se debe a que el agua actúa como lubricante entre las partículas facilitando el desplazamiento entre ellas. Se comprueba que al ir aumentando la humedad y compactando, la densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo para el par densidad seca máxima humedad óptima, a partir de este punto un aumento de humedad no supone mayor densidad seca sino al contrario una disminución de ésta. Para cada suelo existe un contenido en humedad que proporciona la máxima densidad seca. Este es el contenido de humedad óptimo que es el que se debe utilizar en obra cuando se va a compactar un suelo.


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IV.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS:

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Molde de Proctor Modificado, Martillo de 10libras y Enrasador:

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Horno Eléctrico de Secado:



Tamices: ¾”

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Herramientas de Mezclado:


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Probeta:

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Balanza de precisión:

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Bandeja:

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Vasijas:


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V.

PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO:

1. PREPARACION DE LAS MUESTRAS: a. Extender la muestra y dejar secar al aire o en estufa < 60 ºC. b. Cuartear unos 35 Kg por el tamiz ¾”. c. Cuartear porciones de 5 – 6 Kg. d. De cada muestra sacamos un porcentaje de su peso lo cual va ser el equivalente de agua en mililitros a verter en cada muestra como indica el siguiente tabla: MUESTRA PESO(gr.)

4%

1 2 3 4

120

6000 6000 6000 6000

6%

8%

10%

240 360 480

2. COMPACTACION - DETERMINACION DE LA DENSIDAD: e. Determinar la masa del molde con la base: t f. Mezclar una de las porciones con una determinada cantidad de agua. g. Poner el collar en el molde. h. Llenar el molde con el collar en 5 capas y 56 golpes en cada una (La última debe entrar aprox. 1 cm en el collar). i. Quitamos el collar y enrasamos. j. Determinar la masa del molde con la base y el material compactado: t+s+a k. Extraemos el material del molde, lo partimos por la mitad y tomamos de la parte central una pequeña cantidad para determinar la humedad. l. Cálculo de la humedad S/UNE 103-300. 

Pesar recipiente vacio (tara) = t

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Pesar recipiente con la muestra tomada del molde = t+s+a


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Pesar recipiente con muestra después de secar en estufa a 105º C = t+s

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% Humedad = [((t+s+a)-(t+s))/((t+s)-t)] x 100

m. Con todo esto obtenemos una pareja de valores (densidad, humedad) que representa uno de los cinco puntos. n. Repetir 4 veces con distintas cantidades de agua.

VI.

DATOS Y RESULTADOS: ENSAYO PROCTOR MODIFICADO (NORMA AASHTO T-180, ASTM D 1557) LABORATORIO MECANICA DE SUELOS, CONCRETOS Y PAVIMENTOS OBRA: TRAMO: CALICATA: UBICACIÓN:

FECHA:

DATOS DE LA MUESTRA MUESTRA: PROFUNDIDAD:

Ensayo Nº Porcentaje de humedad Peso del suelo + molde Peso del molde Peso de la muestra húmeda Volumen del molde Densidad húmeda Recipiente Nº Peso muestra húmeda + tara Peso muestra seca + tara Peso del agua Peso de la tara Peso de la muestra seca Contenido de humedad Densidad seca


CLASIF. (SUCS): CLASIF. (AASHTO): 1 2% 11091,00 6505,00 4586,00 2105,00 2,18 8 950,50 928,50 22,00 164,30 764,20 2,88 2,14

2 4% 11347,00 6505,00 4842,00 2105,00 2,30 35 822,00 789,50 32,50 161,90 627,60 5,18 2,18

3 4 6% 8% 11538,50 11535,00 6505,00 6505,00 5033,50 5030,00 2105,00 2105,00 2,39 2,39 10 11 705,00 1012,00 675,00 952,50 30,00 59,50 165,30 163,90 509,70 788,60 5,89 7,55 2,26 2,21 Dens. Máx.: 2.26 Hum. Opt. : 5.89

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RELACION HUMEDAD-DENSIDAD 2.28 2.26 2.26

) 2.24 3 m c 2.22 / r g (

2.22

A2.20 C E S D2.18 A D I S 2.16 N E D

2.18

2.14 2.12 2.11 2.10 0.00%

2.00%

4.00%

6.00%

8.00%

CONTENIDO DE HUMEDAD (%)

VII.



CONCLUSIONES:

Se llegó a determinar la relación entre la humedad y densidad de la muestra de suelo, mediante el Proctor Modificado como se puede apreciar la gráfica antes vista.



La humedad optima con la que se debe compactar el suelo es de 5.89%, lo cuál sería la adecuada.

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La densidad máxima del suelo correspondiente al contenido óptimo de humedad es de 2.26 gr/cm 3.


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VIII.



RECOMENDACIONES:

Si la obra es muy extensa (por ejemplo caminos) o el suelo a utilizar se tomara en préstamo de distintos yacimientos, se deberán ejecutar tantos ensayos de compactación como fuesen necesarios, a fin de asegurar la representatividad del mismo en relación al suelo empleado.



Al realizar una compactación siempre es conveniente hacer un control en un pequeño sector de la obra, determinando el porcentaje alcanzado para establecer el número de pasadas apropiado del equipo. Con un número de pasadas insuficiente no se alcanzará la densidad requerida, mientras que un excesivo número de pasadas resultará antieconómico.

IX.



BIBLIOGRAFÍA:

JUAREZ BADILLO, E.- RICO RODRIGUEZ, A. “Mecánica de Suelos Fundamentos de la Mecánica de Suelos” , Tomo I, Limusa. 3º Edición, 1992.



BOWLES, J., “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil”. McGraw –Hill, Bogotá, 1981.



MONCAYO, J- “Manual de Pavimentos”, CECSA, México, 1980.



Norma IRAM Nº 10511/72, “MECÁNICA DE SUELOS – Método de Ensayo de Compactación en Laboratorio”, 1972.

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Norma de Ensayo Vialidad Nacional VN – E.5 – 67- “Compactación de Suelos”.


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X.

ANEXOS:


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