proctor y densidad de campo

DISEÑO DE PAVIMENTOS

Ingº M.Engº. Jorge Timaná Rojas

COMPACTACIÓN

DEFINICIONES

• Compactación: Es el proceso de “empaquetamiento” de partículas de

suelo, lo mas cercanamente posible, por medio mecánico, aumentando

la densidad seca

• Óptimo contenido de humedad: es la humedad del suelo que produce la

máxima densidad seca

• Máxima densidad seca: Es la densidad obtenida aplicando una energía

de compactación, con el contenido óptimo de humedad

PROCESO DE COMPACTACION

• A bajo contenido de agua el grano de suelo es rodeado por una

delgada película de agua

• El agua adicional permite juntar los granos más fácilmente

• El aire es desplazado y la densidad seca se incrementa

• La adición de agua permite expulsar aire durante la compactación

PROCESO DE COMPACTACION

• Los granos de suelo se muestran lo más cercanos posible hasta cierto

punto y de ahí aumenta la cohesión

• Cuando la cantidad de agua excede lo requerido, el exceso de agua

empuja los granos del suelo hacia afuera y la densidad adquirida

disminuye

• A mayor contenido de humedad , el aire es desplazado por la

compactación y la densidad continua disminuyendo

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN

• La naturaleza del suelo

• La energía de compactación

• El contenido de agua

• Suelos de estructura simple: gravas, arenas y limos no plásticos

• Suelos de estructura compleja: estructuras laminares de limos plásticos o

arcillas

• Romper y modificar la estructura original del suelo

• Actuar sobre él, modificando la disposición de partículas para que el

conjunto adopte una nueva estructura más densa

Gravas Arenas

Limos Arcillas

• Suelos de estructura simple (granulares):

• La intervención produce otra estructura simple más densa

• Estructura estable ante la absorción o pérdida de agua

• Se produce un reacomodo de partículas que incrementa su resistencia conforme

aumenta la compacidad

• A mayor compactación más resistencia

• La sobre compactación puede romper las partículas

• Suelos de estructura compleja (arcillosos):

• La intervención produce estructuras más densas, compresibles, tanto más inestables

al absorber agua cuanto más densificadas y más rígidas a compactación elevada

• La resistencia aumenta con la compactación

• Sobre compactado, la resistencia se puede perder si el suelo absorbe agua y se

expande

• No es fácil conocer su valor exacto en un momento dado

• Es más fácil modificarla de manera gradual, tanto en campo como en

laboratorio

• En laboratorio se cuantifica con el uso de las pruebas de impacto

(Próctor)

• En el campo, puede modificarse cambiando peso o presión de rodillos,

número de pasadas, espesores de capa, etc.

Rodillos pata de cabra

Rodillos lisos

Rodillos neumáticos

• Factor determinante en campo y laboratorio

• Ensayo Próctor :

Describe la influencia del contenido de agua, estableciendo una relación

entre el peso volumétrico seco (Densidad seca) del suelo compactado y

contenido de agua, cuando se emplea cierta energía de compactación

RELACIÓN HUMEDAD – DENSIDAD

PRÓCTOR

RELACION HUMEDAD – DENSIDAD

ENSAYO PROCTOR (1933)

• La energía aplicada durante la compactación en laboratorio, con un martillo que cae de

una altura constante (compactación por impacto) es la siguiente:

• Ec = (Wp. h. Nb. N) / V cm. Kg. /cm3

Donde:

• Wp peso del martillo, kg.

• h altura de caída del martillo, cm.

• Nb número de golpes por capa

• N número de capas

• V volumen del molde en cm3

ENSAYO PROCTOR

• PROCTOR ESTANDAR AASHTO T 99 (MTC E 116)

• Ensayo recomendado para suelos finos usados como subrasante o sub base

• El suelo se coloca dentro de un molde, en tres capas, cada de las cuales se

compacta con 25 o 56 golpes de martillo (según el método).

• Peso de martillo: 5.50 lb (2.50 Kg)

• Altura de caída: 12” o 1 pie (30 cm.)

• Volumen de molde: 0.033 pie3 (943.8 cm3), moldes de 4” de diámetro.

• Volumen de molde: 0.075 pie3 (2,124.0 cm3), moldes de 6” de diámetro.

• Energía de compactación:

• Para molde de 4”:

• Ec = (3 capas x 25 golpes x 1pie x 5.5 lb) / 0.033 = 12,375 lb-pie/pie3

• Ec = (3 capas x 56 golpes x 1pie x 5.5 lb) / 0.075 = 12,320 lb-pie/pie3

• PROCTOR MODIFICADO AASHTO T 180 (MTC E 115)

• Ensayo recomendado para suelos granulares usados como base

• El suelo se coloca dentro de un molde, en cinco capas, cada de las cuales se

compacta con 25 o 56 golpes de martillo (según el método).

• Peso de martillo: 10 lb (4.53 Kg)

• Altura de caida: 18” o 1.5 pie (45.7 cm.)

• Volumen de molde: 0.033 pie3 (943.8 cm3), moldes de 4” de diámetro.

• Volumen de molde: 0.075 pie3 (2,124.0 cm3), moldes de 6” de diámetro.

• Energía de compactación:

• Ec = (5 capas x 25 golpes x 1.5 pie x 10 lb) / 0.033 = 56,250 lb-pie/pie3

• Ec = (5 capas x 56 golpes x 1.5 pie x 10 lb) / 0.075 = 56,250 lb-pie/pie3

3/8”

ENSAYO PROCTOR

• Para el ensayo se tienen como constante Ec y Vm

• Además de necesita el peso del molde, Pm

• Se ensayan por lo menos 4 puntos (de preferencia cinco) con incrementos de

humedad de 2 %

• En la practica el incremento de agua es por tanteo, según el tipo de suelo y en

base a la experiencia

Punto Peso molde

+ suelo

húmedo

Peso del

húmedo

Densidad

húmeda

humedad

Densidad

Pshi = Pi - Pm Dhi = (Pshi / Vm )

Dsi = (100 x Dhi / (100 + hi )

La humedad se calcula tomando del centro del molde, una muestra de material

compactado (MTC E 108):

% h = [(Pcsh – Pcss) / (Pcss – Pc)] x 100

Pcsh : Peso de cápsula más suelo húmedo

Pcss :Peso de suelo más suelo seco

Pc : Peso de cápcula

RELACIÓN

HUMEDAD – DENSIDAD

ENSAYO PROCTOR

• La curva de compactación presenta formas relativamente similares para

los diversos modos de compactar

• Para contenidos bajos de agua, ésta se encuentra en el suelo en forma

capilar

• Produce impresiones inter particulares, que son más fuertes cuando más

fino es el suelo

• Se forman grumos difíciles de desintegrar. Dificultad para reacomodar

partículas individuales

• La compactación se dificulta y se alcanza densidad relativamente baja

• Los efectos capilares se van disipando si la misma energía de

compactación se aplica a suelos con contenidos de agua crecientes

• Agregando agua se van alcanzando pesos volumétricos cada vez

mayores (mayor densidad)

• Si el contenido de agua alcanza valores muy elevados y comienza a

ocupar los vacíos del suelo, la compactación se dificulta

• El agua no puede desplazarse dentro del suelo y comenzará a absorber

parte de la energía aplicada, devolviéndola en forma de simple rebote

• Próctor atribuyó la disminución de la densidad en la rama húmeda al

efecto de lubricación entre cristales que constituyen las partículas del

• Se entiende que en condición saturada es prácticamente imposible

compactar un suelo

• Entonces, la forma y disposición de la curva de compactación no sólo

depende del tipo de suelo

• También depende del método de compactación y de la energía

empleada

• Por tanto, los conceptos de humedad óptima y del peso volumétrico seco

máximo (Dsmax.) asociado a ella no son constantes del suelo

• Lo anterior implica una consideración fundamental :

La humedad óptima de laboratorio para alcanzar una Dsmáx especificada

en un proyecto, no necesariamente será la misma en el campo

• Entre laboratorio y el campo cambia el método de compactación

• Se debe especificar el proceso de campo para obtener la Dsmáx

deseada y además, se debe establecer el contenido de agua con el que

el proceso debe realizarse

• Problema común en obra: tratar de llegar a una Dsmáx con un contenido

de agua que no es apropiado con la energía que se está utilizando

TIPOS DE CURVAS DE COMPACTACION

• En general, los suelos arcillosos, las arenas bien gradadas y los suelos limosos

tienen un pico definido en la curva de compactación

• En los suelos uniformemente gradados (rango limitado de tamaño de partículas), la

curva es más aplanada y la condición óptima no es fácil definir

• El “doble pico” es típico de arenas finas uniformemente gradadas. Para estos

materiales el contenido de humedad para una óptima compactación en menos crítico

TIPOS DE CURVAS DE COMPACTACION

DENSIDAD DE CAMPO

• Determinación de la densidad de una superficie de suelo acabado y compactado por

medios mecánicos:

• Rodillo liso o vibratorio

• Rodillo neumático

• Rodillo pata de cabra

• Compactación manual, con plancha

• Pisón manual, etc.

• Métodos de ensayo:

• Cono de arena

• Globo de hule

• Densímetro nuclear

METODO DEL CONO DE ARENA

• ASTM D 1556

• E117 MTC

• Determinación de la densidad in situ de los suelos

• Herramientas:

• Recipiente de plástico o metal

• Cono metálico

• Arena de Ottawa (calibrada malla Nº 10 y Nº 60)

• Base metálica con circulo hueco

• Espátula y cuchara

• Balanza, comba, cincel, bolsas plásticas

• Se realiza un agujero de entre 15 o 20 cm de profundidad y 16.5 cm de diámetro

• Se requiere obtener el volumen del agujero

• Se utiliza arena seleccionada y se calcula el peso requerido para llenar el agujero

• La arena usada es mediana, uniforme, de densidad suelta constante

• El cono sirve como embudo

• Se pesa arena en depósito más el cono

• El depósito de coloca sobre el agujero y se abre la válvula para que fluya arena

• Cuando la arena deja de fluir se cierra la válvula, se retira el cono y se pesa nuevamente

con lo que quedó de arena

• La diferencia de peso indica el material requerido para llenar el agujero y el cono

• La cantidad requerida para llenar el cono es una constante

• Con la diferencia y la densidad suelta de la arena se calcula el volumen del agujero

• La muestra extraída se guarda en una bolsa para que no pierda humedad.

• Se determina la humedad de la muestra, la cual puede ser medida en campo

• La densidad de la capa compactada se calcula como el peso seco del suelo extraído,

dividido entre el volumen del agujero

METODO DEL CONO DE ARENA: EJEMPLO

• Peso inicial de arena + aparato de cono : 4,527.80 gr

• Constante del cono (arena suelta en el cono) : 851.00 gr

• Densidad suelta de la arena : 1.43 gr/cm3

• Peso final del aparato con arena : 3,223.90 gr

• Peso suelto húmedo extraído del agujero : 639.50 gr

• Peso seco del suelo extraído : 547.90 gr

• Humedad de suelo extraído : 16.7 %

METODO DEL CONO DE ARENA: EJEMPLO

• Peso de arena utilizada : 4,527.80 – 3,223.90 = 1,303.90 gr

• Peso de arena en el agujero : 1,303.90 – 851.00 = 452.90 gr

• Volumen del agujero : 452.90 / 1.43 = 316.70 gr/cm3

• Densidad seca obtenida : 547.90 / 316.70 1.73 gr/cm3

• Si la especificación indica que la densidad en campo debe ser como mínimo el 95

% el valor de la densidad obtenida en el Proctor Modificado y ésta es 1.77 gr/cm3,

entonces:

• 1.73/1.77 = 98 %....ok!

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