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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS
PROCTOR STANDARD Y MODIFICADO
Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos
Expositor: MI Ing. Miguel Angel Díaz Pardavé
Proceso mecánico por el cual se busca mejorar
las características mecanicas de resistencia,
compresibilidad y esfuerzo-deformación de los
suelos.
INTRODUCCIÓN
A un suelo cuya contenido de agua es bajo se le van dando ciertos
incrementos de agua y se le aplica cada vez la misma energía de
compactación, su peso volumétrico va aumentando, hasta que llega
un momento un peso volumétrico del material húmedo y del
contenido de agua, alcanzando un valor máximo.
Objetivos de la compactación
Que el suelo mantenga un comportamiento adecuado durante la
vida útil de la obra:
•Resistencia,
•Compresibilidad,
•Permeabilidad, y
•Adecuada relación esfuerzo-deformación.
Métodos de compactación
•Compactación por impactos,
•Compactación estática, y
•Compactación por amasado.
Se obtienen resultados diferentes, tanto en la estructura como en
las propiedades
INFLUENCIA DE ALGUNOS FACTORES EN LA
COMPACTACIÓN
Contenido de agua del suelo
Los suelos finos arcillosos, para bajos contenidos de
agua, ésta se encuentra en forma capilar, produciendo
compresiones entre las partículas de suelo, las cuales
forman grumos difícilmente desintegrables que dificultan
la compactación. Al aumentar el agua disminuye la
tensión capilar y por ende la eficiencia de la
compactación. Si el agua es tal que casi llena los
vacíos del suelo, se impide una buena compactación,
porque el agua no puede desplazarse instantáneamente
El sentido en el que se recorre la escala de humedades
Las curvas gd-w son diferentes si las pruebas se efectúan a partir
de un suelo relativamente seco al que se va agregando agua o si
se parte de un suelo húmedo que se va secando. En el primer
caso se obtienen valores de gd menores, ya que al agregar agua
ésta queda en la superficie de las partículas y la presión capilar es
menor que cuando se seca el suelo y el agua queda dentro de la
partícula
Contenido natural de agua del suelo
Los pesos volumétricos son mayores cuando las cantidades de
agua del suelo son menores (por capilaridad).
Recompactación
Si se trabaja con suelos recompactados, los pesos
volumétricos que se obtienen son mayores que los que se
logran con muestras vírgenes en igualdad de circunstancias.
Esto puede ser por la deformación volumétrica del tipo
plástico que causan sucesivas compactaciones.
Temperatura
Puede generar problemas de evaporación o
condensación de agua del medio ambiente al suelo
Peso volumétrico seco con la energía de compactación
La que se entrega al suelo por unidad de volumen.
3cm
cm - kg
V
hWnNEc
donde:
Ec energía específica, kg-cm/cm3,
N número de golpes del pisón compactador,
n número de capas de suelo,
W peso del pisón compactador, kg
h altura de caída del pisón, cm
V volumen total del molde de compactación.
la curva de compactación no se puede localizar del lado derecho
de la curva de saturación, ya que de suceder esto, existe un error
en la gravedad específica, en los cálculos, en el procedimiento de la
prueba o en la forma de graficar los datos Figura.
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y
MODIFICADA (ASTM D 698-91)
El primer método en el sentido de la técnica actual es debido a
R.R. Proctor y es conocido hoy en día como Prueba Proctor
Estándar o A.A.S.H.O. (American Association of State
Highway Officials) Estándar.
Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso el
contenido de agua inicial de agua en el suelo, encontrando que tal
valor es de vital importancia en la compactación. Proctor puso de
manifiesto que el uso del procedimiento descrito para un suelo
dado existe un contenido de agua inicial llamado “óptimo”, el
cual produce el máximo peso específico seco que puede lograrse
con este procedimiento de compactación (Juárez, 1982).
Debido al rápido desenvolvimiento del equipo de compactación de
campo comercialmente disponible, la energía específica de
compactación en la prueba Proctor Estándar ya no lograba
representar en forma adecuada las compactaciones mayores
que se lograban con el equipo nuevo. Lo que condujo a una
modificación en la prueba, aumentando la energía de
compactación, de modo que conservando el numero de golpes
por capa, se elevo el número de estas de 3 a 5, aumentando la
energía del pistón y la altura de caída del mismo.
Esta prueba modificada es conocida como Prueba Proctor
Modificada o A.A.S.H.O Modificada (Juárez, 1982).
Se especifican tres procedimientos alternativos. El procedimiento
usado debe ser como se especifica para el material muestreado. Si
no se especifica un procedimiento, la selección se basa en la
granulometría del material.
Sobre tamaño de partículas o fracción gruesa (Pc en %): Es la
parte de la muestra total no usada para la realización de la
prueba de compactación; es decir, es la parte retenida en la malla
No. 4 (4.75mm), 3/8” (9.5mm) o 3/4” (19.0mm), dependiendo del
procedimiento a usar.
Esfuerzo estándar de compactación: Es el esfuerzo de
compactación de 600 kN-m/ m3 aplicado por el equipo y por el
procedimiento ejecutado en esta prueba.
Peso volumétrico seco máximo estándar (γd máx en kN/ m3): Es
el valor máximo definido en la curva de compactación
utilizando un esfuerzo de compactación estándar.
Contenido de agua óptimo estándar (w opt en %): Es el
contenido de agua en donde el suelo puede compactarse a un
peso volumétrico seco máximo utilizando un esfuerzo de
compactación estándar.
Fracción de prueba o fracción fina (PF en %): Es la parte de la
muestra total usada para realizar la prueba de compactación;
es decir, es la fracción que pasa la malla No. 4 (4.75mm) para el
procedimiento A, 3/8” (9.5mm) para el procedimiento B, o 3/4”
(19.0mm) para el procedimiento C.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
La masa de la muestra requerida para los procedimientos A y B,
debe ser de aproximadamente 16kg y para el procedimiento C
debe ser de aproximadamente 29kg de suelo seco. Por lo tanto, la
muestra de campo debe tener una masa húmeda de por lo
menos 23kg y de 45kg, respectivamente.
Determinar el porcentaje de material apropiado, retenido en la
malla No 4 (4.75mm), 3/8” (9.5mm) o 3/4” (19.0mm),
dependiendo del procedimiento A, B o C que se escoja.
Realizar esta determinación por medio de la separación de una
porción representativa de la muestra total y determinar los
porcentajes que pasan las mallas de interés por medio del Método
de Prueba ASTM D 422. Se requiere determinar únicamente el
porcentaje retenido para la malla que se especifica anteriormente.
.
La Tabla muestra el tiempo de reposo que se le debe dar al
espécimen para distribuir uniformemente su contenido de agua
PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN SUELOS
1. Pruebas dinámicas
(Prueba Próctor estándar)
el suelo se compacta por capas;
se aplica a cada capa un cierto número de golpes, con
un pisón cuyo peso, diámetro y altura de caída cambian
de una variante a otra;
la energía de compactación se puede calcular con
mucha precisión
V
hWnNEc
se especifica un tamaño mínimo de partícula
y se eliminan tamaños mayores.
PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
a) Características del molde y pisón
diámetro del molde: 10.16 cm (4”)
altura del molde: 12.70 cm
peso del pisón: 2.49 kg
volumen del molde: 1029.62 cm3
altura de caída: 30.48 cm
número de golpes: 25
b) Curado del material
pesar el material por la malla No. 4,
determinar su contenido natural de agua,
determinar el límite plástico de la parte fina,
agregar agua para llegar a un valor 10% abajo del
límite plástico,
w1
WhWs
Donde:
Wh peso húmedo de la muestra, gr
Ws peso seco de la muestra, gr
w contenido natural de agua, decimal
se calcula el peso o volumen de agua necesario para
obtener la humedad de curado, wc
cwc wWsW
Wwc peso del agua para curado, gr
se determina el volumen de agua que se debe
agregar a la muestra para obtener wc
)γWγWV 0wh0wcwc
se mide Vwc, se agrega a la muestra y se amasa
con las manos, y
se vierte el material en una bolsa durante 24 hrs.
c) Ensaye
se registran las siguientes dimensiones antes del ensaye
D diámetro del molde (cm),
H altura del molde (cm),
Wm peso del molde (kg),
h altura de caída del pisón (cm),
W peso del pisón (kg),
A área del molde (cm2),
V volumen del molde (cm3),
N número de golpes
se calcula la energía específica, Ec
V
hWnNEc
se saca el material de la bolsa y se disgregan los
grumos un una charola limpia y seca;
,por tanteos se estima el peso húmedo por capa, Whc;
se apisona el material por capa, con la secuencia
mostrada en el esquema. Si el material rebasa 1cm el
molde, se propone otro Whc;
se enrasa y se pesa el molde, más el material compactado
Wh)(Wm
se saca el material del molde;
se determina el contenido de agua del suelo
compactado;
se agrega 3% de agua para determinar el siguiente
punto;
se grafican los resultados en la curva peso
volumétrico seco vs contenido de agua; y
se calcula y grafica la línea de saturación teórica
e
1
1+e
Vacíos
Sólidos
e1
γSs
Vm
Wsγ
e1Vm
eVve
wd
VsVv
Material:
Charola metálica;
Probeta;
Molde cilíndrico para compactación;
Pisón cilíndrico;
Enrasador;
Báscula con aproximación a 1 g;
Báscula con aproximación a 0.01 g;
Cápsula de vidrio;
Horno de micro hondas.
Procedimiento
1.Se coloca una muestra
representativa del suelo en una
charola metálica (fig 12);
Se agrega agua al material y se homogeniza
Se agrega agua hasta que el
material pueda ser apretarlo
con la mano y posteriormente
se pueda tomar con los dedos y
que no se desmorone
Se arma el molde para la
realización de la
compactación, se coloca la
base, sobre ella se coloca el
molde y después se coloca la
extensión (fig 15);
Se engrasa el interior del
molde, esto se hace para
evitar que el material se
pegue en las paredes
interiores del mismo (fig
16);
Proctor Modificada (ASTM D 1557- 91).
Para esta prueba se sigue el mismo procedimiento que
para la prueba de compactación estándar, pero se cambia
el pistón de 44.5 kN (estándar 24.4 kN) con una altura
de caída de 457 mm (estándar 305 mm). También el
suelo se compacta en 5 capas y se le aplican 56 golpes
por capa (estándar 3 capas y 25 golpes). Por lo cual su
energía de compactación es de 2,700 kN-m/m3 (Bardet,
1997).
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