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M. Ing. Miguel Diaz PardaveMaestro en Ingeniería Geotécnica

Universidad Nacional Autónoma de México - [email protected]

TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS

COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA

(ASTM D 698-91)

Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ingeniería Civil

Laboratorio de Mecánica de Suelos

Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos

Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave

¿Qué es la compactación de suelos?

Es la acción y efecto de compactar, considerando un

efecto de reducir los vacíos que tiene en suelo, por medio

de una acción mecánica.

Aumento de resistencia

y disminución de

capacidad de

deformación que se

obtiene al sujetar el

suelo a técnicas

convenientes que

aumenten su peso

específico seco,

disminuyendo sus

vacíos.



¿Porqué es importante la compactación?



http://www.mtc.gob.pe/transportes/caminos/normas_carreteras/manuales.html



Presa de tierra

Proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características

mecanicas de resistencia, compresibilidad y esfuerzo-deformación de los

suelos.



¿Cuál es el objetivo de la compactación del suelo?

Que el suelo mantenga un comportamientoadecuado durante la vida útil de la obra:

•Resistencia,•Compresibilidad,•Permeabilidad, y•Adecuada relación esfuerzo-deformación

9

1.5



¿Cuáles son los métodos de compactación?

•Compactación por impactos,•Compactación estática, y•Compactación por amasado.

Se obtienen resultados diferentes, tanto en laestructura como en las propiedades

10Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos


COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA (ASTM D 698-91)

El primer método en el sentido de la técnica actual es debidoa R.R. Proctor y es conocido hoy en día como PruebaProctor Estándar o A.A.S.H.O. (American Association ofState Highway Officials) Estándar.

Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso elcontenido de agua inicial en el suelo, encontrando que talvalor es de vital importancia en la compactación. Proctor pusode manifiesto que el uso del procedimiento descrito paraun suelo dado existe un contenido de agua inicialllamado “óptimo”, el cual produce el máximo pesoespecífico seco que puede lograrse con este procedimientode compactación (Juárez, 1982).



A un suelo cuya contenidode agua es bajo se le vandando ciertos incrementosde agua y se le aplica cadavez la misma energía decompactación, su pesovolumétrico vaaumentando, hasta quellega un momento un pesovolumétrico del materialseco y del contenido deagua, alcanzando un valormáximo.




Debido al rápido desenvolvimiento del equipo de compactaciónde campo comercialmente disponible, la energía específicade compactación en la prueba Proctor Estándar ya nolograba representar en forma adecuada lascompactaciones mayores que se lograban con el equiponuevo. Lo que condujo a una modificación en la prueba,aumentando la energía de compactación, de modo queconservando el numero de golpespor capa, se elevo el número de estas de 3 a 5,aumentando la energía del pistón y la altura de caída delmismo.Esta prueba modificada es conocida como Prueba ProctorModificada 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.

COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR



COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO (ASTM D 1557)

MÉTODO%ACUM

RETENIDO N°4

%ACUM RETENIDO 3/8”

%ACUM RETENIDO ¾”

MATERIAL A USAR

A 20% - - Pasa N°4

B >20% 20% - Pasa 3/8”

C - >20% 30% Pasa ¾”

- Aplicable a material con 30% máximo retenido en tamiz ¾”.- Sí el material tiene más del 5% en peso de tamaño mayor al

utilizado en la prueba, se debe corregir los resultados.



Sobre tamaño de partículas o fracción gruesa (Pc en %):Es la parte de la muestra total no usada para la realizaciónde la prueba de compactación; es decir, es la parte retenida enla 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 decompactación de 600 kN-m/ m3 aplicado por el equipo y porel procedimiento ejecutado en esta prueba.

Peso volumétrico seco máximo estándar (γd máx en kN/m3): Es el valor máximo definido en la curva decompactación utilizando un esfuerzo de compactaciónestándar.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES



Contenido de agua óptimo estándar (w opt en %): Es elcontenido de agua en donde el suelo puede compactarse aun peso volumétrico seco máximo utilizando un esfuerzode compactación estándar.

Fracción de prueba o fracción fina (PF en %): Es la partede la muestra total usada para realizar la prueba decompactación; es decir, es la fracción que pasa la malla No. 4(4.75mm) para el procedimiento A, 3/8” (9.5mm) para elprocedimiento B, o 3/4” (19.0mm) para el procedimiento C.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES



La masa de la muestra requerida para los procedimientos A y B,debe ser de aproximadamente 16kg y para elprocedimiento C debe ser de aproximadamente 29kg desuelo seco. Por lo tanto, la muestra de campo debe tener unamasa húmeda de por lomenos 23kg y de 45kg, respectivamente.

Determinar el porcentaje de material apropiado, retenido en lamalla 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 unaporción representativa de la muestra total y determinar losporcentajes que pasan las mallas de interés por medio delMétodo de Prueba ASTM D 422. Se requiere determinarúnicamente el porcentaje retenido para la malla que se especificaanteriormente.

Consideraciones de la muestra de suelo



La Tabla muestra el tiempo de reposo que se ledebe dar al espécimen para distribuiruniformemente su contenido de agua

Consideraciones del tiempo



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

se especifica un tamaño mínimo

de partícula y se eliminan

tamaños mayores.

Prueba de compactación de 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.

Energía de compactación



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

Consideraciones de la prueba proctor estandar



Consideraciones de la prueba proctor estandar



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.

PRUEBA PROCTOR ESTANDAR



Procedimiento1.Se coloca una muestrarepresentativa del suelo enuna charola metálica.




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.

Se engrasa el interior del

molde, esto se hace para

evitar que el material se pegue

en las paredes interiores del

mismo.




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, g

Ws: peso seco de la muestra, g

w: contenido natural de agua o humedad, porcentaje

Consideraciones de la prueba proctor



se calcula el peso o volumen de agua

necesario para obtener la humedad de curado,

wc

cwc wWsW

Wwc peso del agua para curado, g

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 el tiempo de reposo.




Ensaye se registran las siguientes dimensiones antes del ensayeD 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




Para esta prueba se sigue el mismo procedimientoque para la prueba de compactación estándar, perose cambia el pistón de 44.5 kN (estándar 24.4 kN)con una altura de caída de 457 mm (estándar 305mm). También el suelo se compacta en 5 capas yse le aplican 56 golpes por capa (estándar 3 capasy 25 golpes). Por lo cual su energía decompactación es de 2,700 kN-m/m3 (Bardet, 1997).

Proctor Modificada (ASTM D 1557- 91).



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.

Proctor Modificada (ASTM D 1557- 91).



Aplicaciones

La compactación de suelos se aplica en toda obra deterraplenado, para mejorar su estabilidad

1.- Conformación de rellenos controlados.

2.- Para apoyo a una estructura.

3.- Como sub – base para carreteras y ferrocariiles oaeropuertos.

4.- Diques o presa de tierra.



Control de compactación

MÉTODO DE MEMBRANA(EQUIPO DE BALÓN PARA

DENSIDAD)

MÉTODO DEL CONO DE ARENA

MÉTODO DEL DENSÍMETRO NUCLEAR

MÉTODO ELÉCTRICO DE DENSIDAD



EN ESTE MÉTODO SE EMPLEA AGUA, SE REALIZA LA EXCAVACIÓN Y SE

INTRODUCE UNA MEMBRANA DE HULE Y POSTERIORMENTE SE

INCREMENTA AGUA A LA EXCAVACIÓN CON EL APARATO QUE SE OBSERVA.

Método de membrana (equipo de balón para densidad)



Método del cono de arena



Método del densímetro nuclear



Medidor eléctrico de densidad



PARA DETERMINAR EL PESO VOLUMÉTRICO DE LA CAPA

COMPACTADA, PRIMERO SE REALIZA UNA EXCAVACIÓN DE

0.10 X 0.10 X0.20 MTS.(CALA).



LA MUESTRA RECUPERADA EN LA EXCAVACIÓN SE

GUARDA EN UNA BOLSA NYLON PARA PESARLA Y PARA

QUE CONSERVE SU HUMEDAD.



AQUÍ SE OBSERVA LA EXCAVACIÓN TERMINADA (CALA)

Y EL MATERIAL RECUPERADO.



SE PESA EL RECIPIENTE CON ARENA DE OTTAWA (ARENA

SÍLICA) ANTES DE VACIARLA A LA CALA .



PREPARANDO EL RECIPIENTE CON ARENA Y EL CONO PARA

VACIARLO EN LA EXCAVACIÓN(CALA).



VACIANDO LA ARENA DENTRO DEL HUECO (CALA), PARA

DETERMINAR EL VOLÚMEN DEL HUECO.



RECUPERACIÓN DE LA ARENA QUE

QUEDÓ DENTRO DEL RECIPIENTE.



DETERMINACIÓN DEL PESODE LA ARENA QUE QUEDÓ EN EL

RECIPIENTE, PARA CALCULAR POR DIFERENCIA DE PESOS ,

EL PESO DE LA ARENA, QUE QUEDÓ DENTRO DEL HUECO.



GRADO DE COMPACTACIÓN

PESO VOLUMÉTRICO SECO

DE CAMPO

PESO VOLUMÉTRICO SECO

MÁXIMO DE LABORATORIO

=



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