Informe Laboratorio Suelos Ensayo De Proctor 12i6r
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA “Mcal. Antonio José de Sucre” Unidad Académica Cochabamba BOLIVIA
INFORME DE LABORATORIO DE LA MATERIA DE “MECANICA DE SUELOS” ENSAYO DE PROCTOR I.-
INTRODUCCION.La mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas solidas ( estas son la arcilla, el limo que están en la superficie ), producto de la desintegración química y mecánica de las rocas( en este proceso participan la temperatura, la presión), esta definición está dada por Karl von Terzaghi considerado el padre de la mecánica de los suelos ya que a partir de sus aportes de 1925 es considerado como una ciencia. El objetivo principal de la Mecánica de Suelos es estudiar el comportamiento del suelo para ser usado como material de construcción o como base de sustentación de las obras de ingeniería. La importancia de los estudios de la mecánica de suelos radica en el hecho de que si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los estructurales tomados en cuenta en el diseño. La mecánica de suelos se interesa por la estabilidad del suelo, por su deformación y por el flujo de agua hacia su interior como hacia su exterior y a través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente factible usarlo como material de construcción. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la supra-estructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.
ALUMNO: ALVARO GALARZA DOCENTE: LUCY MABEL CHACON
CODIGO: R282-8
________________________________________________MECANICA DE SUELOS II.-
OBJETIVOS.Los objetivos trazados para el presente informe de laboratorio de la materia de Mecánica de Suelos fueron los siguientes: A.-
Objetivo General: Realizar el Ensayo de Proctor durante el proceso de Compactación de suelos.
B.-
III.-
Objetivos Específicos: a.-
Indicar en que consiste el ensayo de Proctor (T-180).
b.-
Calcular la Densidad Máxima seca en el Ensayo de Proctor.
c.-
Calcular la Humedad Optima en el Ensayo de Proctor.
d.-
Graficar con los datos obtenidos del proceso de compactación la curva de compactación (AASHTO T 180- D).
MATERIALES E INSTRUMENTOS EMPLEADOS.Los instrumentos y materiales que empleados para la realización de la Práctica de Laboratorio fueron los siguientes: a.b.c.d.e.f.g.h.i.j.k.-
IV.-
Puruña ó pala de recolección de material. Martillo ó Pisón (T-99 su peso es 5,5 libras y T-180 su peso de 10 libras). Regla metálica biselada. Probeta de agua Fuente de recolección de material grande y pequeña. Guantes de Látex para mezclar gravas. Calicata de carretera (muestra de suelo de 1m x 1m). Tabla de granulometría Tabla de graficación de la curva de compactación. Moldes de Compactación de 4 y 6 Pulgadas de diámetro. Tamiz de 3/4 de pulgada.
MARCO TEORICO.4
Mecánica de Suelos: La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingenieria que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas solidas (estas son la arcilla, el limo que están en la superficie), producto de la desintegración química y mecánica de las rocas (en este proceso participan la temperatura, la presión).
ALUMNO: ALVARO GALARZA DOCENTE: LUCY MABEL CHACON
CODIGO: R282-8
________________________________________________MECANICA DE SUELOS 4.1
Compactación.La compactación de los suelos consiste en el mejoramiento de las propiedades ingenieriles del suelo por medio de energía mecánica. Esto se logra comprimiendo el suelo en un volumen más pequeño y así aumentando su peso específico seco (densificación). Los fundamentos de la compactación de suelos cohesivos son relativamente nuevos, R. Proctor en 1933 desarrollo los principios de la compactación en una serie de artículos. En su honor el ensayo de compactación es llamado ensayo de compactación Proctor. Proctor estableció que la compactación está en función de cuatro variables:
Densidad del material, ρd. Contenido de humedad, w. Esfuerzo de compactación. Tipo de suelo (gradación, presencia de minerales de arcilla, etc.) El esfuerzo de compactación es una medida de la energía mecánica aplicada a la masa del suelo. Para la compactación en campo el esfuerzo de compactación es el número de pasadas de un rodillo de cierto tipo y peso en un volumen de suelo dado. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, esta actúa como un agente suavizante en las partículas del suelo (lubrica las partículas), lo que facilita que las partículas del suelo se deslizan una sobre cada otra y pasen a una configuración más densa, es decir que el peso específico seco después de la compactación al principio aumenta con el aumento del contenido de humedad.
Peso específico húmedo, γ
GRAFICO DE COMPACTACION
γ2
γ1 = γ1 = γd(w = 0)
a) b) c) d)
Sólidos del suelo
γd
Agua
Sólidos del suelo
0
ALUMNO: ALVARO GALARZA DOCENTE: LUCY MABEL CHACON
w1
w2 CODIGO: R282-8
________________________________________________MECANICA DE SUELOS 4.2
Compactación en Laboratorio.Los ensayos de compactación en campo son generalmente demasiado lentos y costos como para poder repetirlos varias veces, cada vez que se desee estudiar cualquiera de sus detalles, debido a esto es que los ensayos de compactación se realizan principalmente en laboratorio. El propósito de la compactación en laboratorio es al igual que en la compactación en campo determinar el peso específico o densidad seca máxima para un contenido de humedad óptimo, esto se realiza mediante pruebas que consisten en hallar la curva de compactación del suelo.
4.3
Curva de Compactación.Los procesos de compactación comenzaron a desarrollarse en campo como técnicas de construcción. Fue hasta que se trato de estudiar de un modo más riguroso los efectos de tales técnicas y de establecer procedimientos de control de calidad y verificación de resultados en campo cuando nacieron las pruebas de compactación en laboratorio, al principio solo con base en la original desarrollada por Proctor, y después con base en toda una serie de pruebas, con variantes más o menos cercanas a la primera, que se desarrollaron con la intención de ir logrando en laboratorio mayor acercamiento a los procesos de campo, que paralelamente se ampliaron con toda una serie de equipos nuevos producidos por una tecnología cada vez mas conocedora y exigente. CURVA DE COMPACTACION TIPICA 1 .9 0
γ d [Ton/m
3]
1 .8 5
C u rv a d e sa tu ra c ió n H ú m e d a d ó wpotpim t. a ,( V o l u m e n d e a í r e = 0 )
1 .8 0 1 .7 5
1 .6 0
Peso específico seco máximo, γ d.max
Peso específico seco,
1 .7 0
1 .5 5 0
5
1 .6 5
10
15
20
25
30
C o n te n i d o d e h wú (m%e )d a d , ALUMNO: ALVARO GALARZA DOCENTE: LUCY MABEL CHACON
CODIGO: R282-8
________________________________________________MECANICA DE SUELOS Proctor hizo una correlación entre los resultados de un proceso de compactación y el aumento del peso especifico seco del material compactado y estableció la costumbre que aun hoy se sigue, de juzgar los resultados de un proceso de compactación con base a la variación del peso específico seco que se logre, también comprendió el fundamental papel que desempeña el contenido de humedad del suelo en la compactación que de él se obtiene, con un cierto procedimiento. Juntando estos dos aspectos que considero básicos, estableció una forma de representar un proceso de compactación por medio de una gráfica en la que se haga ver el cambio del peso específico seco al compactar el suelo a distintos contenidos de agua, utilizando varias muestras de suelo, cada una de las cuales proporciona un punto de la curva. Como es lógico diferentes procesos de compactación producen al mismo suelo compactaciones distintas, por lo tanto un mismo suelo podrá tener diversas curvas de compactación correspondientes a los diferentes modos de compactarlo que pueden usarse, sea en campo o en laboratorio. 4.4
Compactación en campo.La compactación en campo se la realiza con diferentes tipos de compactadoras, de tal manera que reproduzcan los valores de la compactación realizada en laboratorio. Para poder lograr esto es necesario tratar de reproducir todas las condiciones que se tendrán en campo al realizar una prueba de laboratorio. El tipo de compactadora que se utilizara juega un papel importante en esto pues cada tipo de compactadora tiene un proceso distinto de compactar el terreno, pueden ser por procesos vibratorios, manipuleo, presión estática o presión dinámica. Variando el método de laboratorio, puede desplazarse la relación humedad-peso específico seco para conseguir una mejor correlación con un determinado método de compactación en campo. Como ya se menciono anteriormente hay cierta evidencia de que algunos métodos de compactación en laboratorio concuerdan mejor o son de mayor representatividad con ciertos tipos de compactación en campo. Como por ejemplo la compactación por manipulación en laboratorio da muy buenos resultados con la compactación por una pata de cabra, la compactación por impactos (dinámica) en laboratorio da muy buenos resultados con los rodillos neumáticos, la compactación por métodos vibratorios en laboratorio da mejores resultados con suelos sin cohesión, y así sucesivamente cada método de compactación en laboratorio tiene una mayor representatividad con un determinado equipo de compactación de campo.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS CURVAS DE COMPACTACIÓN PARA OCHO SUELOS UTILIZANDO LA PRUEBA PROCTOR ESTÁNDAR. Datos de textura y plásticidad del suelo Nº 1 2 3 4 5 6 7 8
Densidad seca,ρd [Ton/m3]
2.2 2.1 2.0 1.9
1 2
Arena Limo Arcilla
Descripción Arena marga bien gradada Marga arenosa bien gradada Marga arenosa de gradación media Arcilla limo arenosa Arcilla limosa Limo de Loess Arcilla homogénea Arena mal gradada
3
88 72 73 32 5 5 6 94
10 15 9 33 64 85 22 -
2 13 18 35 31 10 72 -
LL
PI
16 N.P. 16 N.P. 22 4 28 9 36 15 26 2 67 40 N.P. -
Curva de saturación, S = 100 %
1.8
ρs = 2.65 Ton/m 3
4 5
1.7
6
1.6
7
8 5
10
15
20
25
Contenido de húmedad, w (%) 4.6
ENSAYO DE PROCTOR.4.6.1 Prueba Proctor estándar
Esta prueba de compactación Proctor estándar, está elaborada en base a ASTM D-698 (ASTM, 1982) y AASHTO T-99 (AASHTO, 1982). En esta prueba el suelo es compactado en un molde que tenga un volumen de 943.3 cm3 (1/30 ft3). El diámetro del molde es de 101.6 mm (4 plg) y 116.43 mm (4.584 plg) de altura, provisto de una extensión desmontable de igual diámetro y 50 mm (2 in) de altura.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS
Diametro 114.3 mm (4.5 plg)
Extensión
Diametro 101.6 mm (4 plg)
Caída = 304.8 mm (12 plg)
116.43 mm (4.584 plg) Peso del pisón = 2.5 kg (masa = 5.5 lb)
(a) 50.8 mm (2 plg)
(b) Equipo para la prueba Proctor estándar (a) molde, (b) pisón, (Das, 1998). Durante la prueba de laboratorio, el molde puede fijarse a una base metálica con tornillos de mariposa.
El suelo se mezcla con cantidades de agua que varían y después es compactado en tres capas iguales por un pisón (que aplica 25 golpes a cada capa. El pisón pesa 2.5 kg (5.5 lb) y tiene una caída de 304.8 mm (12 plg).
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS
Compactación de un suelo, usando el pisón Proctor estándar. 4.6.2 Prueba o Ensayo de Proctor Modificado.Debido al rápido desarrollo en los equipos de compactación de campo, la energía de compactación en la prueba Proctor estándar empezó a no lograr representar en forma adecuada las compactaciones mayores que podían lograrse con dicho nuevo equipo. Esto condujo a una modificación en la prueba, aumentando la energía de compactación, de modo que conservando el número de golpes por capa se elevo el número de capas de 3 a 5, aumentando al mismo tiempo el peso del pisón y la altura de caída del mismo, siendo el molde es el mismo que el de la prueba estándar. Esta nueva versión revisada se la llama normalmente como la prueba Proctor modificado (ASTM D-1557 y AASHTO T-180). A continuación se describirán todas sus especificaciones y procedimiento de compactación. La prueba Proctor modificado es la más utilizada para la compactación en laboratorio, teniendo tres variantes en el método, que varían en función del porcentaje de tamaño de partículas presentes en la muestra de suelo. Debido a esto es que se explicara en forma más detallada el procedimiento de compactación, además de todas sus especificaciones basándose en la ASTM D1557-00.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS La prueba Proctor modificado al igual que la Proctor estándar se utiliza para determinar el peso específico seco máximo y el contenido de humedad óptimo. Este ensayo se aplica solamente a suelos con menos del 30 % en peso de partículas retenidas en el tamiz de 19 mm. Para conducir la prueba Proctor modificado, se utiliza el mismo molde con un volumen de 2092 cm3 como en el caso de la prueba Proctor estándar. Sin embargo, el suelo es compactado en cinco capas por un pisón que pesa 4.54 ± 0.01 kg, la caída del pisón es 457.2 ± 1.6 mm, la cara de golpe del pisón tiene un diámetro de 50.8 ± 0.25 mm. El pisón debe ser reemplazado cuando el diámetro de la cara de golpe es desgastado o expandido en 12 mm. El número de golpes del pisón para cada capa se conserva en 56 no como en el caso de la prueba Proctor estándar. El pisón debe estar equipado con un tubo que le permita desplazarse en la caída con facilidad, el tubo debe tener al menos cuatro agujeros en cada extremo espaciados 90º entre sí, el diámetro mínimo de estos agujeros es de 9.5 mm . EQUIPO DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO. Molde de compactación de 4 plg de diámetro Molde de compactación de 6 plg de diámetro Martillo Pistón Compactador modificado Regla de 30cm.
Debido a que aumenta la energía de compactación, los resultados de la prueba Proctor modificado aumentan en el peso específico seco máximo del suelo. El aumento en el peso específico seco máximo es acompañado por una disminución del contenido de humedad óptimo. Las tres variantes en el método de compactación Proctor modificado, varían en algunas especificaciones que se resumen en la tabla que se presenta a continuación.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS TABLA DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES ASTM. Características Molde:
3
- Volumen [cm ] - Diámetro [mm] Pisón - Masa [kg] -Altura de caída [mm] Número de capas de compactación Número de golpes por capa Energía de compactación [kN×m/m3] Suelo a usarse - Pasa el tamiz Criterio de selección: - Porcentaje retenido en el tamiz Nº 4 - Porcentaje retenido en el tamiz 3/8 plg. - Porcentaje retenido en el tamiz 3/4 plg.
A 944 101.6 4.54 457 5 25 2700 Nº 4
Método B 944 101.6 4.54 457 5 25 2700 3/8 plg
< 20 %
> 20 % < 20 %
C 2124 152.4 4.54 457 5 56 2700 ¾ plg
> 20 % < 30 %
El método de compactación se elige en función del porcentaje de tamaño de partículas presentes en la muestra de suelo. Para la selección del método de compactación el suelo debe ser tamizado a través de los tamices ¾ plg, 3/8 plg y Nº4. a.-Método A utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz Nº 4. Es aplicado a suelos con un porcentaje menor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4. b.- Método B utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/8 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4 y con un valor menor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg. c.-Método C utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/4 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg y con un valor menor al 30 % del material retenido en el tamiz 3/4 plg.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS CURVAS DE COMPACTACION PARA LOS ENSAYOS DE PROCTOR ESTANDART Y MODIFICADO
Densidad seca,
(B )P ro c to r M o d ific a d o
P ro c to r 120 L ín e a d e sa tu ra c ió n
1 .8
1 .7
110
105 (A P) ro c to r e stá n d a r
1 .6 0
A.-
115 Densidad seca,
ρ d (Mg/m
L ín e a d e o p tim id a d
1 .9
ρ d (lb/ft 3 )
125 G ra d o d6e0 % 8 0 % 1 0 0 %p a raρ s = 2 .7 0 M g3 /m s a tu ra c ió n
3)
2 .0
5
10 15 20 C o n te n id o d e h ú m w(% e d a d) ,
100 25
Procedimiento.Inicialmente el método de compactación estándar modificado ha sido creado como una forma de sustitución al método de compactación estándar que antes era empleado para el análisis de suelos para carreteras que consideraban el largo de los camiones de 4 a 6 metros y tenían una capacidad máxima de carga de 150 quintales. En la actualidad las carreteras son diseñadas para soportar un peso mayor dimensión de los camiones de alto tonelaje con un largo de 24 metros y una capacidad de carga de 40 toneladas, esto requiere de un nuevo dimensionamiento de la compactación como es ahora el método de compactación estándar modificado. EL ensayo de Proctor (T – 180) normalmente es realizado para carreteras, donde la granulometría es de suelos finos y para las sub-rasantes, es el método más exigente porque trabaja con los dos moldes con el pisón de 10 libras de peso y de acuerdo a norma se debe separar la muestra en cinco capas y cada capa debe tener 56 golpes con el pisón en el proceso de compactación con un suelo con contenido de humedad de 3 a 7 %. 1.-
Se extrae calicatas de la carretera de una excavación de 1m x 1, por estratos y se procede al cuarteo del acopio de terraplén.
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2.-
Posteriormente se separa con el tamiz de 3/4 de pulgada para compensar el tamaño del material granular, porque el molde de 6 pulgadas no entra y ocupa mucho campo.
3.Se humedece la muestra inicialmente con 100 mililitros de agua del tubo de ensayo probeta. 4.-
Se procede a realizar la mezcla se mezcla con los guantes de látex del material granular con el agua hasta que este homogéneo.
5.-
Se introduce una capa de 2 a 3 cms. de material granular en el molde de 12 pulgadas y se procede a realizar los golpes con el pisón o martillo de de 10 libras de peso y de 18 pulgadas de largo contando 56 golpes.
6.-
Seguidamente se añade otra capa de 2 a 3 cms. de material granular y de igual forma se procede a realizar los 56 golpes con el pisón.
7.-
Este procedimiento se repite hasta completar las cinco capas de material granular compactado y este Ensayo es el número uno, se requiere de cinco ensayos con el mismo pisón, en la que haciendo cálculos aproximados todo el proceso requiere de 1400 golpes con el pisón de 10 libras de peso, y de acuerdo al dato proporcionado todo el ensayo cuesta 200 Bs.
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8.-
Una vez que se ha realizado toda la compactación con el pisón con la regla metálica biselada se realiza el enrrastre.
9.-
Se pesa el molde con la muestra compactada, seguidamente se desmolda (se saca el material compactado) y se extrae una muestra del contenido de humedad y se lleva al horno, hasta que su humedad desaparezca o sea secado, luego se pesa la muestra en seco y obtenemos su peso y con estos datos podemos calcular la cantidad o porcentaje de agua.
10.-
Posteriormente a la muestra del cuarteo se humedece con otros 100 mililitros de agua, se mezcla con los guantes de látex y se emplea el pisón pequeño de 5,5 libras de peso y se realiza todo el procedimiento anteriormente indicado.
11.-
Se procede a realizar los cálculos de: a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k. l.
12.-
Peso del suelo + el molde de 12” en (grs). Peso del Molde de 12” en (grs). Volumen del molde en (cm3). Peso del suelo en (grs). Densidad Húmeda (grs/ cm3). La Capsula empleada El peso de la capsula + el peso del suelo húmedo en (grs). El peso de la capsula + el peso del suelo seco en (grs). El peso del agua en (grs). El peso del suelo seco en (grs). El contenido de humedad en (%). La densidad seca en (grs/ cm3).
Con estos datos calculados se procede a realizar la grafica de la curva de compactación, obteniendo la densidad máxima seca que es dado en (grs/ cm3) y el contenido optimo de humedad en (%).
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS
ENSAYO DE PROCTOR ( T - 180 ) AASHTO T-180- D MOLDE Nº 1 ENERGIA MODIFICADA DE COMPACTACION PUNT O1 56 GOLPES POR CAPA - 5 CAPAS Peso del suelo + el molde de 12” en (grs). 11330 Peso del Molde de 12” en (grs). 6748 Volumen del molde en (cm3). 2092 Peso del suelo en (grs). 4582 3 Densidad Húmeda (grs/ cm ). 2,190 La Capsula empleada H-9 El peso de la capsula + el peso del suelo húmedo en (grs). 315,7 El peso de la capsula + el peso del suelo seco en (grs). 307,9 Peso de la Capsula (grs). 45,5 El peso del agua en (grs). 7,8 El peso del suelo seco en (grs). 262,4 El contenido de humedad en (%). 2,97 3 La densidad seca en (grs/ cm ). 2,127
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PUNT O2 11722 6748 2092 4974 2,378 H-2 329,5 315,9 45,9 13,6 270 5,04 2,264
CODIGO: R282-8
PUNT O3 11827 6748 2092 5079 2,428 H - 13 332,2 314,1 44,4 18,1 269,7 6,71 2,275
PUNT O4 11705 6748 2092 4974 2,378 H - 12 460,7 429,2 44,6 31,5 384,6 8,19 2,198
INFORME DE LABORATORIO DE LA MATERIA DE “MECANICA DE SUELOS” ENSAYO DE PROCTOR I.-
INTRODUCCION.La mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas solidas ( estas son la arcilla, el limo que están en la superficie ), producto de la desintegración química y mecánica de las rocas( en este proceso participan la temperatura, la presión), esta definición está dada por Karl von Terzaghi considerado el padre de la mecánica de los suelos ya que a partir de sus aportes de 1925 es considerado como una ciencia. El objetivo principal de la Mecánica de Suelos es estudiar el comportamiento del suelo para ser usado como material de construcción o como base de sustentación de las obras de ingeniería. La importancia de los estudios de la mecánica de suelos radica en el hecho de que si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los estructurales tomados en cuenta en el diseño. La mecánica de suelos se interesa por la estabilidad del suelo, por su deformación y por el flujo de agua hacia su interior como hacia su exterior y a través de su masa, tomando en cuenta que resulte económicamente factible usarlo como material de construcción. En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la supra-estructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS II.-
OBJETIVOS.Los objetivos trazados para el presente informe de laboratorio de la materia de Mecánica de Suelos fueron los siguientes: A.-
Objetivo General: Realizar el Ensayo de Proctor durante el proceso de Compactación de suelos.
B.-
III.-
Objetivos Específicos: a.-
Indicar en que consiste el ensayo de Proctor (T-180).
b.-
Calcular la Densidad Máxima seca en el Ensayo de Proctor.
c.-
Calcular la Humedad Optima en el Ensayo de Proctor.
d.-
Graficar con los datos obtenidos del proceso de compactación la curva de compactación (AASHTO T 180- D).
MATERIALES E INSTRUMENTOS EMPLEADOS.Los instrumentos y materiales que empleados para la realización de la Práctica de Laboratorio fueron los siguientes: a.b.c.d.e.f.g.h.i.j.k.-
IV.-
Puruña ó pala de recolección de material. Martillo ó Pisón (T-99 su peso es 5,5 libras y T-180 su peso de 10 libras). Regla metálica biselada. Probeta de agua Fuente de recolección de material grande y pequeña. Guantes de Látex para mezclar gravas. Calicata de carretera (muestra de suelo de 1m x 1m). Tabla de granulometría Tabla de graficación de la curva de compactación. Moldes de Compactación de 4 y 6 Pulgadas de diámetro. Tamiz de 3/4 de pulgada.
MARCO TEORICO.4
Mecánica de Suelos: La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica y la hidráulica a los problemas de ingenieria que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas solidas (estas son la arcilla, el limo que están en la superficie), producto de la desintegración química y mecánica de las rocas (en este proceso participan la temperatura, la presión).
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS 4.1
Compactación.La compactación de los suelos consiste en el mejoramiento de las propiedades ingenieriles del suelo por medio de energía mecánica. Esto se logra comprimiendo el suelo en un volumen más pequeño y así aumentando su peso específico seco (densificación). Los fundamentos de la compactación de suelos cohesivos son relativamente nuevos, R. Proctor en 1933 desarrollo los principios de la compactación en una serie de artículos. En su honor el ensayo de compactación es llamado ensayo de compactación Proctor. Proctor estableció que la compactación está en función de cuatro variables:
Densidad del material, ρd. Contenido de humedad, w. Esfuerzo de compactación. Tipo de suelo (gradación, presencia de minerales de arcilla, etc.) El esfuerzo de compactación es una medida de la energía mecánica aplicada a la masa del suelo. Para la compactación en campo el esfuerzo de compactación es el número de pasadas de un rodillo de cierto tipo y peso en un volumen de suelo dado. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, esta actúa como un agente suavizante en las partículas del suelo (lubrica las partículas), lo que facilita que las partículas del suelo se deslizan una sobre cada otra y pasen a una configuración más densa, es decir que el peso específico seco después de la compactación al principio aumenta con el aumento del contenido de humedad.
Peso específico húmedo, γ
GRAFICO DE COMPACTACION
γ2
γ1 = γ1 = γd(w = 0)
a) b) c) d)
Sólidos del suelo
γd
Agua
Sólidos del suelo
0
ALUMNO: ALVARO GALARZA DOCENTE: LUCY MABEL CHACON
w1
w2 CODIGO: R282-8
________________________________________________MECANICA DE SUELOS 4.2
Compactación en Laboratorio.Los ensayos de compactación en campo son generalmente demasiado lentos y costos como para poder repetirlos varias veces, cada vez que se desee estudiar cualquiera de sus detalles, debido a esto es que los ensayos de compactación se realizan principalmente en laboratorio. El propósito de la compactación en laboratorio es al igual que en la compactación en campo determinar el peso específico o densidad seca máxima para un contenido de humedad óptimo, esto se realiza mediante pruebas que consisten en hallar la curva de compactación del suelo.
4.3
Curva de Compactación.Los procesos de compactación comenzaron a desarrollarse en campo como técnicas de construcción. Fue hasta que se trato de estudiar de un modo más riguroso los efectos de tales técnicas y de establecer procedimientos de control de calidad y verificación de resultados en campo cuando nacieron las pruebas de compactación en laboratorio, al principio solo con base en la original desarrollada por Proctor, y después con base en toda una serie de pruebas, con variantes más o menos cercanas a la primera, que se desarrollaron con la intención de ir logrando en laboratorio mayor acercamiento a los procesos de campo, que paralelamente se ampliaron con toda una serie de equipos nuevos producidos por una tecnología cada vez mas conocedora y exigente. CURVA DE COMPACTACION TIPICA 1 .9 0
γ d [Ton/m
3]
1 .8 5
C u rv a d e sa tu ra c ió n H ú m e d a d ó wpotpim t. a ,( V o l u m e n d e a í r e = 0 )
1 .8 0 1 .7 5
1 .6 0
Peso específico seco máximo, γ d.max
Peso específico seco,
1 .7 0
1 .5 5 0
5
1 .6 5
10
15
20
25
30
C o n te n i d o d e h wú (m%e )d a d , ALUMNO: ALVARO GALARZA DOCENTE: LUCY MABEL CHACON
CODIGO: R282-8
________________________________________________MECANICA DE SUELOS Proctor hizo una correlación entre los resultados de un proceso de compactación y el aumento del peso especifico seco del material compactado y estableció la costumbre que aun hoy se sigue, de juzgar los resultados de un proceso de compactación con base a la variación del peso específico seco que se logre, también comprendió el fundamental papel que desempeña el contenido de humedad del suelo en la compactación que de él se obtiene, con un cierto procedimiento. Juntando estos dos aspectos que considero básicos, estableció una forma de representar un proceso de compactación por medio de una gráfica en la que se haga ver el cambio del peso específico seco al compactar el suelo a distintos contenidos de agua, utilizando varias muestras de suelo, cada una de las cuales proporciona un punto de la curva. Como es lógico diferentes procesos de compactación producen al mismo suelo compactaciones distintas, por lo tanto un mismo suelo podrá tener diversas curvas de compactación correspondientes a los diferentes modos de compactarlo que pueden usarse, sea en campo o en laboratorio. 4.4
Compactación en campo.La compactación en campo se la realiza con diferentes tipos de compactadoras, de tal manera que reproduzcan los valores de la compactación realizada en laboratorio. Para poder lograr esto es necesario tratar de reproducir todas las condiciones que se tendrán en campo al realizar una prueba de laboratorio. El tipo de compactadora que se utilizara juega un papel importante en esto pues cada tipo de compactadora tiene un proceso distinto de compactar el terreno, pueden ser por procesos vibratorios, manipuleo, presión estática o presión dinámica. Variando el método de laboratorio, puede desplazarse la relación humedad-peso específico seco para conseguir una mejor correlación con un determinado método de compactación en campo. Como ya se menciono anteriormente hay cierta evidencia de que algunos métodos de compactación en laboratorio concuerdan mejor o son de mayor representatividad con ciertos tipos de compactación en campo. Como por ejemplo la compactación por manipulación en laboratorio da muy buenos resultados con la compactación por una pata de cabra, la compactación por impactos (dinámica) en laboratorio da muy buenos resultados con los rodillos neumáticos, la compactación por métodos vibratorios en laboratorio da mejores resultados con suelos sin cohesión, y así sucesivamente cada método de compactación en laboratorio tiene una mayor representatividad con un determinado equipo de compactación de campo.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS CURVAS DE COMPACTACIÓN PARA OCHO SUELOS UTILIZANDO LA PRUEBA PROCTOR ESTÁNDAR. Datos de textura y plásticidad del suelo Nº 1 2 3 4 5 6 7 8
Densidad seca,ρd [Ton/m3]
2.2 2.1 2.0 1.9
1 2
Arena Limo Arcilla
Descripción Arena marga bien gradada Marga arenosa bien gradada Marga arenosa de gradación media Arcilla limo arenosa Arcilla limosa Limo de Loess Arcilla homogénea Arena mal gradada
3
88 72 73 32 5 5 6 94
10 15 9 33 64 85 22 -
2 13 18 35 31 10 72 -
LL
PI
16 N.P. 16 N.P. 22 4 28 9 36 15 26 2 67 40 N.P. -
Curva de saturación, S = 100 %
1.8
ρs = 2.65 Ton/m 3
4 5
1.7
6
1.6
7
8 5
10
15
20
25
Contenido de húmedad, w (%) 4.6
ENSAYO DE PROCTOR.4.6.1 Prueba Proctor estándar
Esta prueba de compactación Proctor estándar, está elaborada en base a ASTM D-698 (ASTM, 1982) y AASHTO T-99 (AASHTO, 1982). En esta prueba el suelo es compactado en un molde que tenga un volumen de 943.3 cm3 (1/30 ft3). El diámetro del molde es de 101.6 mm (4 plg) y 116.43 mm (4.584 plg) de altura, provisto de una extensión desmontable de igual diámetro y 50 mm (2 in) de altura.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS
Diametro 114.3 mm (4.5 plg)
Extensión
Diametro 101.6 mm (4 plg)
Caída = 304.8 mm (12 plg)
116.43 mm (4.584 plg) Peso del pisón = 2.5 kg (masa = 5.5 lb)
(a) 50.8 mm (2 plg)
(b) Equipo para la prueba Proctor estándar (a) molde, (b) pisón, (Das, 1998). Durante la prueba de laboratorio, el molde puede fijarse a una base metálica con tornillos de mariposa.
El suelo se mezcla con cantidades de agua que varían y después es compactado en tres capas iguales por un pisón (que aplica 25 golpes a cada capa. El pisón pesa 2.5 kg (5.5 lb) y tiene una caída de 304.8 mm (12 plg).
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS
Compactación de un suelo, usando el pisón Proctor estándar. 4.6.2 Prueba o Ensayo de Proctor Modificado.Debido al rápido desarrollo en los equipos de compactación de campo, la energía de compactación en la prueba Proctor estándar empezó a no lograr representar en forma adecuada las compactaciones mayores que podían lograrse con dicho nuevo equipo. Esto condujo a una modificación en la prueba, aumentando la energía de compactación, de modo que conservando el número de golpes por capa se elevo el número de capas de 3 a 5, aumentando al mismo tiempo el peso del pisón y la altura de caída del mismo, siendo el molde es el mismo que el de la prueba estándar. Esta nueva versión revisada se la llama normalmente como la prueba Proctor modificado (ASTM D-1557 y AASHTO T-180). A continuación se describirán todas sus especificaciones y procedimiento de compactación. La prueba Proctor modificado es la más utilizada para la compactación en laboratorio, teniendo tres variantes en el método, que varían en función del porcentaje de tamaño de partículas presentes en la muestra de suelo. Debido a esto es que se explicara en forma más detallada el procedimiento de compactación, además de todas sus especificaciones basándose en la ASTM D1557-00.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS La prueba Proctor modificado al igual que la Proctor estándar se utiliza para determinar el peso específico seco máximo y el contenido de humedad óptimo. Este ensayo se aplica solamente a suelos con menos del 30 % en peso de partículas retenidas en el tamiz de 19 mm. Para conducir la prueba Proctor modificado, se utiliza el mismo molde con un volumen de 2092 cm3 como en el caso de la prueba Proctor estándar. Sin embargo, el suelo es compactado en cinco capas por un pisón que pesa 4.54 ± 0.01 kg, la caída del pisón es 457.2 ± 1.6 mm, la cara de golpe del pisón tiene un diámetro de 50.8 ± 0.25 mm. El pisón debe ser reemplazado cuando el diámetro de la cara de golpe es desgastado o expandido en 12 mm. El número de golpes del pisón para cada capa se conserva en 56 no como en el caso de la prueba Proctor estándar. El pisón debe estar equipado con un tubo que le permita desplazarse en la caída con facilidad, el tubo debe tener al menos cuatro agujeros en cada extremo espaciados 90º entre sí, el diámetro mínimo de estos agujeros es de 9.5 mm . EQUIPO DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO. Molde de compactación de 4 plg de diámetro Molde de compactación de 6 plg de diámetro Martillo Pistón Compactador modificado Regla de 30cm.
Debido a que aumenta la energía de compactación, los resultados de la prueba Proctor modificado aumentan en el peso específico seco máximo del suelo. El aumento en el peso específico seco máximo es acompañado por una disminución del contenido de humedad óptimo. Las tres variantes en el método de compactación Proctor modificado, varían en algunas especificaciones que se resumen en la tabla que se presenta a continuación.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS TABLA DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA PRUEBA DE COMPACTACIÓN PROCTOR SEGÚN LAS ESPECIFICACIONES ASTM. Características Molde:
3
- Volumen [cm ] - Diámetro [mm] Pisón - Masa [kg] -Altura de caída [mm] Número de capas de compactación Número de golpes por capa Energía de compactación [kN×m/m3] Suelo a usarse - Pasa el tamiz Criterio de selección: - Porcentaje retenido en el tamiz Nº 4 - Porcentaje retenido en el tamiz 3/8 plg. - Porcentaje retenido en el tamiz 3/4 plg.
A 944 101.6 4.54 457 5 25 2700 Nº 4
Método B 944 101.6 4.54 457 5 25 2700 3/8 plg
< 20 %
> 20 % < 20 %
C 2124 152.4 4.54 457 5 56 2700 ¾ plg
> 20 % < 30 %
El método de compactación se elige en función del porcentaje de tamaño de partículas presentes en la muestra de suelo. Para la selección del método de compactación el suelo debe ser tamizado a través de los tamices ¾ plg, 3/8 plg y Nº4. a.-Método A utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz Nº 4. Es aplicado a suelos con un porcentaje menor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4. b.- Método B utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/8 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4 y con un valor menor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg. c.-Método C utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/4 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg y con un valor menor al 30 % del material retenido en el tamiz 3/4 plg.
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________________________________________________MECANICA DE SUELOS CURVAS DE COMPACTACION PARA LOS ENSAYOS DE PROCTOR ESTANDART Y MODIFICADO
Densidad seca,
(B )P ro c to r M o d ific a d o
P ro c to r 120 L ín e a d e sa tu ra c ió n
1 .8
1 .7
110
105 (A P) ro c to r e stá n d a r
1 .6 0
A.-
115 Densidad seca,
ρ d (Mg/m
L ín e a d e o p tim id a d
1 .9
ρ d (lb/ft 3 )
125 G ra d o d6e0 % 8 0 % 1 0 0 %p a raρ s = 2 .7 0 M g3 /m s a tu ra c ió n
3)
2 .0
5
10 15 20 C o n te n id o d e h ú m w(% e d a d) ,
100 25
Procedimiento.Inicialmente el método de compactación estándar modificado ha sido creado como una forma de sustitución al método de compactación estándar que antes era empleado para el análisis de suelos para carreteras que consideraban el largo de los camiones de 4 a 6 metros y tenían una capacidad máxima de carga de 150 quintales. En la actualidad las carreteras son diseñadas para soportar un peso mayor dimensión de los camiones de alto tonelaje con un largo de 24 metros y una capacidad de carga de 40 toneladas, esto requiere de un nuevo dimensionamiento de la compactación como es ahora el método de compactación estándar modificado. EL ensayo de Proctor (T – 180) normalmente es realizado para carreteras, donde la granulometría es de suelos finos y para las sub-rasantes, es el método más exigente porque trabaja con los dos moldes con el pisón de 10 libras de peso y de acuerdo a norma se debe separar la muestra en cinco capas y cada capa debe tener 56 golpes con el pisón en el proceso de compactación con un suelo con contenido de humedad de 3 a 7 %. 1.-
Se extrae calicatas de la carretera de una excavación de 1m x 1, por estratos y se procede al cuarteo del acopio de terraplén.
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2.-
Posteriormente se separa con el tamiz de 3/4 de pulgada para compensar el tamaño del material granular, porque el molde de 6 pulgadas no entra y ocupa mucho campo.
3.Se humedece la muestra inicialmente con 100 mililitros de agua del tubo de ensayo probeta. 4.-
Se procede a realizar la mezcla se mezcla con los guantes de látex del material granular con el agua hasta que este homogéneo.
5.-
Se introduce una capa de 2 a 3 cms. de material granular en el molde de 12 pulgadas y se procede a realizar los golpes con el pisón o martillo de de 10 libras de peso y de 18 pulgadas de largo contando 56 golpes.
6.-
Seguidamente se añade otra capa de 2 a 3 cms. de material granular y de igual forma se procede a realizar los 56 golpes con el pisón.
7.-
Este procedimiento se repite hasta completar las cinco capas de material granular compactado y este Ensayo es el número uno, se requiere de cinco ensayos con el mismo pisón, en la que haciendo cálculos aproximados todo el proceso requiere de 1400 golpes con el pisón de 10 libras de peso, y de acuerdo al dato proporcionado todo el ensayo cuesta 200 Bs.
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8.-
Una vez que se ha realizado toda la compactación con el pisón con la regla metálica biselada se realiza el enrrastre.
9.-
Se pesa el molde con la muestra compactada, seguidamente se desmolda (se saca el material compactado) y se extrae una muestra del contenido de humedad y se lleva al horno, hasta que su humedad desaparezca o sea secado, luego se pesa la muestra en seco y obtenemos su peso y con estos datos podemos calcular la cantidad o porcentaje de agua.
10.-
Posteriormente a la muestra del cuarteo se humedece con otros 100 mililitros de agua, se mezcla con los guantes de látex y se emplea el pisón pequeño de 5,5 libras de peso y se realiza todo el procedimiento anteriormente indicado.
11.-
Se procede a realizar los cálculos de: a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k. l.
12.-
Peso del suelo + el molde de 12” en (grs). Peso del Molde de 12” en (grs). Volumen del molde en (cm3). Peso del suelo en (grs). Densidad Húmeda (grs/ cm3). La Capsula empleada El peso de la capsula + el peso del suelo húmedo en (grs). El peso de la capsula + el peso del suelo seco en (grs). El peso del agua en (grs). El peso del suelo seco en (grs). El contenido de humedad en (%). La densidad seca en (grs/ cm3).
Con estos datos calculados se procede a realizar la grafica de la curva de compactación, obteniendo la densidad máxima seca que es dado en (grs/ cm3) y el contenido optimo de humedad en (%).
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ENSAYO DE PROCTOR ( T - 180 ) AASHTO T-180- D MOLDE Nº 1 ENERGIA MODIFICADA DE COMPACTACION PUNT O1 56 GOLPES POR CAPA - 5 CAPAS Peso del suelo + el molde de 12” en (grs). 11330 Peso del Molde de 12” en (grs). 6748 Volumen del molde en (cm3). 2092 Peso del suelo en (grs). 4582 3 Densidad Húmeda (grs/ cm ). 2,190 La Capsula empleada H-9 El peso de la capsula + el peso del suelo húmedo en (grs). 315,7 El peso de la capsula + el peso del suelo seco en (grs). 307,9 Peso de la Capsula (grs). 45,5 El peso del agua en (grs). 7,8 El peso del suelo seco en (grs). 262,4 El contenido de humedad en (%). 2,97 3 La densidad seca en (grs/ cm ). 2,127
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PUNT O2 11722 6748 2092 4974 2,378 H-2 329,5 315,9 45,9 13,6 270 5,04 2,264
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PUNT O3 11827 6748 2092 5079 2,428 H - 13 332,2 314,1 44,4 18,1 269,7 6,71 2,275
PUNT O4 11705 6748 2092 4974 2,378 H - 12 460,7 429,2 44,6 31,5 384,6 8,19 2,198
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