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TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Expositor: M Eng. Miguel A. Díaz Pardavémiguel.fic2005@gmail.com
mdiaz@zergeosystemperu.com
Proceso mecánico por el cual se busca mejorar
las características mecanicas de resistencia,
compresibilidad y esfuerzo-deformación de los
suelos.
Objetivos de la compactación
Que el suelo mantenga un comportamiento adecuado durante la
vida útil de la obra:
•Resistencia.- aumento de la densidad
•Compresibilidad.- disminución de la relación de vacios
•Permeabilidad.- disminución de la permeabilidad
•Adecuada relación esfuerzo-deformación.- resistencia al
corte
Factores que depende la compactación
•Tipo de suelo
•Dsitribución granulométrica
•Forma de partículas.
•Energia de compactación
•Contenido de humedad
Se obtienen resultados diferentes, tanto en la estructura como en
las propiedades
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y
MODIFICADA
El primer método en el sentido de la técnica actual es debido a
R.R. Proctor (1933) 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 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).
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 seco y del contenido
de agua, alcanzando un valor máximo.
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.
MÈTODO % ACUM RETENIDO EN LA Nº 4
% ACUM RETENIDO EN LA 3/8”
% ACUM RETENIDO EN LA ¾”
MATERIAL A USAR
A ≤20% - - PASA Nº4
B >20% ≤20% - PASA 3/8”
C - >20% ≤20% PASA ¾”
DETERMINACIÒN DEL MÈTODO
ASTM 1557 PROCTOR MODIFICADO
-Aplicable a material con 30% máximo retenido en tamiz ¾”.
-Si el material tiene 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 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.
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.
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 el tiempo
de reposo.
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).
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.
CURVAS TÍPICAS DE
COMPACTACIÓN PARA
SUELOS DIFERENTES
Curvas de
Compactación
Proctor Estándar y
Modificada para un
limo arcilloso
(método A).
VARIACIÓN CON ENERGIA DE COMPACTACIÓN
Rango aproximado de OCH vs Tipo de Suelo
Tipo de Suelo Valor probable (%) OCH Ensayo Proctor
Modificado
Grava tipo afirmado 4 – 8
Arena 6 – 10
Arean limosa 8 – 12
Limo 11 – 15
Arcilla 13 - 21
CÁLCULOS
Calcular la densidad húmeda del material con la ecuación (1) y la
densidad seca con la ecuación (2), y con la ecuación (2) el peso
volumétrico seco
La compactación de suelos se aplica en toda obra de
terraplenado, para mejorar su estabilidad.
1.- Conformación de rellenos controlados.
2.- Para apoyo a una estructura.
3.- Como sub – base para carreteras y ferrocarriles o
aeropuertos.
4.- Diques o presas de tierra.
TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS
California Bearing Ratio (CBR) – ASTM 1883
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Expositor: M. Eng Miguel A. Díaz PardavéMiguel.fic2005@gmail.com
mdiaz@zergeosyetemperu.com
Este método fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. E.
Stanton y O. J. Porter del departamento de carreteras de
California. Desde esa fecha tanto en Europa como en América, el
método CBR se ha generalizado y es una forma de clasificación de
un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base
en la construcción de carreteras.
Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los
Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la
construcción de aeropuertos.
Se emplea en diseño de pavimentos y para evaluar la resistencia
al corte de materiales que conforman las capas de un pavimento
Se emplea una terminología:
Es un Índice de Resistencia al esfuerzo cortante en condiciones
determinadas de compactación y contenido de agua. Se expresa
como el porcentaje de la carga necesaria para introducir un pistón
de sección circular en una muestra de suelo (Crespo).
El CBR, está definiendo como el esfuerzo requerido para que un
pistón normalizado penetre en el suelo a una profundidad
determinada, comparado con el esfuerzo requerido para que el
pistón penetre hasta esa misma profundidad en una muestra
patrón consistente en piedra chancada
𝐶𝐵𝑅 =𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑠𝑎𝑦𝑜
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑡𝑟ó𝑛𝑥100%
Proctor Estándar ASTM D 698
A B C
Peso martillo (lb) 5.5 5.5 5.5
Diám. molde (pulg) 4 4 6
No. de capas 3 3 3
No. golpes/capa 25 25 56
Proctor Modificado ASTM D 1557
A B C
Peso martillo (lb) 10 10 10
Diám. molde (pulg) 4 4 6
No. de capas 5 5 5
No. golpes/capa 25 25 56
Las especificaciones establecen que los materiales de préstamo
para :
Sub base deben tener expansiones <2%
Base deben tener expansiones <1%
Como dato informativo observar el hinchamiento versus el CBR:
Suelo con hinchamiento 3% o más, generalmente tienen CBR <9%
Suelo con hinchamiento 2% como máximo tienen CBR <15%
Suelos con hinchamiento menor 1% tiene generalmente CBR <30%