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%