Ensayo de Compactacion

Mecnica de Suelos Universidad Nacional de Trujillo

1. RESUMENSe muestra los resultados de las pruebas de laboratorio sobre la preparacin de muestras y ensayo de compactacin: Proctor modificado. Se definen conceptos bsicos sobre la cual se utilizar para cada mtodo. Utilizndose la norma ASTM D-698 y ASTM D-1557 en cuanto a procedimientos y materiales.Se tuvo una sola muestra de material a la cual se le agregaba cantidades conocidas de agua al espcimen, y luego se compacto segn el mtodo de ensayo de Proctor modificado.Se construy la curva de compactacin de la muestra de suelos estudiado, extrada de la zona de Tablazos-Huanchaco, la cual se obtuvo que el contendido ptimo de humedad es el 9.8%, correspondindole un peso especfico seco mximo de 2.23 g/cm3. 2. OBJETIVOS

Determinar el Contenido de humedad ptimo (OCH) y el peso especfico seco mximo (MDS) de una muestra de suelo con la prueba del proctor modificado.

Obtener la curva de compactacin de la muestra de suelo en el laboratorio de los pesos especficos secos contra el contenido de humedad.

Establecer la importancia del mtodo de compactacin como medio para aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de los suelos.

3. MARCO TEORICOENSAYO DE COMPACTACIN DE SUELOS CON PROCTOR MODIFICADO1.1. GENERALIDADESSe entiende por compactacin la aplicacin mecnica de cierta energa, o cantidad de trabajo por unidad de volumen, para lograr una reduccin de los espacios entre las partculas slidas de un suelo, con el objeto de mejorar sus caractersticas mecnicas. Al obtenerse un mejor acomodo de las partculas slidas y la expulsin de aire que contiene el suelo, se produce un aumento de su peso volumtrico o especfico.

Fig. 1 Prctor estndar y modifcadoFuente: testing and specifications of Aggregates and Soils. PRIA asphalt Tecnologies INC.

Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a su contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energa de compactacin, su peso volumtrico va aumentando, propiciado por la accin lubricante del agua, hasta que llega un momento en el que el peso volumtrico del material seco, calculado a partir del peso volumtrico del material hmedo y de la humedad, alcanza un valor mximo.

1.2. DENSIDAD SECA MXIMA Y HUMEDAD PTIMA: La reduccin de porosidad y el incremento de la humedad, conducen a un estado lmite en el que se forma una red continua de agua. Ms all de cierto contenido de humedad, el agua comienza a tener una continuidad que cierra los poros comunicados. Como consecuencia el aire queda encerrado en forma de burbujas aisladas. stas son retenidas en cada poro y no es posible lograr una mayor densificacin en el suelo para un mismo trabajo mecnico. A partir de este estado, surge un neto cambio de propiedades por la existencia de un componente perfectamente elstico (aire ocluido). Su presencia implica que la permeabilidad al aire tienda a valores mnimos, dado que las burbujas solo pueden drenar junto con el agua o bien deslizndose dentro del conjunto.

1.3. GRFICA DE LA RELACION DENSIDAD SECA - HUMEDADLa representacin grfica de la relacin densidad seca humedad, da lugar a lo que habitualmente se denomina curva de compactacin o curva Proctor. La primer parte ascendente se denomina rama seca. El punto mximo superior es un punto singular, del cual se obtiene el valor de la densidad seca mxima y la humedad ptima. La parte descendente se conoce como rama hmeda.

Fig. 2 Grfica de Humedad vs DensidadFuente: Compactacin de Suelos y Materiales Estabilizados. Ao 2002. Ing. Jorge A. PramoPara un mismo suelo compactado con diferentes energas de compactacin, los puntos correspondientes a las densidades mximas, se ordenan sobre una lnea marcadamente paralela a la curva de saturacin. Adems sus respectivas ramas hmedas, exhiben una considerable coincidencia y paralelismo con la curva de saturacin. La Fig. 3 muestra las curvas de compactacin para dos energas diferentes. A mayor trabajo mecnico de compactacin, se obtiene una mayor densidad seca mxima y una menor humedad ptima.Dicho alineamiento tiene marcado paralelismo con la curva de saturacin y contiene entre 4 y 6 % de aire. Ambas caractersticas responden al fenmeno fsico de oclusin de aire, el que mantiene aproximadamente el mismo volumen independientemente de la energa exterior aplicada. El grado de saturacin de los suelos en las lneas de ptimos, se mantiene en un mbito restringido. Para los suelos granulares graduados el grado de saturacin es del orden de 0,73, en los cohesivos del orden de 0,83 y algo mayor para los suelos netamente arcillosos.

Fig. 3 Grfica Humedad vs Densidad seca para diferentes energasFuente: Compactacin de Suelos y Materiales Estabilizados. Ao 2002. Ing. Jorge A. Pramo

1.4. Curvas Tpicas para Diferentes Tipos de SuelosLas curvas tpicas de compactacin para diferentes tipos de suelos, se muestran en la Fig. 4. Puede apreciarse que para suelos con granulometra bien graduada, los valores de densidad mxima son elevados y las humedades ptimas relativamente bajas.

Fig. 4 Caracterstica y plasticidad de los suelosFuente: Compactacin de Suelos y Materiales Estabilizados. Ao 2002. Ing. Jorge A. Pramo

En los suelos finos, las densidades secas mximas son tanto ms elevadas cuando mejor graduada es su granulometra, sin exceso de arcilla. Las arenas limosas son en general las que dan densidades secas ms elevadas, las arcillas puras por el contrario dan densidades secas relativamente bajas, con humedades ptimas ms elevadas.En el caso de las arenas uniformes (curva 8), se obtienen densidades bajas y se evidencia una curva ms achatada. Es el caso de las arenas del ro Paran por ejemplo, donde la diferencia de densidades entre el estado ms suelto y el ms denso es muy estrecha. Las curvas Proctor de arcillas son con mucha frecuencia ms aplastadas que las curvas de arenas y limos arenosos.Tomando en cuenta la forma de aplicar la energa al material, las pruebas de compactacin que generalmente se emplean son de los siguientes tipos:a) Por impactos. produce una onda de presin que se propaga hacia abajo produciendo movimiento relativos entre partculas. Se alcanza un esfuerzo mayor que el correspondiente al peso esttico. Como son las pruebas de: Compactacin dinmica AASHTO estndar, Proctor SOP, AASHTO modificada de 3 y 5 capas y los Mtodos de California y de Texas.

Fig. 5 Especificaciones para el ensaye Prctor ModificadoFuente: ASTM 1557-91b) Por carga esttica. Produce bajo la carga circulante tensiones con predominio de la componente vertical. Como es la prueba de compactacin Porter.c) Por amasado. Produce esfuerzos en dos sentidos, vertical y horizontal, obligando al material a deformarse en ms de una direccin. Como es el caso del mtodo de compactacin de Hveem.d) Por vibracin. Produce una rpida sucesin de impactos y, por lo tanto de ondas de presin que se propagan en profundidad. Como es el mtodo de compactacin en que se utiliza una mesa vibratoria.

Fig. 6 Tipos de CompactacinFuente: Compactacin de Suelos y Materiales Estabilizados. Ao 2002. Ing. Jorge A. Pramo

Fig. 7 Caracterstica de los ensayos de compactacin dinmicaFuente: Compactacin de Suelos y Materiales Estabilizados. Ao 2002. Ing. Jorge A. Pramo

Los ensayos de compactacin indicados en la tabla, corresponden a la normativa AASHTO y los nmeros romanos, a las variantes de tamao de molde establecidos por la Direccin Nacional de Vialidad. La siguiente tabla muestra las caractersticas de diferentes de ensayos de compactacin normalizados y otros alternativos de aplicacin especial.4. MATERIALES E INSTRUMENTOS4.1. MATERIALES

Fig. 09: Recipiente Fuente: PropiaFig. 08: AguaFuente: Propia

Fig. 11: CucharonFuente: PropiaFig. 10: Suelo de HuanchacoFuente: Propia

Fig. 12: Tamiz N 4Fuente: Propia

Fig. 13: Recipiente metlicoFuente: Propia

4.2. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

Fig. 15: Martillo CompactadorFuente: PropiaFig. 14: ProctorFuente: Propia

Fig. 16: VernierFuente: PropiaPrecisin: 1mm

Fig. 17: Balanza DigitalFuente: PropiaPrecisin: 0.01g

Fig. 18: Horno ElctricoFuente: Propia

5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Una vez tamizada la muestra (tamiz #4) necesaria para cubrir todo el volumen del prctor, se procedi a humedecerla de forma homognea, a proporciones de agua diferentes.

Fig. 19 y 20: Muestra tamizada y humedecida.Fuente: Propia

Se coloc la muestra dentro del prctor, seguidamente una placa cilndrica de acero para luego compactar 56 veces (por capa) con el martillo de prueba de compactacin estndar. Todo en un total de 5 capas hasta llenar el prctor hasta la corona.

Fig. 21 y 22: Compactacin con el martillo y muestra compactada en el prctorFuente: Propia

Se procedi a retirar la muestra sobresaliente del cuerpo del prctor, tomndose dos muestras de la muestra compactada resultante, una de la parte superior del prctor y otra de la inferior, y se pesaron.

Fig. 23 y 24: Toma de muestras y el peso de las mismas.Fuente: Propia

Las muestras tomadas se colocaron en el horno a 110C durante 24 horas aproximadamente para obtener as el peso de la muestra seca.

Fig. 25: Secado de muestraFuente: Propia

Se realizaron los clculos correspondientes para obtener el porcentaje de humedad de la muestra en promedio y el peso especfico de la muestra seca, obteniendo un punto en la grfica %w vs peso especfico seco.

Se realiza lo mismo tantas veces como puntos se deseen en la grfica, y as obtener el porcentaje de humedad ptimo.

6. ANALISIS DE DATOS

Formulas usadas:

Dnde:

Datos obtenidos con el Proctor en un total de cuatro ensayos

PROCTOR N1

PESO PROCTOR VACIO7730 g

PESO PROCTOR + MUESTRA14030 g

VOLUMEN DEL PROCTOR2827.43 m3

Gs2.66

m2.23 g/cm3

TARA 1TARA 2PROMEDIO

PESO RECIPIENTE43.13 g44.22 g

PESO RECIPIENTE + MUESTRA HUMEDA82.38 g96.90 g

PESO RECIPIENTE + MUESTRA SECA80.63 g95.77 g

HUMEDAD (%)4.672.193.23

d2.16 g/cm3

sat2.45 g/cm3

PROCTOR N2




Gs2.66

m2.17 g/cm3





HUMEDAD (%)19.092.1411.55

d1.95 g/cm3

sat2.03 g/cm3

PROCTOR N3




Gs2.66

m2.25 g/cm3





HUMEDAD (%)5.395.245.32

d2.14 g/cm3

sat2.33 g/cm3

PROCTOR N4




Gs2.66

m2.25 g/cm3





HUMEDAD (%)11.868.8310.24

d2.22 g/cm3

sat2.09 g/cm3

7. RESULTADOS

%HUMEDADDensidad Seca

3.232.16

5.322.14

10.242.22

11.551.95

Tabla N 01: Relacin de la Humedad con la Densidad Seca de la muestra de suelo de Huanchaco

Fig. 26: Resultados de la prueba de compactacin Proctor Estndar del Suelo de Tablazos- Huanchaco

La Mxima Densidad Seca es: 2.23 g/cm3 Optimo contenido de Humedad: 9.8 %

8. DISCUSION DE RESULTADOS

Se siguieron los establecimientos dados para el ensayo de Proctor Modificado, compactando en 5 capas y son 56 golpes para cada una.

Despus de haber realizado todos los clculos pertinentes para la obtencin del peso especfico seco y el contenido de agua optimo, se obtuvo que para un porcentaje de humedad del 3.23 % una densidad seca del 2.16; para un porcentaje de humedad del 5.32 % una densidad seca del 2.14; para un porcentaje de humedad del 10.24 % una densidad seca de 2.22 y para un porcentaje de humedad del 11.55 % una densidad seca de 1.9516.

Al graficar estos resultados se obtuvieron que la mxima densidad seca es de 2.16 para un porcentaje de humedad del 9.8%. Con lo cual si el contenido de humedad est por debajo del 9.8 %, el suelo ser rgido y difcil de comprimir, originando densidades bajas y contenidos de aire elevados. En cambio si el contenido de humedad est por encima del ptimo, el contenido de aire se mantiene pero aumenta la humedad produciendo la disminucin de la densidad seca.

La grafica resultante se acerca a la forma de Uno y medio picos o tambin denominada Tipo B, caracterstico de los suelos que tienen un Lmite Liquido menor a aproximadamente 30.

9. CONCLUSIONES

El Contenido de humedad ptimo para la muestra de suelo es de 9.8%; y El peso especfico seco mximo para la muestra de suelo es de 2.23 g/cm3. Esta curva de compactacin; humedad-peso especfico, representa la variacin de los pesos especficos secos alcanzados por una muestra de suelo que se ha compactado en el laboratorio en dependencia a la variacin de los contenidos de humedad de la misma. Cuando se trabaja con una humedad mayor que la obtenida, la compactacin se vera afectada y mientras ms se desee compactar esto no ser posible porque el ndice de vaco presente en este suelo estar saturado de agua lo que provocara que las partculas de suelo no se puedan juntar ms, provocando una compactacin ineficiente. El contenido de humedad optima es un valor que nos sirve como gua para ver en el campo cuanto de agua se le debe agregar al suelo a compactar.

10. BIBLIOGRAFIA

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