Laboratorio de mecánica de suelos aplicada

Ensayo Proctor Estándar

Carolina Parra OrozcoViviana Arbeláez García

Laura Alzate SánchezJorge Alberto Amador Gómez

Wilmar A Valles

Universidad EafitIngeniería Civil

Medellín2014

ENSAYO PROCTOR MODIFICADO

MARCO TEÓRICORealizar un ensayo de Proctor es necesario puesto que las estructuras requieren soportes estables y firmes, lo que implica que estén bien compactados; esta variable puede medirse a partir de la obtención de la densidad máxima que puede alcanzar un material y el contenido de humedad necesario para que esto ocurra.El ensayo se describe en el libro Fundamentos de Ingeniería Geotécnica de Braja M. Das:

“El diámetro del molde es de 101.6 mm. Durante la prueba de laboratorio, el molde se une a una placa de base en el fondo y a una extensión en la parte superior. El suelo se mezcla con cantidades variables de agua y luego se compacta en tres capas iguales por medio de un pisón que transmite 25 golpes a cada capa. El pisón pesa 24.4 N y tiene una altura de caída de 304.8 mm. Para cada prueba, el peso específico húmedo de compactación se calcula como:γ

γ= WV (m )

Dónde:W= peso del suelo compactado en el molde

V (m )=¿ Volumen del molde

Para cada prueba, el contenido de agua del suelo compactado se determina en el laboratorio. Con un

contenido de agua conocido, el peso específico seco γd se calcula con la ecuación:

γd=γ

1+w (%)100

Donde w (%)= porcentaje de contenido de agua.

Los valores de γd determinados con la anterior se grafican contra los correspondientes contenidos de

agua para obtener el peso específico seco máximo y el contenido de agua óptimo para el suelo. “

NORMATIVIDAD

- INV E – 125 -07. Determinación del límite líquido de los suelos.- INV E – 126 -07. Límite plástico e índice de plasticidad de suelos.- AASHTO T 99 – 01- ASTM D 698 – 00- Para la realización del ensayo Proctor modificado se emplea la norma INV E-141-07

“Relaciones de humedad – Masa unitaria seca en los suelos (Ensayo normal de compactación)”, en dicha norma se registran los procesos, el equipo y el contenido del informe para el ensayo, sin embargo, no se indican valores para aceptar o no los resultados.

Dicho ensayo se realiza por el Método A indicado en la norma: “Método A – Un molde de diámetro 101.6 mm (4"): material de un suelo que pasa el tamiz de 4.75 mm (No.4) (Secciones 3 y 4).

La muestra debe cumplir:- Se tamiza una cantidad adecuada de suelo pulverizado representativo sobre el tamiz de 4.75

mm (No.4). Si lo hubiere, se descarta el material grueso retenido sobre dicho tamiz.- Se escoge una muestra representativa del suelo preparado, con una masa aproximada de 3 kg

(7 lb) o más.”

De la norma se toman los siguientes párrafos:

12.1 Los cálculos se deberán efectuar para determinar la humedad y la correspondiente masa unitaria seca de las muestras de suelo compactadas en Kg./m³ (lb/pie³). Las masas unitarias secas se dibujan como ordenadas y las humedades correspondientes como abscisas.

12.2 Humedad óptima – Cuando la masa unitaria y las correspondientes humedades para el suelo han sido determinadas y dibujadas para conformar una curva, el contenido de humedad que corresponda al pico de la curva, se llamará “humedad óptima” del suelo bajo la compactación mencionada atrás.

12.3 Masa unitaria seca máxima – La masa unitaria del suelo secado al horno en Kg/m³, correspondiente al contenido óptimo de humedad, bajo la compactación mencionada arriba, se llamará “masa unitario seca máxima”.

FÓRMULAS EMPLEADAS

Las fórmulas necesarias para elaborar el ensayo son:

Para hallar el contenido de humedad

w (%)=Peso tara+suelo húmedo (g )−Peso tara+suelo seco (g)

Peso tara+suelo seco (g )−Peso tara(g)x 100

Para hallar el peso específico húmedo

γh(g

cm3 )=Pesodel suelo compactado(g)

Volumendelmolde (cm3)x 100

Para hallar el peso específico seco

γd (g

cm3 )=Pesoespecífico húmedo(g)

1+Contenido dehumedad100

x 100

γd=γh

1+ w100

x100

MEMORIAS DE CÁLCULO

Se toman muestras para realizar los siguientes ensayos:

- Humedad del pasante por el tamiz N°200

Pasante N°200Peso suelo seco con pasa N°200 = 244.46 gPeso suelo seco sin pasa N°200= 200.90 gPeso del material pasa N°200= 43.56 g

Porcentaje dematerial pasa N° 200= 43.56244,46

x100=17,82%

- Límite líquido

El límite líquido se calcula según la norma como:“El Límite Líquido también puede ser calcula do utilizando el método del factor corrector K (Tabla 1) el cual usa el contenido de humedad de la muestra del punto considerado para el cálculo, multiplicado por el factor k correspondiente al número de golpes requeridos para el segundo cierre de la ranura.

¿=W N x ( N25 )

0.121

Dónde:N = número de golpes para que se cierre la ranura;WN = contenido de agua para el punto realizado que requirió N golpes para cerrar la ranura, y

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3Peso muestra + Tara 53.15 g 33.35 g 64.94 gPeso muestra seca + Tara 49.02 g 30.91 g 61.46 gPeso Tara 34.63 g 25.35 g 50.06 gNúmero golpes 18 33 28Contenido de Humedad 28,7% 43,9% 30,5%Límite Líquido 27,6% 45,4% 30,9%

Por tanto, en promedio, el límite líquido es igual a 34,6%

- Límite plástico

Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3Peso muestra + Tara 22.34 g 23.46 g 50.39 gPeso muestra seca + Tara 22.16 g 23.31 g 50.10 gPeso Tara 21.48 g 22.64 g 48.99 gContenido de Humedad 26.5 % 22.4% 26.1%

En promedio, el límite plástico es igual a 25%

En la realización del ensayo se usó un molde con las siguientes características:

MOLDE 1 PESO 1583,60 g

VOLUMEN 935,932 cm3

ALTURA 11,604 cm

AREA 80,654 cm2

Los datos obtenidos durante el ensayo se consignan a continuación:

PROCTOR MODIFICADO

Punto 1 Punto 2 Punto 3 Punto 4Número de golpes 25 25 25 25Número de capas 3 3 3 3Agua adicional (cm³) 0 50 100 200Peso muestra húmeda + molde (g) 7410 7601 7758 7613Peso del molde (g) 1583,60 1583,60 1583,60 1583,60Peso muestra húmeda (g) 4808,1 4999,1 5176,3 5031,3Peso recipiente + suelo húmedo (g) 607 377 466,4 529,5Peso recipiente + suelo seco (g) 557,9 366,3 419,8 470,2Peso recipiente (g) 153 133,1 116,49 168,4Humedad (%) 12,1 4,59 15,4 19,6Volumen del molde (cm³) 935,932 935,932 935,932 935,932Peso específico húmedo (g/cm³) 2,275 2,365 2,450 2,381Peso específico seco (g/cm³) 2,203 2,262 2,297 2,194

Para el punto 1 se tiene:

Humedad (%)

w (%)=W tara+suelo húmedo (g )−W tara+ suelo seco (g )

W tara+suelo seco (g )−W Tara ( g )x100

w (%)=607 g−557,9g557,9 g−153g

x100

12,1

Peso específico húmedo (g/cm³)

γh=Pesodel suelo compactado (g )

Volumendelmolde (cm3 )x 100

¿ 4808,1g2113 ,46cm3 x100

2,275

Peso específico seco (g/cm³)γd=

γh

1+ w100

x100= 2.275

1+ 3.25100

x1002,203

http://www.slideshare.net/hugogradiz/proctor-estandarhttp://www.vivienda.gob.pe/dnc/archivos/Estudios_Normalizacion/Normalizacion/normas/NORMACE020.pdf

http://www.univo.edu.sv:8081/tesis/007860/007860_Cap4.pdf

Cuadro Resumen PUNTO 1 PUNTO 2 PUNTO 3 PUNTO 4

Agua adicional - 50 g 100 g 200 gHumedad 12.1 % 15.4% 19.6%Peso Unitario seco MáximoEntre 1,4 y 2,04 Arena limosa

GRÁFICAS CON TÍTULOS Y EJES

Con los datos obtenidos se procede a realizar la curva de compactación.

Gráfico 1

2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.002.14

2.16

2.18

2.2

2.22

2.24

2.26

2.28

2.3

2.32

f(x) = − 0.0140326577088109 x² + 0.165194283357924 x + 1.81010290852349

Contenido de humedad versus Peso específico seco para ensayo Proctor Modi-ficado

Curva de Compactación

Polynomial (Curva de Compactación)

Contenido de Humedad (%)

Peso

esp

ecífi

co se

co m

áx (g

/cm

³)

La ecuación de que más se ajusta a la curva es y = -0,014x2 + 0,1652x + 1,8101, para conocer el máximo valor del contenido de humedad será necesario aplicar el criterio de máximos y mínimos, derivando e igualando a cero (0).

y = -0,014x2 + 0,1652x + 1,8101 Ecuación de la curva de compactación.y’ = -0,028x + 0,1652 Primera derivada de la ecuación.0 = -0,028x + 0,1652 Se iguala a cero para encontrar el máximo valor de XX = 5.9 (%) Humedad óptima

Con el valor de la máxima humedad conocido, se procede a encontrar el valor máximo de peso específico seco que alcanzará el suelo, reemplazando en la ecuación.

y = -0,014x2 + 0,1652x + 1,8101 Ecuación de la curva de compactacióny = -0,014(5.9)2 + 0,1652(5.9) + 1,8101y = 2.2974 g/cm3 Peso específico seco máximo ANÁLISIS DE RESULTADOS Según el gráfico 1, los resultados obtenidos en el ensayo son:

wopt=5,9%

γd max=2,2974g

cm3=2297,4kgm3

De esta manera, es posible saber que la máxima densidad seca que alcanzará el suelo de estudio, al compactarlo, será 2.297 g/cm3 siempre y cuando se garantice un contenido de humedad del 5,9 %.Este valor obtenido es clave para determinar el grado de compactación de suelo, es decir, se debe hacer un ensayo para determinar la densidad en campo y al compararla con el valor obtenido anteriormente, es posible saber si se alcanzó o no la máxima compacidad del material. Actualmente, en la mayoría de las obras se exige un 100% del Proctor, es decir, que la densidad de campo sea igual a la obtenida en el ensayo Proctor modificado, sin embargo, en algunos casos se puede pedir el 98% o incluso el 96%; para tener una idea de lo dicho, se presenta la siguiente tabla:

%Compactación=γ dcampo

γ dmaxlabx100

ANÁLISIS DE RESULTADOS

CLASIFICACIÓN DEL SUELOS

LL 35

LP 25

IP 10

Pasa N° 200 18%

La descripción general material basada en el límite líquido, el límite plástico y el pasante por el tamiz N° 200 indica:

Según la clasificación de Atterberg “Características de plasticidad y cohesión de acuerdo con el índice de plasticidad”, para un IP entre 7 y 17, el suelo es medianamente plástico, cohesivo y se trata de una arcilla limosa o un limo arcilloso.

El material presenta una plasticidad baja a media según el grado de plasticidad de Burmister. La parte fina del material, según la carta de plasticidad de Casagrande, clasifica como un ML

(Limo de baja compresibilidad) La parte gruesa, el 78% clasifica como una arena. Según el material llevado a clase. De acuerdo con el cuadro Auxiliar para procedimiento de clasificación Unificada, el material

clasifica como una arena limosa de baja compresibilidad SW – SM o SP – SM. Según las características de los suelos de la clasificación unificada, se presentan las siguientes

condiciones:GRUPO

RELATIVAS A TERRAPLENES Y FUNDACIONES RELATIVAS A CARRETERAS Y AEROPISTASUSO PARA TERRAPLENES CAPACIDAD DE

SOPORTECOMO FUNDACIÓN

COMO BASE COMPLETAMENTE PAVIMENTADA BITUMINOSA

SW Muy estable. Secciones Permeables. Se necesita protección para taludes

Buena Buena Malo

SP Razonablemente estable. Puede usarse en secciones de diques con taludes poco inclinados.

Buena a deficiente dependiendo de la densidad

Aceptable a buena

Malo a inaceptable

SM Regularmente estable. No recomendable para respaldos. Puede usarse para diques o núcleos impermeables.

Buena a deficiente dependiendo de la densidad

Aceptable a buena

Malo a inaceptable

ML Estabilidad deficiente. Puede usarse en terraplenes con control apropiado.

Muy deficiente. Susceptible a la licuefacción.

Aceptable a buena

Inaceptable

Según la clasificación de la AASHTO para suelos y mezclas de agregados, el material se encuentra dentro del grupo A-2-4 o A-2-5 (Cascajos y arenas limosas o arcillosas) que presenta las siguientes características:

- Comportamiento como subrasante: Bueno- Permeabilidad baja a mediana- Capilaridad mediana a baja. Perjudicial a veces.- Elasticidad Elevada. Perjudicial a veces.- Cambios de volumen medianos a elevados.- Comportamiento del suelo compactado bueno a excelente. Estable en tiempo seco.

Húmedo se reblandece.- Como terreno de fundación es bueno a excelente.- Para sub-base es regular.- Para base es malo a regular.- Para terraplenes es de regular a bueno.

El Índice plástico del suelo está por debajo del límite plástico, es decir, la consistencia del suelo es muy firme.

MATERIAL DE ESTUDIO: Arena limosa

BIBLIOGRAFÍA

- Das, Braja M. Fundamentos de ingeniería geotécnica, California, impreso en México, Thomson learning, 2001. Pág 51-63.

- Ing. Chang Luisa. Compactación. Centro Peruano Japonés de investigaciones Sísmicas y mitigación de desastres CISMID.

- Peck, Ralph B. Ingeniería de cimentaciones, México, Limusa Wiley, 2009. Pág. 113 – 133.