Date post: | 01-Dec-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | gustavo0692 |
View: | 69 times |
Download: | 5 times |
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 1
TEMA DE TRABAJO:
ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO
CURSO : Vias de Transporte
MODAL. : IV Curso de Titulación a Distancia 2012-1
DOCENTE : Ing. Hugo Casso Valdivia
ALUMNO : GERMAN COAQUIRA CALLA
Arequipa, Mayo del 2012
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 2
ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO
MARCO TEORICO.
Métodos de compactación en laboratorio y campo.
La compactación es la densificación de los suelos mediante la aplicación de
energía mecánica para implicar cambios en el contenido de vacíos del suelo,
también modifica el contenido de humedad y graduación del suelo.
Los suelos con cohesión son compactados por métodos confinatorios, los
suelos arenosos y gravosos son compactados por vibración. El objetivo de la
compactación es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería de la
masa del suelo.
Ventajas de la compactación.
Reducción de los asentamientos derivados de la disminución de vacíos.
�� > ��
Aumento de la resistencia del suelo.
� = � + ���∅
Donde:
� = esfuerzo de corte
C = Cohesion
� = Esfuerzo normal
Tg Ø = Angulo de fricción
F
ea
F
e f
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 3
A partir de de 1933 en que proctor desarrollo su prueba ha ido haciendo
pruebas como son:
a) Pruebas dinámicas
b) Pruebas estáticas
c) Pruebas de vibración
Pruebas Dinámicas.
Todas las pruebas dinámicas que hay en uso particular participan las siguientes
características:
1. El suelo se compacta por capas en el interior de un molde
metálico cilíndrico, variando de unas pruebas a otras el tamaño
del molde y el espesor de la capa.
2. En todos los casos la compactación propiamente dicha se logra
al aplicar a cada capa del molde un cierto número de golpes
uniformemente distribuidas con un pisón cuyo peso, direcciones y
altura de caída cambian de algunas pruebas de otras, el número
de golpes del pisón se aplica por capa también cambia en las
diferentes pruebas.
3. En todos los casos se especifica un tamañao máximo de particula
que puede contener el suelo.
4. En todos los casos la energía especifica se puede calcular con
bastante aproximación.
�� = ����
�
Donde:
N = Numero de golpes del pizon
n = Numero de capas
W = Peso del pizon compactador
h = altura de caída del pizon
V = Volumen total de l Molde de compactación.
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 4
Se usan en las pruebas de proctor modificado y proctor estándar, también
otras pruebas son de impacto california, prueba Británica estándar.
Pruebas Dinámicas en Campo.- Tenemos los rodillo pata de cabra, rodillo liso
vibratorio, compactador de impactos.
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 5
Pruebas estáticas.
En este método el suelo se coloca dentro de un molde cilíndrico de 6” de
diámetro, el suelo se dispone de tres capas acomodadas con 25 golpes de
una varilla. La compactación propiamente dicha se logra al aplicar al cojunto
de las tres capas una presión de 140 kg/cm2 el cual mantiene durante un
minuto. En campo se utiliza el rodillo liso sin vibrar.
Pruebas por vibración.
Estos utilizanb un molde de proctor montado sobre un mesa vibratoria, se
estudia el efecto de la frecuencia, amplitud y aceleración de la mesa
vibratoria, adi como la influencia de las cargas, granulometría el contenido de
humedad. En campo se utilizan los compactadores a mano.
Teoria de la compactación
Una especificación de control para la compactación fue elavorada por R.R.
Proctor, por esta razón el ensayo de compactación en laboratorio
comúnmente se llama Proctor. En este esayo se define cuatro variables.}
1. Peso volumétrico seco
2. Contenido de agua
3. Esfuerzo de compactación (energía de compactación)
4. Tipo de suelo (gradación, presencia de limos, etc.)
PROCTOR MODIFICADO
El término compactación se utiliza en la descripción del proceso de
densificación de un material mediante medios mecánicos. El incremento de la
densidad se obtiene por medio de la disminución de la cantidad de aire que
se encuentra en los espacios vacíos que se encuentra en el material,
manteniendo el contenido de humedad relativamente constante.
En la vida real, la compactación se realiza sobre materiales que serán
utilizados para relleno en la construcción de terraplenes, pero también puede
ser empleado el material in situ en proyectos de mejoramiento del terreno.
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 6
El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades
ingenieríles del material en algunos aspectos:
• Aumentar la resistencia al corte, y por consiguiente, mejorar la
estabilidad, de terraplenes y la capacidad de carga de
cimentaciones y pavimentos.
• Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los
asentamientos.
• Disminuir la relación de vacíos y, por consiguiente, reducir la
permeabilidad.
Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por
congelamiento.
Para medir el grado de compactación de material de un suelo o un relleno se
debe establecer la densidad seca del material. En la obtención de la
densidad seca se debe tener en cuenta los parámetros de la energía utilizada
durante la compactación y también depende del contenido de humedad
durante el mismo.
Las relaciones entre la humedad seca, el contenido de humedad y la energía
de compactación se obtienen a partir de ensayos de compactación en
laboratorio.
La compactación en laboratorio consiste en compactar una muestra que
corresponda a la masa de suelo que se desea compactar, con la humedad
calculada y en un molde cilíndrico de volumen conocido y con una energía
de compactación especificada. En la actualidad se presentan diferentes tipos
de ensayos los cuales determinan el grado de compactación del material,
entre otros se pueden encontrar los ensayos de: Método del martillo de 2.5 Kg,
método del martillo de 4.5 Kg, Proctor (estándar), Proctor modificado y el
método del martillo vibratorio. Los primeros cuatro están basados en la
compactación dinámica creada por el impacto de un martillo metálico de
una masa específica que se deja caer libremente desde una altura
determinada, el suelo se compacta en un número de capas iguales y cada
capa recibe el mismo número de golpes. La compactación en el quinto
ensayo esta basado en la combinación de presión estática y la vibración. El
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 7
suelo se compacta en tres capas iguales presionado fuertemente hacia abajo
el compactador vibratorio durante 60 segundos en cada capa.
Los resultados obtenidos a partir del ensayo proporcionan una curva, en la
cual el pico más alto dicta el contenido de humedad óptima a la cual el suelo
llega a la densidad seca máxima. Por medio de los ensayos sé a podido
determinar que por lo general la compactación es más eficaz en los materiales
bien gradados que contienen una cantidad de finos que en los materiales de
gradación uniforme que carecen de finos.
Este ensayo se emplea para determinar la relación entre la humedad y el peso
unitario de los suelos compactados. Para esta prueba se usa el mismo cilindro
proctor, pero el material se compacta en 5 capas con un martillo de 4.5 kg y
cayendo de una altura de 46 cm proporcionando 25 golpes por capa, el
trabajo de compactación se incrementa de 60200 kg-m/m3 que corresponde
al proctor normal a 257.500 kg-m/m3.
Podemos calcular la humedad y el peso unitario seco del suelo compactado
para cada prueba así:
100xWms
WmsWmhw
−= ; 100100
xw
hD +
=γγ
Donde:
w = porcentaje de humedad en la muestra con base en el peso seco.
Wmh = Peso de la muestra húmeda.
Wms = Peso de la muestra seca.
γD = Peso unitario seco, en g/cm3 del suelo compactado.
γ h= peso unitario húmedo en g/cm3 del suelo compactado
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL:
� Determinar la relación entre la humedad y el peso unitario de los suelos,
mediante el proctor modificado.
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 8
� Determinar la máxima densidad seca y obtener el contenido de
humedad.
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
� Obtener la humedad optima con la que se debe compactar el suelo.
� Establecer el peso unitario del suelo, correspondiente al contenido
óptimo de humedad.
2. EQUIPOS Y MATERIALES
� Molde cilíndrico
� Martillo Metálico
� Comba
� Balanza
� Tamices
� Agua
� Suelo
� Recipientes
� Cucharas
� Espátulas
� Cocina eléctrica
3. PROCEDIMIENTO
Tamizamos una cantidad representativa adecuada de suelo sobre el tamiz
N°4. El cual se desecha el material grueso retenido sobre dicho tamiz.
3.1. Escogemos muestras representativas con un peso aproximado de 6 kg del
suelo preparado.
3.2. Mesclamos perfectamente la muestra respectiva escogida, con agua
suficiente para humedecerla hasta aproximadamente 4 puntos de
porcentaje por debajo del contenido óptimo de humedad.
3.3. Preparamos un espécimen compactando el suelo humedecido en el
molde de 102 mm (4”) de diámetro (con el collar ajustado) en cinco
capas aproximadamente iguales y que den una altura total compactada
alrededor de 127 mm (5”). Compactamos cada capa mediante 56
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 9
golpes uniformemente distribuidos con el martillo de caída libre de 457
mm (18”) por encima de la altura aproximada del suelo compactado.
� El lugar de la compactación es básica sostenido por una fundación estable
como un piso sano de concreto en este caso el piso del laboratorio.
� Después de la compactación, se remueve el collar de extensión,
recórtandose cuidadosamente el suelo excedente compactado en la parte
superior del molde, usando la regla con borde recto, damos vuelta al
espécimen se procede a rellenar los espacios vacios o podemos
denominarlo enrazado, luego pesamos el molde y el suelo húmedo en
gramos.
3.4. Sacamos la muestra compactada del molde y cortamos verticalmente a
través del centro de la misma. Tomamos una muestra respectiva del
material de una de las caras de corte: pesamos inmediatamente y
secamos en una cocina eléctrica, con la ayuda de una bandeja lisa
hasta que quede el peso constante o la muestra este completamente
seca. Para determinar el contenido de agua. La muestra humedad no
deberá pesar menos de 100 g, en este caso utilizamos 400 g.
� Este procedimiento se ha encontrado satisfactorio en nuestro caso. Los
puntos de humedad escogidos encerraron el valor del contenido óptimo
de humedad.
4. ANALISIS, CÁLCULOS Y RESULTADOS.
4.1. Para el ensayo de Proctor Modificado se toman en cuenta las
siguientes condiciones:
SUELO Y MOLDE A UTILIZAR
METODO A: Pasa la malla Nº. 4, Molde 4 Pulg.diam, V= 1/30 pie 3, y el
numero de golpes es 25 por capa
METODO B: Pasa la malla 3/8”, Molde 4 pulgadas diam, y V= 1/30 pie3 y
el numero de golpes es 25 por capa
METODO C: Pasa la malla ¾”, Molde 6 pulgadas diámetro y V=1/13 pie3
y el numero de golpes es 56 por capa.
Tenemos la siguiente tabla.
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 10
Especificaciones para la prueba proctor.
Para nuestro caso usamos el método C. de acuerdo al suelo a
usarse mas del 20% de la malla 9.5 mm y menos del 30% por peso
retenido en la malla 19 mm.
4.2. Datos de trabajo en laboratorio de Alas Peruanas Filial Arequipa.
Humedad natural de la muestra = ωn = 10 %
Peso total de la muestra = Wt = 6000g
Volumen de molde 2126.95 cm3
Numero de Golpes 56
Numero de Capas 5
Peso de la muestra seca = ggW
Wsn
t 54.545410.01
6000
1=
+=
+=
ω
A B (%) C
10% 0 Natural
13% 3 180 ml
16% 6 360 ml
18% 8 480 ml
20% 10 600 ml
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 11
A = Humedad de compactación
B = Incremento de la humedad natural a la humedad de compactación
B = 06.0100
%6
100
10-16B ... 6%1A para ej.por
100====
− nA ω
C = Cantidad de agua que hay que agregar al suelo para llegar a la
humedad de compactación.
C = B x Ws para 16% = 0.06 x 6000 = 360 ml.
5.2. Después de compactar se procede a hacer los cálculos como se observa
en la siguiente tabla:
Según el análisis anterior teniendo la humedad natural en las 5 muestras se
procede al calculo del peso unitario seco y al contenido de humedad que nos
proporciona un grafico para determinar el contenido optimo de agua para la
máxima compactación
1 2 3 4 5
HUMEDAD 10% 13% 16% 18% 20%
Wmolde + Wmuestra 10341 10565 10751 10714 10726
Wmuestra 3699 3923 4109 4072 4084
1.74 1.84 1.93 1.91 1.92
WTara 194.00 194.00 194.00 194.00 194.00
WTara + Wmh 592.60 596.20 571.50 569.00 546.50
WTara + Wms 562.00 553.30 518.60 509.00 486.70
Wmh 398.60 402.20 377.50 375.00 352.50
Wms 368.00 359.30 324.60 315.00 292.70
% Humedad (ῳn ) 8.32 11.94 16.30 19.05 20.43
1.61 1.65 1.66 1.61 1.59
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 12
5. GRÁFICO.
6. CONCLUSIÓNES
a) Según las especificaciones de prueba proctor modificado el método
usado es el “C” que de acuerdo al MTC E 115-2000 la energía
especifica es de 2700 Kn-m/m3 y se usa la siguiente especificación.
Diametro de molde 152.4 mm
Volumen de molde 2124 cm3
Peso del pizon 44.5 N
Altura de caída del pizon 457.2 mm
Numero de golpes 56
Numero de capas 5
Energia de compactación 2682.06 Kn-m/m3
b) El contenido de humedad inicial o natural del suelo se encontró en
10% al cual se fue incrementando en un valor de 3% y 2% en volumen
de agua para su evaluación.
1.61
1.65
1.66
1.61
1.59
14.26
1.661
y = -0.0017x2 + 0.0485x + 1.3202
1.58
1.59
1.60
1.61
1.62
1.63
1.64
1.65
1.66
1.67
8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00
Pe
so
Un
ita
rio
Se
co
γγ γγd
Humedad ω(%)ω(%)ω(%)ω(%)
Curva Proctor Modificado Series2
Series3 Polinómica (Curva Proctor Modificado)
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 13
c) El contenido de humedad máximo según la grafica de curva de
saturación y la ecuación ajustada nos da un valor de 14.26 y
tabulando en el grafico curva proctor modificado un peso unitario
seco 1.661 el cual se obtuvo de la siguiente manera.
La ecuación cuadrática que más se ajusta a nuestra curva es la siguiente:
� = −0.0017��+ 0.0485� + 1.3202
��
��= −0.0034� + 0.0485
Cuando ��
��= 0 entonces se obtiene el máximo valor de humedad.
X = 14.26%
En la ecuación de la curva se obtiene peso unitario seco γD =
1.661g/cm3
d) Luego el trabajo se complementa con la obtención del grado de
compactación que tiene la siguiente expresión:
�� =��(���)
��(max)
Densidad de campo obtenido mediante el cono de arena y la
densidad máxima obtenida mediante el ensayo de proctor
modificado.
En suelos a nivel de sub rasante se debe tener un GC ≥ 95%, en
materiales de bases y sub bases el grado de compactación gc debe
ser ser ≥ al 100%
Cuando se trata de bases la variación del contenido de humedad
debe ser de 0.5% a 1%.
Tambien se puede estimar un contenido de humedad para obtener
un grado de compactación ≥ al 95%.
e) Adicional al ensayo de proctor, se realiza sobre el material o tipo de
suelo a emplear en el diseño de un pavimento, una prueba que
proporciona el valor de un patrón universal de diseño, se trata de la
VI Curso de Titulación en Ingeniería Civil Modalidad a Distancia
German Coaquira Calla 14
prueba de CBR, con la cual se obtiene la resistencia que opone un
suelo a ser penetrado.
f) Se ha adelantado la caracterización de los materiales granulares
constituyentes de una estructura de pavimento o una via
7. FOTOS