ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADOcaro

ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO INV. E-142-07

YURI ANDREA CUERVO SAAVEDRA MILENA DÍAZ GUERRERO CAROLINA GÓMEZ CRISTANCHO EDWARD ALBERTO POVEDA BELTRÁN

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS PAVIMENTOS TUNJA 2010

LABORATORIO No. 2 ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO INV. E-142-07

YURI ANDREA CUERVO SAAVEDRA 1133581 MILENA DÍAZ GUERRERO 1130758 CAROLINA GÓMEZ CRISTANCHO 1127684 EDWARD ALBERTO POVEDA BELTRÁN 1134905

GRUPO No. 8

Profesor: Ing. CARLOS HERNANDO HIGUERA SANDOVAL MSc. Materia: PAVIMENTOS Monitor (a): MANUEL ALEJANDRO VARGAS

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS

[ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO] [PAVIMENTOS] GRUPO No. 8

TUNJA 2010

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LABORATORIO No. 2 ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO INV. E-142-07 1. OBJETIVOS

1.1. 

GENERAL

Determinar la humedad óptima de compactación y la densidad seca máxima que puede obtenerse al aplicar al suelo una energía determinada. 1.2.

ESPECÍFICOS



Determinar los valores de humedad, densidad seca, relación de vacíos y porosidad para cada punto de la curva.



Determinar la porosidad y la relación de vacíos para el punto óptimo de compactación.



Hallar las curvas de saturación para diferentes puntos y porcentajes.

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2. MARCO DE REFERENCIA

2.1.

COMPACTACIÓN

La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles. La importancia de la compactación de suelos estriba en el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc. Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. Los fundamentos de la compactación no están perfectamente explicados, sin embargo, se reconoce que el agua juega un papel importante, especialmente en suelos finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima (Wópt) para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen, es decir, un peso específico seco máximo (‫ﻻ‬dmáx). Para bajos contenidos de humedad, el agua está en forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a la Elevada formación de grumos difícilmente desintegrables que dificultan la Energía de d m a x compactación. Compactación ‫ﻻ‬

‫ﻻ‬

dmax

Rama seca

Wópt

Rama húmeda

Wópt

Página | 2 Pequeña Energía

de


Fig. 1. Curva de Compactación El aumento del contenido de humedad hace disminuir esta tensión capilar en el agua, haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados. Si el agua es tal que se tienen parte importante de los vacíos llenos de agua, esta dificulta el desplazamiento de las partículas de suelo produciendo una disminución en la eficiencia de la compactación. Por esta razón se habla de una humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen. La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en laboratorio la compactación que se puede obtener in situ con el equipo disponible. De entre todos los factores que influyen en la compactación, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica, empleada en dicho proceso. Por energía específica se entiende la energía de compactación la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen. La secuencia práctica para definir las características del proceso que resultará en una compactación óptima, es la siguiente: cuando se va a realizar una obra en la que el suelo vaya a ser compactado, se obtienen muestras de suelo que se van a emplear, sometiéndolas en laboratorio a distintas condiciones de compactación hasta encontrar alguna que garantice un proyecto seguro y que a la vez pueda lograrse económicamente, con la maquinaria existente. En terreno se producen las condiciones de laboratorio adoptadas para el proyecto y, finalmente una vez iniciada la construcción se verifica la compactación lograda en terreno con muestras elegidas al azar para comprobar si se están satisfaciendo los requerimientos del proyecto. Página | 3


En resumen, el propósito de un ensayo de compactación de laboratorio, es determinar la correcta cantidad de agua de amasado a usar cuando se compacte el suelo en terreno, y el grado de compacidad que puede esperarse al compactarse el suelo en este grado de humedad óptimo. Para cumplir este propósito, un ensayo de laboratorio debe considerar una compactación comparable a la obtenida por el método que se utilizará en terreno. La curva de humedad, densidad o de compactación da la variación, γd Vs ω, que se obtiene en laboratorio. La densidad seca va variando al modificar la humedad, ω, de compactación. La humedad óptima es la que se corresponde con el máximo de la curva de densidad. La rama seca es la que se corresponde al suelo bajo de humedad, donde la fricción y cohesión dificultan su densificación. La rama húmeda, es asintótica a la línea de saturación, que se desplaza hacia la derecha de la humedad óptima de compactación, dado que la energía de compactación de un suelo muy húmedo la absorbe el agua y no el esqueleto mineral. La curva de saturación, o de contenido de aire nulo, es dibujada como auxiliar para el análisis, es teórica y no depende de los resultados del ensayo. La ecuación es:

Donde: W = Humedad del suelo Gs = Gravedad específica S = Grado de saturación En la compactación, sale aire, y no agua. Como es imposible sacarlo todo, la curva de compactación no podrá llegar a confundir su rama húmeda con la curva S=100%. Esta propiedad nos permite tener en evidencia errores en la curva γd Vs ω. Las otras curvas (S = 80%, por ejemplo) dicen qué porcentaje de aire queda en el suelo (20%, por ejemplo).

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2.2.

BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN



Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor.



Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es más profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.



Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.



Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.



Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

3. EQUIPOS Y MATERIALES



Moldes de compactación con h=7 pulg y Φ=6 pulg con sus bases, falsos fondos y collares de extensión.



Martillo de compactación de 10 libras y h=18 pulg.

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



Balanza electrónica. Tamiz #4.



Horno eléctrico.



Recipientes metálicos, cuchara, regla enrasadora, espátulas, probeta.

4. PROCEDIMIENTO

1. En primer lugar se secó el material al aire libre, posteriormente se disgregó y de esta forma se eliminaron los terrones. 2. Luego se pasó el material por el tamiz #4, tomando 5000 gr para la realización del ensayo de cada molde. Página | 6


3. Posteriormente se pesó el molde de compactación, luego se armó la base, el falso fondo, el molde de compactación y el collar de extensión. 4. Se calculó la cantidad de agua para obtener la humedad deseada, y se mezcló con el suelo hasta tener un material homogéneo. 5. Se vació el suelo sobre el molde en cinco capas, compactándose con 56 golpes para cada una de ellas, utilizando el martillo de compactación estándar. 6. Después se procedió a retirar el collar y a enrasarse el suelo compactado al nivel del molde dejando de este modo una muestra cilíndrica, posteriormente se retiró la base y el falso fondo del molde de compactación para tomar el peso del molde + muestra húmeda compactada. 7. Luego se retiró el material compactado del molde y se tomó una muestra para determinar la humedad a la que se estaba realizando el ensayo. 8. Este procedimiento se repitió aumentándose la humedad deseada entre 2% y 4%, hasta tenerse cuatro puntos, para la elaboración de la curva de compactación.

5. DATOS OBTENIDOS Y CÁLCULOS

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5.1.

INFORMACIÓN DEL ENSAYO DE COMPACTACIÓN

PRUEBA No. No. Golpes Humedad Natural Humedad Deseada Humedad Adicional Peso Muestra Húmeda Peso Muestra Seca Agua Adicional c.c. Molde No. Peso del Molde Peso molde + Muestra Húmeda Compactada Peso muestra húmeda compactada Humedad al Horno de la muestra compactada Peso Muestra Seca Compactada Volumen del Molde Densidad seca de la muestra compactada Peso Específico, Gs

1 56 5 9 4 5000 4762 190 1 3393

2 56 5 11 6 5000 4762 286 2 3400

3 56 5 13 8 5000 4762 381 3 3401

4 56 5 16 11 5000 4762 524 4 3417

7995

8195

8305

8190

4602

4795

4904

4773

8,05

9,73

11,81

15,3

4259 2317

4370 2317

4386 2317

4140 2317

1,838

1,886

1,893

1,787

2,67

2,67

2,67

2,67

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5.2.

CURVA DE COMPACTACIÓN

Curvade Compactación 1,910

γdmáx =1,897gr/cm ³

3

1,890

2

1,870 ³ ( d / ) r 1,850 g m c γ

1 1,830 1,810 D i S d s n a c e ,

1,790

4 Wópt=11,1%

1,770 6,5

7,5

8,5

S=100% γd (gr/cm³) W (%)

S=90% γd (gr/cm³) W (%)

S=80% γd (gr/cm³)

9,5

10,5

11,5

12,5

13,5

14,5

15,5

1

Humedad, W(%) Gs=2,67 1,90 1,89 1,8 6 6 1,885 1,874 64 16, 15 15,3 15,6 15,9 2

Gs=2,67 1,90 1,87 1,8 6 9 1,852 1,825 03 16, 13,5 14,2 14,9 15,6 2

W (%)

Gs=2,67 1,90 1,87 1,7 6 1 1,836 1,803 87 14, 12 12,8 13,6 14,4 8

S=70% γd (gr/cm³)

Gs=2,67 1,90 1,87 1,7 6 1 1,836 1,803 76

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W (%)

5.3.

10,5 11,2

11,9

12,6

13, 2

GRÁFICAS 1,910

γdmáx=1,897gr/cm ³

3

1,890

2

1,870

³ ( d / ) r g m c γ 1,850 1 1,830 1,810

D S s n a c e ,

1,790

4 Wópt=11,1%

1,770 0,520

Humedad,W(%)

0,500

4 0,480

0,460

1 0,440

a s o n c e ,

0,420

eópt=0,408

2

3

0,400

0,380

Wópt =11,1%

Humedad,W(%)

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0,340

0,330

4

0,320

1

0,310

a s r o n , 0,300

0,290

nópt=0,290

2

3 Wópt =11,1%

0,280

5.4.

RESUMEN DE RESULTADOSHumedad,W(%)

Punto de la Curva 1 2 3 4

5.5.

Densidad Seca gr/cm³ 1,838 1,886 1,893 1,787

Humeda d, %

8,05 9,73 11,81 15,30

Grado de Saturación, S (%) 47,50 62,49 76,82 82,62

Relación Porosid de ad, n Vacíos, e 0,452 0,312 0,416 0,294 0,410 0,291 0,494 0,331

RESULTADOS PUNTO ÓPTIMO

Punto Densidad de la Seca Curva gr/cm³ Óptimo 1,897

Humedad, %

11,100

Grado de Saturación, S (%) 72,70

Relación Porosid de ad, n Vacíos, e 0,408 0,290

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6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

De acuerdo al ensayo de compactación se puede decir que al obtener una densidad seca máxima de 1.897 gr/cm , se va disminuyendo la relación de vacíos hasta encontrar el punto óptimo y proporcionalmente con la porosidad, dándose de esta manera las relaciones esperadas para un ensayo de proctor modificado. ³

Con la gráfica podemos evidenciar la relación entre la humedad y la densidad seca puesto que al incrementarse la humedad se incrementa la densidad, fenómeno que se presenta hasta cierto punto máximo de densidad seca, de este punto en adelante se presenta una relación inversa pues un incremento de humedad trae consigo una disminución de la densidad seca. En cuanto a la relación entre humedad y relación de vacios se puede afirmar que en la medida en que la humedad aumenta se reduce la relación de vacios del suelo hasta el punto en que se encuentra la humedad óptima de compactación. De este punto en adelante el fenómeno se presenta de manera inversa puesto que a medida que aumenta la humedad, la relación de vacios se hace mayor.

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Al obtener la relación humedad - porosidad es preciso decir que la porosidad se reduce en la medida en que aumenta la humedad hasta el punto de humedad óptima de compactación, pues de este punto en adelante al incrementarse la humedad la porosidad aumenta de igual manera. Las curvas de saturación para los diferentes porcentajes representan la densidad seca del suelo en estado de saturación. Esto equivale a que los vacios, estén totalmente ocupados por agua.

CONCLUSIONES



Con esta prueba se obtiene la humedad óptima de compactación así como, el peso específico seco máximo, con la finalidad de obtener una muy buena compactación en campo si se reproducen las condiciones en las que se realiza la práctica en el laboratorio; ofrece resultados confiables que si realmente se cumplen en campo se pueden obtener resultados satisfactorios.



Con la compactación variamos la estructura del suelo y algunas de sus características mecánicas. Algunos de los parámetros que varían con la compactación son: permeabilidad, peso específico y resistencia al corte. A través de la compactación buscamos las propiedades adecuadas para el suelo, así como una buena homogenización.

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

Es comprobado que el suelo se compacta a la medida en que aumenta su humedad, la densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto máximo, cuya humedad es la óptima. A partir de este punto, cualquier aumento de humedad no supone mayor densidad seca a no ser, por lo contrario, uno reducción de esta.



Con la realización de la prueba de compactación, se logra aumentar la resistencia al corte, y por consiguiente, mejorar la estabilidad, de terraplenes y la capacidad de carga en los pavimentos.



Al disminuir la relación de vacíos, se logra con esto, también, reducir la permeabilidad.



Con esta prueba se obtiene la humedad óptima de compactación así como, el peso específico seco máximo, con la finalidad de obtener una muy buena compactación en campo si se reproducen las condiciones en las que se realiza la práctica en el laboratorio; ofrece resultados confiables que si realmente se cumplen en campo se pueden obtener resultados satisfactorios.

BIBLIOGRAFÍA



HIGUERA SANDOVAL, Carlos Hernando. Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de pavimentos para carreteras. Escuela de Transporte y Vías. Facultad Ingeniería. UPTC.

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

RAMÍREZ, Oscar. Apuntes de clase de Geotecnia Básica. Ed. Tunja: UPTC. 2001.



BADILLO Juárez y RODRÍGUEZ Rico. Mecánica de Suelos Fundamentos. Editorial Limusa. México. 1977.



INVIAS. Normas de Ensayos de Laboratorio. Norma INV. E-142-07. 2006. INFOGRAFÍA



www.unalmed.edu.co/~geotecni/GG-17.pdf



www.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/mecanica6.htm



www.geocities.com/geotecniaysuelos/cap14.pdf

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TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETIVOS ....................................................................................................... 1 1.1. GENERAL ................................................................................................... 1 1.2. ESPECÍFICOS.............................................................................................1 2. MARCO DE REFERENCIA ..................................................................................2 2.1. COMPACTACIÓN........................................................................................ 2 2.2. BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN .......................................................... 5 3. EQUIPOS Y MATERIALES .................................................................................. 5 4. PROCEDIMIENTO............................................................................................. 6 5. DATOS OBTENIDOS Y CÁLCULOS .................................................................... 7 5.1. INFORMACIÓN DEL ENSAYO DE COMPACTACIÓN......................................8 5.2. CURVA DE COMPACTACIÓN ....................................................................... 9 5.3. GRÁFICAS ................................................................................................ 10 5.4. RESUMEN DE RESULTADOS .....................................................................11 5.5. RESULTADOS PUNTO ÓPTIMO ................................................................. 11 6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS..................................................................... 12 CONCLUSIONES................................................................................................ 13 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 14 INFOGRAFÍA ...................................................................................................... 15


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ENSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADOcaro

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