UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CHILE INACAP SEDE VALPARAÍSO
Introducción a la Mecánica de Suelos y Fundaciones TADA Nombres: Katherine Ossa Jofré. Rubén Pasache Alegría Paulo Pérez Abarca Sebastián Oyarzo. Docente: Nelson Valdés Moya Fecha: 29 de Mayo Informe N°4: Ensayo de compactación Proctor.
2013
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE CHILE INACAP SEDE VALPARAÍSO
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Índice
1.
Introducción................................................................................................................................ 3
2.
Objetivos ..................................................................................................................................... 4
3.
Marco Teórico ............................................................................................................................. 5
4.
Desarrollo del laboratorio ........................................................................................................ 12 4.1
Aparatos a utilizar, para llevar a cabo el laboratorio laboratorio .................. ........................... .................. .................. .................. ........... .. 12
4.2
Desarrollo Desar rollo ................................. ................ .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... .................... 14
4.3
Obtención Obtenc ión de resultados. result ados. ................................... .................. .................................. ................................... .................................... ............................ .......... 17
4.4
Cálculos Cálcul os de acuerdo acuer do a la Nch 1534.................. 1534. ................................... ................................... .................................. ............................... .............. 17
4.5
Resumen de resultados y obtención de grafico Proctor. .................. ........................... ................... ................... ............. .... 19
5.
Recomendaciones y/o sugerencias. ......................................................................................... 20
6.
Conclusión................................................................................................................................. 21
7.
Bibliografía ................................................................................................................................ 22
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1. Introducción El ensayo Proctor se realiza para determinar la humedad óptima a la cual un suelo alcanzará su máxima compacidad. La humedad es importante pues aumentando o disminuyendo su contenido en el suelo se pueden alcanzar mayores o menores densidad es del mismo, la razón de esto es que el agua llena los espacios del suelo ocupados por aire (recordemos que el suelo está compuesto de aire, agua y material sólido), permitiendo una mejor acomodación de las partículas, lo que a su vez aumenta la compacidad. Sin embargo un exceso de agua podría provocar el efecto contrario, es decir separar las partículas disminuyendo su compacidad. Es por esto que el ensayo Proctor tiene una real importancia en la construcción, y a que las carreteras y las estructuras necesitan de una base resistente donde apoyarse, y un suelo mal compactado podría significar el colapso de una estructura bien diseñada, en algunos casos, como por ejemplo en caminos de poco tráfico o de zonas rurales, el suelo constituye la carpeta de rodado, por lo que la importancia de la compactación se hace evidente. En este trabajo práctico se realizará un Ensayo Proctor Modificado, según la norma chilena, Mecánica de suelos ± Relaciones humedad/densidad ± Parte 2: Métodos de compactación con pisón de 4,5 kg y 460 mm de caída, NCh 1534/2 Of79
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2. Objetivos
-
Determinar la humedad necesaria en un suelo para lograr la compactación máxima.
Determinar el peso seco máximo en una muestra obtenido mediante la compactación realizada.
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3. Marco Teórico En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al c osto y el desarrollo estructural e hidráulico.
Nch. 1534/1 Of.70 ; Mecánica de suelos- Relaciones humedad/densidad- Parte 1: Métodos de compactación con pisón de 2,5 Kg y 305 mm de caída. a.
Esta norma establece el procedimiento para determinar la relación entre la humedad y la densidad de un suelo compactado en un molde normalizado mediante un pisón 2,5 kg en caída libre desde una altura de 305 mm, con una energía especifica de compactación de 3 3 0,59 J/cm (aprox. 6kgf cm/cm ).
1) Este procedimiento se denomina usualmente Ensayo Proctor normal. 2) En aquellos suelos que no permitan obtener una curva definida de relación humedad/densidad y en aquellos que contengan menos de un 12% de partículas menores que 0,080mm, se recomienda determinar complementariamente la densidad máxima de acuerdo con la Nch 1726 e informar los resultados de ambos ensayos. 1.2. Se especifican cuatro alternativas de procedimiento: a) Método A – Molde de 100mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz Nch de 5mm. b) Método B- Molde de 150 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz Nch de 5mm. c) Método C- Molde de 100 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz Nch 20mm d) Método D- Molde de 150mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz Nch de 20mm. 1.3 El método que haya que emplear debe indicarse en las especificaciones para el material que debe ensayarse. Si no se especifica debe regirse por las indicaciones del método A. 2. Aparatos 2.1 Moldes metálicos y de forma cilíndrica, pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz o bien por dos piezas semicilíndricas ajustables. El molde debe contar con un co llar separable de aproximadamente 60 mm de altura. El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que puedan ajustarse firmemente a una palca base. 5
Optativamente puede estar provisto de un dispositivo para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor). Los moldes deben tener las dimensiones y capacidades volumétricas que se indican. 2.1.1 Molde de 100mm de diámetro nominal, con una capacidad (v) de 0,944 +- 0,08 l, con un diámetro interno de 101,6+- 0,4 de altura de 116,4+- mm. (ver figura 1) 2.1.2 Molde de 150mm de diámetro nominal, con una capacidad (V) de 2,124+- 0,021l, con un diámetro interno de 152,4+- 0,7 mm y una altura de 116,4+- 0,1mm(ver figura 2) 2.2 Pisón metálico, con una cara circular de 50+- 0,2 mm de diámetro y con una masa de 2500+-10g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 305+2mm. La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10mm ubicadas a 20mm de cada extremo, separadas en 90° entre si y dejar una holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón. 3
3
3
2.3 Probetas graduadas, una con 500cm de capacidad graduada a 5 cm y otra de 250 cm de 3 capacidad graduada a 2,5 cm 2.4 Balanzas, una con 10kg de capacidad y una precisión de 5g y otra con 1kg de capacidad y una precisión de 0,1g 2.5 Estufa, con temperatura regulable y circulación de aire. 2.6 Regla de acero, de 300mm de largo con un canto biselado. 2.7 Tamices, de 50, 20 y 5mm de abertura nominal y de acuerdo con la Nch 1022. 2.8 Herramientas de mezclado, paila para mezclado, cuchara, llana, estapatula, etc. O un dispositivo mecánico para mezclado. 3. Calibración del molde. 3.1 Pasar y registrar la masa del molde vacío sin collar (mm), aproximando a 1g. 3.2 Determinar la capacidad volumétrica del molde como sigue: a) Colocar glicerina u otro material impermeabilizante en la unión entre el cilindro y la placa base y ajustarlos firmemente sin el collar. b) Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal. c) Llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrasa con una placa de vidrio. d) Determinar la masa de agua que llena el molde (mw), aproximado a 1g:
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e) Pedir la temperatura del agua y determinar su densidad (mw) de acuerdo con la tabla 1, interpolando si fuera necesario:
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f) Determinar y registrar la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm (1ml) dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad: V= mw / Pw. 4. Extracción de muestras. Las muestras se deben obtener de acuerdo con lo indicado por la especificación técnica correspondiente en el caso de controles de obra, o lo indicado por el profesional responsable en el caso de una prospección. 5 Preparación de muestras 5.1 Secar la muestra al aire o en estufa a una temperatura menos que 60°C hasta que se vuelva desmenuzable. Disgregar entonces los terrones evitando reducir el tamaño natural de las partículas. 5.2 Pasar por el tamiz de 5mm para los métodos A y B y el tamiz de 20mm para los métodos C y D, respectivamente. Descartar el material retenido. 6. Tamaño de la muestra de ensayo. Del material preparado según el capítulo 5, obtener un tamaño de muestra de ensayo de acuerdo con la tabla 2.
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7. Acondicionamiento de la muestra de ensayo 7.1 Homogeneizar el material de la muestra de ensayo y separar en cinco fracciones del tamaño indicado en la tabla 2. 7.2 Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las humedades alcanzadas por las 5 fracciones varíen aproximadamente dos puntos porcentuales entre si y que se distribuyan alrededor de la masa optima (wo). 7.3 Curar cada fracción durante el tiempo necesario para que las fases liquidas y solidas se mezclen homogéneamente. 8. Ensayo 8.1 Colocar el molde con un collar sobre una fase firme, plana y horizontal (tal como la provista por un cubo o cilindro de hormigón 90 k g o más) 8.2 Llenar el molde con una de las fracciones de muestra como sigue: a) Colocar una capa de material de aproximadamente un tercio de la altura del molde más el collar. b) Compactar la capa con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos en el molde de 100mm (métodos A y C) y 56 golpes en el molde de 150mm (métodos B y D). c) Repetir dos veces las operaciones a) y b) escarificando ligeramente las superficies compactadas antes de agregar una nueva capa. Al compactar la última capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde. 8.3 En seguida compactar, retirar el collar y enrasar cuidadosamente con la regla al nivel del borde del molde. Los agujeros superficiales, resultantes de la remoción de partículas gruesas en el enrasado, deben retaparse con material más fino. 8.4. Pesar el molde con el suelo compactado. Restar la masa del molde determinando la masa de suelo compactado que llena el molde (m). Registrar aproximando a 1g. 8.5 Determinar la densidad húmeda del suelo compactado (P m) dividiendo la masa de suelo compactado que llena el molde por la capacidad volumétrica del molde:
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Registrar aproximando a 0,01 g/cm (0,01kg/l) 8.6 Retirar el material del molde y extraer dos muestras representativas del suelo compactado. Colocar en recipientes herméticos y e fectuar dos determinaciones de humedad de acuerdo con la Nch 1515. Registrar el promedio de ambas determinaciones como humedad del suelo compactado (w) 8.7 Repetir las operaciones 8.2 y 8.6 con cada una de las fr acciones restantes hasta que haya un descrecimiento de la densidad húmeda del suelo, con un mínimo de cinto determinaciones. El ensayo se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda. 8
9. Expresión de resultados. 9.1 Densidad seca Calcular la densidad seca del suelo compactado para cada determinación de acuerdo con la 3 formula siguiente, aproximando a 0,01g/cm (0,01kg/l):
9.2 Relación humedad/densidad 9.2.1 Construir un gráfico con la densidad seca del suelo compactado como ordenada y la humedad como abscisa. Nota. Se recomiendo incluir en el grafico la curva paramétrica correspondiente al 100% de saturación para la densidad de partículas sólidas del suelo ensayado, determinada según la Nch 1532. 9.2.2 Registrar los puntos correspondientes a cada deter minación y construir una curva conectando dichos puntos. 9.2.3 Expresar la humedad óptima (w o) como la correspondiente al punto máximo de la c urva. 9.2.4 Expresar la densidad seca máxima (P d máx.) como la correspondiente a la humedad óptima). 10. Informe El informe debe incluir lo siguiente a) Método empleado (normal A, B, C o D) b) Humedad optima c)
Densidad seca máxima.
d) En los métodos C y D indicar el % de material retenido en 20mm y su descarte o reemplazo. e) Cualquier información específica respecto al ensayo o al suelo e n estudio. f)
La referencia a esta norma.
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4. Desarrollo del laboratorio 4.1 Aparatos a utilizar, para llevar a cabo el laboratorio
-Molde de 100mm de diámetro nominal, con una capacidad (v) de 0,944 +- 0,08 l, con un diámetro interno de 101,6+- 0,4 de altura de 116,4+- mm. -Pisón metálico, con una cara circular de 50 +- 0,2 mm de diámetro y con una masa de 2500+-10g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 305+- 2mm.
La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10mm ubicadas a 20mm de cada extremo, separadas en 90° entre si y dejar una holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón. -Probetas graduadas, una con 500cm3 de capacidad graduada a 5 cm3 y otra de 250 cm3 de capacidad graduada a 2,5 cm3
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-Balanzas, una con 10kg de capacidad y una pre cisión de 5g y otra con 1kg de capacidad y una precisión de 0,1g
-Estufa, con temperatura regulable y circulación de aire.
-Huincha metalica
-Herramientas de mezclado, paila para mezclado, cuchara, llana, e stapatula, etc. O un dispositivo mecánico para mezclado.
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4.2 Desarrollo
1. Se tomaron de 3000[g] de muestra de suelo no especificado, que se encontraba disponible para el ensayo.
2. Se ingresó agua dentro de la pipeta llegando al margen de 180[cc] de agua (correspondiente al 6% de la muestra solicitado al grupo 3), posteriormente se vació el agua al recipiente metálico que co ntenía la muestra. Durante un periodo de 1 minuto, próximamente, se revolvió la muestra con una espátula metálica. 3. Cuando se obtuvo una mezcla homogénea se pre paró el molde metálico cilíndrico con su collar (de acuerdo al método A de la NCh 1534), dentro de dicho molde se ingresaron en cinco fracciones independientes una de otro, (volúmenes similares), aplicando 25 golpes con el pisón entre capas de la muestra.
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4. Ya realizado el apisonado de las 5 capas se verificara si el ensayo fue bien ejecutado, como sabremos si lo realizado esta bien hecho, sacaremos el collar (parte superior del molde metálico cilíndrico), si el material sobra más o menos 1[cm] quiere decir que el ensayo realizado fue correcto, si es superior al cm el ensayo se repetirá.
5. Registrando la masa de la muestra, se sacó el molde de su base, llevándolo a la balanza electrónica, registrando una masa de 3760,9 gramos con el molde, y 1848,7 gramos de masa del molde, al restar se obtuvieron 1912,2 gramos, siendo esta la masa de la muestra. Y la del molde 1848 gramos
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6. Se tomó una porción de la muestra del molde metálico cilíndrico, agregándola a un recipiente más pequeño la cual se pesó húmeda , obteniendo una masa de 301,7 gramos
7.
La muestra obtenida se agrega en un recipiente metálico vacío para secarla en la estufa. El material sobrante que queda en el molde cilíndrico metálico simplemente se desecha.
8. Pasado unos minutos la muestra estará completamente seca y nuevamente la pesaremos en la balanza pero ahora estando seca.
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4.3 Obtención de resultados. Tabla de datos
1
2
3
4
5
1880,1
1848
1847
186,1
3775,3
3760
3527
3881,5
939,6
903,2
956,04
918,92
1895,2
1912,2
1680
2001,4
2,02
2,01
2,11
1,76
2,15
3,74
5,2
4,41
6,1
10,89
Masa Molde 1861,1 [g] Masa Molde 3713,5 + Suelo [g] Volumen
918,92
Molde [cm3] Masa Suelo 1852,4 [g] Densidad Humedad [g/cm3] W%
4.4 Cálculos de acuerdo a la Nch 1534 Densidad húmeda Ddividiendo la masa de suelo compactado que llena el molde por la c apacidad volumétrica del molde: 3
Volumen del molde = 903,2 cm Masa del suelo= 1912,2 gr
3
gr/ cm
17
Densidad seca
3
gr/ cm
18
%
4.5 Resumen de resultados y obtención de grafico Proctor.
Volumen Molde [cm3]
Masa Suelo [g]
Densidad Humedad [g/cm3]
Densidad seca [g/cm3]
w%
Grupo 1
918,92
1852,4
2,02
1,94
3,7
Grupo 2
939,6
1895,2
2,02
1,92
5,2
Grupo 3
903,2
1912,2
2,11
2,02
4,4
Grupo 4
956,04
1680
1,76
1,66
6,1
Grupo 5
918,92
2001,4
2,18
1,96
10,9
Grafico Proctor 2.50 1.94 2.00 A C E S
1.92
2.02
1.96 1.66
1.50
D A D I S N E D
1.00 DMCS
0.50 0.00 3.7
5.2
4.4 W%
19
6.1
10.9
5. Recomendaciones y/o sugerencias. Para mejorar el grado de confiabilidad de los resultados obtenidos en el laboratorio nosotros recomendamos: Efectuar medidas congruentes en los procesos de mezclado. Usar algún dispositivo que facilite o que propenda a conseguir una homogeneidad casi del 100% al mezclar e l material con el agua adicional. Llevar una secuencia lógica del número de golpes del pisón sobre la superficie del material. Asegurarse de que el martillo llegue al máximo de la altura para garantizar la caída de potencial requerida según la norma que regula el método del proctor estándar.
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6. Conclusión La prueba de compactación Proctor Estándar es muy sencilla y rápida de realizar, lo único que puede retrasar un poco dicha prueba es la obtención del contenido de humedad. En lo que se refiere al procedimiento no presenta mayor problema debido a que es repetitiva además de que no requiere equipo de gran tamaño o difícil de maniobrar. 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.
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7. Bibliografía
Nch 1534
Manual de carreteras
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