INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE INGENIERIA EN CONSTRUCCION

LABORATORIO DE MECÁNICA DE SUELOS I CO-3304

GRUPO N°2

INFORME 3

Preparación de muestras y ensayo de compactación (Proctor Modificado)

PROFESOR:

Rafael Baltodano Goulding

ESTUDIANTE:

Rodolfo Ramírez Alvarado

CARNE:

200951855

I Semestre, 2012

Canadian Engineering Accreditation Board

Bureau canadien d’accréditation des programmes Carrera evaluada y acreditada por:

d’ingénierie CEAB

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 1

1. Resumen

En este informe se busca expresar el estudio de compactación que se le

realizo a una muestra de un lastre obtenido en las instalaciones del CIVCO.

Dicho estudio se realizo por medio de dos ensayos basados en las normas

ASTM, los cuales son, la preparación de la muestra y el ensayo de

compactación Proctor modificado (ASTM D1557).

Basándose en los procedimientos de reducción claramente establecidos en

la norma, se obtuvieron muestras de 7500 g, las cuales fueron utilizadas en

la prueba Proctor con el fin de compactar el suelo en estudio a diferentes

porcentajes de humedad.

El principal objetivo que se busca con estos ensayos es el de obtener

diferentes contenidos de humedad y diferentes pesos específicos secos

para generar la curva de compactación y con esta el contenido de humedad

optimo y el peso especifico seco máximo.

2. Introducción

En cada una de las obras de construcción, es de gran importancia tener

bien definidas las propiedades que tiene el suelo ya que este es la base

sobre la cual se realizara el proyecto. En muchos casos dichas propiedades

no cumplen con lo que buscamos en ellas, sin embargo, se pueden realizar

alteraciones en estas para poder obtener las propiedades satisfactorias.

Una opción que nos permite tener características de suelo que nos sirvan

para nuestra construcción es la de la sustitución de terreno por uno de

propiedades ideales. Sin embargo este es un procedimiento de alto costo,

por lo que en muchos casos se deben buscar otras soluciones con el suelo

que tenemos.

La compactación es un procedimiento que nos permite mejorar el

funcionamiento del suelo que tenemos en nuestro terreno. Este mejora

propiedades como la resistencia al esfuerzo cortante, densifica el suelo y

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 2

reduce los asentamientos al igual que la permeabilidad. Este es de menor

costo, sin embargo, no en todos los casos es factible el uso de esta técnica

de mejoramiento del suelo.

Es importante obtener la curva de compactación, y por medio de esta una

humedad optima, para lograr alcanzar el máximo grado de compactación.

Las pruebas que se realizan en los laboratorios nos generan una idea muy

cercana de la humedad optima de nuestro terreno, esto en el caso de que

se realicen correctamente los procedimientos de obtención y preparación de

la muestra con el objetivo de que se obtenga lo más representativa posible.

3. Marco Teórico

Según Juárez y Rico (1975) “la compactación busca el mejoramiento de las

propiedades mecánicas del suelo provocando un aumento de resistencia y

una disminución en la capacidad de deformación”. A demás de estas

propiedades, también encontramos la densificación del material lo que

disminuye la permeabilidad y la erosión y brinda mayor estabilidad.

Las técnicas de compactación son de gran importancia en la mayoría de

obras civiles para mejorar el suelo existente sin tener que aplicar

sustitución. Tal es el caso de terraplenes de relleno, presas de tierra,

pavimentos, cimentaciones, entre otros. En terrenos de arena suelta es

mejor aplicar métodos de vibración que permiten una mejor densificación

del material, tal como lo sugiere Braja (2001).

Según Fournier (2011) la humedad óptima corresponde al contenido de

humedad en el material que permite obtener el máximo peso especifico,

generalmente este valor de humedad está entre un 15-20% debajo del límite

liquido del suelo. La compactación perfecta es cuando se ha eliminado

completamente la presencia de aire y los espacios vacios presentes están

saturados.

Como establecen Juárez Y Rico (1975), el primer método de compactación

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 3

desarrollado fue el Proctor estándar pero conforme se avanzo en tecnología

y se desarrollaron mejores equipos de compactación en campo, se

desarrollo el Proctor modificado que aplica mayor energía a la muestra. La

siguiente ecuación permite obtener la energía que se le aplica a la muestra:

Donde:

Ee= Energía especifica

N= Numero de golpes por capa

n= numero de capas

W= Peso del pistón

h= altura de caída

V=Volumen del suelo compactado

Tabla 1. Energía aplicada en Proctor Estandar y Modificado

Proctor Estándar Proctor

Modificado Número de

golpes

25 56 Numero de capas 3 5 Peso del pistón 2,5 kg (5,5 lb) 4,5 kg (10 lb) Altura de caída 30,5 cm (12 inch) 45,7 cm (18 inch) Diámetro molde 10,2 cm (4 inch) 15,24 cm (6 inch) Volumen del

molde

943,3 cm3 2124 cm3 Energía

específica

12300 lb-ft/ft3 56200 lb-ft/ft3 Fuente: Juárez y Rico, 1975

Las curvas representadas en los resultados de humedad contra peso

específico son obtenidas de la siguiente ecuación:

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 4

4. Objetivos

4.1Objetivo General

Determinar la humedad necesaria en un suelo para lograr la

compactación máxima.

4.2 Objetivos Específicos:

Conocer las técnicas adecuadas para la preparación de muestras

para compactación.

Establecer el contenido de humedad óptimo para una grava mal

graduada.

Determinar el peso seco máximo en una muestra obtenido mediante

compactación.

Fijar los posibles errores que se pueden incurrir en el ensayo de

compactación

5. Métodos y Materiales

5.1 Preparación de muestras: Equipo:

Pala

Carretillo

Lona

Mallas 2 in, N° 4

Bandejas metálicas

Balanzas

Procedimiento: Se debe realizar el cuarteo de alrededor de tres carretillos de material y

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 5

reducir la muestra hasta asegurar unos 75 kg de material pasando la malla

de 2 pulgadas, luego se tamiza el material a través de ambas mallas y se

proporciona la cantidad de material que se debe tomar pasando la 2

pulgadas y retenido en la N° 4, y también la cantidad de material que se

debe tomar del material pasando la N°4. (Acorde con la ASTM D- 698 y

ASTM D- 1557)

5.2 Compactación:

Equipo:

Mazo Proctor modificado

Molde metálico

Bandeja metálica

Balanzas

Cucharas

Probeta

Cuchillos

Horno

Gato hidraulico

Procedimiento: Se debe agregar agua a la primer muestra hasta tener una consistencia

donde los terrenos se mantenga con textura uniforme, se debe llenar el

molde en 5 capas aplicando 56 golpes por capa, luego se debe enrasar y

determinar el peso del material, se extrae una pequeña parte de la muestra

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 6

la cual se coloca en el horno para determinar el respectivo contenido de

humedad.Para las otras muestras se varía los contenidos de agua para

obtener diversos valores de humedad, se recomienda obtener cinco puntos

para graficar con mayor facilidad. (Acorde con la ASTM D-698 y ASTM D-

1557).

6. Resultados

Tabla 2. Granulometría de la muestra.

Evaluación granulométrica Peso (kg) Muestra total (%)

Pasando 2" y retenido en 3/4" 7,5 6,7

Pasando 3/4" y retenido en malla #4

29,25 25,9

Pasando malla #4 76 67,4

Peso total de la muestra 112,75 100,0

Fuente: integrantes grupo 2, Datos experimentales.

Tabla 3. Material para el ensayo de Proctor modificado.

Material (%) (g) 10 bolsas(g)

Gruesos 32,6 2445 24450

Finos 67,4 5055 50550

Total 100 7500 75000

Fuente: integrantes grupo 2, Datos experimentales.

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 7

Tabla 4. Contenido de humedad

Fuente: integrantes del grupo 2,datos experimentales.

Tabla 5. Datos de compactación (Proctor modificado)

CANTIDAD DE AGUA (CC)

550 700 850 1000

Wt + P (kg) 10,97 11,04 10,979 10,9

P (molde) (kg) 6,58 6,58 6,58 6,58

Wt (kg) 4,39 4,46 4,399 4,32

%W 12,59 14,66 16,01 18,60

Yt (kg/m3) 2066,85 2099,81 2071,09 2033,90

Ys (kg/m3) 1835,66 1831,30 1785,25 1714,92

Fuente: integrantes del grupo 2, datos experimentales.

Los valores de los pesos específicos y la humedad fueron obtenidos a partir

de las siguientes formulas:

# Bandeja 1 2 3 4

Wt + Wb (kg) 1,2018 1,067 1,0093 1,0743

Ws + Wb (kg) 1,0795 0,9448 0,8853 0,9231

Wb (kg) 0,10847 0,11137 0,11086 0,1102

Ww (kg) 0,1223 0,1222 0,124 0,1512

Ws (kg) 0,97103 0,83343 0,77444 0,8129

%W 12,59 14,66 16,01 18,60

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 8

A partir de los datos anteriores se traza el siguiente grafico:

Grafico 1. Curva de peso especifico seco vrs humedad (Proctor Modificado)

Fuente: integrantes grupo 2, Datos experimentales.

De este grafico anterior obtenemos que el peso especifico seco máximo es

de aproximadamente 1838 kg/m3 con una humedad optima del 14%.

7. Analisis de resultados

Las muestras que se obtuvieron de la preparación fueron de 7500 g cada

una, en las cuales se eliminaron las partículas superiores a dos pulgadas

debido a que estas alteran las muestras debido a las dimensiones del molde

donde se realiza la compactación. Este porcentaje eliminado se dimensiona

en partículas finas para asegurar en cierto modo el mantener la

1700,00

1720,00

1740,00

1760,00

1780,00

1800,00

1820,00

1840,00

1860,00

11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 18,00 19,00

Pes

o e

spec

ific

o s

eco

(kg

/m3)

Contenido de humedad (%)

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 9

representatividad, sin embrago esto puede ser una fuente de error. Por eso

es que se sabe que los datos obtenidos en el laboratorio son una

aproximación a lo real y de esto se infiere la importancia de la

representatividad de la muestra.

Respecto al contenido de humedad, se obtuvo una humedad optima del

14%, lo que nos indica, tomando en cuenta estudios previos del contenido

de humedad este mismo suelo, que no hace falta agregarle mucha cantidad

de agua al suelo para poder llegar a la compactación máxima que se busca.

El peso especifico seco máximo, el cual se supone que nos brindara el

mejoramiento de las propiedades del suelo, se encuentra aproximadamente

en 1838 kg/m3. En este punto donde estamos en la humedad optima, es

donde obtenemos esas características ingenieriles que se buscan.

Algunas fuentes de error en este ensayo puede ser el no mantener el mazo

Proctor en posición vertical o no colocar el molde en una superficie plana

que evite vibraciones al molde, el mantener la muestra mucho tiempo fuera

del horno después de secada puede incurrir en que el material absorba

humedad del ambiente.

El agua en el material puede beneficia la compactación hasta un punto de

equilibrio que es aproximadamente cuando el agua ocupa todos los espacios

vacios dentro del suelo pero sin presentar exceso, después de este punto, el

agua comienza a ser perjudicial afectando la densificación del material.

Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad optima) 10

8. Conclusiones

La compactación es un método ideal para mejorar las propiedades

algunos suelos que se utilizan en obras de construcción.

El ensayo de Proctor modificado nos ayuda a representar en el

laboratorio las técnicas de compactación utilizadas en campo.

Conocer el contenido de humedad optimo es de mucha importancia

ya que es de gran utilidad a la hora de buscar una solución para

mejorar las propiedades de resistencia al cortante, densidad y otras

del suelo. En el caso del material que se utilizo en nuestra prueba se

obtuvo un 14% de humedad óptima.

9. Bibliografía

Juárez B. E y Rico R. A. (1975). Mecánica de suelos Tomo 1:

Fundamentos de la mecánica de Suelos. México: Limusa.

Braja M. D. (2001). Principios de ingenieria de

cimentaciones. California: International Thomson

Editores.

Fournier, R. Material del curso mecánica de suelos I

ASTM D-698. Características de compactación de suelo en

laboratorio usando esfuerzo normal.

ASTM D-1557. Características de compactación de suelo en

laboratorio usando esfuerzo modificado.

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