CTEDRA: LABORATORIO DE SUELOS I (COMPACTACION DE SUELOS)

CATEDRTICO: Ing. FLORES BARRERA, GROVER

HUANCAVELICA PER2013

AO DE LA UNION NACIONAL FRENTEA LA CRISIS EXTERNA

INTEGRANTES

CICLO: V

CATEDRATICO: ING. BENDEZU ACERO, JonnyUNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAFACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIAE. A. P. DE INGENIERIA CIVIL - HUANCAVELICA

OBJETIVOS

Determinar la humedad ptima de cierto suelo estudiando anteriormente, con la cual alcanzar su densidad mxima en la compactacin por el mtodo (Proctor Modificado y Estndar).

Familiarizar a cada uno de los estudiantes con el procedimiento del mtodo de compactacin en laboratorio (Proctor Modificado y Estndar) y verificar la relacin densidad humedad para una energa de compactacin correspondiente sobre un suelo particular.

I. MARCO TERICO

I.1. RELACIN HUMEDAD DENSIDADI.1.1.COMPACTACIN

Se entiende por compactacin de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades mecnicas por medios mecnicos. Se distingue de la consolidacin de los suelos en que, en este ltimo proceso el peso especfico del material crece gradualmente bajo la accin natural de sobrecargas impuestas que provocan expulsin de agua por un proceso de difusin; ambos proceso involucran disminucin de volumen, por lo que en el fondo son equivalentes.La importancia de la compactacin de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminucin de la capacidad de deformacin que se obtienen al sujetar el suelo a tcnicas convenientes que aumenten su peso especfico seco, disminuyendo sus vacos. Por lo general, las tcnicas de compactacin se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas.La estabilidad de una obra vial exige, entre otras cosas, que los terraplenes y las diferentes capas de rodamientos se hallen debidamente compactados.A fin de que el material a compactarse alcance la mayor densidad posible en el terreno, deber tener una humedad adecuada en el momento de la compactacin.Esta humedad, previamente determinada en un laboratorio de suelos, se llama humedad ptima y la densidad obtenida se conoce con el nombre de densidad mxima.Los mtodos usados para la compactacin de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso; los materiales puramente friccionantes, como la arena, se compactan eficientemente por mtodos vibratorios, en tanto que en los suelos plsticos el procedimiento de carga esttica resulta el ms ventajoso. En la prctica, estas caractersticas se reflejan en los equipos disponibles para el trabajo, tales como plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumticos o pata de cabra. En las ltimas pocas los equipos de campo han tenido gran

desarrollo y hoy existen en gran variedad de sistemas o pesos, de manera que el ingeniero tiene posibilidad de elegir entre muchos, los implementos adecuados a cada caso particular.La eficiencia de cualquier equipo de compactacin depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en el laboratorio la compactacin que se pueda lograr en el campo con el equipo disponible. De entre todos los factores que influye en la compactacin obtenida en un caso dado, podra decirse que dos son los ms importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactacin y la energa especfica empleada en dicho proceso. Por energa especfica se entiende la energa de compactacin suministrada al suelo por unidad de volumen.Actualmente existen muchos mtodos para reproducir, al menos tericamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de compactacin de campo. Todos ellos pensados para estudiar, adems, los distintos factores que gobiernan la compactacin de los suelos.Histricamente, el primer mtodo, en el sentido de la tcnica actual, es el debido a R. R. Proctor y es conocido hoy da como Prueba Proctor Estndar o A.A.S.H.O. La prueba consiste en compactar el suelo en cuestin en tres capas, dentro de un molde de dimensiones y forma especificadas, por medio de golpes de un pisn, tambin especificada, que se deja caer libremente desde una altura prefijada.El molde es un cilindro de 0.94 l de capacidad aproximada (1/30 pie2), de 10.2 cm. (4 pulgadas) de dimetro y 11.7 cm. (4.59 pulgadas) de altura, provisto de una extensin desmontable de igual dimetro y 5 cm. (2 pulgadas) de altura. El molde puede fijarse a una base metlica con tornillos de mariposa.El pisn es de 2.5 Kg. (5.5 libras) de peso y consta de un vstago en cuyo extremo inferior hay un cilindro metlico de 5 cm. (2 pulgadas) de dimetro. Los golpes se aplican dejando caer el pisn desde una altura de 30.5 cm. (12 pulgadas).Dentro del molde el suelo debe colocarse en tres capas que se compactan dando 25 golpes, repartidos en el rea del cilindro, a cada una de ellasCon este procedimiento de compactacin Proctor estudi la influencia que ejerca en el proceso el contenido inicial de agua del suelo, encontrando que tal valor era de fundamental importancia

en la compactacin lograda. En efecto, observ que a contenidos de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se obtenan ms altos pesos especficos secos y, por lo tanto, mejores

compactaciones del suelo, pero que esta tendencia no se mantena indefinidamente, sino que al pasar la humedad de un cierto valor, los pesos especficos secos obtenidos disminuan, resultando peores compactaciones en la muestra. Es decir, Proctor puso de manifiesto que, para un suelo dado y usando el procedimiento descrito, existe una humedad inicial, llamada la ptima, que produce el mximo peso especfico seco que puede lograrse con este procedimiento de compactacin.Lo anterior puede explicarse, en trminos generales, teniendo en cuenta que a bajos contenidos de agua, en los suelos finos, del tipo de los suelos arcillosos, el agua est en forma capilar produciendo compresiones entre las partculas constituyentes del suelo, lo cual tiende a formar grumos difcilmente desintegrables que dificultan la compactacin. El aumento en contenido de agua disminuye esa tensin capilar en el agua haciendo que una misma energa de compactacin produzca mejores resultados. Si el contenido de agua es tal que haya exceso de agua libre, al grado de llenar casi los vacos del suelo, sta impide una buena compactacin, puesto que no puede desplazarse instantneamente bajo los impactos del pisn.Curva de humedad-densidad o de Compactacin. Esta curva da la variacin, d Vs , que se obtiene en laboratorio. La densidad seca (y tambin el d) va variando al modificar la humedad, , de compactacin.La humedad ptima es la que se corresponde con el mximo de la curva de densidad. La rama seca es la que se corresponde al suelo bajo de humedad, donde la friccin y cohesin dificultan su densificacin. La rama hmeda, es asinttica a la lnea de saturacin, que se desplaza hacia la derecha de la humedad ptima de compactacin, dado que la energa de compactacin de un suelo muy hmedo la absorbe el agua y no el esqueleto mineral.

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La humedad ptima es la que se corresponde con el mximo de la curva de densidad. La rama seca es la que se corresponde al suelo bajo de humedad, donde la friccin y cohesin dificultan su densificacin. La rama hmeda, es asinttica a la lnea de saturacin, que se desplaza hacia la derecha de la humedad ptima de compactacin, dado que la energa de compactacin de un suelo muy hmedo la absorbe el agua y no el esqueleto mineral.

I.1.2.TEORIA DE COMPACTACIN:

Sabemos que un suelo est formado por partculas de tamao y forma variada y que entre estas existen espacios intergranulares llamados vacos, que se hallan llenos de aire, agua o de ambos a la vez.Asimismo que cuando una masa de tierra est en estado suelo ocupa mayor volumen, porque tiene mayor nmero de vacos. En cambio, apretujamos o comprimimos esta masa de tierra se hace ms compacta y observamos un decrecimiento del volumen total, a causa de la disminucin de volumen de vacos. Esta operacin de comprimir o apretujar una masa de tierra se llama compactacin. Es decir, se denomina compactacin de suelos al proceso mecnico por el cual se busca mejorar las caractersticas de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformacin de los mismo; por lo general el proceso implica una reduccin ms o menos rpida de los vacos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volumen de aire, pues por lo comn no se expulsa agua de los huecos durante el proceso de compactacin. No todo el aire sale del suelo compactado es la de suelo parcialmente saturado.El objetivo principal de la compactacin es obtener un suelo estructurado que posea y conserve un comportamiento mecnico adecuado a travs de toda la vida til de la obra.

Las propiedades requeridas pueden variar de un caso a otro pero la resistencia, la compresibilidad y una adecuada relacin esfuerzo deformacin figuran entre aquellas cuyo mejoramiento se busca siempre, es menos frecuente, aunque a veces no menos importante, que tambin se compacte para obtener unas caractersticas idneas de permeabilidad y flexibilidad.

Finalmente suele favorecerse mucho la permanencia de la estructura ante la accin de los agentes erosivos como consecuencia de un proceso de compactacin.De la simple enumeracin de los objetivos de la compactacin destaca un hecho importante, que debe hacer prever al ingeniero muchas de las ventajas y dificultades, complejidades que despus efectivamente encontrar en estas tcnicas. En primer lugar, la compactacin resulta ser un proceso de objetivos mltiples y ello propicia la complicacin, pero en segundo lugar, es evidente que muchos de esos objetivos sern contradictorios en muchos problemas concretos, en sentido de que las acciones que se emprender para cumplir con uno, pudieran perjudicar a algn otro. Por ejemplo en trminos generales puede ser cierto con frecuencia que una

compactacin intensa produce un material resistente, pero sin duda muy susceptible al agrietamiento, en este aspecto el nmero de ejemplos contrastantes que pudieran ocurrirse es prcticamente ilimitado. Estas posibles contradicciones se complican y amplan an ms si se toma en cuenta que los suelos compactados han de tener una vida dilatada y que es compromiso obvio que conserven sus propiedades de toda esa vida, bajo la accin del agua, de las cargas soportadas, etc.Al realizar el proceso de compactacin de un suelo, se obtienen las siguientes ventajas:

1) Se establece un contacto ms firme entre las partculas.2) Las partculas de menor tamao son forzadas a ocupar los vacos formados por los de mayor dimensin.3) Cuando un suelo est compacto, aumenta su valor soporte y se hace ms estable.4) Como las partculas se hallan firmemente adheridas despus de la compactacin la masa del suelo ser ms densa y su volumen de vacos quedar reducido a un mnimo. Por lo tanto, la capacidad absorbente (de agua) de un suelo, quedar grandemente reducida por efecto de la compactacin.

I.1.3. RELACIN ENTRE LA HUMEDAD Y EL PESO ESPECFICO:

La importancia de la humedad del suelo para asegurar la compactacin se ilustra en los siguientes experimentos. Una muestra de suelo se separa en 6 u 8 porciones, cada porcin se mezcla ntimamente con diferentes cantidades de agua, de manera que cada una tenga diferente humedad, variando esta desde cero hasta un punto intermedio entre los lmites lquido y plstico.Cada porcin se compacta en un depsito con exactamente el mismo esfuerzo de compactacin; la humedad y el peso de los slidos por metro cbico de suelos compactados, que se denomina peso especfico.

I.2.MTODO PROCTOR:

Consiste en compactar el material dentro de un molde metlico y cilndrico, en varias capas y por la cada de un pistn. Existen dos variaciones del mtodo Proctor.

ENSAYOS DE COMPACTACIN ESTNDAR Y MODIFICADO

PROCTOR ESTANDAR ASTMD 689 OBJETIVOS Determinar el contenido de humedad ptima y el peso especfico seco mximo para lograr la compactacin de nuestra muestra de suelo. Conocer las tcnicas adecuadas para la preparacin de muestras para compactacin Establecer el contenido de humedad ptimo para una arena bien graduada con limo. Analizar el ensayo cumpliendo las normas que lo regulan, considerando los pasos que se deben seguir y los materiales que se deben usar.

MARCO TERICOConsiste en compactar el material dentro de un molde metlico y cilndrico, en varias capas y por la cada de un pistn. Existen dos variaciones del mtodo Proctor. A) PROCTOR ESTNDAR O NORMAL: El ensayo Proctor es un ensayo de compactacin de suelo.Tiene como finalidad obtener la humedad ptima de compactacin de un suelo para una determinada energa de compactacin. El ensayo se realiza con un pistn de 5 lbs, h = 12, N = 25 golpes y 3 capas a compactar. El molde de dimetro = 4 y volumen 1/30 ft3. Obtener la humedad optima de compactacin de un suelo para una determinada energa de compactacin.

La humedad optima de compactacion es aquella humedad (% de agua), para la cual la densidad del suelo es maxima, es decir, que cantidad de agua le hemos de aadir a un suelo para poderlo compactarlo al maximo, con una energia concreta.

MATERIALES Y EQUIPOS Para la consecucin satisfactoria de los resultados del laboratorio del proctor estndar se emplearon los siguientes equipos.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAFACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERA ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE HUANCAVELICALABORATORIO DE TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAFACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERA ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE HUANCAVELICALABORATORIO DE TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

Badilejo

Costal

Muestra de suelo de 10kg

Malla N4

Combo

Bandejas metlicas

Balanzas

Molde de compactacin cilndrico de 11.43cm (Dimetro)x 11.64cm(Altura) de volumen 941.538

Pisn 2.44kg y gua metlica para el pisn

Esptula y cucharas

Regla recta metlica

Taras numeradas

Gotero y Probeta

Horno

Extractor

PROCEDIMIENTOS Extrajimos una muestra de aproximadamente 40kg de la calicata antes hecha.

Pusimos a secar al aire por casi 3dias.

Pesamos una muestra representativa de 10kg y se tamizo por la malla N4, se observ que toda la muestra paso por dicha malla porque trabajamos con un suelo arenoso bien graduado con limo y lo separamos en 4 y cada una de ellas contena 2.5kg.

Pesamos cada una de las cuatro recipientes entre ellos taras y platos metlicos obteniendo los pesos de: Tara N 01 = 9.5gr Tara N 02 = 5.5 gr Tara N 03 = 8.2gr Plato metlico N 04= 29.4gr

En el primer ensayo: para el primer punto de la curva del ensayo de proctor estndar, se empez midiendo con la ayuda de la probeta y del gotero un 10% de agua del peso de la muestra de 2.5kg que fueron 250ml a utilizarse.

Se mezcl el 10% de agua con la muestra, de manera uniforme, con la ayuda de una cuchara.

Se llen la primera tercera parte de la briqueta y se dieron 25 golpes con el pisn de 2.5kg de una altura de 30cm.

Se llen hasta la segunda tercera parte y se volvieron a dar los 25 golpes.

Por ltimo se llen la briqueta por completo y se dieron los 25 golpes finales. Se retir la parte superior de la briqueta y con la regla recta metlica se cort al ras el restante de lo compactado.

Se pes el suelo compactado con la briqueta obteniendo un peso de 5.591kg

Se retir el molde del suelo compactado con la ayuda del gato hidrulico.

Se extrajo un cubo irregular de la parte central la cual pesaba 0.135kg.

Se coloc dicha muestra (hmeda) en la tara N 03 a las 4:50pm del 14/08/2013y se llev al horno a una temperatura de 110 C durante 24 horas.

Se extrajo la muestra del horno (seco) y se pes la tara N 03 con la muestra obteniendo un peso de 0.123kg.

En el segundo ensayo se utiliz un 12% de agua del peso de la muestra de 2.5kg que fueron 300ml. Se realizaron los mismos procedimientos que en el primer ensayo pero el peso del suelo compactado con la briqueta fue de 5.580kg Se extrajo un cubo irregular de la parte central la cual pesaba 0.160kg. Se coloc dicha muestra (hmeda) en la tara N 03 a las 5:18 pm del 14/08/2013y se llev al horno a una temperatura de 110 C durante 24 horas. Se extrajo la muestra del horno (seco) y se pes la tara N 03 con la muestra obteniendo un peso de 0.143kg. En el tercer ensayo se utiliz un 14% de agua del peso de la muestra de 2.5kg que fueron 350ml. Se realizaron los mismos procedimientos que en el primer y segundo ensayo entonces el peso del suelo compactado con la briqueta fue de 5.738 kg Se extrajo un cubo irregular de la parte central la cual pesaba 0.122kg. Se coloc dicha muestra (hmeda) en la tara N 03 a las 6.54pm del 14/08/2013y se llev al horno a una temperatura de 110 C durante 24 horas. Se extrajo la muestra del horno (seco) y se pes la tara N 03 con la muestra obteniendo un peso de 0.107kg. En el cuarto ensayo se utiliz un 16% de agua del peso de la muestra de 2.5kg que fueron 400ml. Se realizaron los mismos procedimientos que en el primer ensayo pero el peso del suelo compactado con la briqueta fue de 5.680kg Se extrajo un cubo irregular de la parte central la cual pesaba 0.149kg. Se coloc dicha muestra (hmeda) en la tara N 03 a las 6.23pm del 14/08/2013y se llev al horno a una temperatura de 110 C durante 24 horas. Se extrajo la muestra del horno (seco) y se pes la tara N 03 con la muestra obteniendo un peso de 0.132kg.

RESULTADOS:

COMENTARIOS DE LOS RESULTADOS:

PROCTOR MODIFICADO (ASTM D1557)

OBJETIVOSDeterminar la humedad necesaria en un suelo para logar la compactacin mxima.Compactar el suelo en estudio a diferentes porcentajes de humedad.Obtener diferentes contenidos de humedad y diferentes pesos secos para generar la curva de compactacin, tambin el contenido de humedad ptimo y el peso especfico seco mximo.Conocer las tcnicas adecuadas para la preparacin de muestras para compactacin. MARCO TERICO

Con el desarrollo de rodillos pesados y su uso en la compactacin en campo, la prueba Proctor Estandar fue modificada para representar mejor las condiciones de campo. A esta se le llama prueba Proctor Modificada en el que se aplica mayor energa de compactacin que el estndar siendo el que est mas de acuerdo con las solicitaciones que las modernas estructuras imponen al suelo. El ensayo se realiza con el pistn de 10 lbs, h = 18, N = 25 golpes, y compactando en 5 capas, con el mismo moldeEsta diferencia se debe a la existencia de modernos equipos de compactacin ms pesados que permiten densidades ms altas en campo.

MATERIALES Y EQUIPOS Para la consecucin satisfactoria de los resultados del laboratorio del proctor estndar se emplearon los siguientes equipos. UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICAFACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERA ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE HUANCAVELICALABORATORIO DE TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

EL GRUPOBadilejo

Costal

Muestra de suelo de 10kg

Malla N4

Combo

Bandejas metlicas

Balanzas

Molde de compactacin cilndrico de 11.43cm (Dimetro)x 11.64cm(Altura) de volumen 941.538

Pisn 2.44kg y gua metlica para el pisn

Esptula y cucharas

Regla recta metlica

Taras numeradas

Gotero y Probeta

Horno

Extractor

PROCEDIMIENTOS:

Se extrajo la muestra de la calicata.

Se llev aproximadamente 40 kg de la muestra.

Lo pusimos la muestra al aire por tres das.

Pesamos una muestra representativa de 28 kg. Se tamizo la muestra por la malla de . Se separ la muestra en 4 y cada una contena 6kg haciendo un total de 24 kg. Se pesaron las taras siendo los resultados:

W grW grW grW gr

PRIMER ENSAYO: Para el primer punto de curva se calcul el 10 % de agua del peso de la muestra de 6 kg. Medimos el agua en la probeta la cantidad de 600 ml. Luego se mezcl el 10 % de agua con la muestra. Ya estando mezclado la muestra se llen la primera quinta parte de la briqueta con la ayuda de la cuchara que se cuenta en el laboratorio. Luego se realiz los 56 golpes con el pisn para que compacte el suelo. Los dos ltimos procedimientos se realiz 4 veces ms hasta llegar al ras de la briqueta. Se retir la parte superior de la briqueta con la regla recta metlica se cort al ras el restante del suelo compactado, se pes el suelo compactado ms la briqueta siendo el resultado. W suelo compactado + briqueta 11,745 kg. Llevamos la briqueta ms el suelo compactado al gato hidrulico. Retiramos el suelo compactado se le quito la parte central se pes y se obtuvo el siguiente resultado: (Hmedo) W + muestra de suelo compactado = 121,42 gr. Se llev al horno a 110 grados por 24 horas. Despus se pes la muestra y se obtuvo. (Seco) W + muestra de suelo compactado = 110,83 gr. SEGUNDO ENSAYO: Para el segundo punto de curva se calcul el 12 % de agua del peso de la muestra de 6 kg. Medimos el agua en la probeta la cantidad de 720 ml. Luego se mezcl el 12 % de agua con la muestra. Ya estando mezclado la muestra se llen la primera quinta parte de la briqueta con la ayuda de la cuchara que se cuenta en el laboratorio. Luego se realiz los 56 golpes con el pisn para que compacte el suelo. Los dos ltimos procedimientos se realiz 4 veces ms hasta llegar al ras de la briqueta. Se retir la parte superior de la briqueta con la regla recta metlica se cort al ras el restante del suelo compactado, se pes el suelo compactado ms la briqueta siendo el resultado. W suelo compactado + briqueta 11,878 kg. Llevamos la briqueta ms el suelo compactado al gato hidrulico. Retiramos el suelo compactado se le quito la parte central se pes y se obtuvo el siguiente resultado: (Hmedo) W + muestra de suelo compactado = 184,62 gr. Se llev al horno a 110 grados por 24 horas. Despus se pes la muestra y se obtuvo. (Seco) W + muestra de suelo compactado = 167,12 gr. TERCER ENSAYO: Para el tercer punto de curva se calcul el 14 % de agua del peso de la muestra de 6 kg. Medimos el agua en la probeta la cantidad de 840 ml. Luego se mezcl el 14 % de agua con la muestra. Ya estando mezclado la muestra se llen la primera quinta parte de la briqueta con la ayuda de la cuchara que se cuenta en el laboratorio. Luego se realiz los 56 golpes con el pisn para que compacte el suelo. Los dos ltimos procedimientos se realiz 4 veces ms hasta llegar al ras de la briqueta. Se retir la parte superior de la briqueta con la regla recta metlica se cort al ras el restante del suelo compactado, se pes el suelo compactado ms la briqueta siendo el resultado. W suelo compactado + briqueta 11,878 kg. Llevamos la briqueta ms el suelo compactado al gato hidrulico. Retiramos el suelo compactado se le quito la parte central se pes y se obtuvo el siguiente resultado: (Hmedo) W + muestra de suelo compactado = 131,47 gr. Se llev al horno a 110 grados por 24 horas. Despus se pes la muestra y se obtuvo. (Seco) W + muestra de suelo compactado = 116 gr. CUARTO ENSAYO: Para el segundo punto de curva se calcul el 16 % de agua del peso de la muestra de 6 kg. Medimos el agua en la probeta la cantidad de 960 ml. Luego se mezcl el 16 % de agua con la muestra. Ya estando mezclado la muestra se llen la primera quinta parte de la briqueta con la ayuda de la cuchara que se cuenta en el laboratorio. Luego se realiz los 56 golpes con el pisn para que compacte el suelo. Los dos ltimos procedimientos se realiz 4 veces ms hasta llegar al ras de la briqueta. Se retir la parte superior de la briqueta con la regla recta metlica se cort al ras el restante del suelo compactado, se pes el suelo compactado ms la briqueta siendo el resultado. W suelo compactado + briqueta 11,991 kg. Llevamos la briqueta ms el suelo compactado al gato hidrulico. Retiramos el suelo compactado se le quito la parte central se pes y se obtuvo el siguiente resultado: (Hmedo) W + muestra de suelo compactado = 115,67 gr. Se llev al horno a 110 grados por 24 horas. Despus se pes la muestra y se obtuvo. (Seco) W + muestra de suelo compactado = 101,49 gr.

RESUTADOS