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MECANICA DE SUELOS PROCTOR MODIFICADO 1 Generalidades 2

Pruebas de compactación Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en

laboratorio las condiciones dadas de compactación en terreno. Históricamente, el primer método, respecto a la técnica que se utiliza actualmente, es el debido R.R. Proctor y que es conocido como Prueba Proctor estándar. El mas empleado, actualmente, es el denominado prueba Proctor modificado en el que se aplica mayor energía de compactación que el estándar siendo el que esta mas de acuerdo con las solicitaciones que las modernas estructuras imponen al suelo.

También para algunas condiciones se utiliza el que se conoce como Proctor de 15

golpes. Todos ellos consisten en compactar el suelo, con condiciones variables que se especifican a continuación: Método Proctor

N

Tamaño molde (cm)

Volumen Pisón Nº molde (kg) Capas (cm)

Altura caída (cm)

Nº Golpes

3 3

30.48 30.48

25 55

Energía compac. / volumen (kg*m/m3) 60.500 60.500

ESTÁNDAR ESTÁNDAR MODIFICAD O MODIFICAD O 15 GOLPES

1 11.64*10.16 2 11.64*15.24

943.33 2123.03

2.49 2.49

3 11.64*10.16

943.33

2.49

5

45.72

25

275.275

4 11.64*15.24

2123.03

2.49

5

45.72

55

275.275

5 11.64*10.16

943.33

2.49

3

30.48

15

36.400

Tabla V.13 Especificaciones de pruebas en laboratorio Los métodos 1 y 3 se emplean con suelos que tienen un alto % de partículas bajo la malla #4 = 4.76 mm, un buen criterio es considerar 80% en peso como mínimo. Los métodos 2 y 4 se emplean con suelos que tienen un % importante de partículas mayores a la malla #4 y menores que ¾. La energía especifica de compactación se obtiene aplicando la siguiente formula:

Ee = N * n * W * h V

Donde : Ee N n W H V

= = = = = =

Energía especifica Numero de golpes por capa Numero de capas de suelo Peso del pisón Altura de caída libre del pisón Volumen del suelo compactado.

Con este procedimiento de compactación, Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso el contenido inicial de agua de suelo. Observó que a contenidos de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían mas altos pesos específicos secos y, por lo tanto, mejores compactaciones de suelo, pero que esa tendencia no se mantenía indefinidamente, sino que al pasar la humedad de un cierto valor, los pesos específicos secos obtenidos disminuían, resultando peores compactaciones en la muestra. Es decir, que existe una humedad inicial denominada humedad optima, que produce el máximo peso especifico seco que puede lograrse con este procedimiento de compactación y, por consiguiente, la mejor compactación del suelo. Los resultados de las pruebas de compactación se grafican en curvas que relacionan el peso específico seco versus el contenido de agua, lo que se puede apreciar en la Figura 5.17, para diferentes suelos.

3

Equipo necesario

- Molde de 100 cm. De diámetro nominal con una capacidad de 0.944 ± 0.008 lt, con un diámetro interno de 101.6 ± 0.4mm. y una altura de 116.4 ± 0.1 mm. - Molde de 150 mm. De diámetro nominal con una capacidad de 2124 ± 0.021 lt, con un diámetro interno de 152.4 ± 0.1 mm. - Pisón metálico de 50 ± 0.2 mm. De diámetro, con un peso de 2500 ± 10 g. Se ocupa en el método Standard. - Pisón metálico de 50 ± 2 mm. De diámetro con un peso de 4.500 ± 10 g. Se ocupa en el método modificado. - Probetas graduado con capacidad de 500 cm3 graduada a 2.5 cm3. - Una balanza con una capacidad de 10 kg y una precisión de 5 g y otra con 1 kg de capacidad y una precisión de 0.1 g. - Estufa

- Regla de acero de 300 mm. De largo, tamices de 50; 20 y 5 mm. De abertura, cápsulas, pailas, poruñas.

Fig. 5.17 Curvas de control de varios suelos 4

Calibración del molde

- Se pesa, se registra la masa del molde vacío (Mv) y se determina la capacidad volumétrica como sigue: - Ajustar el cilindro y la placa base. - Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal. - Llenar el molde con agua a temperatura ambiente y determinar la masa de agua que llena el molde (Mw) aproximadamente a 1 g. - Medir la temperatura de agua y determinar su peso especifico (‫ﻻ‬W), según la tabla V.9.

Temperatura ºC 4 6 8 10 12

Peso Especifico G/cm3 1.0 0.999968 0.999876 0.999728 0.39526

14 16 18 20 23 26 29

0.39273 0.99897 0.99862 0.99823 0.99756 0.99681 0.99597

Tabla V.9 Peso específico del agua según su temperatura - Determinar la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm3, según la siguiente expresión:

V = Mw ‫ﻻ‬W Donde : Mw

:

Masa de agua que llena el molde.

‫ﻻ‬W

:

Peso específico del agua.

5 Tamaño de la muestra El tamaño de la muestra de ensayo se obtiene de acuerdo a la tabla mostrada a continuación:

Molde

Método

Masa mínima de la muestra (g)

Masa aprox. De fracción de muestra para cada determinación (g).

100

1

15000

3000

150

2

30000

6000

Tabla V.14 Tamaño de la muestra de ensayo

Se describe solo el método uno, Proctor Standard, ya que los demás siguen el mismo procedimiento variando solo las características indicadas. 5.1 Para permitir un mínimo de 5 determinaciones de punto de la curva de compactación, dos bajo la humedad óptima y dos sobre ellas, se procede a secar al aire una cantidad suficiente de suelo. 5.2 Se selecciona el material haciéndolo pasar por la malla Nº4, se pesa el material retenido por ella y el que pasa. Se utiliza en el ensaye solo el material que pase bajo esta malla. 5.3 Se mezcla cada porción de suelo, con agua para llevarla al contenido de humedad deseado, considerando el agua contenido en la muestra.

5.4

Para permitir que el contenido de humedad se distribuya uniformemente en toda la

muestra, se guardan las proporciones de suelo en envases cerrados. 5.5 Se pesa el molde y su base. Se coloca el collar ajustable sobre el molde. 5.6

Colocar una capa de material aproximadamente 1/3 de la altura del molde más el collar.

Compactar la capa con 25 golpes uniformemente distribuidos en el molde de 100 mm de diámetro con un pisón de 2.5 kg con una altura de caída de 30.5 cm. 5.7 Repetir 2 veces la operación anterior, escarificando ligeramente la superficie compactada antes de agregar una nueva capa. Al compactar la ultima capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde, el que debe sobresalir de ¼ a ½ pulgada. 5.8 Retirar cuidadosamente el collar ajustado y enrasar la superficie del molde con una regla metálica. Pesar el molde (con la placa) y el suelo y restar la masa del primero, obteniendo así la masa del suelo compactado (M). Registrar aproximado a 1 g. 5.9

Retirar el material del molde y extraer dos muestras representativas del suelo

compactado. Obtener la humedad de cada uno de ellos y registrar la humedad del suelo compactado como el promedio de ambas. Repetir las operaciones anteriores, hasta que haya un decrecimiento en la densidad húmeda del suelo. El ensaye se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda. 6 Expresión de resultados - CURVA DE COMPACTACION El peso específico húmedo (‫ﻻ‬t) se obtiene dividiendo el peso del material húmedo por el volumen interior del molde. ‫ﻻ‬t

= Peso del material húmedo Volumen del molde

A partir de los datos del contenido de humedad calculados, de cada muestra compactada de determina el peso especifico seco ‫ﻻ‬d según:

w = Ww Ws ‫ﻻ‬d

=

‫ﻻ‬t

.

w+1 Donde

:

Ww : Peso del agua Ws : Peso de los sólidos

Con los datos obtenidos de ‫ﻻ‬d y w se construye un grafico similar a la siguiente figura 5.18

Fig. 5.18 Relación Humedad – Densidad La curva de compactación resultante para un suelo es una curva experimental a diferencia de la curva de saturación.

-

CURVA DE SATURACIÓN La

curva de saturación representa la densidad seca de un suelo en estado de

saturación. Esto equivale a que los vacios, Vv, esten totalmente ocupados por agua y se expresa por la relación

W = [ 1 / ‫ﻻ‬d - 1 / Gs] Donde : ‫ﻻ‬d = Peso específico seco. Gs = Peso específico relativo de las partículas.

Este contenido de humedad es por lo tanto la humedad que se necesita para llenar todos los vacíos de agua de una masa de suelo compactada a una densidad preestablecida.

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