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UNIVERSIDAD CATOLICA DE CUENCA SEDE AZOGUES

TEMA: ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO MECANICA DE SUELOS ESTUDIANTES: DIANA CORONEL V. WILSON ANDRADE DANIELA CARVAJAL MATEO BECERRA CATEDRÁTICO: ING. RICARDO ROMERO

FACULTAD: ING. CIVIL

CICLO: SEXTO

ENSAYO DE PROCTOR MODIFICADO

INTRODUCCION: 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 costo y el desarrollo estructural e hidráulico. Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Normal", y el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido a una mayor masa del pisón y mayor altura de caída en el Proctor modificado. Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos o áridos, en unas determinadas condiciones de humedad, con la condición de que no tengan excesivo porcentaje de finos, pues la prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla No 4, o que tengan un retenido máximo del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho retenido) totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” deberá determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Proctor estándar. El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación máxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación. El ensayo puede ser realizado en tres niveles de energía de compactación, conforme las especificaciones de la obra: normal, intermedia y modificada. 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. Próctor y que es conocido como Prueba Próctor estándar. El más empleado, actualmente, es la denominada prueba Próctor modificado en el que se aplica mayor energía de compactación que el estándar siendo el que está más de acuerdo con las solicitaciones que las modernas estructuras imponen al suelo. También para algunas condiciones se utiliza el que se conoce como Próctor de 15 golpes. El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad posible para ese terreno. Las principales normativas que definen estos ensayos son las normas americanas ASTM D-698 (ASTM es la American Society for Testing Materials, Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales) para el ensayo Proctor estándar y la ASTM D-1557 para el ensayo Proctor modificado. 1

OBJETIVO GENERAL: Determinar el peso volumétrico seco máximo (d máx) que pueda alcanzar un material, así como la humedad óptima (W ópt.) a que deberá hacerse la compactación.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 

Establecer la importancia del método de compactación como medio para aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de los suelos.



Obtener la curva de compactación de la muestra de suelo compactado en el laboratorio de los pesos específicos secos versus el contenido de humedad.



Analizar el ensayo cumpliendo las normas que lo regulan, considerando los pasos que se deben seguir y los materiales que se deben usar



Conseguir la máxima compacidad de un suelo o capa granular con una energía de compactación determinada, con el fin de evitar asientos una vez puesta en servicio la obra.

El agua que se utiliza en la compactación funciona como lubricante, disminuyendo la fricción entre las partículas y permitiendo una mayor compactación con una menor energía.

MARCO TEORICO: El término compactación se utiliza en la descripción del proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos. El incremento de la densidad se obtiene por medio de la disminución de la cantidad de aire que se encuentra en los espacios vacíos que se encuentra en el material, manteniendo el contenido de humedad relativamente constante. En la vida real, la compactación se realiza sobre materiales que serán utilizados para relleno en la construcción de terraplenes, pero también puede ser empleado el material in situ en proyectos de mejoramiento del terreno. El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades ingenieriles del material en algunos aspectos: 

Aumentar la resistencia al corte, y por consiguiente, mejorar la estabilidad, de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.



Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos. 2



Disminuir la relación de vacíos y, por consiguiente, reducir la permeabilidad.

Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por congelamiento. Para medir el grado de compactación de material de un suelo o un relleno se debe establecer la densidad seca del material. En la obtención de la densidad seca se debe tener en cuenta los parámetros de la energía utilizada durante la compactación y también depende del contenido de humedad durante el mismo. Las relaciones entre la humedad seca, el contenido de humedad y la energía de compactación se obtienen a partir de ensayos de compactación en laboratorio. La compactación en laboratorio consiste en compactar una muestra que corresponda a la masa de suelo que se desea compactar, con la humedad calculada y en un molde cilíndrico de volumen conocido y con una energía de compactación especificada. En la actualidad se presentan deferentes tipos de ensayos los cuales determinan el grado de compactación del material, entre otros se pueden encontrar los ensayos de: Método del martillo de 2.5 Kg, método del martillo de 4.5 Kg, Proctor (estándar), Proctor modificado y el método del martillo vibratorio. Los primeros cuatro están basados en la compactación dinámica creada por el impacto de un martillo metálico de una masa específica que se deja caer libremente desde una altura determinada, el suelo se compacta en un número de capas iguales y cada capa recibe el mismo número de golpes. La compactación en el quinto ensayo está basada en la combinación de presión estática y la vibración. El suelo se compacta en tres capas iguales presionado fuertemente hacia abajo el compactador vibratorio durante 60 segundos en cada capa. Los resultados obtenidos a partir del ensayo proporcionan una curva, en la cual el pico más alto dicta el contenido de humedad óptima a la cual el suelo llega a la densidad seca máxima. Por medio de los ensayos sé a podido determinar que por lo general la compactación es más eficaz en los materiales bien gradados que contienen una cantidad de finos que en los materiales de gradación uniforme que carecen de finos. El método está basado en la determinación de las densidades secas de varias probetas, compactadas en idénticas condiciones pero con contenidos de humedad diferentes. Para cada contenido de humedad se alcanza una determinada densidad, de manera que estos pares de valores, representados en coordenadas cartesianas, definen la relación buscada. EQUIPOS QUE SE UTILIZARON: Los materiales utilizados en el Ensayo Proctor Modificado son los siguientes: Moldes: son metálicos y de forma cilíndrica, pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz, o por dos piezas semicilíndricas ajustables. Collar: cada molde lleva un collar de aproximadamente 60 mm de altura, el cual tiene un rebaje de modo que ajusta firmemente al molde y alas para sujetarlo a la placa base. 3

Placa base: está constituida por una placa metálica en la que se asegura el molde y el collar, por medio de las alas que éstos tienen, a pernos con tuerca tipo mariposa solidarios a la placa. Pisón metálico: es un cilindro metálico con una cara circular de 50 mm y con una masa de4500 g. Está equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída a 460 mm. La guía tiene cuatro perforaciones de 10 mm a 20 mm de cada extremo, separadas en 90º.Probetas graduadas: son recipientes de vidrio o plástico graduados en centímetros cúbicos y se usan para medir el agua que se le agrega a la muestra. Balanzas: se usan para pesar el suelo y las muestras de cada ensayo para calcular el contenido de humedad real. Regla de acero: se usa para enrasar el suelo al nivel del molde, luego de compactado y extraído el collar. Tamiz Nº4: corresponde a una abertura nominal de 5 mm y se usa para seleccionar el material a ocupar en el ensayo. Herramientas de mezclado: se usan vasijas o pailas metálicas poco profundas. Horno: siendo de 110 ( + -) 5° C. Los materiales utilizados en el Ensayo Proctor Estándar son generalmente los mismos, cambiando únicamente el molde y el pisón metálico: Molde: su volumen se dé 943 .3 X 10-6 m3 . Pisón: El peso del pisón es de 24.4Kg. Altura de caída del martillo está a 0.3048m PROCEDIMIENTO 

PROCEDIMIENTOS EN CAMPO

 Extracción del a material. El área donde se realizó la excavación del suelo para obtener nuestra muestra de tipo aluvial fue en una parte del terreno de la ciudadela la Concordia ubicada en la ciudad de Azogues. Luego de ubicar la ciudadela la Concordia mediante un GPS procedemos a extraer el material utilizando las herramientas de trabajo (Pala, Pico). El material extraído debe de estar limpio, sin raíces y sin excremento de animales, para luego ser llevado a laboratorio de suelos de la Universidad; por lo que se procedió a excavar una profundidad de 1 metros, fue ahí donde se procedió a extraer el suelo.

4



PROCEDIMIENTO EN LABORATORIO “ENSAYO – PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO”

1. Sin secar previamente la muestra, pásela a través de un tamiz #4 (4.75mm), 3/8”(9.5mm) ó 3/4” (19mm). 2. Determine el contenido de agua del suelo tamizado. 3. Prepare cuatro, o preferiblemente cinco, muestras cuyo contenido de agua comprenda el contenido de agua óptimo estimado. Debe prepararse una muestra con un contenido de agua cercano al óptimo por adiciones de agua al tanteo y mezclado (nota Seleccione los contenidos de agua para el resto de las muestras de manera que varíen alrededor del 2% y se tengan por lo menos dos muestras más húmedas, y dos muestras más secas que el óptimo. 4. Compacte el espécimen en cinco capas, después de la compactación todas las capas deben quedar aproximadamente iguales en espesor. Antes de la compactación coloque el suelo suelto en el molde y espárzalo en una capa de espesor uniforme. Apriete ligeramente el suelo antes de la compactación, utilizando el martillo de compactación manual o un cilindro de 50mm de diámetro, hasta que no esté en un estado suelto o esponjado. 5. Compacte cada capa con 25 golpes para el molde de 104.6mm (4”) o con 56 golpes para el molde de 152.4mm (6”). 6. Después de la compactación de la última capa, remueva el collar y la base del molde excepto si se trata de suelos muy húmedos muy secos puede utilizarse un cuchillo para recortar el suelo adyacente al collar al soltarlo, para evitar la alteración del suelo por debajo del borde superior del molde. 7. Talle cuidadosamente la muestra compactada para conseguir una superficie uniforme, deslizando el enrasador sobre el borde superior del molde. Se puede prevenir la ruptura de la parte superior del suelo por debajo del borde del molde si se labra la muestra por encima de dicho borde con un cuchillo. 8. Determine y registre la masa del espécimen y del molde con precisión de 1g. Cuando 9. la platina de la base se deja fijada al molde, determine y registre la masa del espécimen, del molde y de la base con precisión de 1 g. 10. Remueva el material del molde y determine el contenido de agua utilizando la muestra completa. 11. Una vez terminada la compactación de la última muestra, compare los pesos unitarios húmedos para asegurarse de que se tiene el patrón deseado de datos en cada lado del contenido de agua óptimo en la curva de compactación. Para hacer tal evaluación puede ser de ayuda graficar el peso unitario húmedo y el 5

contenido de agua de cada espécimen compactado. Si no se obtiene el patrón deseado, se requerirán muestras compactadas adicionales. Generalmente, es suficiente solo un valor de contenido de agua por encima del contenido de agua que define el peso unitario húmedo máximo, para asegurar que se cuenta con datos en el lado húmedo del contenido óptimo de agua para el peso unitario seco máximo 

REPRESENTACION DE TABLAS Y RESULTADOS:

𝑊=

𝑊𝑊− 𝑊𝑆 ∗ 100 𝑊𝑆

W : Contenido de Agua (%) Ww : Muestra húmeda. Ws : Muestra seca. 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 =

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑠𝑒𝑐𝑎 =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎 ∗ 100 (100 + 𝑤)

“PROCTOR MODIFICADO”

Recipiente N° 7 4 12 11 8 16 2 0

DETERMINACION DE LA HUMEDAD REAL Peso Peso rec. + mat Peso rec. + mat recipiente hum seco 78,98 242,96 216,66 78,5 193,43 175,85 76,2 341,53 293,8 75,8 236,67 207,53 74,63 279,77 239,15 75,69 272,74 232,7 78,06 349,58 308,46 76,41 313,06 279,74

Cont. de humedad 19,102 18,059 21,935 22,121 24,690 25,502 17,847 16,387

w 18,58 22,03 25,10 17,12

MOLDE PROCTOR MODIFICADO Diámetro (D) 0.1517 m Alto (h) 0.116 m Peso (w) 5516 gramos 6

𝑽=

Volumen ml 2096,62 2096,62 2096,62 2096,62

𝜋 ∗ 𝐷2 ∗ ℎ 𝜋 ∗ 0.15172 ∗ 0.116 = = 0.002096𝑚3 4 4

Humedad aparente ml

COMPACTACION 56 GOLPES POR CAPA Humedad Peso del Densidad real material húmeda (%) w gr gr/ml 0 17,12 3871 1,846 100 18,58 3993 1,904 200 22,03 4061 1,937 300 25,1 4062 1,937

Densidad seca gr/ml 1,576 1,606 1,587 1,549

1.606

1.610

Densidad seca gr/ml

1.600 1.587

1.590 1.576

1.580 1.570 1.560

1.549 1.550 1.540 15

17

19

21

23

25

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Contenido de humedad w %

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CONCLUSIONES: Es muy importante realizar los cálculos correspondientes a este ensayo para poder realizar futuras prácticas, tal es el caso de C.B.R. En el ensayo de Proctor modificado podemos visualizar que la densidad seca máxima se produce cuando tenemos una humedad aparente de 100 ml de agua, siendo la humedad real de 18.58%.

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RECOMENDACIONES: Es importante que la muestra de suelo a ser ensayado no este contaminado, debe estar libre de raíces de plantas, excrementos de animales para obtener buenos resultados. Además controlar la humedad cada que se comienza a compactar en los cilindros sirve para calcular la humedad en cada muestra. La muestra de suelo deberá trasladarse al laboratorio con mucha precaución para evitar la evaporación de agua y perdida del material. ANEXOS:

Ubicación del lugar mediante Google Earth. 9

Realizando la homogenización y aplastamiento de conglomerados finos del material.

Porciones del material en peso igual para proceder con el ensayo.

Mezclado del material con agua para Proctor modificado.

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Colocando el material en los respectivos cilindros.

Proceso de compactación de cada capa con el martillo.

Enrasada del material Y por último se obtuvo las Muestras de suelo extraídas del horno que serán llevadas a la balanza para obtener su peso.

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