UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

Laboratorio de Geotecnia, No 4, septiembre de 2015

“ENSAYO PROCTOR (Modificado)”

Camargo Stewart 1, Echávez Leyser 1, Ortega Adrián 1, Pérez Fredis 1, Poveda Jossie 1, Barrios Modesto 2

[1]Estudiantes de VI Semestre del Programa de Ingeniería Civil de Universidad de Cartagena, Laboratorio de Geotecnia.

[2] Docente del área de Geotecnia del Departamento de Suelos, Universidad de Cartagena.

Resumen: En este informe se busca expresar el estudio de compactación que se le realizo a una muestra de un espécimen de suelo obtenido en las instalaciones de la Universidad de Cartagena. Dicho experiencia se realizó por medio del ensayo regulado por las normas (ASTM, AASTHO T180, INV. E-142-07), el cuales es, la preparación de la muestra y el ensayo de compactación Proctor modificado (ASTM D1557). Basándose en los procedimientos de restricción claramente establecidos en la norma, se obtuvieron muestras de 2500 g, las cuales fueron utilizadas en la prueba Proctor con el fin de compactar el suelo en estudio a diferentes porcentajes de humedad (10% - 12% - 14%). El principal objetivo que se pretende 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 optima y el peso específico seco máximo.

Palabras Claves: Compactación, Proctor Modificado, Humedad, Peso Específico seco.

Abstract: This report seeks to express the compaction study was conducted on a sample of soil specimen obtained in the premises of the University of Cartagena. This experiment was carried out by means of regulated standards (ASTM, AASHTO T180, MTC115 - 1999) trial, which is the sample preparation and testing of modified Proctor compaction (ASTM D1557). Based on restriction procedures clearly established in the standard, samples of 2500 g were obtained, which were used in the Proctor test in order to compact the soil studied at different moisture contents (10% - 12% - 14%). The main objective pursued with these tests is to obtain different moisture contents and different specific weights to generate the curve dry compaction, and with this the optimum moisture content and maximum dry unit weight.

Keywords: Compaction Modified Proctor, humidity, dry unit weight.

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 densidades 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.

En este trabajo práctico se realizará un Ensayo Proctor Modificado, según la norma Colombiana (INV. E-142-07); para la determinación del peso específico seco máximo y del grado óptimo de humedad para una muestra de suelo, es decir, el peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido sometido a un procedimiento de compactación definido para diferentes contenidos de humedad, lo cual permite determinar el grado de compacidad alcanzado por el material durante la construcción o cuando ya se encuentran construidos los aeropuertos y calles, relacionando el peso métrico obtenido en el lugar con el peso volumétrico máximo del proctor.

Establecer la importancia del método de compactación como medio para aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de los suelos, conlleva a que el ensayo Proctor tenga una real importancia en la construcción, ya 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.

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 específico, 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 vacíos presentes están saturados. Como establecen Juárez Y Rico (1975), el primer método de compactación Ensayo de Proctor Modificado (obtención de humedad óptima) 3 desarrollado fue el Proctor estándar pero conforme se avanzó en tecnología y se desarrollaron mejores equipos de compactación en campo, se desarrolló el Proctor modificado que aplica mayor energía a la muestra.1

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

Ee=N∗n∗W∗hV

(1)

Dónde:

Ee= Energía especifica

N= Numero de golpes por capa

n= número de capas

W= Peso del pistón

h= altura de caída

V=Volumen del suelo compactado.

Las curvas representadas en los resultados de humedad contra peso específico son obtenidas de la siguiente ecuación:

γ d=γt

100+ω∗100 (2 )

γ t=W w

W s

(3)

Cant . Agua=γt (ωdeseada−ω)

γw(4)

Dónde:

γ d : Peso específico seco.

γ t : Peso teórico.

W w: Peso del agua.

W s: Peso del sólido.

ω : Humedad.

γw : Peso específico del agua.

Compactación es el término que se utiliza para describir el proceso de densificación de un material mediante sistemas mecánicos. El incremento de densidad se obtiene al disminuir el contenido de aire en los vacíos en tanto se mantiene el contenido de humedad aproximadamente constante. Generalmente la compactación se realiza sobre los materiales que se utilizan para relleno en la construcción de terraplenes.2

Los objetivos de la compactación son los siguientes:

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

Disminuir la compresibilidad y reducir los asentamientos.

Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad.

Reducir el potencial de expansión, contracción, o expansión por congelamiento.

MATERIALES Y EQUIPOS

Para la consecución satisfactoria de los resultados del laboratorio del proctor modificado se emplearon los siguientes materiales: un tamiz ¾”, un equipo proctor modificado (cilindro de compactación, placa base y anillo de extensión), un pistón o martillo modificado (10 lb), una espátula, una balanza de sensibilidad (0.01 gr.), una probeta de 500 ml, estufa eléctrica, taras identificadas, y los recipientes adecuados para la determinación del peso de la muestra y su respectiva humedad.

TIPO Y PROCEDENCIA DE LA MUESTRA

Para la ejecución del ensayo del proctor modificado, se emplearon cuatro (4) muestras; la primera de 200 gr. Y las restantes de 2500 gr cada una, obtenidas del laboratorio de suelos de la universidad de Cartagena, esta muestra, presentaba una coloración amarrilla-parda con ciertas características granulares, consistencia y cementación moderada, resistencia media y aparentemente seco, por lo que no se hizo notorio la presencia de algún grado de humedad en el contenido de la muestra.

PROCEDIMIENTO DE LA PRUEBA

EL propósito de un ensayo de compactación Proctor modificado, es establecer la cantidad de agua necesaria para obtener una humedad óptima y densidad seca máxima para lograr una correcta compactación. Para ello, primeramente se pesó 200 gramos de la muestra inicial que se obtuvo en el campo, una vez tomada la muestra llevó a la estufa eléctrica, donde se sometió a una temperatura elevada durante cierto tiempo (Aprox. 40 min) para producir la evaporación del agua natural presente en ella, después se pesó en la balanza y se calculó la humedad natural del suelo,

mediante la ecuación: ω=Wω

W s

Para la ejecución de la segunda parte del ensayo se procedió a pasar por el tamiz ¾”

aprox. 7500 gr, posteriormente se dividieron en 3 muestras de 2500 gr cada una, para luego homogeneizar una muestra con un contenido agua de 50 ml.

Después de mezclado por completo el material, se dividió la muestra en 5 porciones similares y se introdujo una porción del material en el cilindro de compactación para suministrarle 25 golpes, este mismo procedimiento se realizó para cuatro capas restantes, es decir, se compactaron 5 capas cada una con 25 golpes y se enrasó para luego pesar este sistema.

Terminado el proceso de compactación, se seleccionó una pequeña muestra compactada con una espátula del interior del cilindro en la parte central y en la parte inferior, luego fue depositada en una tara metálica, se debió introducir al horno ya previamente pesado (cabe aclarar que esta paso no pudo haberse llevado a cabo por que el horno no estaba en funcionamiento), por ende fue colocado en una estufa, donde se secó digamos que por completo. Pasado unos minutos se pesó el recipiente con la muestra seca, para así calcular el contenido de agua o humedad, y el peso seco compactado, consecuentemente determinar el respectivo contenido de humedad óptima.

Este mismo procedimiento se realizó para las dos muestras faltantes pero con contenidos de humedades diferentes (8%, y 12%). Y contenidos de agua de 142.5 ml y 96 ml, respectivamente.

ANÁLISIS DE RESULTADOS.

Hecho los parámetros del procedimiento, se alojan los datos presentes en las tablas.

Tabla No. 1 Humedad Natural del Suelo

Peso Rec. + Mat. Húmedo (gr) 257,24Peso Rec. + Material Seco (gr) 242,68Peso Recipiente (gr) 57,24Humedad Natural (%) 7,85

Teniendo en cuenta lo anterior y aplicando las formulas 1, 2, 3, y 4 se obtienen los siguientes resultados.

Cant . Agua=γt (ωdeseada−ω)

γw

Reemplazando los valores de humedad deseada 10%, 12% y 14% resultan las tres cantidades de agua en mililitros: 50 ml, 96,2 ml, y 142,5 ml. Correspondiente.

Los resultados se encuentran en la sección de anexos, en las tablas No. 2 y 3.

7.969.41

11.500.00

40.00

80.00

120.00

89.35

124.66121.14f(x) = − 19.4176699 x² + 93.5617442 x + 15.2093863

Peso Esp. Seco Vs Humedad

Peso Esp. SecoPolynomial (Peso Esp. Seco)

Humedad (%)

Peso

Esp

ecífi

co S

eco

lb/ft

3

Después de haber hecho todos los cálculos y graficado los puntos se determinaron los siguientes resultados:

Peso específico seco máximo es: 127,9 lb/ft3.

Contenido de agua óptimo de 10,37%.

ANALISIS DE RESULTADOS

Las muestras que se obtuvieron de la preparación fueron de 2500 g cada una, en las cuales se eliminaron las partículas superiores, puesto que estas alteran las muestras debido a las dimensiones del molde donde se realiza la compactación.

Respecto al contenido de humedad, se obtuvo una humedad optima del 10,37%, 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 específico seco máximo, el cual se supone que nos brindara el mejoramiento de las propiedades del suelo, se encuentra aproximadamente en 127,9 lb/ft3. En este punto donde estamos en la humedad optima, es donde obtenemos esas características ingenieriles que se buscan.

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 óptima 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 utilizó en nuestra prueba se obtuvo un 10,37% de humedad óptima.

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 ingeniería 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

ANEXOS.

TABLA No. 2. RESULTADOS DENSIDAD COMPACTADA

DensidadNumero de golpes 75 75 75Cantidad de Agua 50 96,2 142,5

Peso Molde + Suelo Comp. (gr) 3239 3795 3815Peso Molde (gr) 1782 1735 1775

Peso Suelo Compactado (gr) 1457 2060 2040Volumen del molde (cm3) 944 944 944

Densidad suelo Hum. Comp. (gr/cm3) 1,543 2,182 2,161Densidad suelo seco Comp. (gr/cm3) 1,430 1,995 1,938Densidad suelo seco Comp. (lb/pie3) 89,35 124,66 121,14

TABLA No.3. RESULTADOS DE HUMEDAD.

HumedadHumedad deseada (%) 10 12 14

Peso Rec. + Suelo Húmedo (gr) 328,82 355,24 347,64Peso Rec. + Suelo seco (gr) 308,8 329,5 317,38Peso Agua Evaporada (gr) 20,02 25,74 30,26

Peso Recipiente (gr) 57,24 55,84 54,2Peso Suelo Seco (gr) 251,56 273,66 263,18

Humedad (%) 7,96 9,41 11,50