Prueba Proctor

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    03-Dec-2015

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Prctica 6 de Mecnica de Suelos del plan de Estudios de la Universidad Autnoma Chapingo, ensayo de prctica Proctor Estandar

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<p>I. INTRODUCCINSe denomina compactacin de suelos al proceso mecnico por el cual se busca mejorar las caractersticas de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformacin de los mismos. Este proceso implica una reduccin ms o menos rpida de los vacos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volmenes de importancia, fundamentalmente ligados a prdida de volumen de aire. Dicha reduccin de vacos se de varias maneras: reordenacin de las partculas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reordenacin y la flexin o distorsin de las partculas y sus capas absorbidas (Jurez, 2005). La compactacin se encuentra relacionada con la densidad mxima o peso volumtrico seco mximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada que se conoce como humedad ptima. La energa que se gasta en este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactacin de la mquina de compactar y la eficacia de la energa gastada depende del tipo de partculas que componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactacin (Jurez, 2005). Desde tiempos pre-histricos los constructores han reconocido el valor de la compactacin del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por ms de 2000 aos la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muchos casos, que el valor de la compactacin. Por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y contina asentndose por dcadas. Fue R. R. Proctor quien indic el camino de la compactacin efectiva a bajo costo (Jurez, 2005).Por lo general las tcnicas de compactacin se aplican a rellenos artificiales, tales como cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arena suelta (Jurez, 2005).II. OBJETIVOSConocer algunas de las pruebas de compactacin que se aplican a los suelos para fines de ingeniera as como su aplicacin para la determinacin de la humedad y pesos volumtricos ptimos de una muestra de suelo dadas. III. REVISION BIBLIOGRFICAI. Definicin y objetivos de la compactacin Rico y del castillo (1992), mencionan de manera explcita que la compactacin es un proceso mecnico destinado a mejorar las caractersticas de comportamiento de los materiales trreos que constituyen la seccin estructural. En trminos semejantes Rosetti y Begliardo (2005) dicen que se conoce como compactacin al proceso mecnico por el cual se busca mejorar artificialmente las caractersticas de resistencia, compresibilidad y el comportamiento esfuerzo deformacin de los mismos. En general implica una reduccin de los vacos y, como consecuencia de ello, en el suelo ocurren cambios volumtricos de importancia ligados a la prdida de aire. La compactacin tiene por propsito mejorar las caractersticas de un suelo. Estas caractersticas de comportamiento que pueden ser mejoradas al compactar son: la deformabilidad, que implica la intencin de disminuir la compresibilidad de los suelos e incrementar su estabilidad volumtrica, especialmente ante la absorcin o prdida de agua; la resistencia, especialmente al esfuerzo cortante, obviamente en el sentido de obtener los mayores valores posibles y unas adecuadas relaciones esfuerzo-deformacin que garanticen un balance conveniente en el comportamiento (Rico y Castillo, 1992). Normalmente el esfuerzo de compactacin le imparte al suelo un aumento de la resistencia al corte, un incremento en la densidad, una disminucin de la contraccin, una disminucin de la permeabilidad y una disminucin de la compresibilidad (Rosetti y Begliardo, 2005).II. Pruebas de compactacin en laboratorioEn la actualidad existen distintos mtodos para reproducir en laboratorio las condiciones de compactacin en obra. El primero y ms difundido es debido al Dr. R. R. Proctor (1933) y es conocido como Ensayo Proctor Estndar (Rosetti y Begliardo, 2005). 1. Proctor Estndar.La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un pisn de 2.5 kg de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 30.5 cm (Rosetti y Begliardo, 2005). Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a su contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energa de compactacin, su peso volumtrico va aumentando, propiciado por la accin lubricante del agua, hasta que llega un momento en el que el peso volumtrico del material seco, calculado a partir del peso volumtrico del material hmedo y de la humedad, alcanza un valor mximo (Bolees, 2014)Cuando a partir de esta condicin de humedad ptima y peso volumtrico seco mximo, se incrementa el agua para un mismo volumen, el agua con el aire remanente ocuparan el lugar de algunas partculas de suelo, obtenindose en consecuencia pesos volumtricos que van siendo menores a medida que el agua aumenta. Si en un sistema de ejes coordenados se sitan los puntos correspondientes a cada peso volumtrico seco con su respectiva humedad y se unen con una curva, quedar representada la variacin del peso volumtrico de un material para diferentes contenidos de agua y una misma energa de compactacin; esta curva adopta aproximadamente la forma de una parbola, siendo ms pronunciada su curvatura en el caso de suelos arenosos que en los suelos arcillosos (Rosetti y Begliardo, 2005). </p> <p>Ilustracin 1.Curva de Humedad vs peso volumtrico obtenido con una prueba Proctor. 2. Proctor Modificada.Segn Valenciano (2007) la diferencia fundamental con la prueba Proctor estndar es que representa mejor las condiciones de campo. Con los mismos volmenes de moldes, un pistn de 44.5 N que cae a una altura de 457.2 mm, compactando un total de 5 capas con 56 golpes o dependiendo del mtodo que utilice.Debido a que incrementa el esfuerzo de compactacin, la prueba Proctor modificada resulta en un incremento del peso especfico seco mximo acompaado de un decremento del contenido de agua ptimo (Valenciano, 2007). Enseguida se muestra el cuadro de especificaciones para el caso de la prueba. </p> <p>Ilustracin 2.Especificaciones de la prueba Proctor modificada segn Das (2006).3. Harvard Miniatura.Este mtodo de laboratorio es usado en materiales finos, plsticos y con partculas menores a 2 mm. Fue desarrollado por el Profesor S.D Wilson, en la Universidad de Harvard y consiste en la compactacin del suelo por medio de presin, para lo cual se requiere una cmara cilndrica metlica de 3.3 cm de dimetro y 7.2 cm de altura; el molde est provisto de una extensin removible de 3.5 cm de altura y adems de una barra metlica de 1.3 cm de dimetro, que acta como un mbolo y aplica presin (Camacho y Reyes, 2007).Procedimiento de la prueba Proctor estndar.</p> <p>IV. EQUIPO Y MTODOSa) Material 10</p> <p> Molde Proctor Extensin de 6.5 cm Martillo de 2.5 kg con extensin metlica con cada libre de 30 cm. Horno Base estndar de compactacin de 325 kg Balanzas de 2 y 30 kg Charola y cucharon metlicos Extractor de muestras Regla razadora Cuchara de albail No. 4 Probeta de 100 ml Botes de aluminio Bernier Malla No. 4</p> <p>b) MtodosPara llevar a cabo las pruebas de compactacin es importante recalcar que se hacen con el suelo o la fraccin del suelo que pasa la malla No. 4, por lo que antes de efectuar cualquier paso del mtodo como tal, es necesario poner a secar una muestra lo suficientemente grande para tamizarla y obtener aproximadamente 2 o 2.5 kg de suelo tamizado por cada repeticin que se vaya a realizar (mnimamente 4 repeticiones). Con esta muestra, se procede a agregarle una cierta cantidad de agua hasta alcanzar una humedad inicial, que es el punto en que la muestra se encuentra ligeramente hmeda y que an se desmorona cuando se suelta despus de haber sido apretada en la mano. Este paso se obvio en la prctica por lo que la muestra de suelo con la cual se trabaj ya se encontraba con esta humedad inicial. Despus de estos pasos, se procedi a pesar el molde y a obtener sus dimensiones para calcular su volumen. Posteriormente se coloc el molde y la extensin en la base metlica. As mismo se pesaron 2.5 gr del suelo hmedo para llenar el molde aproximadamente a la mitad de su capacidad. Se procedi a dejar caer el embolo del pisn 25 veces sobre el suelo agregado procurando que los golpes se distribuyeran sobre toda el rea transversal del molde. Se volvieron a agregar 2 capas ms de muestra al molde procurando que l cantidad fuese el suficiente para que una vez compactada, el molde quedara totalmente ocupado por suelo. Una vez que el suelo se compacto en el cilindro metlico (molde), ste se retir de la base y se separ de la extensin. Con ayuda de una esptula se recort la parte del suelo que quedo por arriba de borde superior del molde para que se obtuviera un cilindro de suelo compactado, el cual se pes, junto con el cilindro metlico. Con ayuda de un extractor se sac el cilindro de suelo y con este se obtuvo una muestra representativa para obtener el contenido de humedad. Todo el procedimiento anterior se repiti agregando 60, 120 y 180 ml de agua a 2.5 kg de suelo seco, con el fin de obtener distintas humedades y pesos volumtricos, para obtener la curva Humedad vs Peso volumtrico y as encontrar la humedad optima del suelo. </p> <p>Imagen 1, 2 y 3. Mezcla de suelo y agua para la realizacin de la prueba de Proctor Estndar (imagen superior izquierda), separacin del cilindro de suelo compactado con ayuda del extractor hidrulico (imagen superior derecha) y compactacin del suelo mediante pisn y su respectivo embolo. V. RESULTADOSEn la siguiente tabla se muestran las lecturas medidas durante la prctica de compactacin Proctor, y sus respectivos clculos.Tabla 1. Resultados de la Prueba de Compactacin Proctor. Peso Cilindro +Suelo (kg)T. Humedad Compactada (kg)OBTENCIN DEL CONTENIDO DE HUMEDADContenido de Humedad (%)Suelo Seco Compactado (kg)Peso Vol. Seco (kg/m)</p> <p>No. TaraPeso Tara (gr)Tara + Muestra Hmeda (gr)Tara + Muestra Seca (gr)Peso de Agua (gr)Peso Seco (gr)</p> <p>3.5531.804117.64119.36103.3616.0085.7218.671.5201.557</p> <p>3.6541.9054126.15169.2144.1325.07117.9821.251.5711.609</p> <p>3.6321.88314315.59160.11132.0028.11116.4124.151.5171.553</p> <p>3.5791.83012714.7481.6967.7713.9253.0326.251.4501.484</p> <p>La siguiente grfica representa el peso volumtrico seco en funcin del contenido de Humedad del Suelo. Para saber la Humedad ptima de Compactacin, se debe conocer el punto donde el Peso Volumtrico Seco es Mximo. En este caso podemos apreciar que el peso volumtrico mximo se alcanza en el segundo punto graficado, que corresponde a 1609 km/cm con una porcentaje de Humedad de 21.25%. </p> <p>Grfica 1. Contenido de Humedad vs Peso Volumtrico Seco</p> <p>En la siguiente tabla se muestran las caractersticas de la compactacin realizada en el laboratorio.Tabla 2. Caractersticas del mtodo de Compactacin.ParmetroCantidadUnidades</p> <p>Dimetro del molde10.23cm</p> <p>Altura del molde11.88cm</p> <p>Volumen del molde976.47cm</p> <p>Peso del molde1.749kg</p> <p>N (capas de muestra)3Adimensional</p> <p>Nmero de golpes25Adimensional</p> <p>Peso del Martillo2.5kg</p> <p>Cada Libre30cm</p> <p>Energa de compactacin (E )5.761kg*cm/cm</p> <p>En cuanto al valor obtenido a partir de la curva Humedad vs Peso volumtrico, podemos ver que para una energa de compactacin de 5.761 kg*cm/cm el peso volumtrico mximo (1.609 kg/cm) se alcanza con una humedad del 21.5%, siendo sta la humedad ptima para compactar en las condiciones especificadas. Si observamos la grfica de contenido de humedad vs peso volumtrico seco, nos percatamos que si se vara el 21.25 % en 0.40% de humedad, el suelo no vara mucho la resistencia al esfuerzo contante, sin embargo, si la humedad se disminuye o se incrementa ms all del 1%, la resistencia del suelo disminuye considerablemente. Por tal motivo es muy importante evitar que al momento de la compactacin del suelo, ya propiamente en la realizacin de cualquier obra civil, cuidar que la humedad utilizada no vare demasiado, ya que esto repercute en la estabilidad y vida til de la obra, as como en la seguridad para la poblacin que se beneficiar de la misma. VI. CONCLUSIONESEn el laboratorio se conoci y realiz el procedimiento de la prueba Proctor Estndar para determinar la compactacin de suelos, primero con una breve explicacin del profesor y posteriormente con la prctica realizada, adems, durante el proceso nos percatamos de la fcil realizacin de la prueba.El porcentaje de humedad ptimo que se obtuvo fue de 21.25%, con el cual el suelo que se utiliz como muestra en el laboratorio alcanza su mximo peso volumtrico (1.609 kg/cm) para la energa de compactacin dada. Es importante cuidar el contenido de humedad al momento de llevar a cabo la compactacin con el fin de lograr la estabilidad y resistencia deseadas en el suelo compactado, empleado en una obra. VII. REFERECNIAS BIBLIOGRFICASJurez B., Mecnica de suelos 1 Fundamentos de mecnica de suelos, Mxico, Limusa 2005.J. E. Bolees . Manual de laboratorio de suelos en ingeniera civil. Mexico D.F. 2014.R. C. Rosetti, H. F. Begliardo. Generalidades sobre compactacin de suelos. Universidad Tecnolgica Nacional F.R. Rafaela. Rafaela, Argentina. 2005. A. Rico R, H. del Castillo M. Consideraciones sobre compactacin de suelos en obras de infraestructura en transporte. Sanfandila, Quintana Roo, Mxico. 1992.B. Das. Principios de ingeniera de cimentaciones. Mxico D.f. 2006.J. G. Valenciano. Prueba de compactacin Proctor modificado. Instituto Tecnologico de Costa Rica. Costa Rica. 2007.J. F. Camacho, O. J. Reyes. Ensayo de compactacin giratoria en un suelo como alternativa al ensayo de compactacin Proctor.Bogota, Colombia. 2007.http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/466/A4.pdf?sequence=4</p>