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M. Ing. Miguel Diaz PardaveMaestro en Ingeniería Geotécnica
Universidad Nacional Autónoma de México - UNAMmdiazp@usil.edu.pe
TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA
(ASTM D 698-91)
Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Ingeniería Civil
Laboratorio de Mecánica de Suelos
Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos
Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
¿Qué es la compactación de suelos?
Es la acción y efecto de compactar, considerando un
efecto de reducir los vacíos que tiene en suelo, por medio
de una acción mecánica.
Aumento de resistencia
y disminución de
capacidad de
deformación que se
obtiene al sujetar el
suelo a técnicas
convenientes que
aumenten su peso
específico seco,
disminuyendo sus
vacíos.
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Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
¿Porqué es importante la compactación?
Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos
Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
http://www.mtc.gob.pe/transportes/caminos/normas_carreteras/manuales.html
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Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
Presa de tierra
Proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características
mecanicas de resistencia, compresibilidad y esfuerzo-deformación de los
suelos.
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Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos
Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
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Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
¿Cuál es el objetivo de la compactación del suelo?
Que el suelo mantenga un comportamientoadecuado durante la vida útil de la obra:
•Resistencia,•Compresibilidad,•Permeabilidad, y•Adecuada relación esfuerzo-deformación
9
1.5
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¿Cuáles son los métodos de compactación?
•Compactación por impactos,•Compactación estática, y•Compactación por amasado.
Se obtienen resultados diferentes, tanto en laestructura como en las propiedades
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COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA (ASTM D 698-91)
El primer método en el sentido de la técnica actual es debidoa R.R. Proctor y es conocido hoy en día como PruebaProctor Estándar o A.A.S.H.O. (American Association ofState Highway Officials) Estándar.
Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso elcontenido de agua inicial en el suelo, encontrando que talvalor es de vital importancia en la compactación. Proctor pusode manifiesto que el uso del procedimiento descrito paraun suelo dado existe un contenido de agua inicialllamado “óptimo”, el cual produce el máximo pesoespecífico seco que puede lograrse con este procedimientode compactación (Juárez, 1982).
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A un suelo cuya contenidode agua es bajo se le vandando ciertos incrementosde agua y se le aplica cadavez la misma energía decompactación, su pesovolumétrico vaaumentando, hasta quellega un momento un pesovolumétrico del materialseco y del contenido deagua, alcanzando un valormáximo.
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA (ASTM D 698-91)
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Debido al rápido desenvolvimiento del equipo de compactaciónde campo comercialmente disponible, la energía específicade compactación en la prueba Proctor Estándar ya nolograba representar en forma adecuada lascompactaciones mayores que se lograban con el equiponuevo. Lo que condujo a una modificación en la prueba,aumentando la energía de compactación, de modo queconservando el numero de golpespor capa, se elevo el número de estas de 3 a 5,aumentando la energía del pistón y la altura de caída delmismo.Esta prueba modificada es conocida como Prueba ProctorModificada o A.A.S.H.O Modificada (Juárez, 1982).
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA (ASTM D 698-91)
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Se especifican tres procedimientos alternativos. El procedimiento usado debe ser como se especifica para el material muestreado. Si no se especifica un procedimiento, la selección se basa en la granulometría del material.
COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR
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COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR
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COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR
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COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO (ASTM D 1557)
MÉTODO%ACUM
RETENIDO N°4
%ACUM RETENIDO 3/8”
%ACUM RETENIDO ¾”
MATERIAL A USAR
A 20% - - Pasa N°4
B >20% 20% - Pasa 3/8”
C - >20% 30% Pasa ¾”
- Aplicable a material con 30% máximo retenido en tamiz ¾”.- Sí el material tiene más del 5% en peso de tamaño mayor al
utilizado en la prueba, se debe corregir los resultados.
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Sobre tamaño de partículas o fracción gruesa (Pc en %):Es la parte de la muestra total no usada para la realizaciónde la prueba de compactación; es decir, es la parte retenida enla malla No. 4 (4.75mm), 3/8” (9.5mm) o 3/4” (19.0mm),dependiendo del procedimiento a usar.
Esfuerzo estándar de compactación: Es el esfuerzo decompactación de 600 kN-m/ m3 aplicado por el equipo y porel procedimiento ejecutado en esta prueba.
Peso volumétrico seco máximo estándar (γd máx en kN/m3): Es el valor máximo definido en la curva decompactación utilizando un esfuerzo de compactaciónestándar.
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
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Contenido de agua óptimo estándar (w opt en %): Es elcontenido de agua en donde el suelo puede compactarse aun peso volumétrico seco máximo utilizando un esfuerzode compactación estándar.
Fracción de prueba o fracción fina (PF en %): Es la partede la muestra total usada para realizar la prueba decompactación; es decir, es la fracción que pasa la malla No. 4(4.75mm) para el procedimiento A, 3/8” (9.5mm) para elprocedimiento B, o 3/4” (19.0mm) para el procedimiento C.
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
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La masa de la muestra requerida para los procedimientos A y B,debe ser de aproximadamente 16kg y para elprocedimiento C debe ser de aproximadamente 29kg desuelo seco. Por lo tanto, la muestra de campo debe tener unamasa húmeda de por lomenos 23kg y de 45kg, respectivamente.
Determinar el porcentaje de material apropiado, retenido en lamalla No 4 (4.75mm), 3/8” (9.5mm) o 3/4” (19.0mm),dependiendo del procedimiento A, B o C que se escoja.Realizar esta determinación por medio de la separación de unaporción representativa de la muestra total y determinar losporcentajes que pasan las mallas de interés por medio delMétodo de Prueba ASTM D 422. Se requiere determinarúnicamente el porcentaje retenido para la malla que se especificaanteriormente.
Consideraciones de la muestra de suelo
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La Tabla muestra el tiempo de reposo que se ledebe dar al espécimen para distribuiruniformemente su contenido de agua
Consideraciones del tiempo
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1. Pruebas dinámicas
(Prueba Próctor estándar)
el suelo se compacta por capas;
se aplica a cada capa un cierto número de golpes, con
un pisón cuyo peso, diámetro y altura de caída cambian
de una variante a otra;
la energía de compactación se puede calcular con
mucha precisión
se especifica un tamaño mínimo
de partícula y se eliminan
tamaños mayores.
Prueba de compactación de suelo
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Peso volumétrico seco con la energía de compactación
La que se entrega al suelo por unidad de volumen.
3cm
cm - kg
V
hWnNEc
donde:
Ec energía específica, kg-cm/cm3,
N número de golpes del pisón compactador,
n número de capas de suelo,
W peso del pisón compactador, kg
h altura de caída del pisón, cm
V volumen total del molde de compactación.
Energía de compactación
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a) Características del molde y pisón
diámetro del molde: 10.16 cm (4”)
altura del molde: 12.70 cm
peso del pisón: 2.49 kg
volumen del molde: 1029.62 cm3
altura de caída: 30.48 cm
número de golpes: 25
Consideraciones de la prueba proctor estandar
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Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
Consideraciones de la prueba proctor estandar
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Material:
Charola metálica;
Probeta;
Molde cilíndrico para compactación;
Pisón cilíndrico;
Enrasador;
Báscula con aproximación a 1 g;
Báscula con aproximación a 0.01 g;
Cápsula de vidrio;
Horno de micro hondas.
PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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Procedimiento1.Se coloca una muestrarepresentativa del suelo enuna charola metálica.
PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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Se agrega agua al material y se homogeniza
Se agrega agua hasta que el material pueda ser apretarlo con la mano y posteriormente se pueda tomar con los dedos y que no se desmorone
PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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Se arma el molde para la
realización de la compactación,
se coloca la base, sobre ella se
coloca el molde y después se
coloca la extensión.
Se engrasa el interior del
molde, esto se hace para
evitar que el material se pegue
en las paredes interiores del
mismo.
PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
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Curado del material
pesar el material por la malla No. 4,
determinar su contenido natural de agua,
determinar el límite plástico de la parte fina,
agregar agua para llegar a un valor 10% abajo del límite plástico,
w1
WhWs
Donde:
Wh: peso húmedo de la muestra, g
Ws: peso seco de la muestra, g
w: contenido natural de agua o humedad, porcentaje
Consideraciones de la prueba proctor
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se calcula el peso o volumen de agua
necesario para obtener la humedad de curado,
wc
cwc wWsW
Wwc peso del agua para curado, g
se determina el volumen de agua que se debe agregar a la muestra
para obtener wc
)γWγWV 0wh0wcwc
se mide Vwc, se agrega a la muestra y se amasa con las manos, y
se vierte el material en una bolsa durante el tiempo de reposo.
Consideraciones de la prueba proctor
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Ensaye se registran las siguientes dimensiones antes del ensayeD diámetro del molde (cm),H altura del molde (cm),Wm peso del molde (kg),h altura de caída del pisón (cm),W peso del pisón (kg),A área del molde (cm2),V volumen del molde (cm3),N número de golpes
se calcula la energía específica, Ec
V
hWnNEc
Consideraciones de la prueba proctor
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se saca el material de la bolsa y se disgregan los
grumos un una charola limpia y seca;
Por tanteos se estima el peso húmedo por capa, Whc;
Se apisona el material por capa, con la secuencia
mostrada en el esquema. Si el material rebasa 1cm el
molde, se propone otro Whc;
Consideraciones de la prueba proctor
37Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos
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se enrasa y se pesa el molde, más el material compactado
Wh)(Wm
Consideraciones de la prueba proctor
38Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos
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Se saca el material del molde;
Se determina el contenido de agua del suelo compactado;
Se agrega 3% de agua para determinar el siguiente punto;
Se grafican los resultados en la curva peso volumétrico seco vs
contenido de agua; y
Se calcula y grafica la línea de saturación teórica
e
1
1+e
Vacíos
Sólidos
e1
γSs
Vm
Wsγ
e1Vm
eVve
wd
VsVv
Consideraciones de la prueba proctor
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Consideraciones de la prueba proctor
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Para esta prueba se sigue el mismo procedimientoque para la prueba de compactación estándar, perose cambia el pistón de 44.5 kN (estándar 24.4 kN)con una altura de caída de 457 mm (estándar 305mm). También el suelo se compacta en 5 capas yse le aplican 56 golpes por capa (estándar 3 capasy 25 golpes). Por lo cual su energía decompactación es de 2,700 kN-m/m3 (Bardet, 1997).
Proctor Modificada (ASTM D 1557- 91).
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la curva de compactación no se puede localizar del lado derecho de la curva de saturación, ya que de suceder esto, existe un error en la gravedad específica, en los cálculos, en el procedimiento de la prueba o en la forma de graficar los datos Figura.
Proctor Modificada (ASTM D 1557- 91).
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Aplicaciones
La compactación de suelos se aplica en toda obra deterraplenado, para mejorar su estabilidad
1.- Conformación de rellenos controlados.
2.- Para apoyo a una estructura.
3.- Como sub – base para carreteras y ferrocariiles oaeropuertos.
4.- Diques o presa de tierra.
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Control de compactación
MÉTODO DE MEMBRANA(EQUIPO DE BALÓN PARA
DENSIDAD)
MÉTODO DEL CONO DE ARENA
MÉTODO DEL DENSÍMETRO NUCLEAR
MÉTODO ELÉCTRICO DE DENSIDAD
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EN ESTE MÉTODO SE EMPLEA AGUA, SE REALIZA LA EXCAVACIÓN Y SE
INTRODUCE UNA MEMBRANA DE HULE Y POSTERIORMENTE SE
INCREMENTA AGUA A LA EXCAVACIÓN CON EL APARATO QUE SE OBSERVA.
Método de membrana (equipo de balón para densidad)
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Método del cono de arena
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Método del cono de arena
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Método del densímetro nuclear
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Método del densímetro nuclear
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Método del densímetro nuclear
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Medidor eléctrico de densidad
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PARA DETERMINAR EL PESO VOLUMÉTRICO DE LA CAPA
COMPACTADA, PRIMERO SE REALIZA UNA EXCAVACIÓN DE
0.10 X 0.10 X0.20 MTS.(CALA).
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LA MUESTRA RECUPERADA EN LA EXCAVACIÓN SE
GUARDA EN UNA BOLSA NYLON PARA PESARLA Y PARA
QUE CONSERVE SU HUMEDAD.
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AQUÍ SE OBSERVA LA EXCAVACIÓN TERMINADA (CALA)
Y EL MATERIAL RECUPERADO.
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SE PESA EL RECIPIENTE CON ARENA DE OTTAWA (ARENA
SÍLICA) ANTES DE VACIARLA A LA CALA .
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PREPARANDO EL RECIPIENTE CON ARENA Y EL CONO PARA
VACIARLO EN LA EXCAVACIÓN(CALA).
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VACIANDO LA ARENA DENTRO DEL HUECO (CALA), PARA
DETERMINAR EL VOLÚMEN DEL HUECO.
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RECUPERACIÓN DE LA ARENA QUE
QUEDÓ DENTRO DEL RECIPIENTE.
59Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos
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DETERMINACIÓN DEL PESODE LA ARENA QUE QUEDÓ EN EL
RECIPIENTE, PARA CALCULAR POR DIFERENCIA DE PESOS ,
EL PESO DE LA ARENA, QUE QUEDÓ DENTRO DEL HUECO.
60Universidad San Ignacio de Loyola Mecánica de suelos
Compactación de suelos M. Ing. Miguel Diaz Pardave
GRADO DE COMPACTACIÓN
PESO VOLUMÉTRICO SECO
DE CAMPO
PESO VOLUMÉTRICO SECO
MÁXIMO DE LABORATORIO
=
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