Informe Proctor Modificado
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TECNOLÓGICO DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERÍA EN CONSTRUCCIÓN
CURSO DE LABORATORIO DE SUELOS I CO-3304
REPORTE 3
Ensayo de Compactación de Suelos usando el Método de Proctor Modificado.
Natalia Chinchilla Mora
200827829
Profesor: Dr. Rafael Baltodano Goulding
I SEMESTRE 2012
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1. RESUMEN
El presente informe presenta la realización de la prueba Proctor Modificado para la
determinación de la mayor densificación que puede tener la muestra de suelo estudiada mediante
la aplicación de energía mecánica. Para realizar esta prueba se utilizó la norma ASTM D1557 y la
norma ASTM C702.
Primeramente se realizó la preparación de las muestras para cada punto de la prueba Proctor,
tamizando el material por las mallas 2”, ¾” y #4 mediante las cuales se obtuvieron los
porcentajes de la parte fina y de la parte gruesa para cada muestra. Con estos porcentajes se
obtuvo que el peso de la parte fina fue de 2887g y el peso de la parte gruesa fue de 4613g para
obtener una muestra total de 7500g para cada punto de la prueba Proctor. Posteriormente para la
realización de la prueba Proctor se mezcla la parte gruesa con la parte fina del material junto con
distintas cantidades de agua. Además, una parte de esta mezcla es tomada para obtener el
contenido de humedad de cada punto que posteriormente será utilizado para realizar la curva de
compactación.
Luego, se pasa a realizar la prueba de compactación la cual consiste en pesar el molde de
2124cm3, luego se llena el mismo con 5 capas de material del mismo espesor compactando cada
capa con un mazo de 4,5kg de peso a una distancia de caída de 45,72cmy realizando 56 golpes
por capa, al finalizar esta etapa se pasa a pesar el molde junto con la muestra compactada y
posteriormente se desecha la misma para pasar a realizar el mismo proceso con el siguiente punto
de la prueba.
Con los datos obtenidos en los pasos anteriores se puede obtener el peso específico seco y la
humedad para cada punto y posteriormente realizar la curva de compactación. Además, con estos
datos también se pueden obtener los pesos específicos saturados para realizar la curva de
saturación total.
Por último, mediante la realización de la curva de compactación se obtuvieron la humedad
óptima que fue de 9.7% y el peso específico seco máximo de la muestra de suelo fue de
2093.23kg/m3.
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2. INTRODUCCIÓN
En el ámbito de la construcción, la ejecución adecuada de un proyecto depende sobre
manera de los correctos procesos constructivos, los cuales son determinados en función del tipo
de estructura u obra a elaborar. Específicamente, existen construcciones que dependen de
procesos constructivos aplicados directamente al suelo, debido a la gran importancia de éste en el
servicio de la edificación o trabajo finalizado.
La implementación de la base de una carretera, la edificación de terraplenes, la sustitución
de suelos por relleno y la colocación del suelo para fundaciones son ejemplos de edificaciones o
acciones que poseen un proceso constructivo en común: la compactación de suelos.
La compactación de un suelo es de gran importancia debido a que posee la capacidad de
producir propiedades ingenieriles adecuadas en los suelos como resistencia al cortante,
compresibilidad y permeabilidad, las cuales permiten el buen comportamiento del suelo en
relación al sometimiento de cargas o funciones específicas que necesariamente deba cumplir.
A pesar de los beneficios que conlleva la compactación de un suelo, existe la
incertidumbre de cómo deben ser la características del suelo, al momento de aplicarle el proceso
de compactación, para obtener sus mejores resultados. Por esta razón se ejecuta el procedimiento
para determinar la compactación de suelos por medio de laboratorio. Este método brinda la forma
para relacionar la compactación en sitio con la compactación en el laboratorio, por medio de la
determinación de propiedades para las cuales este método obtiene resultados óptimos.
De esta práctica se obtienen aquellos porcentajes de humedad para los cuales el proceso
de compactación genera en el suelo la densidad adecuada de acuerdo al tipo de edificación,
siendo de suma importancia para el diseño de un relleno, del cortante, de la permeabilidad, la
consolidación u otras pruebas requeridas para el suelo en estudio.
3. MARCO CONCEPTUAL
3.1. Compactación.
La compactación es el método mediante el cual se pueden mejorar las propiedades de un estrato de suelo
obteniendo la mejor saturación del suelo, en otras palabras, logrando la menor relación de vacíos debido a
la eliminación de los poros de aire en el suelo.
Ante esto, Juárez (1975) indica:
3
“Se entiende por compactación de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades
mecánicas por medios mecánicos.” (Pág.575).
Los métodos de compactación son de gran importancia para la construcción de distintas estructuras.
Sobre esto, Juárez (1975) apunta:
“La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de la resistencia y
disminución de capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas
convenientes que aumenten su peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las
técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra,
diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc.
Algunas veces se hace necesario compactar al terreno natural, como en el caso de cimentaciones
sobre arenas sueltas”. (Pág. 575).
Además, mediante pruebas de compactación se puede obtener el contenido de agua necesario
para alcanzar el peso específico máximo en el suelo (contenido de Humedad óptimo).
Ante esto, Das (2001) indica;
“La prueba de laboratorio usada generalmente para obtener el peso específico seco
máximo de compactación y el contenido de agua óptimo es la prueba Proctor de
compactación. (Pág. 52.).
3.2. Prueba Proctor Modificado.
Esta se dio por el hecho de la continua búsqueda para mejorar la compactación del suelo en el
campo, en otras palabras que fuera más eficaz, por lo tanto a la prueba de Proctor estándar se
le dio varios ajustes para que se lograra similar mejor las condiciones de campo, por lo tanto
se dio el nacimiento de la prueba de Proctor modificado.
Debido a que la prueba de Proctor modificado fue la que se realizó en el ensayo, es la que se
explicara a continuación, sin embargo esto no indica que la prueba Proctor Estándar no sea
también utilizada para la obtención de los parámetros de compactación.
Sobre la prueba Proctor Modificado, Das (2001) indica:
“Para llevar a cabo la prueba Proctor modificado se usa el mismo molde, con un
4
volumen de 943,3 cm3, como en el caso de la prueba Proctor estándar. Sin embargo, el
suelo es compactado en 5 capas por un pistón que pesa 44,5N. La caída del martillo es
de 457,2mm. El número de golpes de martillo por capa es de 25 como en el caso de la
prueba Proctor estándar”.
También dice que, “Bajo cada designación de prueba, tres métodos sugeridos diferentes
reflejan el tamaño del molde, el número de golpes por capa y el tamaño máximo de partícula
en un suelo usado para pruebas.” (Pág. 60).
Por consiguiente, para determinar el peso específico total (γ) de compactación se calculan
mediante las ecuaciones que podemos a continuación:
Fuente. (Das 2001, Pág. 52,53)
Donde:
γs: Peso Específico seco compactado
γt: Peso Específico Húmedo compactado
%w: Humedad del espécimen
Vm: Volumen del molde
W: Peso del espécimen
Los valores obtenidos del γd se grafican contra los valores obtenidos del contenido de
humedad para de esta manera poder obtener el valor del peso específico seco máximo y el
contenido de humedad óptimo. Por otra parte para obtener la curva de saturación total (S=
100%), que es la curva teórica donde existe la mayor densificación del suelo. Para
determinada humedad se calcula el peso específico máximo mediante la siguiente ecuación:
Fuente. Das (2001, Pág. 54)
Donde:
γw: Peso Específico saturado
γd: Peso Específico del agua
W: Contenido de humedad
Gs: Densidad de sólidos
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3.3. Factores que Afectan la Compactación.
Das (2001) Dice:
“El contenido de agua tiene una gran influencia en el grado de compactación logrado para
un suelo dado. Además de esto, otros factores importantes que afectan la compactación
son: El tipo de suelo, es decir, su distribución granulométrica, la forma de los granos del
suelo, la densidad de sólidos del suelo y cantidad y tipo de minerales arcillosos presentes;
y también el otro factor es el esfuerzo de compactación ya que si el esfuerzo de
compactación por volumen unitario de suelo es alterado, la curva también cambiará”.
(Pág. 55-58).
4. OBJETIVOS
4.1. Objetivo General
Determinar el contenido de humedad óptima y el peso específico seco máximo
de una muestra de suelo.
4.2. Objetivos Específicos
Obtener las cantidades necesarias de la muestra de finos y de gruesos para
realizar la prueba Proctor.
Determinar el método de ensayo a usar, según los porcentajes retenidos en las
mallas.
Calcular el peso específico seco máximo y el contenido de agua óptimo,
necesarios para alcanzar en un suelo las propiedades ingenieriles requeridas.
Obtener la curva de compactación y de saturación total de la muestra de suelo
utilizando el método de compactación Proctor Modificado.
5. MÉTODOS Y MATERIALES
El equipo y procedimiento se basa en la normas ASTM D 698 y ASTM D 1557.
5.1. Preparación de Muestras
Equipo
Carretillo Pala Cuchara pulpera Escoba
Balanza Analógica Manteado Sacos Bandejas
Mallas: malla # 2, malla # 4 (4,75 mm) y malla ¾ in (19,0 mm).
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Procedimiento1
Consistió en tomar 4 carretillos de la pila de agregado asignada al grupo y aplicar cuarteo.
Cuando se llego a la aproximación de material requerido este se tamizo con la malla # 4, luego el
anterior retenido se pasa por la malla ¾ in y por ultimo el material grueso retenido se tamiza con
la malla # 2, para eliminar los retenidos en esta. Se pesan en bandejas las cantidades de material
necesario y el resto es guardado en sacos. Por último, se realizan los cálculos para determinar el
% de material grueso y fino, para obtener las cantidades para preparar 10 bolsas de muestras.
5.2. Compactación de Especímenes con el Método D
Equipo2
Martillo Manual: 4,5
kg (10 lb). Extractor de Muestra.
Balanza Analógica:
con rango de 5 g.
Balanza Digital: con
rango de 0,01 g.
Enrazador. Cuchara Pulpera y
Bandejas
Probeta: Con
capacidad de (1000 ±
10) ml
.Horno de Secado:
Temperatura
constante de (110 ± 5)
º C
Moldes: con un diámetro de 152, 4 mm (6 in) y volumen de 2124 cm3
Procedimiento3
Se toma de las bolsas de muestra preparadas 5 bolsas de la parte fina y gruesa, para cada par de
bolsas se lleva a cabo el siguiente proceso, primero se mezcla una de fino y otra de grueso, a esta
se le agrega agua y se mezcla uniformemente. Luego, se toma parte de esta para formar la
primera capa en el molde, se coloca el martillo y se procede a dejar caer este 56 veces, con una
distribución de espiral invertida sobre la superficie, se procede lo mismo con las siguientes 3
capas, en la cuarta capa se tiene el cuidado de que la muestra compactada se encuentre por debajo
del collarín, se procede a realizar la ultima capa. En seguida, se toma el molde se enraza en el
interior para evitar que la muestra este trabada en el mismo, se le quita el collarín y es pesada, se
lleva al extractor. Con esta fuera del molde, se coloca en una bandeja y se parte por la mitad, se le
quitan los extremos, el resto es colocado en una bandeja y llevado al horno, para determinar el
contenido de humedad.
1 Ver Apéndices Figura Nº3, Nº4 y Nº5
2 Ver Apéndices Figura Nº6 3 Ver Apéndices Figura Nº6
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6. RESULTADOS
Cuadro Nº 1. Preparación de material para cada punto del Proctor
% (±0,25) kg g
Material Grueso
61,5 4,6130 4613
Material Fino
38,5 2,887 2887
TOTAL 100 7,500 7500,0
Cuadro Nº2.Datos para determinar la relación entre el contenido de
humedad y el peso específico seco
W(%) Peso Específico Seco (kg/m3)
Peso Específico con Cero Vacios de
Aire (kg/m3)
7,80 2058,05 2231,74
9,70 2093,23 2139,93
12,70 1989,54 2011,96
15,30 1955,86 1912,32
Figura Nº1. Curva de compactación y de saturación total de la muestra de suelo utilizando el método de
compactación Proctor Modificado 4
4 Ver Cuadro Nº2.
9,70; 2093,23
1700,00
2000,00
2300,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Pe
so E
spe
cífi
co S
eco
(kg
/m3
)
Contenido de Humedad (%)
Curva deCompactación
Curva CeroVacíos de Aire
𝛄𝐝𝐦á𝐱𝐢𝐦𝐨
w%
óptimo
8
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
La compactación de suelos constituye un importante procedimiento y se halla íntimamente
relacionada con el fin de que el material a compactarse alcance la mayor densidad posible en el
terreno, donde deberá tener una humedad adecuada en el momento de la compactación. Por eso
antes de ser realizada dicha compactación se debe tener la cantidad de suelo ya sea fino y grueso
suficiente para llevarla a cabo; observando en el Cuadro Nº35, se puede apreciar las cantidades
obtenidas de material según la malla usada y esto de acuerdo al tipo de suelo; además en el
Cuadro Nº1 se encuentra el total de material para cada tipo de suelo, para suelo fino es de 2 887g
(38.5%) y para grueso es de 4 613g (61.5%), sumando éstas la cantidad de 7 500g que es la
cantidad ideal para preparar las 10 bolsas de muestras para la prueba de Proctor Modificado. El
método de ensayo D, se escoge debido a que el porcentaje pasa la malla ¾ in es mayor al 10%, en
este caso 33,1 %.
Con respecto al contenido de humedad, al ser arcilloso el suelo usado de muestra las
variaciones para la cantidad de agua para agregar estaría entre 2,5 y 3,0%, en nuestro caso se
utilizó la variación de 2,5%. Debido a dichas variaciones se generó el Cuadro5 Nº4 y Nº5;
además, cabe recalcar que debido al comportamiento que generó el suelo al irle adicionando agua
se realizó la prueba de Proctor Modificado a cuatro especímenes ya que en ese punto el material
estaba muy cerca de la humedad óptima, debido a este comportamiento no se pudo realizar el
punto anterior a la humedad "óptima" supuesta.
En el caso del Cuadro Nº45 es de suma importancia para generar los puntos de estudio en
cada uno de los especímenes para luego, con el porcentaje de humedad calculado en cada uno
construir la gráfica de compactación; en el Cuadro Nº55 están los pesos específicos secos y los
pesos específicos con cero vacíos de aire, en este se establece el peso total, este es usado para el
cálculo del peso específico total, seco y relación de cero vacíos. La importancia de establecer
estos radica en que el peso específico incrementa luego de la compactación, este depende del
incremento del contenido de agua; por lo tanto conforme aumenta el contenido de agua y se
aplica la misma energía de compactación el peso de los solidos del suelo crece en forma gradual;
esto se da hasta que se llega al contenido de agua óptimo, donde el incremento de agua provoca
5 Ver Apéndices
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un decrecimiento en el peso específico seco, ya que las partículas de suelo tienden a ser
desplazadas por las de agua; dicho comportamiento se puede ver evidenciado en la Figura Nº1,
donde se puede apreciar como a partir del punto (9,7 ; 2093,23), donde el contenido de humedad
óptimo es de 9,7% y el peso específico máximo es de 2 093.23kg/m3, se da el decrecimiento
mencionado anteriormente.
Finalmente, en el Cuadro Nº2, se presentan los datos necesario para construir la curva de
compactación (ver Figura Nº1) y junto a esta se tiene la grafica de la curva de compactación
total, es decir cero vacíos esta es teórica, pues se supone una saturación total y una relación de
vacíos nula, lo cual en realidad no es posible y se obtiene a partir del contenido de humedad, el
peso especifico del agua y un GS de 2,70 supuesto para suelos típicos de arcillas inorgánicas de
acuerdo con Berry (1993)6.
8. CONCLUSIONES
Se necesitó una cantidad de 4 613g de la parte gruesa y una cantidad de 2 887g
de la parte fina para la obtención de 7500g de material utilizado para cada
punto de la prueba Proctor Modificado.
El método a usar es el D, de Proctor Modificado, esto debido a la cantidad de
material que pasa la malla ¾ in.
Se obtuvo la curva de compactación, de la cual se extrae que el peso específico
seco máximo fue de 2 093,23 kg/m3 y el contenido de agua óptimo fue de 9,7%
Se obtuvo la curva de saturación total, usando un GS de 2.70 al ser un suelo
arcilloso inorgánico.
6 Ver Anexos Figura Nº2
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9. ANEXOS
Figura Nº2.
7
7 Fuente: Berry, 1993, página 21.
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10. APÉNDICES
Cuadro Nº 3. Preparación del Material Proctor
(±0,25) kg % %
Material Grueso
Pasando malla 2" y retenido en 3/4
39,00 28,4
61,5 Pasando 3/4 y retenido
en malla #4 45,50 33,1
Material Fino
Pasando malla #4 52,75 38,5 38,5
Peso total Muestra 137,25 100,0 100,0
Cuadro Nº4. Datos obtenidos en el laboratorio para el cálculo del contenido de
humedad
Espécimen de muestra 1 2 3 4
# Bandeja 2 4 8 16
Bandeja (±0,01g) 112,30 110,34 133,32 110,44
Peso Total+Bandeja (±0,01g) 841,50 907,00 1239,90 1202,90
Peso Seco+Bandeja (±0,01g) 788,92 836,60 1115,50 1058,30
Total (±0,01g) 729,20 796,66 1106,58 1092,46
Seco (±0,01g) 676,62 726,26 982,18 947,86
Agua (g) 52,58 70,40 124,40 144,60
Contenido de Humedad (%) 7,8% 9,7% 12,7% 15,3%
Cuadro Nº5 Datos obtenidos en el laboratorio para el cálculo del peso
específico seco
Espécimen de muestra 1 2 3 4
Molde (g) 6624,0 6624,0 6624,0 6624,0
Total+Molde (g) 11335,0 11501,0 11385,0 11412,0
Total (g) 4711,0 4877,0 4761,0 4788,0
Agua Agregada (ml) 130 320 510 700
Peso Específico Total (kg/m3) 2217,98 2296,14 2241,53 2254,24
Peso Específico Seco (kg/m3) 2058,05 2093,23 1989,54 1955,86
Cero Vacíos de Aire (kg/m3) 2231,74 2139,93 2011,96 1912,32
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CÁLCULOS
Ecuación 1. Cálculo Contenido de Agua
Ecuación 2. Cálculo de Peso Específico Total
Donde
W= peso del suelo compactado en el molde.
Vm= volumen del molde (2124 cm3).
Ecuación 3. Peso Específico Seco
Donde
w (%) = porcentaje de contenido de agua.
Ecuación 4. Peso Específico con cero vacíos de aire.
Donde
ɣm = peso específico húmedo.
Gs = densidad de los sólidos del suelo.
%w = Wt − Ws
Ws× 100
γ = W
Vm
𝛾𝑑 = 𝛾
1 +𝑤 (%)
100
γzav = γw
w +1
Gs
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Figura Nº3. Obtención de muestras Figura Nº4. Montículo para cuarteo
Figura Nº5. Preparación de muestras Figura Nº6. Equipo para la prueba de
Proctor Modificado.
Figura Nº7.Prueba de Proctor Modificado
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11. BIBLIOGRAFÍA
ASTM Standard C702, 2003, "Standard Practice for Reducing Samples of Aggregate to Testing
Size," ASTM International, West Conshohocken, PA, 2003, DOI: 10.1520/C0033-03
ASTM Standard D1557 - 09, 2003, "Standard Test Methods for Laboratory Compaction
Characteristics of Soil Using Modified Effort (56,000 ft-lbf/ft (2,700 kN-m/m3))," ASTM
International, West Conshohocken, PA, 2003, DOI:10.1520/C0033-03
ASTM Standard D2216 - 05, 2003, "Standard Test Methods for Laboratory Determination of
Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass," ASTM International, West
Conshohocken, PA, 2003, DOI: 10.1520/C0033-03
Berry, P. & Reid, D. (1993). Mecánica de suelos. Santa Fé de Bogotá, Colombia. McGRAW-
HILL Interamericana, S.A.
Das, B. M. (2001). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. Mexico D.F.: Thomson Learning.
Juárez Badillo, E., & Rico Rodríguez, A. (1975). Mecánica de Suelos (Vol. Tomo 1). México
D.F.: Editorial Limusa S.A.