TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS

Transcripción

1 Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA Expositor: M Eng. Miguel A. Díaz Pardavé miguel.fic2005@gmail.com mdiaz@zergeosystemperu.com

2 Proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características mecanicas de resistencia, compresibilidad y esfuerzo-deformación de los suelos.

3 Objetivos de la compactación Que el suelo mantenga un comportamiento adecuado durante la vida útil de la obra: Resistencia.- aumento de la densidad Compresibilidad.- disminución de la relación de vacios Permeabilidad.- disminución de la permeabilidad Adecuada relación esfuerzo-deformación.- resistencia al corte Factores que depende la compactación Tipo de suelo Dsitribución granulométrica Forma de partículas. Energia de compactación Contenido de humedad Se obtienen resultados diferentes, tanto en la estructura como en las propiedades

4 COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA El primer método en el sentido de la técnica actual es debido a R.R. Proctor (1933) y es conocido hoy en día como Prueba Proctor Estándar o A.A.S.H.O. (American Association of State Highway Officials) Estándar. Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso el contenido de agua inicial en el suelo, encontrando que tal valor es de vital importancia en la compactación. Proctor puso de manifiesto que el uso del procedimiento descrito para un suelo dado existe un contenido de agua inicial llamado óptimo, el cual produce el máximo peso específico seco que puede lograrse con este procedimiento de compactación (Juárez, 1982).

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6 A un suelo cuya contenido de agua es bajo se le van dando ciertos incrementos de agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación, su peso volumétrico va aumentando, hasta que llega un momento un peso volumétrico del material seco y del contenido de agua, alcanzando un valor máximo.

7 Debido al rápido desenvolvimiento del equipo de compactación de campo comercialmente disponible, la energía específica de compactación en la prueba Proctor Estándar ya no lograba representar en forma adecuada las compactaciones mayores que se lograban con el equipo nuevo. Lo que condujo a una modificación en la prueba, aumentando la energía de compactación, de modo que conservando el numero de golpes por capa, se elevo el número de estas de 3 a 5, aumentando la energía del pistón y la altura de caída del mismo. Esta prueba modificada es conocida como Prueba Proctor Modificada o A.A.S.H.O Modificada (Juárez, 1982).

8 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.

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11 DETERMINACIÒN DEL MÈTODO ASTM 1557 PROCTOR MODIFICADO MÈTODO % ACUM RETENIDO EN LA Nº 4 % ACUM RETENIDO EN LA 3/8 % ACUM RETENIDO EN LA ¾ MATERIAL A USAR A 20% - - PASA Nº4 B >20% 20% - PASA 3/8 C - >20% 20% PASA ¾ -Aplicable a material con 30% máximo retenido en tamiz ¾. -Si el material tiene del 5% en peso de tamaño mayor al utilizado en la prueba, se debe corregir los resultados.

12 Sobre tamaño de partículas o fracción gruesa (Pc en %): Es la parte de la muestra total no usada para la realización de la prueba de compactación; es decir, es la parte retenida en la 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 de compactación de 600 kn-m/ m 3 aplicado por el equipo y por el procedimiento ejecutado en esta prueba. Peso volumétrico seco máximo estándar (γd máx en kn/ m 3 ): Es el valor máximo definido en la curva de compactación utilizando un esfuerzo de compactación estándar.

13 Contenido de agua óptimo estándar (w opt en %): Es el contenido de agua en donde el suelo puede compactarse a un peso volumétrico seco máximo utilizando un esfuerzo de compactación estándar. Fracción de prueba o fracción fina (PF en %): Es la parte de la muestra total usada para realizar la prueba de compactación; es decir, es la fracción que pasa la malla No. 4 (4.75mm) para el procedimiento A, 3/8 (9.5mm) para el procedimiento B, o 3/4 (19.0mm) para el procedimiento C.

14 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA La masa de la muestra requerida para los procedimientos A y B, debe ser de aproximadamente 16kg y para el procedimiento C debe ser de aproximadamente 29kg de suelo seco. Por lo tanto, la muestra de campo debe tener una masa húmeda de por lo menos 23kg y de 45kg, respectivamente. Determinar el porcentaje de material apropiado, retenido en la malla 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 una porción representativa de la muestra total y determinar los porcentajes que pasan las mallas de interés por medio del Método de Prueba ASTM D 422. Se requiere determinar únicamente el porcentaje retenido para la malla que se especifica anteriormente.

15 La Tabla muestra el tiempo de reposo que se le debe dar al espécimen para distribuir uniformemente su contenido de agua

16 PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN SUELOS 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 N n W h Ec V se especifica un tamaño mínimo de partícula y se eliminan tamaños mayores.

17 Peso volumétrico seco con la energía de compactación La que se entrega al suelo por unidad de volumen. Ec N n W h V kg - cm cm 3 donde: Ec energía específica, kg-cm/cm 3, 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.

18 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR a) Características del molde y pisón diámetro del molde: cm (4 ) altura del molde: cm peso del pisón: 2.49 kg volumen del molde: cm3 altura de caída: cm número de golpes: 25

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20 b) 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, Ws Wh 1 w Donde: Wh peso húmedo de la muestra, gr Ws peso seco de la muestra, gr w contenido natural de agua, decimal

21 se calcula el peso o volumen de agua necesario para obtener la humedad de curado, w c W Ws w wc c W wc peso del agua para curado, gr se determina el volumen de agua que se debe agregar a la muestra para obtener w c W γ W γ ) Vwc wc 0 wh 0 se mide V wc, se agrega a la muestra y se amasa con las manos, y se vierte el material en una bolsa durante el tiempo de reposo.

22 c) Ensaye se registran las siguientes dimensiones antes del ensaye D 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 (cm 2 ), V volumen del molde (cm 3 ), N número de golpes se calcula la energía específica, Ec N n W h Ec V

23 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;

24 se enrasa y se pesa el molde, más el material compactado (Wm Wh)

25 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 Vv Vs Vv e e Vacíos 1+e Vm 1 e 1 Sólidos γ d Ws Vm Ss γ 1 e w

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27 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.

28 Procedimiento 1.Se coloca una muestra representativa del suelo en una charola metálica (fig 12);

29 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 Se agrega agua al material y se homogeniza

30 Se engrasa el interior del molde, esto se hace para evitar que el material se pegue en las paredes interiores del mismo (fig 16); 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 (fig 15);

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35 Proctor Modificada (ASTM D ). Para esta prueba se sigue el mismo procedimiento que para la prueba de compactación estándar, pero se cambia el pistón de 44.5 kn (estándar 24.4 kn) con una altura de caída de 457 mm (estándar 305 mm). También el suelo se compacta en 5 capas y se le aplican 56 golpes por capa (estándar 3 capas y 25 golpes). Por lo cual su energía de compactación es de 2,700 kn-m/m 3 (Bardet, 1997).

36 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.

37 CURVAS TÍPICAS DE COMPACTACIÓN PARA SUELOS DIFERENTES

38 VARIACIÓN CON ENERGIA DE COMPACTACIÓN Curvas de Compactación Proctor Estándar y Modificada para un limo arcilloso (método A).

39 Rango aproximado de OCH vs Tipo de Suelo Tipo de Suelo Valor probable (%) OCH Ensayo Proctor Modificado Grava tipo afirmado 4 8 Arena 6 10 Arean limosa 8 12 Limo Arcilla 13-21

40 CÁLCULOS Calcular la densidad húmeda del material con la ecuación (1) y la densidad seca con la ecuación (2), y con la ecuación (2) el peso volumétrico seco

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46 La compactación de suelos se aplica en toda obra de terraplenado, para mejorar su estabilidad. 1.- Conformación de rellenos controlados. 2.- Para apoyo a una estructura. 3.- Como sub base para carreteras y ferrocarriles o aeropuertos. 4.- Diques o presas de tierra.

47 Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil Laboratorio de Mecánica de Suelos TALLER BÁSICO DE MECÁNICA DE SUELOS California Bearing Ratio (CBR) ASTM 1883 Expositor: M. Eng Miguel A. Díaz Pardavé

48 Este método fue propuesto en 1929 por los ingenieros T. E. Stanton y O. J. Porter del departamento de carreteras de California. Desde esa fecha tanto en Europa como en América, el método CBR se ha generalizado y es una forma de clasificación de un suelo para ser utilizado como subrasante o material de base en la construcción de carreteras. Durante la segunda guerra mundial, el cuerpo de ingenieros de los Estados Unidos adoptó este ensayo para utilizarlo en la construcción de aeropuertos.

49 Se emplea en diseño de pavimentos y para evaluar la resistencia al corte de materiales que conforman las capas de un pavimento Se emplea una terminología: Es un Índice de Resistencia al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactación y contenido de agua. Se expresa como el porcentaje de la carga necesaria para introducir un pistón de sección circular en una muestra de suelo (Crespo).

50 El CBR, está definiendo como el esfuerzo requerido para que un pistón normalizado penetre en el suelo a una profundidad determinada, comparado con el esfuerzo requerido para que el pistón penetre hasta esa misma profundidad en una muestra patrón consistente en piedra chancada CBR = Carga unitaria del ensayo Carga unitaria patrón x100%

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52 Proctor Estándar ASTM D 698 A B C Peso martillo (lb) Diám. molde (pulg) No. de capas No. golpes/capa Proctor Modificado ASTM D 1557 A B C Peso martillo (lb) Diám. molde (pulg) No. de capas No. golpes/capa

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59 Las especificaciones establecen que los materiales de préstamo para : Sub base deben tener expansiones <2% Base deben tener expansiones <1% Como dato informativo observar el hinchamiento versus el CBR: Suelo con hinchamiento 3% o más, generalmente tienen CBR <9% Suelo con hinchamiento 2% como máximo tienen CBR <15% Suelos con hinchamiento menor 1% tiene generalmente CBR <30%

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