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 (ASTM D ) Maestro en Ingeniería Geotécnica Universidad Nacional Autónoma de México - UNAM mdiazp@usil.edu.pe

2 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.

3 Porqué es importante la compactación? 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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5 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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8 Cuál es el objetivo de la compactación del suelo? Que el suelo mantenga un comportamiento adecuado durante la vida útil de la obra: Resistencia, Compresibilidad, Permeabilidad, y Adecuada relación esfuerzodeformación

9 9 1. 5

10 10 Cuáles son los métodos de compactación? Compactación por impactos, Compactación estática, y Compactación por amasado. Se obtienen resultados diferentes, tanto en la estructura como en las propiedades

11 11 COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA (ASTM D ) El primer método en el sentido de la técnica actual es debido a R.R. Proctor 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).

12 12 COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA (ASTM D ) 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.

13 13 COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR Y MODIFICADA (ASTM D ) 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).

14 14 COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR 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.

15 15 COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR

16 16 COMPACTACIÓN PROCTOR ESTÁNDAR

17 17 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.

18 18 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 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.

19 19 CONCEPTOS FUNDAMENTALES 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.

20 20 Consideraciones de la muestra de suelo 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.

21 21 Consideraciones del tiempo La Tabla muestra el tiempo de reposo que se le debe dar al espécimen para distribuir uniformemente su contenido de agua

22 22 Prueba de compactación de suelo 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.

23 23 Energía de compactación 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.

24 24 Consideraciones de la 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

25 25 Consideraciones de la prueba proctor estandar

26 26 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR 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.

27 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR Procedimiento 1.Se coloca una muestra representativa del suelo en una charola metálica. 27

28 28 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR 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

29 29 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR 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.

30 30 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR

31 31 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR

32 32 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR

33 33 PRUEBA PROCTOR ESTANDAR

34 34 Consideraciones de la prueba proctor 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 Donde: Wh: peso húmedo de la muestra, g Ws: peso seco de la muestra, g w: contenido natural de agua o humedad, porcentaje w

35 35 Consideraciones de la prueba proctor se calcula el peso o volumen de agua necesario para obtener la humedad de curado, w c W wc Ws w c W wc peso del agua para curado, g 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.

36 36 Consideraciones de la prueba proctor 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 N número de golpes Ec se calcula la energía específica, Ec n W V h

37 37 Consideraciones de la prueba proctor 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;

38 38 Consideraciones de la prueba proctor se enrasa y se pesa el molde, más el material compactado (Wm Wh)

39 39 Consideraciones de la prueba proctor 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 Vacíos e Vv Vs Vv e 1+e Vm 1 e 1 Sólidos γ d Ws Vm Ss γ 1 e w

40 40 Consideraciones de la prueba proctor

41 41 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).

42 42 Proctor Modificada (ASTM D ). 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.

43 43 Aplicaciones 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 ferrocariiles o aeropuertos. 4.- Diques o presa de tierra.

44 44 Control de compactación MÉTODO DE MEMBRANA(EQUIPO DE BALÓN PARA DENSIDAD) MÉTODO DEL CONO DE ARENA MÉTODO DEL DENSÍMETRO NUCLEAR MÉTODO ELÉCTRICO DE DENSIDAD

45 Método de membrana (equipo de balón para densidad) 45 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.

46 46 Método del cono de arena

47 Método del cono de arena 47

48 Método del densímetro nuclear 48

49 49 Método del densímetro nuclear

50 50 Método del densímetro nuclear

51 51 Medidor eléctrico de densidad

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53 53 PARA DETERMINAR EL PESO VOLUMÉTRICO DE LA CAPA COMPACTADA, PRIMERO SE REALIZA UNA EXCAVACIÓN DE 0.10 X 0.10 X0.20 MTS.(CALA).

54 54 LA MUESTRA RECUPERADA EN LA EXCAVACIÓN SE GUARDA EN UNA BOLSA NYLON PARA PESARLA Y PARA QUE CONSERVE SU HUMEDAD.

55 55 AQUÍ SE OBSERVA LA EXCAVACIÓN TERMINADA (CALA) Y EL MATERIAL RECUPERADO.

56 56 SE PESA EL RECIPIENTE CON ARENA DE OTTAWA (ARENA SÍLICA) ANTES DE VACIARLA A LA CALA.

57 57 PREPARANDO EL RECIPIENTE CON ARENA Y EL CONO PARA VACIARLO EN LA EXCAVACIÓN(CALA).

58 58 VACIANDO LA ARENA DENTRO DEL HUECO (CALA), PARA DETERMINAR EL VOLÚMEN DEL HUECO.

59 59 RECUPERACIÓN DE LA ARENA QUE QUEDÓ DENTRO DEL RECIPIENTE.

60 60 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.

61 61 GRADO DE COMPACTACIÓN = PESO VOLUMÉTRICO SECO DE CAMPO PESO VOLUMÉTRICO SECO MÁXIMO DE LABORATORIO