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CONTENIDO DE HUMEDAD MECÁNICA DE SUELOS I

I.-INTRODUCCION:

En la actualidad existen distintos métodos para reproducir en laboratorio las condiciones de

compactación en obra. Todos ellos pensados para estudiar, además, los distintos factores que gobiernan

la compactación de los suelos. Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica actual, es el

debido al Dr. R. R. Proctor (1933) y es conocido como Prueba Proctor Estándar y el proctor modificado

II.-OBJETIVOS:

OBJETIVOS GENERALES:

Hallar la máxima densidad y el óptimo contenido de humedad del material de base.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Hallar el Contenido de Humedad Óptima del material de base para energía estándar y

modificada.

Hallar la Densidad Seca del material de base para energía estándar y modificada.

III.-FUNDAMENTO TEORICO:

COMPACTACIÓN DE LOS SUELOSLa compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios

vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre

otras propiedades.

Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo.

PRÓCTOR ESTÁNDARLa 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 (56

para el Método C) con un pisón de 2,5 Kg

de peso, que se deja caer libremente desde

una altura de 30,5 cm

Con este procedimiento Proctor observó que para un suelo dado, a contenido de humedad creciente

incorporado a la masa del mismo, se obtenían densidades secas sucesivamente más altas (mejor


grado de compactación). Asimismo, notó que esa tendencia no se mantenía indefinidamente si no

que, al superar un cierto valor la humedad agregada, las densidades secas disminuían, con lo cual

las condiciones empeoraban. Es decir, puso en evidencia que, para un suelo dado y a determinada

energía de compactación, existe un valor de “Humedad Óptima” con la cual puede alcanzarse la

“Máxima Densidad Seca”.

El Ensayo Proctor Estándar también es conocido como Ensayo AASHTO T–99 (American

Association of State Higway and Transportation Officials – Asociación Americana de Agencias

Estatales de Carreteras y Transportes).

PRÓCTOR MODIFICADO

La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en cinco capas

dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por

medio de 25 golpes en cada una de ellas (56 para el Método C) con

un pisón de 4,5 kg de peso, que se deja caer libremente desde una

altura de 45,7 cm

Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por

amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al

transferirle energía al mismo.

Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea contraparte o

comparable al ensayo de impacto en el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurre en el caso de

ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio que encuentran su contraparte en los

rodillos pata de cabra, vibro-compactadores, de rueda lisa, etc.).

No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón Proctor, así

como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde el comienzo de su

implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sinnúmero de pliegos

de obras.


IV.-MATERIALES

A. Materiales:

Molde De 6” Horno de secado Pisones manuales Estándar y Modificado

TAMICES Espátula, cuchara y brocha

Balanza Recipientes

Probeta (500ml)

3/4


B. Metodología:

Descripción de muestra:

El material base no presenta ningún tipo de residuo.

Para realizarse la compactación en una zona de dimensiones 60x60x20 cm3, se toma la prueba de la

obra ubicada en el P.j. Belén, al costado de la UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO de nuevo

Chimbote.

Las características necesarias son:

ωnatural=0,36%

ρunitario suelto=1,71gr /cm3

Selección del Método A, B o C:

De acuerdo a los datos granulométricos, se utiliza el método C que se usa cuando más del 20% en

peso del material se retiene en el tamiz 3/8 pulg (9,53 mm) y menos de 30% en peso es retenido en

el tamiz ¾ pulg (19,0 mm).

Datos del ensayo granulométrico:

W inicial=5593 gr

W final=5553gr

% pérdida=0,72%<2%

TABLA DE DATOS

Diametro de la malla (mm) N° de malla Peso retenido

(g) Retenido acumulado R.T (%) (%) que pasa

50 2" 0 0 0.00% 100.00%37.5 11/2" 100 100 1.80% 98.20%25.4 1" 331 431 7.76% 92.24%

19.05 3/4 203 634 11.42% 88.58%9.5 3/8 635 1269 22.85% 77.15%4.75 4 671 1940 34.94% 65.06%

2 10 890 2830 50.96% 49.04%0.425 40 1007 3837 69.10% 30.90%0.074 200 1475 5312 95.66% 4.34%

cazoleta 241 5553 100.00% 0.00%Peso de muestra

ensayada 5553


0.01 0.1 1 10 1000%

20%

40%

60%

80%

100%

Curva granulométricaAgregado grueso

Diámetro de la malla

% q

ue p

asa

Compactación:

Como el contenido de humedad natural de la muestra es 0,36%, la cual es una cifra baja para el

C.H.O. se usa el método de preparación húmeda.

Se toma 5 muestras del afirmado a compactar, tanto para el próctor estándar como en el

modificado, cada muestra de 6 kg.

Dadas las 5 muestras se agrega una cierta cantidad de agua para cada una:

MUESTRA 1 = 3% = 180ml




MUESTRA 5 = 11% = 660ml

Se pesó el molde sin el anillo, en seguida se vació el afirmado de cada muestra de tres kilos en un

recipiente y se vertió el agua, removiéndolo hasta verlo homogenizado luego, en hechó una cierta

cantidad en el molde (primera capa) compactándolo por medio de 56 golpes con el pisón, haciendo

lo mismo en las otras dos capas.

Una vez compactada esta muestra(en el molde) se retiró el anillo(del molde), y se enrazó con la

espátula, llevándolo así a pesar; teniendo solo el molde(sin anillo y sin la parte de la base) se sacó

tres muestras del afirmado compactado; una de la zona de arriba, la segunda de la zona de abajo y

la tercera de la zona intermedia, se colocó cada pequeña muestra en una tara de peso conocido, y

se llevó a pesar cada tara con la pequeña muestra del afirmado, luego pesado se colocó en el

horno, pasado 24 horas se pesó cada tara que contenía las muestras pequeñas de afirmado y

realizando operaciones(fórmulas) se determinó el contenido de humedad y densidad seca para cada

muestra(1, 2, 3, 4, y 5), la razón de obtener 3 contendidos de humedad por muestra, es porque se


quiere verificar la exactitud de el método de promedio del C.H. arriba y abajo y compararlo con el

método del C.H. de la zona intermedia.

Procedimiento:

Este procedimiento se realizara para los dos ensayos de próctor donde solo varía el número de

capas (3 en estándar y 5 en modificado) y el tamaño del pistón.

Ensayo N° 1 y 2

1. Se pesa el molde sin el collarín.

2. Se determina el volumen del molde.

3. Se toma 3Kg de muestra de afirmado por recipiente para cada uno de los cinco ensayos, se

utiliza el material que pase el tamiz N° 4.

4. Se agrega el agua necesaria para cada muestra (variando el porcentaje de humedad de

manera progresiva), y luego se homogeniza.

5. Se compacta la muestra en 3 capas (estándar) y 5 capas (modificado) con 25 golpes por cada

capa.

6. Al terminar de compactar se quita el collarín, se enraza, se retira todo material que se

encuentre fuera del molde y se pesa (se obtiene el peso húmedo compactado).

7. Extraer tres muestras del afirmado húmedo compactado, colocarlos en las taras y pesarlas.

8. Llevarlos al horno a 110 ± 5 °C y dejar secar por 24 hrs y pesar (se obtiene el C.H.).

V.-RESULTADOS:

La densidad de la muestra húmeda se halla con la siguiente fórmula:

ρhumeda=W molde+muestra húmeda−W molde

V molde

El contenido de humedad de la muestra se obtiene de:

ω%=W agua

W seco∗100%

ω%=W muestra húmeda+ tara−W muestra seca+tara

W muestra seca+tara−W tara∗100%

Densidad seca:

ρ seco=ρseco

1+ω


Ensayo N°1 (Próctor estándar)

1. Wmolde = 6450 g

2. Vmolde = π (7,7 cm)2 (11,4 cm)Vmolde = 2123,4 cm3

DATOS Y RESULTADOS

ENSAYO N°1 PROCTOR ESTANDAR ( MTC E 115-2000 )MUESTRA I II III IV VVolumen del molde (cm3) 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4Peso del molde (gr) 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0Peso del molde + muestra húmeda (gr) 11132.0 11370.5 11593.0 11570.0 11500.0Peso de la muestra húmeda (gr) 4682.0 4920.5 5143.0 5120.0 5050.0Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 2.205 2.317 2.422 2.411 2.378Contenido de humedad 3.34% 5.06% 7.73% 8.95% 11.20%Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 2.134 2.206 2.248 2.213 2.139

CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso de la tara (gr)zona ↑ 24.516 23.518 24.155 24.752 23.988zona ↓ 25.002 24.392 24.978 24.920 24.595

zona media 24.153 25.150 24.347 24.449 24.585

Peso de la tara + afirmado húmedo

(gr)

zona ↑ 104.026 99.005 105.983 147.588 144.661zona ↓ 115.818 110.151 123.530 134.037 149.502

zona media 101.078 126.261 126.783 134.203 147.945

Peso de la tara + afirmado seco (gr)

zona ↑ 101.459 95.015 99.953 137.204 132.600zona ↓ 113.223 106.495 116.552 125.742 137.037

zona media 98.444 121.350 119.478 124.983 135.413

Peso del agua (gr)zona ↑ 2.567 3.990 6.030 10.384 12.061zona ↓ 2.595 3.656 6.978 8.295 12.465

zona media 2.634 4.911 7.305 9.220 12.532

Peso del afirmado seco (gr)

zona ↑ 76.943 71.497 75.798 112.452 108.612zona ↓ 88.221 82.103 91.574 100.822 112.442

zona media 74.291 96.200 95.131 100.534 110.828

Contenido de humedad (%)

zona ↑ 3.34% 5.58% 7.96% 9.23% 11.10%zona ↓ 2.94% 4.45% 7.62% 8.23% 11.09%

zona media 3.55% 5.10% 7.68% 9.17% 11.31%PROM(↑,↓) 3.14% 5.02% 7.79% 8.73% 11.10%PROMEDIO 3.34% 5.06% 7.73% 8.95% 11.20%

3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0%2.05

2.10

2.15

2.20

2.25

2.30

GRAFICO: DENSIDAD vs HUMEDAD

Contenido de Humedad (%)

Den

sida

d Se

ca (g

r/cm

3)


Máxima Densidad Seca 2,248 gr/cm3Contenido de Humedad 7,90 %

Ensayo N°2 (Próctor modificado)

1. Wmolde = 6450 g

2. Vmolde = π (7,7 cm)2 (11,4 cm)Vmolde = 2123,4 cm3

DATOS Y RESULTADOS

ENSAYO N°1 PROCTOR MODIFICADO ( MTC E 115-2000 )

MUESTRA I II III IV VVolumen del molde (cm3) 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4 2123.4Peso del molde (gr) 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0 6450.0Peso del molde + muestra húmeda (gr) 11379.0 11647.0 11647.0 11655.0 11653.0Peso de la muestra húmeda (gr) 4929.0 5197.0 5197.0 5205.0 5203.0Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 2.321 2.447 2.447 2.451 2.450

Contenido de humedad 3.43% 5.14% 7.42% 9.25% 11.57%Densidad húmeda de la muestra (gr/cm3) 2.244 2.328 2.278 2.244 2.196

CONTENIDO DE HUMEDAD

Peso de la tara (gr)zona ↑ 25.949 26.018 26.090 26.157 26.063zona ↓ 27.910 25.905 26.112 26.145 26.221

zona media 26.151 26.069 26.120 27.642 26.026Peso de la tara + afirmado húmedo

(gr)

zona ↑ 86.715 104.424 98.420 132.292 96.153zona ↓ 91.459 101.255 117.784 152.737 107.409

zona media 84.907 97.493 127.691 158.394 99.482

Peso de la tara + afirmado seco (gr)

zona ↑ 84.595 100.348 93.205 122.784 88.629zona ↓ 89.347 97.858 111.676 142.321 100.620

zona media 83.009 93.983 120.707 147.492 91.280

Peso del agua (gr)zona ↑ 2.120 4.076 5.215 9.508 7.524zona ↓ 2.112 3.397 6.108 10.416 6.789

zona media 1.898 3.510 6.984 10.902 8.202Peso del afirmado

seco (gr)zona ↑ 58.646 74.330 67.115 96.627 62.566zona ↓ 61.437 71.953 85.564 116.176 74.399

3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0%2.05

2.10

2.15

2.20

2.25

2.30



Den

sida

d Se

ca (g

r/cm

3)


zona media 56.858 67.914 94.587 119.850 65.254

Contenido de humedad (%)

zona ↑ 3.61% 5.48% 7.77% 9.84% 12.03%zona ↓ 3.44% 4.72% 7.14% 8.97% 9.13%

zona media 3.34% 5.17% 7.38% 9.10% 12.57%PROM(↑,↓) 3.53% 5.10% 7.45% 9.40% 10.58%PROMEDIO 3.43% 5.14% 7.42% 9.25% 11.57%

3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% 9.0% 10.0% 11.0% 12.0% 13.0%2.10

2.15

2.20

2.25

2.30

2.35



Den

sida

d Se

ca (g

r/cm

3)

Máxima Densidad Seca 2,329 gr/cm3Contenido de Humedad 5,30 %


VI.-RECOMENDACIONES:

Se debe calibrar la balanza antes de pesar.

Cada recipiente donde se echa la muestra de 6kg. de material de base, debe estar limpio y seco,

para evitar polvo o un aumento de humedad (aparte del agua q se verterá) en nuestra muestra

de afirmado.

La rapidez de la homogenización garantiza la estabilidad de la humedad deseada, pero esto no

interviene en la mal elaboración del ensayo, puesto que luego se determina el contenido de

humedad actual.

Al momento de compactar la guía del pisón debe mantenerse ligeramente sobre el afirmado

que se compacta, puesto que si éste es soltado, remueve o taja el material.

Para sacar las muestras se saca el molde de su soporte y se golpea en la muestra compactada,

hasta que esta se afloje y se retire en forma cilíndrica, luego se procede a abrirla por la mitad

para obtener la muestra intermedia.

Cada muestra obtenida para la obtención del contenido de humedad real, debe llevarse

rápidamente al laboratorio, puesto que éste pierde fácilmente su humedad cuando está

expuesto al aire.

VII.-CONCLUSIONES:

El óptimo Contenido de Humedad del material de base para energía estándar es 7,90% lo cual

indica que se debe agregar 7,54% debido a que el afirmado ya tiene un 0,36% de humedad.

El óptimo Contenido de Humedad del material de base para energía modificada es 5,30% lo

cual indica que se debe agregar 4,94%.

La densidad máxima para energía estándar es de 2,248 gr/cm3.

La densidad máxima para energía modificada es de 2,329 gr/cm3.

VII.-REFERENCIAS: http://ntics.frra.utn.edu.ar/portal/PDFs/compactacion.pdf Mecánica de Suelos – Juárez Badillo

Manual de ensayos de materiales para carreteras (EM 2000)

http://suelosycimentaciones.blogspot.com/

http://www.ingenieracivil.com/2008/03/densidad-in-situ-metodo-del-cono-de.html

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