Ensayo de compactación Proctor

Curva de Compactación de la cual se obtiene la humedad óptima y la masa específica.

En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural e hidráulico.

Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Normal", y el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido a una mayor masa del pisón y mayor altura de caída en el Proctor modificado.

Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para sueloso áridos, en unas determinadas condiciones de humedad, con la condición de que no tengan excesivo porcentaje de finos, pues la prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla No 4, o que tengan un retenido máximo del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho retenido) totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” deberá determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Proctor estándar.

El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación máxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación. El ensayo puede ser realizado en tres niveles de energía de compactación, conforme las especificaciones de la obra: normal, intermedia y modificada.

La energía de compactación viene dada por la ecuación:

Donde:

Y - energía a aplicar en la muestra de suelo; n - número de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado; N - número de golpes aplicados por capa; P - peso del pisón; H - altura de caída del pisón; y V - volumen del cilindro.

El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad posible para ese terreno.

Las principales normativas que definen estos ensayos son las normas americanas ASTM D-698 (ASTM es la American Society for Testing Materials, Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales) para el ensayo Proctor estándar y la ASTM D-1557 para el ensayo Proctor modificado. En España existen las normas UNE 103-500-94 que define el ensayo de compactación Proctor normal y la UNE 103-501-94 que define el ensayo Proctor modificado.

EL ENSAYO PROCTOR

Cualquier proyectista se ha visto a la hora de ejecutar su proyecto con unas conclusiones provenientes del Estudio Geotécnico que incluyen la mejora de una capa de espesor variable del terreno mediante la sustitución de este con terreno granular o zahorra compactada al, por ejemplo,  95% Proctor o Proctor Modificado. ¿Qué significa esto?

No todos los terrenos naturales con los que nos encontramos al proceder a realizar una cimentación son adecuados. Un terreno granular suelto por ejemplo puede suponer asientos elásticos inadmisibles. Lo mismo puede ocurrirle a un terreno cohesivo por motivos de consolidación. Tendremos entonces que proceder a realizar una mejora del suelo.

La compactación no es desde luego el único método de mejora de los terrenos, aunque sí uno de los más económicos y populares. Otros métodos son por ejemplo la inyección, la congelación, la vibroflotación, la precompresión, los drenes, la estabilización con materiales como la cal o las cenizas o la construcción de columnas de roca. No se debe confundir la compactación con la consolidación, en la compactación se somete al suelo a un golpeo o empaquetamiento que hace que expulse el aire de sus poros; en la consolidación, fenómeno típico de los suelos cohesivos saturados, se produce una expulsión gradual del agua de los poros.

Al compactar variamos la estructura del suelo y también algunas de sus propiedades mecánicas. Alguno de los parámetros del suelo que variarán según sea su compactación son la permeabilidad, el peso específico y la resistencia al corte. Con  la compactación buscamos unas propiedades adecuadas del suelo de nuestra cimentación así como una uniformidad de éste que siempre disminuirá la posibilidad de que se produzcan asientos diferenciales. 

La compactación consiste en un proceso repetitivo cuyo objetivo es conseguir un peso específico para una relación de agua dada tal que se garanticen las propiedades optimas buscadas. En primer lugar se vierte sobre el suelo natural existente, generalmente en sucesivas capas, un suelo de mejora con la granulometría adecuada. Posteriormente se modifica su humedad mediante desecación o mediante adición de agua y se le transmite energía de compactación mediante apisonado por golpes o presión. Para ello se utilizan diversas maquinarias, generalmente rodillos –lisos,

neumáticos, pata de cabra, vibratorios, etc-, en función del tipo de terreno y muchas veces  de la accesibilidad de éste.

Con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de  la compactación que asegurarán las propiedades del terreno buscadas. Esto se traduce en determinar cual es la humedad que se requiere para conseguir con una energía de compactación la densidad seca máxima que puede tener dicho terreno. A esta humedad se la define como humedad óptima, y es con la que se consigue la máxima densidad seca, para la energía de compactación dada. Igualmente  se define como densidad seca máximaaquella que se obtiene para la humedad óptima.

Se comprueba que al ir aumentando la humedad y compactando, la densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo para el par densidad seca máxima-humedad óptima, a partir de este punto un aumento de humedad no supone mayor densidad seca sino al contrario una disminución de ésta.Los ensayos se realizan en laboratorio mediante el compactado de probetas a las que se añade agua. Los ensayos más importantes son el Proctor o «Proctor Normal, (PN)» o estándar y el Proctor Modificado, (PM) ». En ambos ensayos se toman porciones de la muestra del suelo mezclándose con distintas cantidades de agua, se compactan en un molde y se apisonan mediante una maza tomando las anotaciones correspondientes de la humedad y densidad seca. Estos pares humedad-densidad seca (la humedad en %) se llevan a una gráfica de abcisas y ordenadas (humedad en abcisas y densidad seca en ordenadas) dibujándose con ello una curva suave y obteniéndose el punto donde se produce el máximo (densidad seca máxima-humedad óptima).

Molde Proctor

La diferencia fundamental entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado estriba en la energía de compactación utilizada. Para los ensayos españoles (normas UNE) se utiliza una energía de unos 0,583J/cm3 para el Proctor normal y unos 2,632J/cm3 para el Proctor modificado.Las distintas normativas que definen estos ensayos son las normas americanas ASTM  D-698 (ASTM es la American Society for Testing Materials, Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales) para el ensayo Proctor estandar y la ASTM D-

1557 para el ensayo Proctor modificado. En España existen las normas UNE 103-500-94 que define el ensayo de compactación Proctor Normal y la UNE 103-501-94 que define el ensayo Proctor Modificado

Por tanto, cuando se nos pide un suelo compactado al 90% Proctor o Proctor modificado significa que la compactación en obra debe obtener una densidad seca de al menos el 90% de la densidad seca máxima obtenida con los correspondientes ensayos. Para garantizar que esto ocurra se suele controlar la densidad de las tongadas mediante ensayos in situ durante el proceso de compactación.

 

Bibliografía:

Principios de ingeniería de cimentaciones. Braja M. Da. International Thomson Editores.

Mecánica de Suelos. Limusa Editores. T. William Lambe y Robert V. Whitman. Limusa Noriega Editores Geotecnia.

Ensayos de campo y de laboratorio. AENOR.

PG-3. Pliego de prescripciones técnicas generales para obras de carreteras y puentes.

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ref GeoCim-Antiguo_03_Revisión 22/03/08

ESTABILIDAD AL DESLIZAMIENTO EN CIMENTACIONES, CASO DE ZAPATA SIN ARRIOSTRAMIENTO

Uno de los aspectos a tener en cuenta a la hora de diseñar cimentaciones es la estabilidad. En general como proyectistas estamos acostumbrados a comprobar cimentaciones frente al hundimiento y los asientos excesivos, pero muchas veces olvidamos las comprobaciones de estabilidad a deslizamiento y vuelco. La estabiliad frente al deslizamiento es una comprobación obligatoria que como tal se refleja en el CTE DB SE C (art. 4.2.2.1.) y en la Instrucción EHE (art. 41).

Vamos a tratar en este apartado la estabilidad frente al deslizamiento aplicado al caso de zapata sin arriostramiento, ya que de otro modo esta comprobación no tendría sentido dado que las vigas riostras frenarían el movimiento.

En la comprobación frente al deslizamiento están involucrados los parámetros siguientes:

N Esfuerzo normal que llega a través del pilar.

P Peso propio de la zapata.T Esfuerzo cortante de cálculo.

cd

Cohesión del suelo. Para la comprobación de deslizamiento se tomará:

- En el caso de trabajar en términos de tensiones efectivas y para un terreno de resistencia al corte definida por parámetros efectivos (c', f'), cd= c' = 0.

- En el caso de trabajar en términos de tensiones totales para situaciones transitorias en las que el proyectista considere necesario emplear cálculos en condiciones sin drenaje, cd = cu (cohesión sin drenaje).

S Superficie de la base de la zapata (BxA).

fd

Ángulo de rozamiento zapata-terreno. Varía, según CTE DB SE C, según si la zapata pertenece o no a un muro:

- Para zapatas de muros fd = 2/3 f

- Para el resto de casos: en términos de tensiones efectivas y para un terreno de resistencia al corte definida por parámetros efectivos de cohesión y ángulo de rozamiento interno (c', f'), fd = 3/4 f '; en términos de tensiones totales para situaciones transitorias en las que el proyectista considere necesario emplear cálculos en condiciones sin drenaje: fd = 0.

En el deslizamiento se comprueba que las fuerzas capaces de provocar el movimiento horizontal sean menores que las que contribuyen a la resistencia frente a éste. La fuerza que contribuye a que la zapata deslice es el cortante T en la zapata. La fuerza que generan la resistencia al rozamiento es la fuerza de rozamiento Fr. Dicha fuerza se puede descomponer en:

         Fr = (N+P) . tg fd + S . cd  

Es decir, por un lado la fuerza de rozamiento del suelo que sigue directamente las leyes clásicas (la fuerza debida al rozamiento es igual al peso por el coeficiente de rozamiento que en este caso vale tg  d), y por el otro la fuerza resistente debida al carácter cohesivo del suelo (que es proporcional a la cohesión). La comprobación queda entonces:

Donde gd = 1,5 (Tabla 2.1 del CTE DB SE C). En algunos casos se utilizan coeficientes de seguridad (γ) diferentes para cada término, es el caso de la estabilidad en presas según la « Instrucción para el proyecto, construcción y explotación de grandes presas» (1967) , donde el coeficiente de seguridad al rozamiento «clásico» valía 1,5 mientras que el debido a la cohesión valía 5,0:

Fd ≤ [ (N+P) . tg fd ]/1,5 + [S . cd] /5

Conclusiones La compactación es un método ideal para mejorar las propiedades algunos suelos que se utilizan en obras de construcción.

El ensayo de Proctor modificado nos ayuda a representar en el laboratorio las técnicas de compactación utilizadas en campo.

Conocer el contenido de humedad óptimo es de mucha importancia ya que es de gran utilidad a la hora de buscar una solución para mejorar las propiedades de resistencia al cortante, densidad y otras del suelo. En el caso del material que se utilizó en nuestra prueba se obtuvo un 14% de humedad óptima

NSAYO DE COMPACTACIÓN PROCTOR

I.-ENSAYO PROCTOR           Es un ensayo de compactación dinámica de suelo que se realiza en un laboratorio de Mecánica de Suelos y que tiene como propósito principal obtener la Densidad Máxima Seca (Kg/m3) y la Humedad Óptima (%) de un suelo para determinada energía.     A su vez, la Humedad Óptima es aquella para la cual un suelo debe alcanzar un grado máximo de densificación, es decir, la cantidad de agua conveniente para que  el terreno alcance la mayor densidad posible al momento de la compactación.      Mediante el Proctor se pretende obtener un dato teórico de la relación entre la humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde,  lo cual ayudará a obtener en un futuro un grado de compactación. Este ensayo, además, trata de simular las condiciones a las que el material está siendo sometido en determinada construcción  bajo ciertas cargas es- tática; y, los cálculos del mismo suministran información muy valiosa para que en Ingeniería Civil se disponga en los movimientos de tierra cuales son las condiciones que se deben emplear en la compactación del material, empleando por su puesto su Humedad Óptima. II.-ORIGEN      En 1933, R. R. Proctor (a quien se le debe su nombre), encontró que al aplicar a un suelo una cierta energía para compactarlo, la densidad obtenida varía con el contenido de agua. En términos generales, al aumentar la energía para compactar un mismo suelo, se aumenta la densidad seca y disminuye su humedad óptima. Así que, R. R. Proctor, buscó una prueba de laboratorio que igualara los resultados obtenido en el campo con los diferentes equipos de compactación disponibles en esa época; propuso entonces la prueba de compactación que hoy lleva su nombre; y, la misma consiste en colocar tres capas iguales de suelo humedecido en un cilindro metálico con volumen y dimensiones determinadas o establecidas, como la mencionaremos más adelante.       Posteriormente, diversas organizaciones dedicadas a la construcción de terraplenes para diversos usos han establecido diferentes normas para ejecutarla dinámicamente; variando en: la energía o número de golpes, el número de capas colocado en su interior, la altura de caída del martillo, etc.. Esto ha traído como consecuencia el mejoramiento en los equipos de compactación actualmente en uso con relación al de hace años, porque lo que se perseguía  también era que las maquinarias de compactación tuvieran un menor trabajo al momento de compactar terraplenes en construcción.III.-COMPACTACIÓN           La compactación es un medio importante para aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de los suelos, ya que facilita el acomodo de las partículas. Existen varios métodos de compactación de suelos en el laboratorio, ya que pueden ser dinámicos, estáticos, hidráulicos, por amasados o por vibración. En el caso que nos compete, estamos hablando del método dinámico, es por eso que decimos que el Proctor es una compactación dinámica, así como existen otros ensayos de este tipo.

     Se utiliza en el proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos, al aplicarse determinadas cargas a un suelo su densidad aumenta pues se disminuyen la cantidad de aire que se encuentra en los espacios vacíos que se encuentra en el material, manteniendo el contenido de humedad relativamente constante.     En los movimientos de tierra, cuando una masa de tierra está en estado suelto ocupa mayor volumen, porque tiene mayor número de vacíos. Cuando comprimimos esta masa se observa un decrecimiento del volumen total, a causa de la disminución de los vacíos presentes; por lo que, el objetivo principal de la compactación sería mejorar la estabilidad y las propiedades físicas de un suelo, estabilizándolo para ser  utilizados como relleno en la construcción de terraplenes y también en proyectos donde se requiera el mejoramiento del mismo. Además, aumenta la resistencia al corte y la capacidad de carga de fundaciones y pavimentos; disminuye la compresibilidad, por lo que reduce los asentamientos; disminuye también la relación de vacíos y, por consiguiente, la permeabilidad, la expansión y la contracción de los suelos.

         Extendido del material                                                                                  Compactación mecánica     Si el agua es insuficiente no habrá buena lubricación; y si es excesiva, las fuerzas hidrostáticas empujarán y tenderán a separar las partículas del suelo. Por tanto, si compactamos el terreno a Humedad Óptima y Densidad Máxima su resistencia a la penetración será buena y su volumen de vacíos habrá quedado reducido en su totalidad, presentando además una apreciable estabilidad.     Como ya dijimos, el grado de compactación de un relleno depende de: La densidad seca del material, los parámetros de energía utilizada y del contenido de humedad empleados durante la ejecución de la misma. Y, todos estos requisitos, se obtienen a partir del ensayo de compactación elaborado en un laboratorio de mecánica de suelos, el cual consiste en densificar una muestra en un molde cilíndrico de volumen conocido y con una energía de compactación especificada.              Hoy, los más utilizados son: Proctor  (A.A.S.H.T.O) estándar T-99 y Proctor (A.A.S.H.T.O.) modificado T-180. El primero, generalmente se emplea para los movimientos de tierra que vayan a soportar cargas estáticas como viviendas, tanques, parques, etc.; y, el segundo, se emplea más que todo para obras de más alta envergadura como aeropuertos, vialidades, edificios, etc..     Estos ensayos están basados en la compactación dinámica creada por el impacto de un martillo metálico de una masa específica que se deja caer libremente desde una altura determinada, el suelo se compacta en un número de capas iguales y cada capa recibe el mismo número de golpes. Los resultados obtenidos a partir del ensayo proporcionan una curva, en la cual el pico más alto dicta el contenido de Humedad Óptima a la cual el suelo llega a La Densidad Máxima Seca.     Luego de calcular estos parámetros en un laboratorio, se debe ir al sitio de la obra para determinar los porcentajes de compactación del material que se esté colocando. Esto se logra con Densímetros Nuclear o Eléctrico, a los cuales se le introduce el valor de Densidad Máxima Seca y, automáticamente, determina los valores de compactación en porcentaje; o también, se pueden determinar por otros métodos, menos empleados ya por ser considerados como obsoletos y de más largo proceso, como es, por ejemplo, el Método del cono y la arena.     El Sistema A.A.S.H.O. recomienda, que en los terraplenes de construcción, al momento de determinar el porcentaje de compactación, los suelos alcancen una densidad no menor del 95% de la Densidad Máxima Seca obtenida en el laboratorio.     Mediante el Proctor se pretende obtener un dato teórico de la relación entre la humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde,  lo cual ayudará a obtener en un futuro un grado de compactación. Este ensayo, además, trata de simular las condiciones a las que el material está siendo sometido en determinada construcción  bajo ciertas cargas estática; y, los cálculos del mismo suministran información muy valiosa para que en Ingeniería Civil se disponga en los movimientos de tierra cuales son las condiciones que se deben emplear en la compactación del material, empleando por su puesto su Humedad Óptima.   

            Densímetro nuclear

Detreminación de % de Compactación IV.- EQUIPO EMPLEADO PARA PROCTOR MODIFICADO O ESTÁNDAR   La diferencia entre ambos radica en sus características principalmente, ya que, generalmente, los mismos se elaboran en moldes cilíndricos de metal de 4” de diámetro interior, por 4 ½” de altura y una extensión o un collarín de 2 ½” del mismo diámetro (este es el más empleado ya que también puede usarse el molde de 6” de diámetro); con un números de capas de 3 para el método estándar, y de 5 para el método modificado.      Igualmente se diferencian en la energía que se le suministra con un martillo metálico diseñado para tal fin: para el estándar, el peso del mismo debe ser de 5,5 lbs., con superficie circular de apisonado de 2” de diámetro y con una caída libre de impacto de 12”; para el modificado, de peso 10,0 lbs. con una caída de 18”. Para ambos el tamaño del material debe ser pasante por los tamices ¾” y Nº 4.

      Molde de 4”                             

.   

Martillo de 10 lbs.                

       Además, es necesaria una balanza de 20 Kg. de capacidad y sensibilidad de 1 gr., otra  de 2 kg. y sensibilidad de 0,01 gr. para determinar las humedades; un horno que mantenga la temperatura constante entre 100-110 ºC; un gato hidráulico, un cilindro graduado de 1000 ml., un frasco lavador, tamices Nº ¾”, 3/8”, ¼”, No 4, Nº 10, Nº 40, Nº 60, Nº 200 y bandeja (para realizar los ensayos de granulometría y límites de consistencia, para con estos parámetros poder clasificar el material según los sistemas S.U.C.S. Y H.R.B.); recipientes o poncheras, espátulas y cucharones para mezclar; martillo de goma; cápsulas de 200 gr. para determinación de humedades; una regla metálica con arista cortante de 25 cms. de largo aproximadamente y guantes de goma. 

                   Tamices, cápsulas, bandeja y balanza (2 kg.)                  

V-PROCEDIMIENTO    Generalmente, el Proctor se está reservado para materiales pasantes por el cedazo ¾”. Este material se selecciona por cuarteo y se extrae una muestra de 3000 gr., previamente llevado al horno y tamizado por las mallas ¾” y Nº 4. El material seco retenido en el tamiz de tamaño ¾” debe ser remplazado por el mismo peso del material retenido en el tamiz Nº 4, como sé establece en las normas. También se debe pasar por el de 3/8” y por la malla Nº 10 y los grumos que se hayan retenido en este tamiz se disgregan perfectamente y se vuelve a tamizar por la misma malla, continuándose este proceso hasta que las partículas que se retengan en la malla no puedan ya ser disgregadas. (ver página web de Ensayodegranulometría).     Este proceso se repite 5 veces, es decir, que se ensayan 5 muestras de 3 Kg. de un mismo suelo. Aquí explicaremos un solo punto o procedimiento pues obviamente resulta igual para las otros restantes muestras.

Preparación de muestras

     Se colocan los 3000 gr. de la porción en un recipiente para mezclarlo con un volumen de agua que se calcula con respecto al peso total de la muestra (por ejemplo, si se quiere un porcentaje de agua de 6% el volumen de éste será: 3000 * 0,06  = 180 ml). Seguidamente, se mezclan las cantidades con el cucharón y se distribuyen lo más uniforme posible con los guantes de goma, hasta que el material presente una consistencia tal que al ser comprimido en la palma de la mano no deje partículas adheridas a ella ni la humedezca, y que a la vez el material comprimido pueda tomarse con  dos dedos sin que se desmorone. Luego se compacta en el molde cilíndrico en 3 ó 5 capas aproximadamente iguales, dependiendo del método a emplear.     Para compactarlo, se coloca cierta cantidad de material en el molde metálico, de tal forma que después de compactado con el martillo ocupe un espesor de la tercera (modificado) o quinta (estándar) parte de la altura del molde sin el collarín, según sea el caso. Cada una de las capas debe ser compactada por medio del martillo compactador, el cual al levantarse se le provee de una energía potencial, la cual es transmitida al material. De acuerdo con la norma se debe aplicar 25 golpes a cada capa de material. Los golpes o caída del martillo deberán ser uniformemente repartidos entre todo el diámetro de la capa de la muestra, manteniendo un intervalo de tiempo igual entre cada golpe.     De igual forma se compactan las otras capas hasta alcanzar toda la altura del molde. La parte superior de la última capa ha de estar situada 1,3 cms. por encima de la unión del molde y el collarín, con el fin de que pueda ser enrasado y medir el volumen exacto de suelo compactado. Luego, se retira el collarín y se procede a enrasar el material excedente con una regla metálica para así lograr una superficie plana, de lo contrario deberá colocarse una pequeña porción de suelo (pasante por el tamiz Nº 4) y darle unos pequeños golpes con el martillo de goma para integrar el nuevo suelo a la capa compactada.

Muestra compacta con el martillo en el Molde sin el collarín    

Se pesa el molde con la muestra compactada en la balanza de 20 kg., y se anota en la planilla de registro correspondiente (ver más adelante), como peso del molde + suelo húmedo compactado expresado en gr.. Después con la ayuda de un gato hidráulico se retira o se separa el molde del suelo compactado, este último debe estar completamente uniforme por todos sus costados.    

           Muestra compactada extraída del molde VI.- CÁLCULOS 6.1.- DENSIDAD HÚMEDA       Al peso del molde + suelo húmedo (Wh + Wm) se le resta el peso del molde (Wm) y nos queda el peso del suelo húmedo compactado (Wh). Con este valor y el volumen de molde (ya conocido y expresado en cm3 ó m3) se determina la densidad húmeda del material a partir de la siguiente expresión:

DH = Wh / Volumen del molde   (kg/m3)6.2.- HUMEDAD REAL DE COMPACTACIÓN    Se coloca toda la muestra compactada en un recipiente limpio y se disgrega, se toma luego una pequeña cantidad representativa del centro y se pesa en la balanza de 0,01 gr. para determinar la humedad del suelo compactado. Primero, pesamos la cápsula + el suelo húmedo, luego se lleva al horno a una temperatura de 105 + 5 ºC por un tiempo de 18 horas y hasta peso constante. Después se retira del horno la cápsula con la muestra y se deja enfriar para pesarlo después como el peso de la cápsula + el suelo seco.     Para el cálculo del peso de agua se restan ambos peso, es decir:       Peso del agua = (Peso de cápsula + suelo húmedo) – (Peso de cápsula

+  suelo seco)      Para el cálculo del suelo Seco, sería:Peso del suelo seco = (Peso de cápsula  +  suelo seco)  –  Peso de cápsula      Ahora, para el % de humedad  (% w) sería:

% w = (Peso del agua / Peso del suelo seco) x 100    La cual resulta por definición el concepto de humedad, o sea, la relación entre el peso del agua libre más la absorbida (Ww) y el peso del suelo seco (Ws) expresada en porcentaje, es decir:

%w = Ww * 100Ws

6.3.- DENSIDAD SECA    Una vez obtenida la densidad húmeda (DH) y humedad real de compactación (w) se procede al cálculo de la densidad seca (kg/m3), a partir de la expresión:

DS = DH / 1 + (w / 100)VII.- GRÁFICOS7.1.- CURVA DE COMPACTACIÓN    El ensayo continúa, y como ya dijimos, todo este procedimiento se repite 5 veces a 5 muestras del mismo suelo analizado (bien sea para cualquier suelo: arenoso, arcilloso, limoso, gravoso, etc..) , en los cuales se determinan, por supuesto,  5 humedades y 5 densidades secas diferentes.       Para los restante 4 ensayos, si partimos del ejemplo anterior del porcentaje de agua deseado de 6%, tendrá que tomarse otros porcentajes de agua subsiguiente que estén dos por debajo inmediatamente, y 2 por encima del calculado (3000 * 0,06  = 180 ml), o sea, 4% y 2% (ubicados en la rama seca) y 8% y 10% (ubicados en la rama húmeda).     Luego en una gráfica aritmética, al plotear, y según la tendencia de los puntos, se traza una curva (ubicando los valores de las humedades en el eje de las abscisas y las densidades en el eje de las ordenadas) obteniéndose un punto o pico de ordenada máximo que divide la rama seca de la rama húmeda de la curva de compactación.     Al cortar los ejes, este punto más alto determina la Densidad Máxima seca y la Humedad Óptima del suelo compactado (ver gráfico siguiente).

         

     Como se puede apreciar en el ejemplo anterior, se elaboraron 5 ensayos (puntos) para la realización de la la Curva de Compactación (roja), en la cual existe un punto máximo que al cortar los ejes se puede deducir que el material tiene una Densidad Máxima Seca de 2.077 kg/m3 y una Humedad Óptima de 8,8 %.7.2.- CURVA DE SATURACIÓN

     La otra curva (azul) constituye la Curva de Saturación del suelo que siempre la constituye una línea recta y la cual se construye con valores supuestos de humedad a partir inmediatamente después de la Humedad Óptima, es decir (siguiendo con el ejemplo anterior), se calculan 5 densidades de saturación; o sea, que para esa Humedad Óptima de 8,8% se asumiría, aproximadamente, 9%, 10%, 11%, 12% y 13%, para el cálculo de las densidades de saturación.     Esta curva de saturación teórica correspondiente al 100% representa la humedad, para cualquier densidad, que sería necesaria para que todos los vacíos que dejen entre sí las partículas sólidas estuvieran llenas de agua. También tiene por objeto el comprobar si el ensayo fue bien efectuado puesto que ambas curvas nunca deben cortarse, dado que es imposible, en la práctica, llenar totalmente con agua los huecos que dejan las partículas del suelo compactado.     También tiene como utilidad definir la línea Teórica de Saturación (llamada también curva de cero vacíos), la cual se encuentra por encima de la rama húmeda de la curva de compactación.     Se obtiene calculando las densidades secas a partir de esos valores asumidos de humedad correspondientes a un mismo suelo supuestamente saturado. Se traza en la parte derecha de   la Curva de Compactación, con valores supuestos de humedad de saturación para después calcular las diferentes densidades de saturación. Esta curva se calcula a partir de la siguiente expresión:

Ds = (Gs / 1  +  e)  *  Dw               (kg/m3)     Donde, la misma está en función de la gravedad específica (Gs), de la relación de vacíos (e) del suelo y de la densidad del agua (Dw = 1 gr/cm3).     Para determinar la gravedad específica del material o peso unitario relativo se procede como se indica en la página web Ensayodegravedadespecífica, la cual es la relación entre la gravedad específica de las partículas del suelo y la gravedad específica del agua a una temperatura de referencia específica. La relación de vacíos es la relación entre el volumen de vacío (Vv) y el volumen de los sólidos (Vs), y se determina a través de la siguiente fórmula:

e = (%w / 100) * Gs      Finalmente, con los valores ya obtenidos de humedad de saturación (asumidos por unidad inmediatamente a partir de la humedad óptima) y de las densidades de saturación se construye sobre la rama húmeda de la curva de compactación.VIII.- EJEMPLO DE PLANILLAS DE REGISTRO

                                                                                                             

                               

GRANULOMETRÍA                                                                                                                                                                                                                                  

 Clasificación del material

                                                      (Sistemas S.U.C.S. Y H.R.B.)

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO. MÉTODO DEL TAMIZADO

Procedencia:

  Características:

Arena fina arcillosa de baja plasticidad

Color: Marrón

Clasificaciòn:

SC/A-6(1) Fecha:  

FRACCION GRANULAR GRUESA

Peso Total (T):

214,5 Peso Acum Nº

4 (A):

29,8 Peso Pasa Nº 4 (Ba):

184,7

TAMIZ PESO RETENIDO (grs)

%              RETENIDO PARCIAL

%    RETENIDO ACUMULA

DO

% PASAN

TE

3/4"              

3/8" 8,7 4,1 4,1 95,9

1/4" 14,5 6,8 10,8 89,2

Nº 4 6,6     3,1 13,9 86,1

FRACCIÓN GRANULAR FINA

   Peso Fracción Granular Fina (Bb) =

  184,7 gr.

TAMIZ PESO RETENIDO (grs)

% RETENIDO PARCIAL

%    RETENIDO ACUMULA

DO

% PASAN

TE

Nº 8        

Nº 10 18,6 8,7 22,6 77,4

Nº 16        

Nº 20        

Nº 30        

Nº 40 20,3 9,5 32,0 68,0

Nº 50        

Nº 60 26,8 12,5 44,5 55,5

Nº 80        

Nº 100        

Nº 200 31,5 14,7 59,2 40,8

Pasa 200 87,5 40,8 100,0 0,0

 L.LL(%): 22,2 L.P.(%): 10,4 I.P.(%): 11,8

Límites de Consistencia

 

DATOS Y CÁLCULOS 

ENSAYO DE COMPACTACIÓN

MÉTODO A.A.S.H.T.O. T-180

(RESUMEN DE DATOS Y CÁLCULOS)

Obra:

  Procedencia:  

Muestra: 1 Descripción:

Arena fina arcillosa de baja plasticidad

Fecha:

 

Diámetro del molde       (pulg)

4 Número de golpes: 25

Altura del molde                 (cms)

  Número de capas:                                                   

3

Volumen del molde         (cm3)

998,7

Peso del martillo (Lb) 5

  Altura de caída del martillo (pulg)

12

Muestra Nº 1 2 3 4 5

% de agua deseado 6 8 10 12 14

Volumen de agua deseado       (cm3)

180 240 300 340 420

Peso del molde + Suelo húmedo   (gr.)

7.655 7.850

7.891

7.843 7.795

Peso del molde                                               (gr.)

5.625 5.625

5.625

5.625 5.625

 Peso del suelo húmedo                         (gr.)

2.030 2.225

2.266

2.218 2.170

Densidad húmeda                             (kg/m3)

2.033 2.228

2.269

2.221 2.173

 Humedad real de compactación   (%)

6,0 7,9 9,8 11,9 13,2

Densidad seca                                       (kg/m3)

1.918 2.065

2.067

1.985 1.919

 Humedad de saturación                         (%)

9,0 10,0 11,0

12,0 13,0

Relación de vacíos

0,238 0,264

0,291

0,317 0,343

Densidad de saturación             (kg/m3)

2.134 2.090

2.047

2.006 1.967

Determinación de la Humedad Real de Compactación

Muestra Nº 1 2 3 4 5

Cápsula Nº 3 140 13 20 0

Peso de cápsula + suelo húmedo (gr)

294,8 273,3

207,8

408,9 278,5

Peso de cápsula + suelo seco     (gr)

280,1 255,8

192,4

369,1 248,7

Peso del agua                                                   (gr)

14,7 17,5

15,4

39,8 29,8

Peso de la cápsula                                     (gr)

34,5 34,4

35,1

34,9 23,6

Peso del suelo seco                                 (gr)

245,6 221,4

157,3

334,2 225,1

% de Humedad                                                 (%)

6,0 7,9 9,8 11,9 13,2

Gs: 2,642

L.L.=

22,2

L.P.=

10,4 I.P.= 11,8

Clasificación:

SC/A-6(1)

CURVA DE COMPACTACIÓN Y SATURACIÓN