Proctor y Densidad de Campo

DISEÑO DE PAVIMENTOS

(DPV)

Ingº M.Engº. Jorge Timaná Rojas

COMPACTACIÓN

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DEFINICIONES

• Compactación: Es el proceso de “empaquetamiento” de partículas de

suelo, lo mas cercanamente posible, por medio mecánico, aumentando

la densidad seca

• Óptimo contenido de humedad: es la humedad del suelo que produce la

máxima densidad seca

• Máxima densidad seca: Es la densidad obtenida aplicando una energía

de compactación, con el contenido óptimo de humedad

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PROCESO DE COMPACTACION

• A bajo contenido de agua el grano de suelo es rodeado por una

delgada película de agua

• El agua adicional permite juntar los granos más fácilmente

• El aire es desplazado y la densidad seca se incrementa

• La adición de agua permite expulsar aire durante la compactación

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PROCESO DE COMPACTACION

• Los granos de suelo se muestran lo más cercanos posible hasta cierto

punto y de ahí aumenta la cohesión

• Cuando la cantidad de agua excede lo requerido, el exceso de agua

empuja los granos del suelo hacia afuera y la densidad adquirida

disminuye

• A mayor contenido de humedad , el aire es desplazado por la

compactación y la densidad continua disminuyendo

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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN

• La naturaleza del suelo

• La energía de compactación

• El contenido de agua

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• Suelos de estructura simple: gravas, arenas y limos no plásticos

• Suelos de estructura compleja: estructuras laminares de limos plásticos o

arcillas

• Romper y modificar la estructura original del suelo

• Actuar sobre él, modificando la disposición de partículas para que el

conjunto adopte una nueva estructura más densa

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Gravas Arenas

Limos Arcillas

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• Suelos de estructura simple (granulares):

• La intervención produce otra estructura simple más densa

• Estructura estable ante la absorción o pérdida de agua

• Se produce un reacomodo de partículas que incrementa su resistencia conforme

aumenta la compacidad

• A mayor compactación más resistencia

• La sobre compactación puede romper las partículas

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• Suelos de estructura compleja (arcillosos):

• La intervención produce estructuras más densas, compresibles, tanto más inestables

al absorber agua cuanto más densificadas y más rígidas a compactación elevada

• La resistencia aumenta con la compactación

• Sobre compactado, la resistencia se puede perder si el suelo absorbe agua y se

expande

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• No es fácil conocer su valor exacto en un momento dado

• Es más fácil modificarla de manera gradual, tanto en campo como en

laboratorio

• En laboratorio se cuantifica con el uso de las pruebas de impacto

(Próctor)

• En el campo, puede modificarse cambiando peso o presión de rodillos,

número de pasadas, espesores de capa, etc.

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Rodillos pata de cabra

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Rodillos lisos

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Rodillos neumáticos

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• Factor determinante en campo y laboratorio

• Ensayo Próctor :

Describe la influencia del contenido de agua, estableciendo una relación

entre el peso volumétrico seco (Densidad seca) del suelo compactado y

contenido de agua, cuando se emplea cierta energía de compactación

RELACIÓN HUMEDAD – DENSIDAD

PRÓCTOR

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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD

ENSAYO PROCTOR (1933)

• La energía aplicada durante la compactación en laboratorio, con un martillo que cae de

una altura constante (compactación por impacto) es la siguiente:

• Ec = (Wp. h. Nb. N) / V cm. Kg. /cm3

Donde:

• Wp peso del martillo, kg.

• h altura de caída del martillo, cm.

• Nb número de golpes por capa

• N número de capas

• V volumen del molde en cm3

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ENSAYO PROCTOR

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=RiQkBFan58jSTM&tbnid=BwVS5Eor9nfovM:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fgvaingenieria.blogspot.com%2Fp%2Flaboratorio-de-suelos-y-materiales.html&ei=Pk4NUoiTIIaK9QThgoGoBQ&bvm=bv.50768961,d.b2I&psig=AFQjCNFblHsJ9KMP4IzOBIsQlUQdwwkyig&ust=1376690102509160

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• PROCTOR ESTANDAR AASHTO T 99 (MTC E 116)

• Ensayo recomendado para suelos finos usados como subrasante o sub base

• El suelo se coloca dentro de un molde, en tres capas, cada de las cuales se

compacta con 25 o 56 golpes de martillo (según el método).

• Peso de martillo: 5.50 lb (2.50 Kg)

• Altura de caída: 12” o 1 pie (30 cm.)

• Volumen de molde: 0.033 pie3 (943.8 cm3), moldes de 4” de diámetro.

• Volumen de molde: 0.075 pie3 (2,124.0 cm3), moldes de 6” de diámetro.

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• Energía de compactación:

• Para molde de 4”:

• Ec = (3 capas x 25 golpes x 1pie x 5.5 lb) / 0.033 = 12,375 lb-pie/pie3


• Ec = (3 capas x 56 golpes x 1pie x 5.5 lb) / 0.075 = 12,320 lb-pie/pie3

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• PROCTOR MODIFICADO AASHTO T 180 (MTC E 115)

• Ensayo recomendado para suelos granulares usados como base

• El suelo se coloca dentro de un molde, en cinco capas, cada de las cuales se

compacta con 25 o 56 golpes de martillo (según el método).

• Peso de martillo: 10 lb (4.53 Kg)

• Altura de caida: 18” o 1.5 pie (45.7 cm.)

• Volumen de molde: 0.033 pie3 (943.8 cm3), moldes de 4” de diámetro.

• Volumen de molde: 0.075 pie3 (2,124.0 cm3), moldes de 6” de diámetro.

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• Energía de compactación:


• Ec = (5 capas x 25 golpes x 1.5 pie x 10 lb) / 0.033 = 56,250 lb-pie/pie3


• Ec = (5 capas x 56 golpes x 1.5 pie x 10 lb) / 0.075 = 56,250 lb-pie/pie3

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3/8”

3/8”

¾”

¾”


ENSAYO PROCTOR

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• Para el ensayo se tienen como constante Ec y Vm

• Además de necesita el peso del molde, Pm

• Se ensayan por lo menos 4 puntos (de preferencia cinco) con incrementos de

humedad de 2 %

• En la practica el incremento de agua es por tanteo, según el tipo de suelo y en

base a la experiencia

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Punto Peso molde

+ suelo

húmedo

Peso del

suelo

húmedo

Densidad

húmeda

% de

humedad

Densidad

seca

1

2

3

4

5

P1

P2

P3

P4

P5

Psh1

Psh2

Psh3

Psh4

Psh5

Dh1

Dh2

Dh3

Dh4

Dh5

h1

h2

h3

h4

h5

Ds1

Ds2

Ds3

Ds4

Ds5

Pshi = Pi - Pm Dhi = (Pshi / Vm )

Dsi = (100 x Dhi / (100 + hi )

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La humedad se calcula tomando del centro del molde, una muestra de material

compactado (MTC E 108):

% h = [(Pcsh – Pcss) / (Pcss – Pc)] x 100

Pcsh : Peso de cápsula más suelo húmedo

Pcss :Peso de suelo más suelo seco

Pc : Peso de cápcula

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RELACIÓN

HUMEDAD – DENSIDAD

30

31


ENSAYO PROCTOR

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• La curva de compactación presenta formas relativamente similares para

los diversos modos de compactar

• Para contenidos bajos de agua, ésta se encuentra en el suelo en forma

capilar

• Produce impresiones inter particulares, que son más fuertes cuando más

fino es el suelo

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• Se forman grumos difíciles de desintegrar. Dificultad para reacomodar

partículas individuales

• La compactación se dificulta y se alcanza densidad relativamente baja

• Los efectos capilares se van disipando si la misma energía de

compactación se aplica a suelos con contenidos de agua crecientes

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• Agregando agua se van alcanzando pesos volumétricos cada vez

mayores (mayor densidad)

• Si el contenido de agua alcanza valores muy elevados y comienza a

ocupar los vacíos del suelo, la compactación se dificulta

• El agua no puede desplazarse dentro del suelo y comenzará a absorber

parte de la energía aplicada, devolviéndola en forma de simple rebote

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• Próctor atribuyó la disminución de la densidad en la rama húmeda al

efecto de lubricación entre cristales que constituyen las partículas del

suelo

• Se entiende que en condición saturada es prácticamente imposible

compactar un suelo

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• Entonces, la forma y disposición de la curva de compactación no sólo

depende del tipo de suelo

• También depende del método de compactación y de la energía

empleada

• Por tanto, los conceptos de humedad óptima y del peso volumétrico seco

máximo (Dsmax.) asociado a ella no son constantes del suelo

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• Lo anterior implica una consideración fundamental :

La humedad óptima de laboratorio para alcanzar una Dsmáx especificada

en un proyecto, no necesariamente será la misma en el campo

• Entre laboratorio y el campo cambia el método de compactación

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• Se debe especificar el proceso de campo para obtener la Dsmáx

deseada y además, se debe establecer el contenido de agua con el que

el proceso debe realizarse

• Problema común en obra: tratar de llegar a una Dsmáx con un contenido

de agua que no es apropiado con la energía que se está utilizando

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TIPOS DE CURVAS DE COMPACTACION

• En general, los suelos arcillosos, las arenas bien gradadas y los suelos limosos

tienen un pico definido en la curva de compactación

• En los suelos uniformemente gradados (rango limitado de tamaño de partículas), la

curva es más aplanada y la condición óptima no es fácil definir

• El “doble pico” es típico de arenas finas uniformemente gradadas. Para estos

materiales el contenido de humedad para una óptima compactación en menos crítico

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DENSIDAD DE CAMPO

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DENSIDAD DE CAMPO

• Determinación de la densidad de una superficie de suelo acabado y compactado por

medios mecánicos:

• Rodillo liso o vibratorio

• Rodillo neumático

• Rodillo pata de cabra

• Compactación manual, con plancha

• Pisón manual, etc.

• Métodos de ensayo:

• Cono de arena

• Globo de hule

• Densímetro nuclear

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METODO DEL CONO DE ARENA

• ASTM D 1556

• E117 MTC

• Determinación de la densidad in situ de los suelos

• Herramientas:

• Recipiente de plástico o metal

• Cono metálico

• Arena de Ottawa (calibrada malla Nº 10 y Nº 60)

• Base metálica con circulo hueco

• Espátula y cuchara

• Balanza, comba, cincel, bolsas plásticas

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• Se realiza un agujero de entre 15 o 20 cm de profundidad y 16.5 cm de diámetro

• Se requiere obtener el volumen del agujero

• Se utiliza arena seleccionada y se calcula el peso requerido para llenar el agujero

• La arena usada es mediana, uniforme, de densidad suelta constante

• El cono sirve como embudo

• Se pesa arena en depósito más el cono

• El depósito de coloca sobre el agujero y se abre la válvula para que fluya arena

• Cuando la arena deja de fluir se cierra la válvula, se retira el cono y se pesa nuevamente

con lo que quedó de arena

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• La diferencia de peso indica el material requerido para llenar el agujero y el cono

• La cantidad requerida para llenar el cono es una constante

• Con la diferencia y la densidad suelta de la arena se calcula el volumen del agujero

• La muestra extraída se guarda en una bolsa para que no pierda humedad.

• Se determina la humedad de la muestra, la cual puede ser medida en campo

• La densidad de la capa compactada se calcula como el peso seco del suelo extraído,

dividido entre el volumen del agujero

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49


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METODO DEL CONO DE ARENA: EJEMPLO

• Peso inicial de arena + aparato de cono : 4,527.80 gr

• Constante del cono (arena suelta en el cono) : 851.00 gr

• Densidad suelta de la arena : 1.43 gr/cm3

• Peso final del aparato con arena : 3,223.90 gr

• Peso suelto húmedo extraído del agujero : 639.50 gr

• Peso seco del suelo extraído : 547.90 gr

• Humedad de suelo extraído : 16.7 %

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METODO DEL CONO DE ARENA: EJEMPLO

• Peso de arena utilizada : 4,527.80 – 3,223.90 = 1,303.90 gr

• Peso de arena en el agujero : 1,303.90 – 851.00 = 452.90 gr

• Volumen del agujero : 452.90 / 1.43 = 316.70 gr/cm3

• Densidad seca obtenida : 547.90 / 316.70 1.73 gr/cm3

• Si la especificación indica que la densidad en campo debe ser como mínimo el 95

% el valor de la densidad obtenida en el Proctor Modificado y ésta es 1.77 gr/cm3,

entonces:

• 1.73/1.77 = 98 %....ok!

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