relacion humedad compactación t-99.doc

8/20/2019 RELACION HUMEDAD compactación T-99.doc

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RELACION HUMEDAD-DENSIDAD ENSAYODE COMPACTACION POR T- 99

INTRODUCCION.-Se entiende por compactación de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades mecánicas

por medios mecánicos. Se distingue de la consolidación de los suelos, en este último proceso el peso

especifico del material crece gradualmente bajo la acción natural de sobrecargas impuestas que provocan expulsión de agua por un proceso de defunción; ambos procesos involucran disminución de

volumen, por lo que en el fondo son equivalentes.

La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución decapacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a tcnicas convenientes que aumenten su

peso espec!fico seco, diminuyendo sus vac!os.

"or lo general las tcnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, #erraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles,

pavimentos, etc. $lgunas veces se %acen necesarios compactar el terreno natural, como en caso de

cimentación sobre arenas sueltas.

Los mtodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los quese trabaje en este caso; con base en un experimento sencillo los materiales puramente friccionantes,

como la arena, se compacta eficientemente por mtodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos

el procedimiento de cargas estáticas resulta l más ventajoso.&l establecimiento de una prueba simple de compactación en los laboratorios cubre, principalmente de

dos finalidades. "or un lado disponer de muestras de suelo compactadas teóricamente con las

condiciones de campo, a fin de investigar sus propiedades mecánicas para conseguir datos firmes de proyecto; por otro lado es necesario es necesario poder controlar el trabajo de campo, con vistas a tener

seguridad de que el equipo usado esta trabajando efectivamente en las condiciones previstas en el

proyecto.

OBJETIVOS.-"ara la presente práctica la cual se denomina '(elación )umedad *ensidad &nsayo +ompactación por

#-- entre sus objetivos más principales podemos destacar lo siguiente/a0 1ntroducir al estudiante y familiari2arlo con los ensayos de compactación en el laboratorio por el

mtodo de #--.

b0 +omo un principal objetivo, podemos destacar la importancia que tiene esta práctica de laboratoriola cual nos instruye y nos ayuda a estudiar en forma práctica la obtención de la compactación mediante

el mtodo de #--.

c0 #ambin un objetivo principal, tenemos que destacar la obtención de la relación densidad %umedad para un esfuer2o de compactación dado sobre un suelo particular.

FUNDAMENTO TEORICO.-COMPACTACIÓN.Definicione ! f"c#o$e %e inf&'enci".-Definicione.-La compactación es el conjunto de operaciones mecánicas que conducen a aumentar la densidad de unsuelo en sitio. &sta acción aumenta la compactación del suelo comprimiendo su textura, reduce las

posibilidades de deformación del terreno y mejora su capacidad portante.

La experiencia nos muestra que el peso espec!fico seco no es una caracter!stica del suelo, sino en ciertamedida, porque var!a tanto con la energ!a de la compactación como con la %umedad. $l ingeniero

americano "roctor es a quien debemos los primeros estudios sistemáticos en esta materia. 3ue l

particularmente, quien examinó desde 4-55 la influencia de la %umedad y la energ!a de compactación.


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Si se var!a la %umedad de una muestra y se representa gráficamente la variación de y6 en función de 7,

se obtiene una curva cuyo punto máximo se denomina 'óptimo "roctor 8fig. 490.

&ste fenómeno se explica fácilmente/ cuando la %umedad es elevada, el agua absorbe una parte

importante de la energ!a de compactación sin ningún provec%o ocupando, además, el lugar de losgranos sólidos; por el contrario, cuando la %umedad es reducida, el agua desempe:a una misión lu

bricante no despreciable y la densidad seca aumenta con el incremento de la %umedad.

&n la pendiente i2quierda de la curva, denominada pendiente seca, el volumen de %uecos está ocupado por agua y aire. &n la pendiente derec%a, llamada pendiente %úmeda, el agua ocupa prácticamente todos

los %uecos, facilitando las deformaciones y ci2allamientos 8fig. 490.

Inf&'enci" %e &" n"#'$"&e(" %e& 'e&o.-La forma de las curvas de compactación var!a con la naturale2a del suelo. uy aplanadas en las arenas,

presentan un máximo muy marcado en las arcillas plásticas 8fig. 450.


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+uando la curva es aplanada la %umedad ejerce poca influencia en la compactación, constituyendo los

materiales de estas caracter!sticas los mejores prstamos para rellenos. *e todas formas, es

indispensable conocer el conjunto de la curva y no conformarse solamente con las coordenadas del

óptimo.Inf&'enci" %e &" ene$)*" %e co+,"c#"cin.-


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La muestra estudiada se coloca en la estufa a una temperatura de 4@A @+ durante 9= %oras 8%asta que su

peso sea constante0. Se a:ade una cantidad de agua determinada, compactándose la muestra en un

molde con la energ!a que proporciona una ma2a de peso conocido, al caer de una altura constante.

*espus de la compactación se pesa el molde y se determina la %umedad del material, lo que permitecalcular el peso espec!fico seco. &l resultado del ensayo proporciona un punto de la curva.

4= cm, enrasando la muestra despus de quitar el collar. Son

suficientes unos 5 Cilogramos de material para poder efectuar el ensayo.

P$ec$i,cione " oe$/"$.-+ualquiera que sea el medio utili2ado, la compactación deberá efectuarse por tongadas de dbil

espesor, como máximo de 9@ a 5@ cm."or otra parte se admite, que la energ!a necesaria para compactar suelos relativamente impermeables

var!a, más o menos, con el cuadrado del espesor de la capa.

&n general, las instrucciones sobre carga exigen que la densidad seca obtenida en la obra, sea igual a undeterminado porcentaje al menos, de la densidad seca "roctor. &n terraplenes de calidad, es deseable

que la densidad seca en sitio est comprendida entre la densidad seca del "roctor normal y la del

"roctor modificado. &n terraplenes corrientes, nos podemos conformar con un -A D del "roctor normal. Se observará que es muy dif!cil obtener en sitio el "roctor modificado óptimo; en valor

absoluto es poco frecuente sobrepasar una densidad seca de 9,9@ 8en arenas ligeramente arcillosas0,

pero en determinados terrenos de baja calidad 8arcillas pesadas0 este l!mite desciende a 4,A@. &l ensayo

"roctor no resuelve todo el problema que presenta la compactación, pero constituye al menos un !ndiceseguro en la compactación.

+oncretando lo que acabamos de decir y llamando !ndice de compactación 1+, la relación del peso

espec!fico seco del suelo con el peso espec!fico seco óptimo normal, generalmente se emplean losl!mites siguientes en función de %/ d E 4.-

1+ F -@ D

4.BG d F 4.- -@D G 1+ G -AD

4.>G d F 4.- -AD G 1+ G 4@@D

d F 4.> 1+F 4@@ D

(especto a la elección de las tierras de terrapln para carreteras, aeródromos o accesos a puentes en3rancia, donde el clima es irregular y relativamente %úmedo, no existe apenas posibilidad de colocar en

obra, tierras con una %umedad inferior a la natural H.

*e ello resulta que las tierras co%erentes plásticas situadas por debajo de la capa friática, dif!cilmente

pueden utili2arse en la ejecución de terraplenes.+uando se desee utili2ar materiales que tengan una plasticidad relativamente importante, es necesario

que su %umedad natural sea suficientemente dbil.

&n las regiones mineras se pueden utili2ar materiales procedentes de las excavaciones carbon!feras pero siempre que cumplan las condiciones siguientes definidas por de Ieer.

Los esquistos que se utilicen no deben contener elementos cuya dimensión máxima antes de la

compactación sobrepase el tercio del espesor final admitido para cada tongada. La dure2a de las part!culas comprendidas entre 9@ y A@ mm debe ser suficiente y el contenido de part!culas inferiores a

J@ micras, medido despus de extendido y antes de la compactación, no debe exceder del 4A D.


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&l contenido de carbón, determinado por los procedimientos qu!micos clásicos, debe ser inferior al A

D.

P$o,i#o ! +0#o%o %e &" co+,"c#"cin %e 'e&o.-&l art!culo precedente trató de la estabilidad de masas de suelos en su estado natural. Si se excavan

tales masas de suelos y s redepositan sin tomar un cuidado especial, la porosidad, permeabilidad y

compresibilidad de los mismos aumenta, mientras que su capacidad para resistir la erosión interna por efecto de venas de agua disminuye grandemente. "or ello, %asta en la antigKedad, se acostumbraba

compactar los terraplenes que deb!an actuar como diques o malecones. o se %ac!an, sin embargo,

esfuer2os especiales para compactar los terraplenes viales, pues las cal2adas eran suficientementeflexibles como para no ser da:adas por un asentamiento. )asta %ace poco, los terraplenes para l!neas

ferroviarias eran tambin construidos ec%ando tierra suelta, que luego se dejaba asentar bajo su propio

peso durante varios a:os antes de colocar un balasto de alta calidad.&l asentamiento de los terraplenes sin compactación no trajo inconvenientes serios %asta que, despus

de iniciado el siglo veinte, %i2o su aparición el automóvil y, con su rápido desarrollo, creó una demanda

creciente de caminos pavimentados. "oco tiempo despus se %i2o evidente que los caminos de

%ormigón construidos sobre terraplenes no compactados s romp!an con cierta facilidad, y que los pavimentos flexibles de tipo superior ten!an la tendencia a desnivelarse en exceso. La necesidad de

evitar estos inconvenientes fomente el desarrollo de mtodos de compactación que fuesen a la ve2

eficientes y económicos. "or su parte, un aumento simultáneo en la construcción de diques de tierra proveyó un incentivo adicional, que coadyuvó tambin a la concreción de dic%os mtodos de

compactación.

Las investigaciones que se reali2aron demostraron que ningún mtodo de compactación es igualmenteadecuado para todos los tipos de suelos. $demás, el grado de compactación que alcan2a un suelo dado,

sometido a un procedimiento de compactación tambin dado, depende en gran parte del contenido de

%umedad del suelo. La compactación máxima se obtiene para un cierto contenido de %umedad

conocido como contenido óptimo de %umedad, mientras que el procedimiento utili2ado para mantener,durante la compactación, la %umedad del terrapln cerca de la óptima, se conoce como control de

%umedad.

&n la actualidad, aún se tiene un conocimiento muy imperfecto acerca de las relaciones que existenentre el contenido de %umedad en el momento en que se construye el terrapln, el grado de

compactación y la forma como cambian las caracter!sticas f!sicas del mismo durante su periodo de

servicio. Los cambios de resistencia, rigide2 y permeabilidad que el terrapln sufre con el tiempo y conlas variaciones en su contenido de %umedad, merecen muc%a más atención de la recibida %asta el

presente. *e aqu! que en lo que resta de este art!culo casi no se trate de las propiedades de los suelos

compactados y solos se describan los procedimientos constructivos.&n lo que signe, los mtodos corrientes de compactación de terraplenes artificiales se dividen en tres

grupos/ los adecuados para suelos no co%esivos, los adecuados para suelos arenosos o limosos con

co%esión moderada y los adecuados para arcillas. 3inalmente, se tratan los mtodos para compactar

masas naturales de suelos en su lugar de origen.

Co+,"c#"cin %e 'e&o no co1ei/o.-Los mtodos para compactar arena y grava, colocados en orden de decreciente eficiencia son/vibración, mojado y rodamiento. &n la práctica, se %an utili2ado tambin combinaciones de estos

mtodos.

Las vibraciones pueden producirse de una manera primitiva apisonando con pisones a mano, o con pisones neumáticos, o bien dejando caer un peso grande desde cierta altura; un metro, por ejemplo.

&mpero, la compactación alcan2ada con estos procedimientos es muy variable, pues depende en gran

parte de la frecuencia de las vibraciones 8vase art!culo 4-0. Los mejores resultados se obtienen con


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máquinas que vibran a una frecuencia fi cercana a la de resonancia del conjunto suelovibrador. +uando

M4 es aproximadamente igual a M@, la disminución de volumen o asentamiento es 9@ a =@ veces mayor

que la que produce una fuer2a estática equivalente a la pulsátil.

"or medio de rodillos de A a 4A t, equipados con vibradores que operan a frecuencias comprendidasentre 44@@ y 4A@@ pulsos por minuto, se %a obtenido la compactación efectiva de arena gruesa, grava y

de enrocado de piedra partida con part!culas de tama:os comparables 8Iertram, 4->50. &l material se

desparrama en capas de 5@ a =@ cm de espesor, %abindose obtenido en algunas obras unacompactación adecuada de capas de espesor mayor, aun cuando en estos casos es dif!cil evitar la

segregación durante l desparramo del material. &l tama:o máximo de las part!culas está limitado

únicamente por el espesor de las capas. &ntre 9 a = pasadas de tales rodillos tirados a una velocidad queno exceda de alrededor de 5 Cm por %ora suele resultar adecuada para alcan2ar un alto grado de

compactación. o es necesario un control en el contenido de %umedad. #al tipo de materiales %a sido

tambin compactados por medio de rodillos neumáticos tirados por tractores *iesel montados sobrecubiertas pesadas. *urante el proceso de compactación se puede agregar agua. uc%a de la compac

tación que se obtiene en estas condiciones deriva de la producida por el tractor más bien que por el

rodillo. Se necesitan normalmente entre > y J pasadas del equipo sobre un mismo lugar para obtener un

grado satisfactorio de compactación, siempre y cuando el material sea depositado en capas de unespesor no mayor de 5@ cm.

+uando se trata de compactar áreas limitadas, pueden resultar adecuados los compactadores manuales

mecánicos o los operados a motor. &l peso de estos compactadores var!a entre varios cientos deCilogramos a varias toneladas y la fuer2a pulsante que entregan al terreno, a una frecuencia aproximada

a la de resonancia del compactador y el suelo, se transfiere a travs de una c%apa plana o de un rodillo.

&l espesor de las capas que pueden compactarse efectivamente varia entre 4@ y 9@ cm.La compactación con agua se fundamenta en el %ec%o de que la presión de filtración del agua que

escurre %acia abajo rompe los grupos de granos inestables y la inundación temporaria elimina, por lo

menos brevemente, las fuer2as capilares. &s muc%o menos efectivo que la compactación por vibración.

"ara compactar terraplenes de caminos se %an utili2ado dos mtodos de mojado. &n uno de ellos, seamontona la arena en caballetes a ambos lados del camino y luego se arrastra el suelo %acia el centro

con c%orros de agua, con una presión de = a A CgNcm 9, formándose de este modo un depósito que tiene

algo de las caracter!sticas de un dique construido por refulado. &n el segundo mtodo, la superficie delcamino se inunda de agua, la que filtra %acia abajo por la arena ya colocada y escapa por el pie del

terrapln. $mbos mtodos requiere aproximadamente 4,A metros cúbicos de agua por metro cúbico de

arena. +omparando la porosidad de los terraplenes antes y despus del tratamiento, se %a comprobadoque el grado de compactación que se obtiene con cualquiera de estos mtodos es relativamente bajo

8Loos, 4-5>0. "or ello, esta práctica debe ser desalentada.

Los rodillos no vibrantes son relativamente inefectivos para compactar suelos no co%esivos,obtenindose los mejores resultados cuando la arena está prácticamente saturada. o obstante, en arena

limpia, el agua s escurre rápidamente y puede no resultar practicable mantener el material en un

estado de saturación.

Co+,"c#"cin %e 'e&o "$enoo o &i+oo con co1ein +o%e$"%".-$ medida que aumenta la co%esión, disminuye rápidamente la eficacia de las vibraciones como medio

de compactación, pues por peque:a que sea la ad%erencia entre part!culas, sta interfiere con sutendencia a despla2arse a posiciones más estables. $demás, la baja permeabilidad de estos suelos %ace

inefectiva la inundación con agua. &n cambio, la compactación por capas utili2ando rodillos %a dado

muy buenos resultados. )ay dos tipos de rodillos en uso general/ neumáticos y patas de cabra. Losrodillos neumáticos se adaptan mejor para compactar los suelos arenosos ligeramente co%esivos, los

suelos compuestos cuyas part!culas se extienden desde el tama:o de las gravas a la del limo y los


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suelos limosos no plásticos. Los rodillos patas de cabra tienen su máxima eficacia con los suelos

plásticos.

Los rodillos neumáticos consisten usualmente en una c%ata soportada por una única fila de = ruedas

equipadas con neumáticos inflados a presiones que oscilan entre A@ y 49A libras por pulgada cuadrada85,A a - CgNcm90. Las ruedas están montadas en tal forma que el peso que se trasmite desde la c%ata se

distribuye uniformemente entre las mismas, aun cuando la superficie del terreno no est nivelada. Los

terraplenes para edificios s compactan normalmente en capas que tienen un espesor terminado quevar!a entre 4A y 5@ cm con rodillos de 9A t y presiones de inflado de las cubiertas comparativamente

bajas. "ara terraplenes de otro tipo y para presas de embalse es práctica usual utili2ar rodillos de A@ t

con presiones de inflado de las cubiertas muc%o más altas y capas de espesor compactado que var!aentre 4A y 5@ cm, aun cuando a veces se utili2an rodillos de 4@@ t variando en este caso el espesor de la

capa compactada entre 5@ y =A cm. S requieren usualmente de = a ? pasadas para alcan2ar la

compactación requerida. &n obras grandes donde se presentan materiales inusuales, el número de pasadas debe determinarse por medio de ensayos de compactación en el terreno al iniciar los trabajos/

La superficie cil!ndrica de los rodillos patas de cabra viene provista de salientes prismáticos, o patas,

con una frecuencia de 4 por cada B@@ cm9 de superficie cil!ndrica del rodillo. Los rodillos que se usan

comúnmente en la construcción de presas de tierra tienen un diámetro de 4,A@ y una longitud deaproximadamente 9 m. +argados pesan alrededor de 4A t. Las salientes tienen una longitud m!nima de

95 cm y una superficie que varia entre 5@ y 4@@ cm 9. Según el tama:o del pie, la presión de contacto

varia entre aproximadamente 9@ y =@ CgNcm9. &n terraplenes de caminos se utili2an rodillos algomenores y menos pesados.

+on el equipo ordinario, el espesor de las capas despus de compactadas no debe exceder de unos 4A

cm. &l número requerido de pasadas debe ser determinado en el terreno por medio de ensayosreali2ados con peque:os terraplenes experimentales. Se obtiene generalmente la compactación

satisfactoria despus de > pasadas de rodillo 8#urnbull y S%ocCley, 4.-AJ0.

+ualquiera sea el tipo de equipo de compactación disponible y el grado de co%esión del suelo, la

eficacia del procedimiento de compactación depende en gran medida del contenido de %umedad delsuelo. &sto es especialmente verdad para los suelos finos y uniformes de muy baja plasticidad pues, a

menos que su contenido de %umedad sea casi exactamente igual al óptimo, no pueden compactarse de

ninguna manera.Si se construye un terrapln de ensayo con suelo de propiedades uniformes bajo condiciones de un

cuidadoso control en el terreno, y s! el espesor de las capas, el tipo de compactación y el número de

pasadas se mantienen todas constantes, se descubre que la efectividad de la compactación depende solodel contenido de %umedad del suelo de la capa durante la compactación. La efectividad de la

compactación se mide por el peso de los sólidos por unidad de volumen, es decir, por lo que se conoce

como densidad seca. La relación entre densidad seca y contenido de %umedad de compactación tiene laforma caracter!stica que muestra la curva llena de la figura [email protected].


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"ara las condiciones del ensayo, la densidad seca que corresponde a la cima de la curva se conocecomo máxima densidad seca o densidad seca para el 4@@ D de compactación, y el correspondiente

contenido de %umedad se designa como el contenido óptimo de %umedad. inguna de estas cantidades

es una propiedad del suelo en s! mismo. Si, por ejemplo, todas las condiciones se mantienen inalteradasmenos el peso del rodillo y se utili2a uno más liviano, el valor de la máxima densidad seca, como lo

indica la curva b0 es menor y el contenido óptimo de %umedad mayor que para un rodillo más pesado.

On incremento en el número de pasadas de un rodillo liviano puede aumentar la máxima densidad seca pero, aun cuando s pudiese alcan2ar un valor comparable al de la curva a0, es casi seguro que el conte

nido óptimo de %umedad que corresponde al nuevo valor de

d max resultará mayor que el obtenido paraun rodillo más pesado.

+ambios similares en las relaciones %umedaddensidad para un suelo dado acompa:an la variación enespesor de las capas y el tipo o peso del equipo de compactación. "or tanto, el trmino 4@@ Po de

compactación o contenido óptimo de %umedad para un suelo dado tiene significación espec!fica solo en

relación con un determinado procedimiento de compactación. o obstante, para cualquier material potencial de prstamo es esencial conocer, antes de iniciar la construcción, si para el procedimiento de

compactación que se piensa especificar el contenido de %umedad en el terreno es excesivo o deficiente

con respecto al valor óptimo que corresponde a dic%o procedimiento. ás aún, durante la colocaciónde un terrapln, el ingeniero debe tener los medios para determinar si la compactación especificada se

está alcan2ando adecuadamente, aun cuando las caracter!sticas del material 8le prstamo cambie de

tiempo en tiempo. &stos requerimientos %an conducido al desarrollo de los ensayos de compactación delaboratorio.&l propósito de todo ensayo de compactación de laboratorio es determinar una curva %umedad

densidad comparable a la que le corresponde al mismo material cuando se compacta en el terreno por

medio del equipo y procedimiento que se pretende utili2ar Los mtodos más corrientes para este prop>sito se %an derivado de uno desarrollado por el *epartamento de +aminos de +alifornia en los

primeros a:os de la dcada de 4-5@, cuando el equipo de compactación que se utili2aba era de un peso

relativamente bajo. *e acuerdo con este procedimiento, conocido como el ensayo "roctor normal8"roctor 4-55, $S# *>-JAJ#0, se seca y pulveri2a una muestra de suelo, la que se separa en dos


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fracciones pasándola por el tami2 Q =. Onos 5 Cg de la fracción que pasa se %umedecen con una

peque:a cantidad de agua y se me2clan cuidadosamente para producir una parte %úmeda que se apisona

en tres capas iguales dentro de un recipiente cil!ndrico de dimensiones especificadas. +ada capa se

compacta con 9A golpes de un pisón normali2ado que se deja caer desde una altura de 5@ cm. Ona ve2llenado el cilindro, se enrasa el suelo con su borde superior y se determina/ el peso total del suelo y su

contenido de %umedad. +on estos datos se puede calcular el peso del suelo seco contenido en la unidad

de volumen, es decir, la densidad seca. *e una forma similar se determina la densidad seca parame2clas compactadas con %umedad creciente %asta que aqulla disminuya con el aumento de la

%umedad. Se dibuja entonces una curva que muestra la relación entre la densidad seca y el contenido de

%umedad.&l contenido óptimo de %umedad, según el ensayo normali2ado de "roctor, es el valor de la %umedad

que produce la máxima densidad seca.

*ebido a la influencia que el mtodo de compactación ejerce sobre la curva de %umedaddensidad, nose puede esperar de ningún ensayo normali2ado, incluido el ensayo de "roctor, que condu2ca a

resultados de valide2 general. Solo se puede obtener información concluyente con respecto al contenido

óptimo de %umedad reali2ando ensayos a escala natural en el terreno con el equipo de compactación

que se va a utili2ar en la obra."or algún tiempo se %an estado reali2ando esfuer2os para desarrollar en el laboratorio mtodos de

ensayo que imiten los tipos más corrientes de equipos de compactación en una forma más real que la

que resulta del ensayo "roctor normal. &stos esfuer2os %an conducido a varias modificaciones del procedimiento original. "ara el equipo pesado de uso actual, en particular en la construcción de diques

de tierra o de playas de estacionamiento y accesos a las pistas para aviones pesados ensayo "roctor

modificado 8$S# *4AABAJ#0 suele resultar más apropiado. 90 conducen a curvas %umedaddensidad más realista, pero %asta

a%ora estos ensayos no tienen una aceptación amplia.

La figura [email protected] muestra curvas t!picas %umedaddensidad para varios suelos, las que fueron obtenidas

por el mtodo de "roctor normali2ado. La curva a representa relación %umedaddensidad para una

me2cla de arena arcilla, la 4, para un suelo arcilloso con baja plasticidad, la c para un limo uniforme de baja compresibilidad y la d para una arcilla de alta plasticidad.

S! el contenido de %umedad del suelo en el terreno es mayor que l óptimo, debe permitirse que se

seque en el lugar de su almacenamiento, o bien proceder a su desparramo para este efecto. Si dic%ocontenido es menor, el agua debe agregarse en el propio prstamo o por aspersión antes de iniciar su

compactación. +on un cuidado ra2onable resulta generalmente posible mantener el contenido de

%umedad dentro del 9 > 5 D del valor óptimo. Sin embargo, para suelos uniformes no plásticosligeramente co%esivos se necesita un acercamiento mayor al contenido óptimo de %umedad.


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&l peso unitario y l contenido de %umedad del suelo se controlan en el terreno por muestreo y ensayo

rutinario. "ara determinar el peso unitario se excava en el suelo compactado un %oyo que tenga por lo

menos un volumen de 4A@ cm5 y el material excavado se guarda cuidadosamente y se pesa antes que

pierda %umedad por evaporación. &l volumen del material excavado se puede medir por medio devarios mtodos. Ono de los procedimientos más antiguos y más usados consiste en medir el volumen

llenando el %oyo con arena seca en estado suelto despus que el peso unitario de la arena en este estado

se %a establecido previamente. La arena se vuelca desde un recipiente que es pesado antes y despus dellenar el %oyo. *e acuerdo con el segundo procedimiento, se coloca un globo de goma debajo de una

cubierta %ori2ontal y se lo fuer2a por medio de inyección de agua a acomodarse a la forma que tiene el

%oyo. &l volumen del %oyo s determina midiendo el volumen de agua inyectada. Se puede obtener rápidamente un valor aproximado del contenido de %umedad determinando la prdida de peso por

secado de la muestra colocada en una bandeja que se calienta con la interposición de una c%apa. *e

cualquier modo, despus de %aber adquirido una experiencia moderada en un trabajo dado, un inspector puede normalmente estimar el contenido de %umedad con bastante exactitud a travs de la apariencia y

la textura del material. Si el material que va a ser usado para un terrapln es bastante variable en

caracter!sticas, o si el trabajo está situado en una región sujeta a frecuentes lluvias, la exigencia de

ajustarse a determinados requerimientos en el contenido de %umedad puede aumentar considerablemente el costo de la construcción del terrapln.

&l contenido de %umedad al cual se compacta un suelo tiene cierto efecto sobre las propiedades f!sicas

del material obtenido, incluyendo la permeabilidad. La experiencia indica que el aumento en contenidoinicial de %umedad a partir de un valor algo menor que el óptimo %asta alcan2ar un valor algo mayor

puede causar una gran disminución en el coeficiente de permeabilidad. La disminución parece

incrementarse a medida que lo %ace el contenido de arcilla del suelo. #ratándose del material del núcleodel dique ud ountain, que conten!a basta 5 D de arcilla con un alto contenido de montmorinolita, se

observó que un aumento de %umedad que variaba del 9 D por debajo del óptimo al 9 D por encima,

disminu!a el coeficiente de permeabilidad en unas 4@.@@@ veces 8+ary et al 4-=50. Ona influencia de

esta magnitud es probablemente una rara excepción, pero aún efectos de menor importancia merecenser considerados.

TEORIA DE LA COMPACTACION.-*esde tiempos pre%istóricos los constructores %an reconocido el valor de la compactación del suelo

para producir masas fuertes, libres de asentamientos y resistentes al agua. "or más de 9,@@@ a:os la

tierra %a sido apisonada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros orodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muc%os casos, que el valor de la

compactación.

"or otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar y no se compacta, frecuentemente falla por el efecto de las cargas y continúa asentándose por dcadas. 3ue (.(. "roctor quien indicó el camino de

la compactación efectiva a bajo costo.

Re&"cin en#$e &" 1'+e%"% ! e& ,eo e,ec*fico.-La importancia de la %umedad del suelo para asegurar la compactación se ilustra en los siguientes

experimentos. Ona muestra de suelo se separa en seis u oc%o porciones; cada porción se me2cla

!ntimamente con diferentes cantidades de agua, de manera que cada una tenga diferente %umedad,variando sta desde cero %asta un punto intermedio entre los limites l!quido y plástico. +ada porción se

compacta en un depósito con exactamente el mismo esfuer2o de compactación; la %umedad y el peso

de los sólidos por metro cúbico de suelo compactado, que se denomina corrientemente peso especificoseco y se denota por d, se determinan por/

% 2 3 % 2


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V 4 5Si se dibuja un gráfico con las %umedades como abscisas y los pesos espec!ficos secos como

ordenadas, la curva que resulta será similar a la de la figura A/4. Se observa en este gráfico que %ay tinadeterminada %umedad llamada %umedad óptima, para la cual el peso espec!fico seco es máximo, para el

mtodo particular de compactación que se %aya usado. &n un suelo determinado, cuanto mayor es el

peso espec!fico seco, menor es la relación de vac!os, cualquiera que sea la %umedad; as! pues, el peso

espec!fico seco máximo es justamente otra manera de expresar la relación de vac!os m!nimo o la porosidad m!nima.

"ara una %umedad determinada, la compactación perfecta eliminarla todo el aire del suelo y producir!asaturación. Si los pesos espec!ficos secos correspondientes a la saturación con diferentes %umedades, se

dibujan en el gráfico anterior, resultará una curva que cae completamente por arriba de la primera; esta

curva se conoce con el nombre de curva de saturación total y representa los pesos espec!ficos teóricos

que se obtienen por una compactación perfecta con diferentes %umedades. &l peso espec!fico máximoteórico de la curva de saturación total, 2 s cala:a, basándose en el peso espec!fico relativo de los

sólidos, para cada %umedad dada/ ( 2

6 5 748:

+uando las %umedades son altas el peso espec!fico seco teórico es bajo, porque gran parte del volumen

del suelo está ocupado por el agua. +uando las %umedades son bajas, el peso espec!fico aumenta, %asta

que a cero %umedad viene a ser igual a , que es el peso de los granos del suelo.*ebido a la geometr!a de los granos %ay un peso espec!fico l!mite 8o relación de vac!os m!nima0 pasadoel cual no es posible reducir más el volumen sin grandes roturas de los granos. &ste punto puede estar

bastante bien definido en las arenas y es equivalente a la relación de vac!os m!nimas, sección 4/44.&n los materiales que tienen granos dbiles y porosos, como las ceni2as volcánicas, la coquina y lasescodas, este l!mite no se puede definir y el trabajo continuado de compactación producirá aumentos

del peso espec!fico %asta que el material se acerque a un sólido, con % . &l peso espec!fico del suelo compactado aumenta con el incremento de %umedad, como se deduce delmecanismo del proceso previamente descrito. &l aumento está limitado por la saturación, la curva de

saturación total, en cuyo caso el esfuer2o neutro impide una reducción adicional de la relación de

vac!os sin una reducción en la %umedad. Si la %umedad aumenta, el peso espec!fico debe, por lo tanto,disminuir; la peque:a diferencia entre la curva verdadera y la máxima teórica se debe al aire atrapado


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en los poros. La %umedad óptima es una condición en la que %ay suficiente agua para permitir que los

granos se deformen y tomen nuevas posiciones, pero no tanta como para llenar los poros.

&n las arcillas la %umedad óptima para compactación por cilindrado está con frecuencia muy cerca o

ligeramente por debajo del limite plástico. &n las arenas la rama seca de la curva de %umedadpesoespec!fico seco no está bien definida, figura A.9. $lgunas veces se eleva %acia el máximo peso

espec!fico para %umedades muy bajas, porque %ay poca tensión capilar que se oponga a la nueva

posición de los granos.

Ene$)*" %e co+,"c#"cin.-Si un segundo grupo de muestras de suelo se prepara con diferentes %umedades, como se %a descritoanteriormente, y se compacta con una energ!a diferente, se obtendrá una curva similar de %umedad

peso espec!fico seco, pero con %umedad óptima y peso espec!fico máximo diferente. +uanto mayor estaenerg!a, mayor es el peso espec!fico máximo y más baja la %umedad óptima.

La relación entre la energ!a de compactación y el peso espec!fico seco máximo se indica en la figura

A.5; no es una relación lineal y se necesita un gran aumento en la energ!a para producir un peque:oaumento en el peso especifico. La manera como se aplica la energ!a tiene un efecto significativo en el

peso especifico; en los suelos no co%esivos, as! como en la roca triturada o partida, la vibración, que

reduce la fricción entre los granos, es particularmente efectiva; en los suelos co%esivos, la presión, queflexa y fuer2a los granos a tomar nuevas posiciones, es mejor.

On gran número de aplicaciones de peque:as presiones no es tan efectivo como el mismo esfuer2o total

aplicado en una sola ve2, porque las fuer2as peque:as no pueden vencer la resistencia de co%esión paramover los granos, no importa la frecuencia con que se apliquen. La duración del esfuer2o influye a

veces en el peso especifico obtenido. &n los suelos de grano grueso, el esfuer2o neutro que se opone a

la compactación cuando la %umedad es alta, no se puede desarrollar si la energ!a de compactación se

aplica tan lentamente que el agua pueda drenar. &n algunas arcillas, una aplicación rápida de la energ!ade compactación parece que movili2a la resistencia viscosa del agua y es menos efectiva que si dic%a

energ!a se aplica lentamente.

P$'e" %e co+,"c#"cin.-Se %an establecido un número de normas arbitrarias para determinar las %umedades óptimas y los pesos

espec!ficos, máximo, que representan las diferentes energ!as de compactación, tal como se aplican conel equipo mecánico empleado en la construcción con suelo. Las más simples y usadas son las pruebas

"roctor, as! llamadas por su autor (.(. "roctor, que fue el que primero desarroll el concepto de

%umedad óptimapeso espec!fico máximo.

P$oc#o$ no$+"& 7ASTM ; ??@ 49=:.-


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"roctor modificada 8$S# @ 4AAB. $$S)? modificada0. ,9@@ librasNpie por pie cúbico, que es comparable al que se obtiene con los equipos decompactación más pesados, en condiciones favorables de trabajo.

&n la mayor!a de los suelos el peso espec!fico máximo que se obtiene siguiendo el todo odificado

es de 5 a > libras por pie cúbico mayor que la que se obtiene por el todo ormal. )ay otros procedimientos para obtener la %umedad óptima y el peso espec!fico máximo, como los de presión

estática y el de presiones de amasado, que representan mejor las condiciones de trabajo en la obra; sin

embargo, su uso no se %a generali2ado porque el equipo de prueba es más complicado y los resultadosno son tan diferentes, en muc%os suelos, como para justificar el mayor costo.

&stas pruebas de laboratorio están limitadas a suelos con part!culas de tama:o más fino que 9 cm; para

materiales más gruesos, tomo rocas partidas y gravas, es necesario %acer ensayos pilotos en obra aescala natural.

Co+,"c#"cin en &"o$"#o$io.-La compactación en laboratorio consiste esencialmente en compactar una muestra de suelo %úmedo enun molde cil!ndrico de un volumen espec!fico y con una energ!a de compactación especificada. "or lo

general se utili2an diferentes ensayos, tres de los cuales se basan en las normas británicas y dos en las

normas de los &stados Onidos. &n la tabla -.9 se presentan las caracter!sticas de dic%os ensayos y susreferencias. Los primeros cuatro están basados en la compactación dinámica creada por el impacto de

un martillo metálico de una masa espec!fica que se deja caer libremente desde una altura determinada;

el suelo se compacta en un determinado número de capas iguales, cada capa recibe un número espec!fico de golpes. La compactación en el quinto ensayo se basa en una combinación de presión estática y

de vibración; el suelo se compacta en tres capas iguales presionando fuertemente %acia abajo el

compactador vibratorio durante >@ segundos en cada capa.

*espus de preparar la muestra compactada, se miden su densidad de vibración aparente y su contenidode %umedad; la densidad seca correspondiente al contenido de %umedad de la muestra se calcula

mediante la ecuación 84.9J0, de la manera siguiente/

&ste procedimiento se repite por lo menos cinco veces %aciendo variar el contenido de %umedad dentrode un rango escogido; las caracter!sticas de compactación del suelo se presentan en un gráfico que

relaciona la densidad seca en función del contenido de %umedad.

Po$cen#"e %e co+,"c#"cinCo+,"ci%"% $e&"#i/".-&s conveniente, con frecuencia, expresar el peso espec!fico seco de un suelo como un porcentaje delmáximo, tal como se define por uno de los dos mtodos estándar o por cualquier otro mtodo que se

%aya especificado. &sto es el porcentaje de compactación, que puede exceder del cien por cien. &l peso

espec!fico seco máximo del ensayo de compactación en el laboratorio es una función del mtodo de

compactación. La relación de vac!os m!nima 8y su peso especifico seco equivalente0 como se definiócuando se explicó la +ompacidad relativa de los suelos no co%esivos, secci>n 4/94, es l limite para

todos los mtodos de compactación que no rompen las part!culas.

"or lo tanto, no %ay una relación fija entre la relación de vac!os m!nima y el peso espec!fico máximocomo el definido por un determinado grado de compactación.

Los máximos pesos espec!ficos para las arenas, por el todo "roctor odificado, son generalmente

equivalentes a compacidades relativas entre el -A y 4@@ por ciento.*entro del molde el suelo debe colocarse en tres capas que se compactan dando 9A golpes, repartidos

en el área del cilindro, a cada uno de ellas.

La formula de la energ!a &spec!fica tiene la siguiente expresión/


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Ec = N * n * W *h

V

*onde/

&c F &nerg!a &specifica. F umero de golpes por capa.

n F umero de capas de suelo.

H F "eso del pisón.% F $ltura de ca!da libre del pisón.

< F


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&s común en la practica de ciertos laboratorios el usar la misma muestra de suelo para la

obtención de los puntos sucesivos de la curva de compactación/ ello implica la continuada

'recompactación del mismo suelo.

&sta practica se %a rebelado como totalmente inconveniente toda ve2 que la investigaciónexperimental %a demostrado, sin genero de duda, que procediendo con un suelo recompactado los pesos

espec!ficos obtenidos con nuestra virgen, por lo que en suelos 'recompactados la prueba puede llegar

a dejar de ser representativa."arece que en una explicación simple del efecto anterior reside en la formación volumtrica del

tipo plástico producida por las sucesivas compactaciones. como en el campo el suelo no sufre una

recompactación, la practica de laboratorio debe ser, consecuente, el usar muestras de suelo diferentes para la obtención de cada punto de la curva de compactación.

MATERIAL.-&l material utili2ado para esta practica denominada RELACION HUMEDAD DENSIDAD ENSAYO DE COMPACTACION POR T !! fue la siguiente/

• #ami2 T =@.

• olde de +ompactación.• artillo de +ompactación.

• A taras para contenido de %umedad.

• &xtractor de muestra.

• 4 Iandeja grande para me2clar las muestras.

• 4 balan2a de precisión de @,@4 gr.

• 4 balan2a de precisión de @.4 gr.

• 4 %orno elctrico.

• 4 matra2 de 4@@ml.

PROCEDIMIENTO.-&n esta práctica el procedimiento reali2ado fue el siguiente/

4. "rimeramente procedimos a traer una cantidad recomendable de suelo para luego proceder a

tami2arlo con el tami2 U=@ para as! proceder a empe2ar la práctica.

9. Ona ve2 obtenida la muestra tami2ada colocamos una cantidad de 5Cg en una bandeja luego procedimos a colocar el =D de tres Cilos de muestra en mil!metros de agua para que la muestra de

suelo tenga una %umedad.

5. $ntes de continuar con el ensayo de compactaron procedimos a pesar el molde de compactación

una ve2 pesado este molde procedimos a ir poniendo la muestra de suelo %umedad y empe2amos a

martillar con el martillo de compactación el cual fue de 9A golpes, en tres capas de muestra parauna mejor compactación finali2ada este ensayo repetimos 9 capas más.

=. +omo siguiente paso se precedió a la extracción de la muestra.A. Ona ve2 terminado el ensayo con las tres capas y cada una de ellas con 9A golpes procedió a

obtener una peque:a muestra de ese suelo compactado para obtener su %umedad.

>. &ste mismo procedimiento se lo reali2o A veces mas pero aumentando la el porcentaje de %umedadde cada muestra de suelo, tambin de cada una de ellas procedió a obtener muestras para poder

obtener nuestro contenido de %umedad.

+alcular el volumen de la muestra como/


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V 2 HR+olocar el suelo %úmedo en un recipiente y secarlo al %orno durante la noc%e para obtener Hs 8a menos

que se cono2ca el contenido de %umedad del suelo0.

+alcular las densidades %úmedas y secas del suelo como sigue/

Densidad Húmeda Densidad Seca

1 2 31 8 V 2 1 8 7 4 5 31 :


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CALCULOS Y RESULTADOS.-

Agua cc 0 90 150 210 300

Peso del Molde + MuestraHumeda (gr) 5761 5887 5938 6024 6090

Peso del Molde (gr) 4171 4171 4171 4171 4171

Peso de La Muestra Húmeda(gr) 1590 1716 1767 1853 1919

Volume del molde cc 247,26 247,26 247,26 247,26 247,26

!es"dad Húmeda ( gr#cc) 6$%305 6$9%01 7$1%63 7$%9%1 7$7611

!es"dad &eca ( gr#cc) 5$9676 6$5567 6$5665 6$5809 6$156%

'úmero de goles or caa 5

'úmero de caas 5

Peso del mart"llo 0$0%5 *'

Altura de cada 0$30%8 m

Volume de molde 0$0005 m3

,',-./A !, MP2 3733$800 *'#m

-ec""ete ' 1 2 3 4 5

Peso !el -ec""ete + muestraHúmeda (gr) 154,35 131,05 128,55 120,70 210,00

Peso !el -ec""ete + muestra&eca (gr) 144,50 124,80 119,50 108,10 170,24

Peso del Agua (gr) 9,85 6,25 9,05 12,60 39,76

Peso del -ec""ete (gr) 17,50 17,90 17,00 17,30 17,70

Peso muestra &eca (gr) 127,00 106,90 102,50 90,80 152,54

4 de Húmedad 7,76 5,85 8,83 13,88 26,07

Promed"o de Húmedad 12,47


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Humedad optima 10$70 4

Densidad máxima 6$59 gr2#cc

Energía de ompatai!n 3733$800 *'#m


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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.-*espus de reali2ada la práctica, llegamos a las siguientes conclusiones, acompa:adas dealgunas recomendaciones.

• &s importante conocer los ensayos que se van a practicar, para evitar algún tipo de errores.

• Ona parte importante de la práctica fue l familiari2arnos con los aparatos correspondientes

al estudio la relación de %umedad y densidad aplicando el ensayo de compactación por el

mtodo de #-- para as! no tener ningún problema al reali2ar la practica.

• (eali2ada la práctica se pudo obtener un ensayo de compactación muy favorable para

nuestro suelo.

• Se concluyo que el ensayo de compactación en muy importante para la elaboración de

estructuras civiles.

• Ona de las cosa mas importantes que pudimos demostrar de la practica que en el ensayo de

compactación la cantidad de suelo no diminuye pero si el volumen.

• #ambin es importante conocer que tipo de fórmulas se van a utili2ar, como y de que

manera para no cometer errores en los cálculos.

• "ara obtener los pesos exactos es necesario calibrar la balan2a.

Reco+en%"cione.-"ara poder obtener una práctica es necesario tener en cuenta algunas recomendaciones/

• Ona de las principales recomendaciones es que se debe preparar los materiales 9= %rs. $ntes

de reali2ar la práctica.

• Se recomienda esencialmente que el alumno lea la gu!a de laboratorio antes de iniciar la

práctica, ya que sin previo estudio sobre el experimento se cometerá errores en lareali2ación de la práctica, los cuales %arán variar los resultados.

• Se recomienda %acer el pasaje en forma correcta y exacta, teniendo en cuenta que el m!nimo

error en el pesaje de las muestras %arán variar los l!mites de plasticidad.

• #ambin es necesario usar una buena cantidad de suelo para que as! no tener ningún tipo de

problemas.

• #omar en cuentas el peso inicial para poder controlar los diferentes pesos de las particulas.

relacion humedad compactación t-99.doc

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