ensayo de humedad Óptima
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Ensayo de CBRTRANSCRIPT
ENSAYO DE HUMEDAD ÓPTIMA
PROCTOR MODIFICADO
1. INTRODUCCIÓN
La resistencia de un suelo depende de su compacidad y en consecuencia de su densidad.
Cuanto más compacto y denso es un suelo, más resistente será. La resistencia de un
suelo depende también de la cantidad de agua que contiene. En efecto, el agua contenida
en un suelo lubrica los granos y les permite deslizarse los unos sobre los otros más
fácilmente. Pero una cierta humedad permite el movimiento de las partículas del suelo y
en consecuencia su compactación,
La finalidad del ensayo Proctor es determinar la cantidad óptima de agua de un suelo
que permite la mejor computación para una energía dada. Está basado en el hecho de
que la compacidad es proporcional a la densidad del terreno seco. La parte de una
muestra de un suelo secado mediante estufa se compacta con una energía y una
humedad fijas y se mide su densidad seca.
Hay que realizar las mismas observaciones aumentando progresivamente la humedad y
se dibujará finalmente la curva, siendo las abscisas las humedades y las ordenadas las
densidades secas correspondientes. Esta curva presenta un máximo para una cierta
humedad que se llama por definición Optimo Proctor.
1
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar el valor de humedad optima de los suelos, cuando son compactados y
ensayados en el laboratorio, mediante la comparación entre la carga de penetración en el
suelo y aquella de un material normalizado o “standard”.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Establecer la importancia del método de compactación como medio para
aumentar la resistencia y disminuir la compresibilidad de los suelos.
Obtener la curva de compactación de la muestra de suelo compactado en el
laboratorio de los pesos específicos secos contra el contenido de humedad.
Obtener una curva de saturación del 100% para la muestra de suelo compactado
a partir de la cual todas las curvas de compactación deberán ubicarse a la
izquierda de dicha curva de saturación.
Analizar el ensayo cumpliendo las normas que lo regulan, considerando los
pasos que se deben seguir y los materiales que se deben usar.
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3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Existen dos tipos de ensayos Proctor: el normal y el modificado.
3.1. Proctor normal
El molde utilizado es cilíndrico, de 4 pulgadas de diámetro y de 4,6 pulgadas de altura.
La compactación de hace en tres capas de aproximadamente 4 cm de espesor, con la
ayuda de un compactador que pesa 5.5 libras (2.49 Kg) que se deja caer a una altura de
12 pulgadas. El número de golpes del compactador es de 25 por capa. Solo se utiliza
elementos de suelos inferiores a 5 mm.
3.2. Proctor modificado
El molde es más grande: tiene 6 pulgadas de diámetro exterior y 6 pulgadas de altura.
La compactación se realiza en 5 capas de 2.5 c de espesor, utilizando un compactador
de 10 libras cayendo desde una altura de 18 pulgadas.
Se dan 25 golpes por capa. El ensayo se hace sobre elementos del suelo inferiores a
20mm. Si el suelo contiene elementos más gruesos se remplaza por un peso igual de los
elementos comprendidos entre 5 y 20 milímetros.
El ensayo Proctor normal corresponde a una energía de compactación media, como por
ejemplo la que se alcanza en un terraplén por la circulación de vehículos de transporte y
por el paso repetitivo de una apisonadora. El ensayo Proctor modificado corresponde a
una energía de compactación más importante, como la de un asiento de calzada o la de
la capa constituyente de la calzada propiamente dicha.
3
3.3. Representación de resultados
Los resultados pueden representarse como en el grafico mostrado, donde están
dibujados las curvas relativas a los ensayos normal y modificado. La curva de puntos,
que es una hipérbola, representa la curva de saturación (los huecos del terreno se llenan
de agua, con la exclusión del aire)
Esta hipérbola es una asíntota para los diagramas representativos del ensayo Proctor.
Los valores d1 y d2 representan el óptimo Proctor en cada caso, es decir, la humedad
que permite obtener la densidad seca máxima para una energía de compactación
determinada.
3.4. Interpretación de resultados
Independientemente de la determinación de la humedad optima, las curvas Proctor
permiten sacar deducciones interesantes. Si la curva es aplastada significa que el suelo
es considerado poco sensible al agua, ya que una variación bastante grande de la
4
humedad influye poco sobre la densidad seca. Se tendrá, pues, un suelo fácil de
compactar y estable.
Por el contrario, si la curva tiene una forma puntiaguda se ve inmediatamente que una
pequeña variación de la humedad tiene una gran incidencia sobre la densidad seca,
tratándose entonces de un suelo sensible al agua y difícil de compactar, por lo que será,
en general, un terreno arcillosos.
En el ensayo también da una indicación sobre la densidad seca que se puede exigir a la
empresa encargada de las exploraciones. Normalmente se exige un 95% del óptimo
Proctor normal o el 90% del óptimo Proctor modificado, lo cual debe estar especificado
en el pliego de condiciones del trato a realizar.
4. MATERIALES UTILIZADOS
Muestra de suelo de 6000 gramos.
Cilindro de compactación.
Espátula (enrrasador).
Balanza de sensibilidad de 0.01 gr.
Recipiente de agua.
Pistón o martillo.
Recipientes adecuados para la determinación de la humedad.
Horno Con temperatura regulable y circulación de aire.
5
5. RESULTADOS
Tipo de prueba: Proctor Modificado
Peso del martillo: 10 libras
Numero de capas: 5 capas
Altura de caída: 18 pulgadas
Nº golpes por capa:
Volumen del molde: 2124 cm3
Donde:
Densidad Húmeda: (peso de la muestra/volumen del molde) gr/cc
Densidad seca: (densidad humeda)/[1+(humedad promedio/100)]
CÁLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD PROMEDIO
Donde:
Peso del suelo seco: ([peso de nuestra seca más recipiente]-peso del recipiente)
Peso perdido: peso de muestra húmeda más recipiente – peso muestra seca más
recipiente
RECIPIENTE Nº 102 19 9 15 14 101 18 20PESO DE MUESTRA HUMEDA +
RECIPIENTE (gr) 40,3 32,7 36,9 36,7 31,3 34,2 35,9 29,7PESO DE MUESTRA SECA +
RECIPIENTE (gr)35,2 28,6 31,7 31,7 26,6 29 29,9 24,9
PESO DEL RECIPIENTE (gr) 6,7 5,1 6,4 6,8 6,6 7,1 7 7PESO DEL SUELO SECO (gr) 28,5 23,5 25,3 24,9 20 21,9 22,9 17,9
PESO PERDIDO (gr) 5,1 4,1 5,2 5 4,7 5,2 6 4,8
6
CÁLCULO DEL PESO ESPECÍFICO SECO
MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3 MUESTRA 4
PESO DEL MOLDE + MUESTRA (gr) 9915 10297 10522 10416
PESO DEL MOLDE + MUESTRA (gr) 6100 6100 6100 6100
PESO DE LA MUESTRTA (gr) 3815 4197 4422 4316
HUMEDAD PROMEDIO (%) 17,67 20,32 23,6 26,5
DENSIDAD HUMEDA (gr/cc) 1,796 1,976 2,082 2,032
DENSIDAD SECA (gr/cc) 1,526 1,642 1,684 1,606
HUMEDAD (%) 17,8917,4
520,5
520,0
823,5
023,7
426,2
026,8
2PROMEDIO HUMEDAD (%) 17,67 20,32 23,62 26,516. GRAFICA DE LA CURVA DE COMPACTACIÓN
Contenido de humedad optima (%): 23.22%
Peso específico seco máximo: 1.684 gr/cm3
7. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Después de haber realizados todos los cálculos pertinentes para la obtención del peso
específico seco y el contenido de agua optimo, por medio de los resultados que se pudieron
obtener para el suelo que se le realizo agregándoles diferentes porcentajes de humedad, se
llegar a los resultados de:
El suelo empezó con un contenido de humedad promedio del 17.89% se obtuvo un
peso especifico seco de 1.526 gr/cc.
Para cuando se le agrego una humedad del 3% se obtuvo un contenido de agua
promedio del 20.32 %.
Para cuando se le agrego una humedad del 3% a la muestra anterior se obtuvo un
contenido de agua promedio del 23.62 %.
7
Contenido de humedad (%)
Peso específico seco gr/cm3
1 7 . 0 0 1 8 . 0 0 1 9 . 0 0 2 0 . 0 0 2 1 . 0 0 2 2 . 0 0 2 3 . 0 0 2 4 . 0 0 2 5 . 0 0 2 6 . 0 0 2 7 . 0 01400
1450
1500
1550
1600
1650
1700curva de compactación
Para cuando se le agrego una humedad del 3% a la muestra anterior se obtuvo un
contenido de agua promedio del 26,51 %.
Con el peso de los suelos compactados y los respectivos volúmenes de cada cilindro se
hallaron las densidades húmedas en gr/cm3.
Seguido con los diferentes contenidos de humedad y las densidades húmedas
encontradas, seguido de la realización de las operaciones para se hallaron las diferentes
densidades teóricas secas en gr/cm3, que fueron los siguientes:
Para el contenido de agua del 17.67% fue de 1.526 gr/cc.
Para el contenido de agua del 20.32% fue de 1.642 gr/cc.
Para el contenido de agua del 23.62% fue de 1.684 gr/cc.
Para el contenido de agua del 26.51% fue de 1.606 gr/cc.
El punto ubicado en la cresta de la curva convexa es la densidad seca máxima con su respectiva
humedad optima de Proctor que se encuentra en el eje de las abscisas, que es el siguiente:
Contenido de humedad optima (%): 23.22%, Peso específico seco máximo: 1.68637
gr/cm3.
8. CONCLUSIONES
Logramos obtener un peso específico seco máximo el cual fue del 1.68 gr/cc y un grado de
humedad óptimo de 23.22%, evidenciados en la respectiva curva de compactación, además, se
obtuvo la correspondiente curva de saturación del 100%, para la cual nuestra curva de
compactación se encuentra a la izquierda de esta.
El contenido de humedad optima es un valor que nos sirve como guía para ver en el campo
cuanto de agua se le debe agregar al suelo a compactar.
Como la curva no corte a la curva de saturación (con S=100%) el ensayo y los cálculos se
hicieron con propiedad.
8
ENSAYO CBR - CALIFORNIA BEARING RATIO: ENSAYO DE RELACIÓN
DE SOPORTE DE CALIFORNIA
1. INTRODUCCIÓN
El ensayo de CBR mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo
condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo,
simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D
1883-73.
Se aplica para la evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos
materiales de sub. Bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña
cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de
20 mm.
Se recomienda que la fracción no exceda del 20%. Este ensayo puede realizarse tanto en
laboratorio como en terreno, aunque este último no es muy practicado
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
El objetivo del ensayo de CBR es establecer una relación entre el comportamiento de
los suelos principalmente utilizados como bases y sub. Rasantes bajo el pavimento de
carreteras y aeropistas, determinando la relación entre el valor de CBR y la densidad
seca que se alcanza en el campo.
2.1. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el valor del CBR AL 95%.
Obtener la gráfica esfuerzo contra penetración del suelo en estudio.
9
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Como lo describe Fredy A. Reyes Lizcano en su libro, Diseño Racional de Pavimentos,
el CBR es un ensayo que se encarga de caracterizar la capacidad soportante del suelo, es
decir, mide la resistencia del suelo, al evaluar los potenciales esfuerzos a los que será
sometido el suelo en estudio; sin embargo, no refleja del efecto de la aplicación de las
cargas de tránsito.
El CBR juega un papel un papel importante en el diseño de pavimentos flexibles, según
se menciona en la norma ASTM D1883. Este índice se define más rigurosamente como
la relación (en porcentaje), entre la presión necesaria para penetrar los primeros 0. 3 cm
de la muestra y la presión necesaria para tener la misma penetración en un material
arbitrario, adoptado como patrón, se pueden observar algunas penetraciones y presiones
utilizadas como patrones.
La relación mencionada anteriormente se puede describir matemáticamente como:
10
El material en estudio se debe someter a las condiciones más críticas posibles que
puedan existir en el campo, por lo que después de realizada la compactación, la muestra
se satura durante cuatro días antes de fallarla con el pistón; de esta forma también es
posible considerar la expansión o contracción del material, ya que esto puede afectar
seriamente la estructura por hundimientos o abombamientos.
El CBR es utilizado para establecer un comportamiento de los suelos (Bowles Joseph,
Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil), para su utilización como base,
subbase o subrasante, tal como se muestra en la siguiente tabla:
Clasificación del suelo a partir del CBR
En el diseño de carreteras o sistemas viales en general, es sumamente importante utilizar
el material adecuado ya sea para la base, sub-base o sub-rasante, el cual garantice una
larga vida útil a cualquier carretera soportando toda clase de inclemencias además del
tránsito que hará uso de la vía. Una de las pruebas más comunes para evaluar los
materiales, es el ensayo de CBR, este permite caracterizar un tipo suelo y, así saber su
capacidad soportante y el uso al cual puede ser sometido dicho suelo.
11
4. MATERIALES Y MÉTODOS
Este ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California en 1.929 y nos
permite determinar la Resistencia al Corte de un suelo bajo condiciones de Humedad y
Densidad controladas. El CBR (California Bearing Ratio) se obtiene como un
porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón una profundidad de 0.1
pulgadas en una muestra de suelo y el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo
pistón, la misma profundidad de 0.1 pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada.
Los Valores para el patrón (roca triturada), se muestran a continuación:
Este ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California en 1.929 y nos
permite determinar la Resistencia al Corte de un suelo bajo condiciones de Humedad y
Densidad controladas. El CBR (California Bearing Ratio) se obtiene como un
porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón una profundidad de 0.1
pulgadas en una muestra de suelo y el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo
pistón, la misma profundidad de 0.1 pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada.
La relación C.B.R. generalmente se determina para 0.1” y 0.2” de penetración, o sea
para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada en el patrón
respectivamente. Con el fin de duplicar en el laboratorio la condición más crítica que se
presenta en el terreno, las muestras para el ensayo del C.B.R. se sumergen en agua hasta
obtener su saturación. Los ensayos C.B.R. se pueden efectuar también sobre muestras
inalteradas obtenidas en el terreno y sobre suelos en el sitio.
12
Materiales
Molde CBR, con collarín y la base perforada.
Disco espaciador.
Pistón o martillo (10 lb. Y altura de caída de 15- 18 pulg.).
Plato y vástago.
Trípode y extensómetro.
Pistón cilíndrico.
Marco de carga CBR.
Tanque para inmersión.
Balanza.
Horno.
5. PROCEDIMIETO
Se pulverizan aproximadamente 100 libras de muestra con el rodillo; se pasa el material
por el tamiz ¾” y se desechan las partículas retenidas en el tamiz; el material desechado
es reeplazado por un peso igual de material, pero con partículas que sean retenidas en el
tamíz ¼” y que pasen por el tamiz ¾”.
Se determina la humedad óptima del material siguiendo el mismo procedimiento de la
Compactación Proctor Modificado con las siguientes excepciones:
Se usa el material que pase por el tamiz ¾” en lugar del ¼”.
Se usa el molde C.B.R. con sus aditamentos.
Se pesan 3 moldes de C.B.R. con las respectivas placas de soporte del molde, estas
deben tener 28 perforaciones de 1/8” de diámetro.
Se compactan 3 muestras en los moldes preparados, usando para el primero 56 golpes,
para el segundo 26 golpes y para el tercero 12 golpes. Se deben tomar muestras de
humedad para cada molde con anticipación. Cada capa debe ser de 1” de espesor
después de compactada y la última capa debe estar ½” más arriba de la unión del molde
con su collarín. La humedad de las muestras así compactadas no debe ser ni mayor ni
menor que 0.5% de la humedad óptima; de otra forma se debe repetir el ensayo.
13
Se retira el collarín del molde y se lo pesa junto con la muestra compactada, el disco
espaciador y la placa de soporte.
Se coloca un filtro de papel sobre la placa de soporte y luego se voltea el molde con la
muestra compactada (el espacio dejado por el disco queda lógicamente en la parte
superior) y se coloca sobre la placa de soporte. La muestra está lista para ser sumergida.
Sumergir la muestra y medir los cambios volumétricos
Con el fin de duplicar en el laboratorio las condiciones de saturación que se presentan
en el terreno, la muestra preparada como se indica anteriormente, se sumerge en un
recipiente. Se coloca sobre las muestra sobrepeso de 5 libras (esto representa
aproximadamente 3” de material). Por lo tanto si se desea calcular el número de
sobrepesos necesarios, se estima el espesor en pulgadas del material que la muestra va a
soportar y se divide por 3.
Se coloca un filtro de papel sobre la superficie de la muestra compactada, luego la placa
perforada con su vástago y sobre esta los pesos y sobre-pesos requeridos. Se coloca
un extensómetro junto con un trípode que sirva para sostenerlo. Se sumerge la
muestra en el recipiente y se deja allí durante cuatro días hasta que esté completamente
saturada y no tenga más cambios volumétricos; se debe tomar la lectura de los
extensómetros todos los días.
Al cabo de 4 días se saca el molde del agua, se seca y se deja escurrir por espacio de 15
minutos. Se quitan los sobrepesos y se pesa la muestra saturada con el fin de apreciar la
cantidad de agua absorbida por el espécimen. La muestra se encuentra lista para la
penetración del pistón.
Penetración del Pistón
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Se colocan de nuevo los sobrepesos sobre la muestra saturada. Se coloca la muestra
sobre la plataforma de prensa del C.B.R. La muestra debe estar alineada con el pistón;
se levanta la plataforma por medio del gato hidráulico hasta que el pistón esté en
contacto con la muestra y se le esté aplicando una carga de 10 libras. Después se vuelve
a colocar en cero el indicador de carga. Se coloca también el extensómetro en cero.
Se aplica la carga por medio del gato hidráulico de la prensa del C.B.R. a una velocidad
de 0.05” por minuto. Se toma la lectura de las cargas, aplicadas a 0.025, 0.050, 0.075,
0.1, 0.3, 0.4 y 0.5” de penetración del pistón. Se saca la muestra de la prensa del C.B.R.
y se toma la muestra de humedad alrededor del orificio dejado por el pistón. Para sacar
la muestra del molde se usa el extractor de muestras con la placa de 6” de diámetro.
6. RESULTADOS
Molde N 1 2 3Numero de capas 5 5 5
Numero de golpes por capas 56 26 12
ANTES DEL
REMOJO
DESPUES DEL
REMOJO
ANTES DEL
REMOJO
DESPUES DEL
REMOJO
ANTES DEL
REMOJO
DESPUES DEL
REMOJO PESO MUESTRA HUMEDA MOLDE (Gr) 12810 12867 11546 11594 11222 11280
PESO DEL MOLDE (Gr) 8025 8025 8218 8218 7945 7945PESO MUESTRA HUMEDA (Gr) 4785 4842 3328 3376 3277 3335VOLUMEN DE LA MUESTRA (cm3) 2124 2124 2124 2124 2124 2124
DENSIDAD HUMEDA (Gr/cm3) 2,253 2,280 1,567 1,589 1,543 1,570DENSIDAD SECA (Gr/cm3) 1,820 1,721 1,259 1,187 1,248 1,153
15
18 12 5A 16 2 20 8 11 13 70 18 5231,3 34,2 41,7 39,2 35,9 43,8 44 45 31,3 34,2 33,4 35,626,6 29 33,9 30,7 29,9 36,3 34 35,3 26,6 29 26,3 27,74,7 5,2 7,8 8,5 6 7,5 10 9,7 4,7 5,2 7,1 7,97 7 7 7 5,3 5,8 5,3 5,8 6,6 7,1 6,4 6,1
19,6 22 26,9 23,7 24,6 30,5 28,7 29,5 20 21,9 19,9 21,624% 24% 29% 36% 24% 25% 35% 33% 24% 24% 36% 37%
36%PROMEDIO CONTENIDO DE HUMEDAD(%) 23,81% 32% 24,49% 34% 23,62%
PESO TARRO (Gr)PESO MUESTRA SECA (Gr)
CONTENIDO DE HUMEDAD (%)
CONTENIDO DE HUMEDADTARRO N
PESO MUESTRA HUMEDAD TARRO (Gr)PESO MUESTRA SECA TARRO (Gr)PESO AGUA (Gr)
Curva Esfuerzo vs. Penetración
16
0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.400 0.5000.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
56 golpes26 golpes12 golpes
Penetración
Pres
ión
95% DE LA DENSIDAD SECA MÁXIMA
Densidad máxima Proctor: 1.684 gr/cc
Densidad máxima Proctor por 95%: 1.599
CBR DE DISEÑO: 36%
7. CONCLUSIONES
17
La gráfica de esfuerzo contra penetración permite conocer el comportamiento en
cuanto a deformación del suelo a medida que se varía la carga aplicada sobre este.
Cuanto mayor sea el valor del CBR, mayor es el grado de compactación en el que se
encuentra el suelo, lo que permite mejorar su calidad, dándole una mayor
resistencia.
El CBR permite saber el uso que se le puede dar a un tipo de suelo para la
construcción de carreteras.
La expansión del suelo debe ser considerada, para evitar problemas de hundimiento
o levantamiento del suelo.
BIBLIOGRAFIA
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Escuela Colombiana de Ingeniería.
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