ENSAYO DE RELACIONES HUMEDAD - DENSIDADENSAYO DE COMPACTACION

ASTM D 698 - 70 y ASTM D 1557 - 70AASHTO T 99 - 70 v AASHTO T 180 - 70

OBJETIVO

Es la determinacin de la densidad seca mxima (mx) de un suelo para un contenido de de humedad ptimo ( CHO ), resultado de compactacin o incremento de energa que se le da al suelo.

EQUIPO, HERRAMIENTAS Y MATERIALES

Equipo de compactacin Anillo de compactacin de = 10,30 cms., altura 12,0 cms., y volumen de 1000 cm3, o molde de 944 cm3, collar del mismo dimetro y base cuadrada o redonda de ". Martillo de compactacin de 24,5 N, con altura de cada de 30,48 cm., o Martillo de compactacin de 44,5 N, con atura de cada de 46.0 cm. Malla o zaranda de N 4 (alternativa de 3/8" o "). Martillo de goma. Bandeja grande de 0.80 x 0.80 mts. para mezclar el suelo. Recipiente con capacidad de 5 kg., cinco unidades. Balanzas de capacidad de 20 kg.. precisin al gramo. Balanza de precisin al 0,01 gr. Homo con control de temperatura de 110 5 C Probetas graduadas de 100, 250 y 500 ml. Escantilln o ngulo metlico de 30 cm. Latas de humedad 10 unidades, limpias e identificadas. Brocha de 2". Venier Agua destilada 3 lts Muestra de suelo gravo arcilloso 35 kg. De < 3/4"

ANTECEDENTES

El ensayo Standart consiste en tomar 3 kilos de suelo, pasarlos a travs del tamiz N 4, aadir agua y compactarlos en un molde de 944 cm3 en tres capas con 25 golpes por capa con un martillo de compactacin de 24.5 N. con cada de 0.305 mts en el suelo. Esto libera una energa nominal de compactacin (en kg/joules o Kj) al suelo de:

Donde:Wr: masa del martillo Kg.H: altura de cada del martillo cm.Nb: nmero de golpes por capasNI: nmero de capasV : volumen del molde cm3

Los ensayos Proctor Estndar y Proctor Modificado deben cumplir con una determinada energa de compactacin correspondiente.

Luego de compactada de esta manera la muestra es removida del molde y desbaratada nuevamente hasta obtener grumos de tamao aproximado del tamiz N 4 de acuerdo con estimacin visual, se toman muestras para contenido de humedad, se aade ms agua, se mezcla cuidadosamente el suelo, y se procede a compactar nuevamente en el molde. Esta secuencia se repite un nmero de veces suficiente para obtener datos que permitan dibujar una curva de densidad seca contra contenido de humedad con un pinito dependiente 0 (un valor mximo) y suficientes puntos alrededor de ese mximo para definir adecuadamente su localizacin. La ordenada de este diagrama es la densidad seca. La ordenada mxima de este diagrama se conoce como la densidad mxima, y el contenido de humedad al cual se presenta esta densidad se denomina Contenido de humedad ptima (CHO).

Consideraciones importantes para la realizacin de este ensayo

1.- Para que un ensayo sea standard, los resultados deben ser reproducibles y el hecho de usar muestras frescas cada vez o reutilizar las muestras compactadas en el siguiente punto. Produce diferencias grandes en los valores mximos de densidad seca - no es extrao obtener de esta manera diferencias de 0.8 a 1.2 KN/m3, aunque estas puedan reducirse de 0.2 a 0.4 KN/m3 con mezcla mecnica adicional por espacio de 8 a 10 minutos. En suelos de baja plasticidad, las diferencias son negligibles (en la mayora de los casos. En suelos curados (mezclados con agua por espacio de 10 y 12 horas antes del ensayo), dichas diferencias son menores.

2.- Cuando se trabaja con suelos secados al aire, a menos que la primera muestra se mezcle con el primer incremento de contenido de humedad y se le permita un curado (toda la noche}, los resultados pueden traducirse en unos puntos errticos (en lugar de una curva continua) en la parte seca de la curva. La falta de curado tambin puede desplazar el CHO a la derecha (tiende a aumentarlo) de la curva de densidad seca contra humedad. Algunos suelos pueden dar una curva "errtica" en la parte seca como una caracterstica del suelo.

3.- Si el cilindro de suelos no es compactado en tres incrementos aproximadamente iguales, los puntos de la curva tambin se mostraran errticos, es decir, no caern en una curva continua a cada lado del ptimo.

4.- Para evitar que compactar un gran nmero de cilindros y teniendo en cuenta que 5 puntos bien espaciados determinan muy bien la curva, es deseable comenzar el ensayo a un contenido de humedad entre 4 y 5% cercano al CHO. Aadiendo entonces 2% de humedad (por peso) en cada ensayo sucesivo, el ltimo punto se encontrar 4 a 5% de humedad dentro del lado hmedo del pico de la curva. Para ayudar en la determinacin de la humedad del punto de comienzo, se presenta la figura junta; permitindonos estimar el CHO dentro de un 2% de confiabilidad, si existe razonable exactitud en la determinacin de los valores de los lmites lquido y plstico. Con la prctica, es posible estimar el CHO aadiendo agua a una porcin de suelo en la mano hasta que el suelo se deforme dejando la huella de los dedos cada vez que se le aplique un esfuerzo de amasamiento promedio y que el suelo moldeado de esta forma se resista a la ruptura en pedazos. Si se seca esta muestra para obtener su contenido de humedad se tendr un buen estimativo del CHO.

5.- El molde de compactacin debe colocarse sobre una superficie que no vibre durante el proceso de compactacin de manera que la energa de compactacin no se pierda en producir desplazamientos en la base. La ASTM recomienda hacer descansar el molde sobre una base consistente de un cilindro o bloque rgido de concreto con una masa de por lo menos 90 kgs.La compactacin produce estabilizacin del sucio (es uno de los mtodos ms baratos de estabilizacin), mediante la introduccin de energa en el sucio de la siguiente forma:

SIMULADO

MtodoEn LaboratorioEn El Terreno

ImpactoPrctica Patrn de compactacinNada comparable

Accin de amasamientoAparato miniatura de Harvard, mtodo de HveemRodillo pata de cabra, rueda balanceante

VibracinMesa VibradoraRodillo vibratorios y compactadores

Compresin esttica (o dinmica)Mquina de compresinRodillo de rueda lisa.

El esfuerzo de compactacin imparte al suelo:1. Un incremento en la resistencia al corte, pues ella es funcin de la densidad (las otras variables son estructura, y c).2. Un incremento en el potencial de expansin.3. Un incremento en la densidad [ = f (e)].4. Una disminucin de la contraccin.5. Una disminucin en la permeabilidad [k = f (e)].6. Una disminucin en la compresibilidad [S = f (e)].

Con lo cual se indica que al especificar la compactacin de un suelo es ms que el simple requerimiento de incrementar la densidad del suelo.

Es muy importante especificar el tipo de suelo al cual se le aplican los criterios de compactacin en un proyecto dado con el fin de eliminar por ejemplo, problemas con el cambio de volumen.

La estructura resultante de la masa de suelos (especialmente cuando hay suelos finos presentes), se asocia ntimamente con el proceso de compactacin y el contenido de humedad a la cual se compacto la masa del suelo.

La masa de suelo involucrada en el proceso de compactacin comienza como un sistema de tres fases:

Suelo, agua y aire. Durante los primeros ensayos hay una cantidad considerable de aire presente, pero el proceso produce un cambio de estado en el cual cada vez hay ms suelo y agua presentes. An en la situacin de CHO existe una cantidad de aire considerable. En la parte hmeda de la curva el efecto principal es el desplazar ms y ms aire por agua. Si el proceso fuera completamente eficiente, sera posible reemplazar todo el aire de los vacos con agua para producir un sistema de sus fases (una condicin de cero - aire - vacos). Como nunca es posible sacar todo el aire de los vacos, lo cual resultara en una condicin S= 100%, cualquier curva de compactacin estar siempre por debajo de la curva aire - vacos.Para cualquier contenido de humedad w dado el peso unitario cero - aire - vacos, se calcula como:

(1)

El lugar geomtrico de los puntos determinados por esta ecuacin produce una curva ligeramente cncava hacia arriba.Un gran nmero de factores entre los cuales se destacan los siguientes, influyen sobre la compactacin del suelo:TemperaturaTamao del molde (al mantener la relacin dimetro/altura aproximadamente constante el efecto se hace despreciable)Distribucin de golpes en cualquier capaExceso de cantidad de suelo en el moldeTipo de suelo (ntese que solo los suelos cohesivos pueden compactarse utilizando mtodos de impacto).Cantidad de procesamiento (mezclado, curado, manipulacin)

PROCEDIMIENTO:

1.- Tomar 3 kilos de peso de suelo secado al aire, pulverizarlo suficientemente para que pase el tamiz N 4, mezclarlo con agua necesario para hacer el incremento de humedad basado en porcentaje de peso seco. El porcentaje uncial de incremento de agua debera tener en cuenta el contenido de humedad 4 a 5 % por debajo del CHO. y obtener el CHO de la figura o por cualquier otro medio de estimacin, el suelo y el agua deberan mezclarse con anterioridad y curarse por espacio de 24 horas antes del ensayo.

2.- Si el suelo se ha "curado", aadir 1% de humedad por peso [0.01 x 3 = 0.03 kilos (30 ml)], para tener en cuenta las prdidas por evaporacin mezclara esta agua al suelo cuidadosamente.

3.- Pesar el molde compactacin, sin incluir la base ni el collar

4.- Medir el molde de compactacin para determinar su volumen

5.- Usar bien el mtodo patrn de compactacin o bien el modificado como se especifiquen y compactar un cilindro de suelo. Si se utiliza el cilindro de 1,000 cm3, utilizar 26 golpes por capa en lugar de 25 para producir la misma energa de compactacin en cada ensayo.

6.- Enrasar cuidadosamente la base y la parte superior del cilindro compactado al suelo con una regla metlica. Llenar cuidadosamente con suelo o gravas pequeas cualquier agujero que pudiera haber quedado en la superficie o haberse hecho por remocin de alguna grava en el proceso de emparejamiento de la superficie.Si el molde no llena por encima de la junta del collar durante la compactacin de la ltima capa repetir el ensayo.En el otro extremo debera tratarse de evitar tener ms de 6 ml de suelo sobre el nivel de la junta. Si queda un exceso muy grande de material por encima de la junta del collar, es posible que al remover el collar se remueva la ltima capa de suelo compactado debindose de reemplazar apropiadamente dicha capa. Recordar que se tiene un error multiplicador de 1,060 en este proyecto: Por consiguiente un error de 15 gr de suelo producen un error de compactacin cercano a 0.15 KN/m3 - y 15 g. de suelo no es una cantidad muy grande.

7.- Pesar el molde lleno de suelo hmedo

8.- Extraer el cilindro de suelo del molde y tomar dos muestras para contenido de humedad una cercana a la parte superior del molde y otra a la parte inferior.

9.- Despedazar la muestra hasta tamao aproximado del tamiz N 4 y aadir 2% (basado en el peso original de la muestra de 3 kilos) de agua. Mezclar nuevamente con cuidado repetir los pasos 5 a 9 hasta que, sobre la base del peso hmedo, se obtengan dos valores de peso de material compactado ligeramente menores de un determinado valor pico.

10.- Al da siguiente pesar las muestras de contenido de humedad secadas al horno para encontrar el promedio real de contenido de humedad de cada ensayo.

11.- Calcular el peso unitario seco y hacer una grfica de seco contra contenido de humedad, con peso especifico seco como ordenada. En esta curva dibujar la curva cero - aire - vacos.

Si Gs no se conoce, suponer que la densidad cero - aire - vacos en el contenido de nimiedad ptimo es 5% mayor que la mxima densidad seca. De esta suposicin se puede calcular el valor de Gs para el suelo y encontrar la densidad seca a otros valores de contenido de humedad para dibujar la curva de cero - aire -vacos. Si la curva cae debajo de la curva de compactacin en cualquier punto el porcentaje de 5% supuesto fue incorrecto, de manera que se puede hacer incrementos adicionales de 1% de densidad y recalcular hasta que se obtenga una curva - cero - aire - vacos que carga en todos sus puntos por encima de la curva de compactacin. asegurarse de utilizar una buena escala para la curva de compactacin ya que este grfico se utiliza para propsitos cuantitativos.

12.- Mostrar el limite lquido, limite plstico, Gs y la clasificacin AASHTO de este suelo en los formatos de datos al lado de la. curva de compactacin.

13.- En la memoria de clculo deducir la ecuacin (1) para cero - aire - vacos.REFERENCIAS