Este documento describe los métodos estándar ASTM D698 y modificado ASTM D1557 para determinar la densidad máxima seca y humedad óptima de un suelo mediante ensayos de compactación de laboratorio. Explica los equipos necesarios, cómo seleccionar el método apropiado, los procedimientos de preparación de muestras y compactación, y cómo calcular las densidades y graficar los resultados para encontrar la densidad máxima y humedad óptima.
2. OBJETIVO
Determinar el peso volumétrico seco máximo
(γdmáx.) y la humedad óptima (ωópt.) de un suelo
en estudio. Considerando la compactación de
laboratorio como un tipo de compactación similar a
la realizada en un proyecto, con los equipos de
compactación adecuados.
ALCANCE
El método es aplicable a suelos que tenga 30 % o
menos por peso de partículas retenidas en el
tamiz de 19 mm (3/4”).
3. Beneficios de la compactación
Aumenta la capacidad para soportar cargas
Impide el hundimiento del suelo
Reduce el escurrimiento del agua
Reduce el esponjamiento y la contracción
del suelo
Impide los daños de las heladas
4. Toma de muestra en campo
• Muestreo de un flujo de descarga
de agregados (Descarga de una
banda o de un contenedor) .
Aleatoria ASTM D3665.
• Muestreo de una banda
transportadora
• Muestreo desde una pila de
almacenaje o unidad de
transporte
• Muestreo en la carretera (Bases y
Sub-Bases)
5. Granulometría Para Seleccionar Métodos
Método A
Se puede utilizar si el 25% o menos (ver Sec. 1.4) en masa
del material se retiene en el tamiz n º 4 (4.75 mm)
Método B
Se puede usar si el 25% o menos (ver sec. 1.4) en masa del
material se retiene en el tamiz de 3/8”. (9,5 mm).
Método C
Puede utilizarse si el 30% o menos (ver Sec. 1.4) en masa
del material se retiene en el Tamiz de ¾”. (19,0 mm) .
Sección 1.4
Si el material a ensayarse tiene partículas gruesas en un
porcentaje superior al 5% y el resultado es usado para el
control de compactación de suelos debe hacer correcciones
a la densidad seca máxima de acuerdo con la norma ASTM
D 4718, a fin de comparar la densidad seca del terreno con
la densidad seca máxima de compactación correspondiente
al material total utilizado en terreno.
6. EQUIPOS
Molde de 101.6 mm (4”) de diámetro, para los métodos A y B.
Molde de 152.4 mm (6 “) de diámetro, para el método C.
Martillo con caída libre de una altura de 304.8 ± 1.6 mm (12.0 ± 1/16 pulg). Para
próctor Estándar.
Martillo con caída libre de una altura de 457.2 ± 1.6 mm (18.0 ± 0.05 pulg). Para
próctor Modificado.
Extractor de muestra (opcional):
Balanza: con lectura de 1 gramo.
Balanza Digital: con precisión de 0.01 gramos.
Horno de secado: capaz de mantener una temperatura uniforme de 110 5º C.
Enrasador
Tamices: Tamices de 19mm (¾”), 9.5 mm (⅜”) y 4.75 mm (#4).
Herramienta de mezclado: Bandejas rectangulares, espátula, cucharón de
aluminio, palaustre, botella aerosol y agua.
Probeta de 100 ml
Taras
Formato: para anotar datos.
Brocha.
Mazo de goma.
7. SELECCIÓN DE TIPO DE PRÓCTOR Y MÉTODO.
El tipo de próctor y el método será seleccionado de acuerdo a la norma ASTM D698 o D1557
Especificaciones de los métodos.
Para determinar el tipo de martillo a utilizar, además del diámetro de molde y la cantidad de
golpes para proporcionar energía, se procederá de acuerdo a la Tabla N°1.
Tabla Nº 1, de especificaciones de los métodos.
ENSAYO DE COMPACTACION Y EL EQUIPO
ESPECIFICACIONES DE LOS METODOS
Designación
Energía
ft-lbf/ft3
Diámetro y
Volumen del
Molde
Peso del martillo
y altura de caída
Numero de
capas y
golpes por
capas
Límites de
tamaño
superior de
partículas
ASTM AASHTO
Método Método
PS D-698* A T – 99 A 12,375 4" 0.033 5.5 lb 12" 3 25 Nº 4
B B 12,375 4" 0.033 5.5 lb 12" 3 25 Nº 4
C C 12,320 6" 0.075 5.5 lb 12" 3 56 3/4"
PM D-1557+ A T-180 A 56,250 4" 0.033 10 lb 18" 5 25 Nº 4
B B 56,250 4" 0.033 10 lb 18" 5 25 Nº 4
C C 56,000 6" 0.075 10 lb 18" 5 56 3/4"
8. DIFERENCIA ENTRE PROCTOR
ESTANDAR Y MODIFICADO
Energía de compactación usada.
En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de
una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3
camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5
kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la
tierra en 5 camadas con 50 golpes.
PREPARACION DE MUESTRA
La masa requerida para los procedimiento A y B es
aproximadamente 16 kg (35 lb) y para el procedimiento C es
aproximadamente 29 kg (65 lb) de suelo seco, en
consecuencia la muestra de campo debe tener una masa
húmeda mínima 23 kg (50 lb) y 45 kg (100 lb)
respectivamente.
Determinar los porcentajes de retenido en los tamices # 4,
3/8” o ¾” para seleccionar uno de los métodos A, .B o C.
9. PROCEDIMIENTOS.
Definir el tipo de próctor Y los equipo a utilizar, tabla N° 1
Determinar y anotar el volumen del molde y los pesos de
las taras a utilizar.
Definir visualmente un punto aproximado a la humedad
óptimo formando un terrón al apretarlo con la mano y que
ésta mantenga su forma al disminuir la presión.
A partir del contenido de humedad determinada, se
preparan de 4 a 5 muestra de 3 a 6 Kg de suelos secado
al aire, dependiendo del molde a utilizar, con incremento
de aproximadamente 2% de humedad pero no mayor a
4%.(En el caso de la capa Base el incremento será de
≈1,2 %)
Mezclar el suelo con las aguas añadida en incremento,
colocarla en un recipiente cubierto o cerrado y dejar
reposar de acuerdo a la tabla N° 2 ante de la
compactación.
10. PROCEDIMIENTOS.
Tabla N° 2. Tiempo de reposo requerido para
muestras humedecidas.
Clasificació
n
descripción Tiempo mínimo de
reposo
GW Gravas bien graduada, mezcla de grava y arena con
poco o nadas de finos
No tiene ningún
requisito
GP Gravas mal graduadas, mezcla de grava y arena con
poco o nadas de finos
No tiene ningún
requisito
SW Arenas bien Graduadas, arena con gravas, con poco o
nada de finos.
No tiene ningún
requisito
SP Arenas mal Graduadas, arena con gravas, con poco o
nada de finos.
No tiene ningún
requisito
GM Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo. 3 horas
SM Arena limosas, mezclas de arena y limo. 3 horas
Todos los
demás
suelos
16 horas
11. PROCEDIMIENTOS.
Culminada el tiempo de curado, se apoya el molde sobre una base
rígida y se compacta el suelo con número de capas y golpes de
acuerdo a la Tabla N° 1. Procurar que la última capa quede por sobre la
altura del molde, pero no mayor a 2.5 cms.
Se retira todo material adyacente al molde que no ha sido compactada.
Se remueve el collar y se enrasa el molde con suelo compactado.
Se remueve la base del molde excepto si se trata de suelo muy húmedo
o muy seco, luego se pesa y se registra el valor como: Peso del molde
+ suelo húmedo.
Se saca el material del molde y se toman de ellas muestras para
determinar su humedad en dos taras previamente pesada.
Se repiten los pasos con las otras muestras con humedades diferentes
en incremento. No olvidar tomar muestra para las humedades en cada
ensayo.
Es recomendable que esta prueba se logre en un mínimo de 4 ensayes
y un máximo de 6, con el fin que se logre definir la parábola de forma
completa.
Terminada la compactación de la última muestra, se verifica que esta
hayan disminuido o por lo menos sean constante a humedades
mayores.
12. Cálculos de Humedades y Densidades
Humedades
calculo de densidad húmeda.
Calculo de Densidad Seca.
Donde:
W (%): Es el contenido de humedad en porcentaje.
W1: Masa de recipiente mas muestra húmeda, en
gramos.
W2: Masa de recipiente mas muestra seca, en gramos.
Wc: Masa del recipiente, en gramos.
Donde:
γm = Peso volumétrico húmedo en kg/m3
Wm = (Peso del molde + suelo húmedo) – (Peso del molde).
V= Volumen del molde en m3
Donde:
(γd) = peso Volumétrico Seco
ω: es el contenido de humedad expresado en porcentaje.
13. Gráfica
La grafica se realiza indicando los contenidos de humedades (w(%) en
porcentajes) en la abscisa y las densidades o peso volumétrico seco (γd)
en el eje de las ordenadas, para formar una parábola.
En el punto más alto de la parábola, con la horizontal se obtiene el peso
volumétrico seco máximo (γd máx.) y con la vertical se obtiene la
humedad óptima (ω ópt).