Mecanica de Suelos i 8 Compactacion de Suelos

Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

¿Qué es la compactación?

Es la densificación del suelo por remoción de aire, lo que requiere energía mecánica.


¿Qué es la compactación? La compactación es el procedimiento de aplicar energía al

suelo suelto para eliminar espacios vacios, aumentando asísu densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte yestabilidad entre otras propiedades.

Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades deingeniería del suelo.


Ventajas de la CompactacionLa compactación permite el mejoramiento de las siguientes

propiedades:

Aumenta la capacidad de soporte del suelo. Reduce los asentamientos del terreno. Reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la

penetración del agua. El agua fluye y el drenaje puederegularse.

Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo, ya quesi hay vacíos, el agua penetra y habrá un esponjamiento eninvierno y contracción en verano.

Impide los daños de las heladas, puesto que el agua seexpande y aumenta el volumen al congelarse, haciendo quepavimentos se hinchen y losas y estructuras se agrieten.


Principios Generales Cuando se agrega agua al suelo durante la

compactación, este actúa como un agente ablandadorde las partículas de suelo, que hace que se deslicenentre si y se muevan a una posición de empaque masdenso.


Principios Generales El grado de compactación de un suelo se mide en

términos de su peso especifico seco.


Suelo húmedo

Suelo seco

Relación entre el peso específico

seco y el contenido de humedad:

Humedad

Curva de Compactación


Compactación en Campo


La mayor parte de las compactaciones de campo se hacen con compactadores de rodillos, de los cuales hay cuatro tipos:

1. Compactador de rodillos de rueda lisa (o rodillos de tambor liso).

2. Compactador de neumáticos de hule.

3. Compactador con rodillos de pata de cabra.

4. Compactador de rodillos vibratorios.

Compactador de rodillos de rueda lisa

La compactación se logra utilizandouna maquina pesada, cuyo pesocomprime las partículas del suelo, sinnecesidad de movimiento vibratorio.

Son apropiados para rodadas deprueba de subrasantes y para laoperación final de rellenos con suelosarenosos y arcillosos,

No son apropiados para producir altospesos específicos de compactación alusarse en capas gruesas.

Cubren el 100% bajo las ruedas conpresiones de contacto con el suelo de310 hasta 380 kN/m2.


Compactador de neumáticos de hule

Son mejores en muchos aspectosque las de rodillo liso.

Tiene varias hileras de neumáticos,que van colocados cerca uno deotro, cuatro a seis en una hilera.

Se usan para la compactación desuelos arenosos y arcillosos.

La compactación se logra por unacombinación de presión y acción deamasamiento.

Cubren aproximadamente de 70% a80% bajo los neumaticos, y lapresión de contacto varia entre 600y 700 kN/m2.


Compactador con rodillos de pata de cabra

Son tambores con un gran numerode protuberancias . El área de cadauna de estas protuberancias variaentre 25 y 85 cm2.

La compactación se logra aplicandoal suelo altas presiones distribuidasen áreas mas pequeñas que losrodillos lisos.

Tienen su mayor efectividad en lacompactación de suelos arcillosos.

La presión de contacto bajo lasprotuberancias varia entre 1380 y6900 kN/m2.


Compactador de rodillos vibratorios Los rodillos vibratorios son muy

eficientes en la compactación desuelos granulares.

La compactación se lograaplicando al suelo vibraciones dealta frecuencia, las cuales seproducen girando pesosexcéntricos.

Compacta los primeros 200 a 300mm, por lo tanto es necesariocompactar por capas.

Las placas vibratorias manualesse usa para la compactaciónefectiva de suelos granularessobre un área limitada.


Elección del método de compactación Suelos Granulares:

Se comportan mejor por vibración.

La vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propio peso.

- Placas y rodillos vibratorios.

- Masas desde altura (compactacion dinámica)

Suelo Cohesivos:

Se comportan mejor por amasado e impacto.

La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partículas en los vacios con la vibración. La fuerza de impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie.

-Pisones

-Rodillo pata de cabra y neumático.


Seleccion del tipo de maquina


Curvas de crecimientopara una arcillalimosa; relación entreel peso especifico secoy el numero depasadas de un rodillode 84.5 kN de tresruedas cuando escompactada en capassueltas de 229 mmbajo diferentescontenidos de agua.


Relación entre el peso especifico seco y el numero de pasadas de un rodillo de 84.5 kN

Variación del peso especifico seco con el numero de pasadas de un rodillo

Compactación por vibración de una arena; variación del peso especifico seco con el numero de pasadas de un rodillo; espesor de la capa = 2.44 m.


Proctor Estandar


Proctor Estandar


variación del peso especifico seco con el

numero de pasadas de un rodillo

variación del peso especifico seco con el

numero de pasadas de un rodillo

Metodos de Ensayo


Equipo de Ensayo


Ensayo


Cálculos


Curva Proctor


Proctor ModificadoCon el desarrollo de rodillospesados y su uso en lacompactación en campo, laprueba Proctor Estandar fuemodificada para representarmejor las condiciones decampo. A esta se le llamaprueba Proctor Modificada enel que se aplica mayor energíade compactación que elestándar siendo el que esta masde acuerdo con lassolicitaciones que las modernasestructuras imponen al suelo.

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Esta diferencia se debe a la

existencia de modernos equipos de

compactación más

pesados que permiten densidades

más altas en campo.

Proctor Modificado


ASTM D 1557 Proctor Modificado


Proctor Modificado


Ensayos de compactación estándar y modificado


Valores típicos

Rango aproximado de OCH vs. Tipo de suelo


Tipo de sueloValor probable ( % ) OCH

Ensayo ProctorModificado

Grava tipo afirmado 4 – 8

Arena 6 – 10

Arena limosa 8 – 12

Limo 11 – 15

Arcilla 13 – 21

Factores que afectan en la compactación


Tipo de suelo


Esfuerzo de compactación


Compactación en obra

Reglas del buen arte

Clasificación del material de aporte (LL < 40, IP < 10, ~ML o A4)

Selección del equipamiento adecuado (tipo de suelo y tarea)

Número de pasadas por sector (entre 6 y 10)

Velocidad de paso de los equipos compactadores (3 a 5 km/h)

Humectación del suelo cercana al valor de ωópt (+/- 2 a 3%)

Compactar en capas entre 15 – 30 cm de espesor

Controles de densidad in situ en número suficiente


Especificaciones para compactación en campo

En la mayoría de las especificaciones para trabajos deterracerías, una estipulación es que el contratista debelograr un peso especifico seco por compactación encampo del 90% al 95% del peso especifico secomáximo determinado en laboratorio por la pruebaProctor estandar o por la modificada. Estaespecificación es, de hecho, para una compactaciónrelativa R, que se expresa como:


Procesamiento del suelo

Como es difícil lograr y mantener el contenidode humedad óptimo con exactitud en elcampo, la práctica normal sugiere trabajardentro de un rango aceptable.

Este rango está usualmente entre ±2% delóptimo y se permite lograr una densidad lomás cercana posible a la máxima con elmínimo esfuerzo de compactación.


Condición mas económica de compactación


Las curvas de compactación A,B y C son para el mismo suelocon esfuerzo de compactaciónvariable.La curva A representa lascondiciones de esfuerzo decompactación máximo que seobtiene con el equipo existente.

La curva C representa lascondiciones de esfuerzo decompactación que se requierepara lograr el peso especificoseco mínimo de campo.(γd(campo) = Rγd(max lab)).

Espesores de Capas de Compactacion


Control de la compactación en campo


Tres procedimientos estándar se usan para determinarel peso especifico de campo de compactación:

1. Método del cono de arena

2. Método del globo de hule

3. Método nuclear

Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM)

La arena debe ser limpia,uniforme, seca, no cementada,durable y que discurra libremente.

Debe tener un coeficiente deuniformidad menor de 2.

El tamaño maximo de particulasmenor que 2.00 mm (malla Nº 10)y menos del 3% en peso que pasela malla de 250 um (malla Nº 60).

Debe estar libre de finos yparticulas de arena fina.

Son deseables arenas naturalessubredondeadas o redondeadas.



El recipiente se llena con arena Otawwa seca muy uniforme.

Se determina el peso del envase, del cono y de la arena que llena el recipiente (W1 ).



Se excava un agujero de 15 cmde profundidad en el áreadonde el suelo fue compactado.

Se determina el peso delsuelo húmedo excavado delagujero (W2) y el contenido deagua del suelo excavado (w).

El peso seco el suelo (W3) seobtiene con:



Se permite que la arena fluya del envase al agujero y al cono. Una vez que el agujero y el cono están llenos, se determina el peso del recipiente, del cono y de la arena restante en el envase (W4), de modo que:

W5 =W1 - W4

Donde W5 = peso de la arena para llenar el agujero y el cono.



El volumen de agujero excavado sedetermina como:

Wc = peso de la arena para llenarúnicamente el cono.

γd (arena) = peso especifico seco de laarena de Ottawa usada.

Los valores de Wc y γd (arena) sondeterminados a partir de lacalibracion hecha en laboratorio.



El peso especifico seco de la compactación hecha en campo se determina ahora como:

La peso especifico seco obtenido se compara con el peso especifico seco máximo del Proctor.


Método del globo de hule (D-2167 de la ASTM)

El procedimiento para el método del globo de hule es similar al del método del cono de arena.


Método nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).

Se puede medir tanto la densidadtotal como el contenido dehumedad del suelo in situmediante técnicas de radiacióngama controlada.

Las ventajas de este métodonuclear con los otros métodos sonla disminución del tiemporequerido para cada ensayo.

Es un ensayo no destructivo.

Proporciona resultados en sueloscon agregados de gran tamaño.

Utiliza materiales potencialmentepeligrosos y contaminantes,permisos especiales para su uso.


Método nuclear (ASTM D 2922 y D 3017)

La determinación de la densidad total ó densidad húmeda a través deeste método, está basada en la interacción de los rayos gammaprovenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitasexteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detectorgamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro oadyacente al material a medir.


Densímetro nuclear

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