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COMPACTACIÓN DE SUELOS

ANTECEDENTES Tener presente: Tres fases: Cuales?

ANTECEDENTES Tener presente: Tres fases: Cuales? Pueden ser comprimidas? A que niveles de tensión?

ANTECEDENTES Tener presente: Tres fases: Cuales? Pueden ser comprimidas? A que niveles de tensión? Todas, dos o una sola de las fases aportará a la resistencia del suelo? Como entiende el significado de resistencia?

Vibradores Profundos

Es una de las varias técnicas usadas hoy en día para mejorar las características geotécnicas de un suelo y es además uno de los más eficientes y de mayor aplicación a nivel universal.

CONCEPTO DE COMPACTACIÓN DEFINICIÓN

Proceso de aplicación de energía mecánica al suelo para disminuir su volumen por reducción de relación de vacíos (agua y aire)

COMPACTACIÓN La compactación es realizada generalmente por medio mecánico, por el cual se obliga a las partículas a entrar mas en contacto con otras mediante la expulsión del aire de los poros.

CONCEPTO DE COMPACTACIÓN OBJETIVOS:

Incrementar la densidad lo que conlleva a: • Resistencia? • Deformabilidad (compresibilidad) → Capacidad de soportar cargas • Potencial de: expansión y contracción? Tiene acceso el agua? • Potencial de erosión? • Permeabilidad?

CONCEPTO DE COMPACTACIÓN OBJETIVOS:

Incrementar la densidad lo que conlleva a: • Aumento de resistencia al esfuerzo cortante • Disminución de deformabilidad (disminución de la compresibilidad) → Soporta más cargas, Impide el hundimiento • Incrementar la estabilidad volumétrica ante la absorción o pérdida de agua: expansión y contracción • Disminuye el potencial de erosión • Reduce la permeabilidad

COMPACTACIÓN VENTAJAS  Aumenta la capacidad de carga y la resistencia del suelo.  Disminuye la compresibilidad y la absorción de agua.  Reduce los asentamientos  Reduce el efecto de contracción  Mejora las condiciones de esfuerzo deformación del suelo

FACTORES QUE INFLUYEN AL MOMENTO DE COMPACTAR • Humedad • Tipo de suelo • Energía específica • El método de compactación • La recompactación • La temperatura y la presencia de otras sustancias

• Compactación en campo Por amasado Por presión Por impacto Por vibración

EQUIPOS DE COMPACTACIÓN

COMPACTACIÓN POR AMASADO Los equipos están constituidos por el rodillo pata de cabra el cual se caracteriza por: • La compactación se realiza de abajo hacia arriba originando una mayor presión en el lecho inferior • Se recomienda compactar en capa de 0,30m de espesor • Se recomienda un numero mínimo de 24 pasadas • Son apropiados para suelos finos (cohesivos)

• Rodillo pata de cabra

COMPACTACIÓN POR PRESIÓN Los equipos por presión están constituidos por los rodillos lisos y neumáticos • Rodillos lisos  La compactación se realiza de arriba hacia abajo disminuyendo con la profundidad de la capa  Se recomiendo compactar en capas de 20 cm  Se recomienda un numero de 8 pasadas  Son utilizados principalmente en suelo gravas y arenosos limpios, así como para el acabado de la superficie

• Rodillo liso

• Rodillos neumáticos. Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm Se recomienda 16 pasadas por capa Son aplicables principalmente en suelos arenosos con finos poco plásticos

• Rodillos neumáticos

• COMPACTACIÓN POR IMPACTO Los equipos de compactación por impacto están constituidos por los pisones Son utilizados en áreas pequeñas Se recomiendan 4 pasadas por capa Son utilizados en suelos plásticos o granulares de granulometría apropiada

• Compactación por impacto

• COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN Estos equipos están presentes por los rodillos vibrantes  Producen una disminución en el rozamiento de las partículas  Se pueden compactar capas hasta de 60 cm  Se recomienda un numero de pasadas mínimo de 8  Son recomendados para suelos granulares y gravas con poco contenido de finos plásticos

• Rodillo vibratorio

Pruebas de Compactación Reproducir, al menos teóricamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. Históricamente, el primer método, es el debido a R.R. Proctor y es conocido como Prueba Proctor Estándar. Concepto del ensayo: establecer como varía la densidad seca máxima al variar el contenido de humedad, aplicando una energía constante. 𝛾ℎ 𝛾𝑑 = (1 + 𝜔)

Influencia de la humedad inicial de compactación dmáx o Peso Unitario Seco Máximo (PUSM)

Existe una opt para dmáx

19,5 Suelo SC (Salto) Experimento Óptimo

3

Peso Específico Seco (kN/m )

19,0

18,5

18,0

17,5

Aumenta  Aumenta d

Aumenta  Disminuye d

17,0 4

5

6

7

8

9

10

11

Contenido de Humedad (%)

12

13

14

15

16

umedad óptima (ópt)

Pruebas de compactación Suelo, pasa tamiz N°4 (4.75mm), agregar agua, y compactar en un molde de 944 cm3 (10.2 cm de diámetro y 11.7 cm de altura, en tres capas con 25 golpes por capa de un martillo de compactación de 25.5 N con caída de 30.5 cm. Esto genera una energía nominal de compactación de 6 kg cm/cm3, calculada con la siguiente fórmula: 𝐸𝑐 =

𝑁𝑛𝑊ℎ 𝑉

Donde:

𝐸𝑐 = Energía nominal de compactación 𝑁= Número de golpes por capa 𝑛= Número de capas de suelo 𝑊= Peso del martillo ℎ= Altura de caída libre del martillo 𝑉= Volumen del suelo compactado

Molde provisto de una extensión desmontable de igual diámetro y de 5cm de altura)

Pruebas de Compactación Debido al avance en tecnologías del equipo de compactación de campo, la energía específica de compactación en la Prueba Proctor Estándar empezó a no representar las mayores energías que podían lograrse con los nuevos equipos. Esto condujo a una modificación de la prueba, aumentando la energía de compactación, conocida como Prueba Proctor Modificada. Energía Proctor Mod. > 4,5 Energía Proctor

Pruebas de compactación La muestra debe secarse al aire o a una temperatura máxima de 60°C. Posteriormente, se deberán romper los terrones de tal manera que se disgreguen sin afectar el tamaño natural de las partículas. Procedimiento: Mezclar la muestra representativa con agua suficiente para humedecerla hasta aproximadamente un 4% por debajo del contenido de humedad óptima.  Pesar el molde en el cual se llevará a cabo el ensayo.  Distribuir la muestra para llenar el molde con tres capas, las cuales deberán ser compactadas mediante 25 golpes uniformemente distribuidos con el martillo de caída libre de 30.5 cm.  Retirar el cilindro de extensión, enrasar la muestra con cuidado  Pesar la muestra en el molde  Sacar la muestra del molde y cortarse verticalmente a través del centro de la misma, tomar una muestra representativa del material (mínimo 100 g), pesar y secar al horno a 110±5°C por un tiempo de 12 horas y determinar la humedad 

Pruebas de compactación Repetir nuevamente el ensayo con diferente contenido de agua:  Romper completamente la porción restante de la muestra moldeada hasta considerar visualmente que el material pase el tamiz N°4, y reúnase con la porción restante de la muestra que se está ensayando.  Agregar agua en cantidad suficiente para aumentar la humedad del suelo 1 ó 2 puntos de porcentaje. 

Cálculos:

𝑊𝑚𝑤 − 𝑊𝑚𝑑 𝜔= × 100 𝑊𝑚𝑑 − 𝑊𝑚

𝛾ℎ 𝛾𝑑 = (1 + 𝜔)

Donde: 𝜔= Porcentaje de humedad en la muestra con base en el peso seco del suelo en el horno. 𝑊𝑚𝑤 = Peso del molde y el suelo húmedo 𝑊𝑚𝑑 = Peso del molde y el suelo sueco 𝑊𝑚 = Peso del molde 𝛾𝑑 = Peso unitario seco del suelo compactado 𝛾ℎ = Peso unitario húmedo del suelo compactado

Pruebas de compactación Teniendo en cuenta que el Proctor modificado fue realizado para aumentar la energía de compactación, se requirió entonces aumentar de tres a cinco capas de suelo distribuidas en porciones similares, en la que se si bien se aplican los mismos 25 golpes, el martillo requerido es de 4.5 kg y con una altura de caída de 45.7 cm. Esto libera una energía nominal de compactación al suelo de 27.2 kg cm/cm3.

Influencia de la humedad inicial de compactación dmáx o Peso Unitario Seco Máximo (PUSM)

Existe una opt para dmáx

19,5 Suelo SC (Salto) Experimento Óptimo

3

Peso Específico Seco (kN/m )

19,0

18,5

18,0

17,5

Aumenta  Aumenta d

Aumenta  Disminuye d

17,0 4

5

6

7

8

9

10

11

Contenido de Humedad (%)

12

13

14

15

16

umedad óptima (ópt)

Influencia del tipo de suelo

Descripción Granular grueso bien graduada Granular medio bien graduada Granular medianamente graduada

Arcilla limosa arenosa pobre Arcilla limosa pobre Loess limoso Arcilla pura Arena pobremente graduada

Influencia del tipo de suelo Suelo

Descripción

Wl(%)

IP(%)

1

Granular grueso bien graduada

16

NP

2

Granular medio bien graduada

16

NP

3

Granular medianamente graduada

22

4

4

Arcilla limosa arenosa pobre

28

9

5

Arcilla limosa pobre

36

15

6

Loess limoso

26

2

7

Arcilla pura

67

40

8

Arena pobremente graduada

-

NP

Puede apreciarse que para suelos bien gradados, los valores de densidad máxima son elevados y las humedades óptimas relativamente bajas. Suelos Finos: Las arenas limosas son en general las que dan densidades secas más elevadas, las arcillas puras por el contrario dan densidades secas relativamente bajas, con humedades óptimas más elevadas. En el caso de las arenas uniformes (curva 8), se obtienen densidades bajas y se evidencia una curva más achatada. Las curvas Proctor de arcillas son con mucha frecuencia más aplastadas que las curvas de arenas y limos arenosos pobremente gradados.

Curvas de compactación variando la energía de compactación

INFLUENCIA DEL TIPO DE SUELO Los factores inherentes al suelo que condicionan la compactación, están vinculados a las características de las partículas, a saber:

• Forma: Será mayor cuanto más se aparte de la forma esférica la partícula. • Distribución de los tamaños (granulometría). • Textura de la superficie (arena, limo, arcilla). • Orientación relativa entre partículas.

Influencia de la compactación sobre la estructura de los suelos finos El suelo tiende a estar más floculado cuando se compacta en al rama seca que cuando se compacta en la rama húmeda, debido a que con el aumento de la humedad tienden a aumentar las repulsiones entre partículas. Para una determinada humedad de compactación, el aumento de la energía de compactación tiende a dispersar el suelo, especialmente por el lado húmedo y en cierto grado por el lado seco.

Influencia de la compactación sobre la permeabilidad de los suelos finos

Influencia de la compactación en la resistencia

ALGUNAS CONSIDERACIONES

ALGUNAS CONSIDERACIONES

Compaction Specifications:

Compaction performance parameters are given on a construction project in one of two ways: 1- Method Specification detailed instructions specify machine type, lift depths, number of passes, machine speed and moisture content. A "recipe" is given as part of the job specifications to accomplish the compaction needed. 2- End-result Specification Only final compaction requirements are specified (95% modified or standard Proctor). This method, gives the contractor much more flexibility in determining the best, most economical method of meeting the required specs.

Sobre una muestra de suelo se realizó un ensayo de compactación. El peso del molde es de 5750 gr y el volumen de la muestra 2124 cm3. Establezca la densidad seca máxima y la humedad óptima. Asuma una gravedad específica de 2,7 y grafique las curvas del 100% y 95% de saturación. Evalúe los resultados. El peso del molde y el suelo para las distintas pruebas es: 9810gr, 10100gr, 12225gr, 10105gr, y 9985gr, y las humedades respectivas calculadas fueron 5.2, 6.8, 8.7, 11 y 13 (%)

𝛾ℎ 𝛾𝑑 = (1 + 𝜔)

G  G    G  G  G  s

d

sw

sw

1 s 1 s 1 s S S 100