aula 11, compactación de suelos

7/24/2019 Aula 11, Compactacin de Suelos

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Compactacin de Suelos

Aula No. 11

Clases Magistrales de Geotecnia I, Universidad de Medelln - Juan Fernando Daz S IC, MSc Geotecnia


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Me!oramiento de Suelos


"a compactacin es un proceso mec#nico e!ecutado para me!orar las caractersticas decomportamiento de un suelo $n rigor, es una de las varias t%cnicas usadas &o' en da parame!orar las caractersticas geot%cnicas de un suelo ' es adem#s uno de los m#s e(icientes ' deaplicacin m#s universal

M$)*D*S D$ M$J*+MI$)* D$ "*S SU$"*S

M$)*D*S F.SIC*S M$)*D*S /U.MIC*S M$)*D*S M$C0IC*S

Con(inamiento1suelo

(riccionante2 Consolidacin

1suelos arcillosos2

Mezclas 1suelocon suelo2

3i4ro(lotacin

Con Sal

Con cemento

Con as(alto

Con cal

Compactacin


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/ue es la Compactacin de Suelos


"a compactacin es entonces un proceso mec#nico por el cual las partculas del suelo son reordenadasaumentando el grado de empa5uetamiento de las mismas disminu'%ndose entonces los espaciosvacos al interior de la estructura ' aumentando la densidad

$6pulsin de I+$ de los poros

Suelos parcialmente saturados

plica para suelos grueso ' (ino granulares

7rovocada por agentes antrpicos o arti(iciales Se aplican normalmente cargas din#micas

Me!ora las condiciones de apo'o ' lascaractersticas de asentamientos en un corto

periodo de tiempo

C*S*"IDCI8 C*M7C)CI8

$6pulsin de GU de los poros

Suelo completamente saturado

plica solo para suelos (ino granulares

7rovocada por la aplicacin e carga o agentesnaturales

Se aplican normalmente cargas est#ticas

Me!ora las condiciones de apo'o ' lascaractersticas de asentamiento en un largo periodode tiempo


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$l *4!etivo de compactar un suelos


$l proceso de compactacin 4usca el me!oramiento de tres propiedades 4#sicas en los suelos9

DEFORMABILIDAD

RESISTENCIA AL CORTE

DRENAJE

Disminucin de los espacios vacos del suelo para reducir lacompresi4ilidad del mismo e incrementar la esta4ilidad volum%tricaante la adsorcin o perdida de agua

umentar la resistencia al corte del suelo mediante el aumento delempa5uetamiento de las partculas lo 5ue &ace 5ue aumente elrozamiento interno entre las mismas

Disminuir la permea4ilidad del suelo al disminuir la relacin de vacos,aumentando la tortuosidad del medio lo 5ue &ar# 5ue el suelo presentema'or resistencia a paso del agua


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7rincipales Usos de la Compactacin


7resas de )ierra

$structuras de 7avimentosMe!orar condiciones de

esta4ilidad ' estan5ueidad

Me!orar condiciones deesta4ilidad ' asentamientos

Cimentaciones

Me!ora de la capacidad desoporte del suelo


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$nsa'o de Compactacin


$l contenido de agua tiene una in(luencia determinante tanto en los procesos de compactacin de campo como en ella4oratorio $sta in(luencia (ue conocida por el ingeniero + + 7roctor 5uien la esta4leci en los t%rminos actuales

midiendo la compactacin por el peso unitario seco del suelo mediante el denominado ensa'o de compactacin 7roctornormal o est#ndar, 5ue posteriormente (ue modi(icado para proponer el precisamente llamado ensa'o de compactacin7roctor modi(icado

$l m%todo 7roctor para compactar suelos en la4oratorio, normal o modi(icado, consiste en compactar un suelo dentro deun molde cilndrico, en varias capas, por el e(ecto de la cada li4re de un pisn desde una altura determinada

METODO PROCTOR

$l m%todo 7roctor est#ndar (ue desarrollado en :;


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"a Curva de Compactacin


$n el ensa'o 7roctor, el suelo se compacta con di(erentes contenidos de &umedad ' para cada una de las cuales se determinael correspondiente peso unitario seco De esta manera, el ensa'o permite estudiar la relacin 5ue se esta4lece entre el pesounitario seco del suelo ' el contenido de agua del mismo, cuando se emplea una cierta energa de compactacin

Finalmente es posi4le determinar la cantidad apropiada u ptima de agua 5ue se de4e usar en la compactacin del sueloen el campo para 5ue el peso unitario resultante sea el m#6imo posi4le 5ue se puede o4tener con una energa decompactacin similar a la usada en el la4oratorio


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"a Curva de Compactacin


RAMA SECA:

$n este tramo en la medida 5ue aumenta elcontenido de &umedad 1=2 la lu4ri(icacin entrelos granos aumenta permitiendo lareacomodacin de las mismas lo 5ueconsecuentemente genera un aumento de ladensidad seca m#6ima 1d2

RAMA HMEDA:

$n la medida 5ue continua aumentando la &umedad1=2 ' se &a ocluido la (ase de aire en los poros delsuelo, se comienzan a generar incrementos depresiones de poros, por lo 5ue la energa de lacompactacin e(ectiva disminu'e al ser transmitida

al agua 5ue es incompresi4le, consecuentementedisminu'e la densidad seca m#6ima 1d2

Cuando se llega a un cierto nivel de contenido de agua en el suelo 1=2, se alcanza un punto donde el contenido deaire del suelo alcanza un volumen mnimo, con lo 5ue la densidad en seco un m#6imo $l contenido de agua

correspondiente a la densidad seca m#6ima 1dma62se llama el >contenido de &umedad ptimo? 1@=opt2


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"a Curva de Saturacin

LA CURVA DE SATURACIN

"a curva terica de la compactacin o la curva desaturacin total es simplemente una curvaau6iliar para determinar la calidad del ensa'oe!ecutado

$sta curva se re(iere a la 5ue se o4tendra si se lograra con el ensa'o de compactacin e6traer a4solutamente todo el aire del suelo 1cerovolumen de aire2, de manera 5ue 5uedara en una condicin de saturacin total 1S A :BB@2 De acuerdo con esto, teniendo el peso especi(ico

de las partculas Gs, el peso unitario seco para trazar la curva terica de la compactacin se o4tiene dando en la ecuacin valores di(erente a =' considerando 5ue el grado de saturacin del suelos es del :BB@

$sta curva se o4tiene con 4ase en la siguientee6presin, 5ue relaciona el peso unitario seco1d2 de un suelo con el peso unitario del agua1@=2, la gravedad espec(ica de los slidos 1Gs2,la &umedad 1=2 ' el grado de saturacin 1S29

S

wG

G

s

wsd

+

=

:

$n la pr#ctica, es imposi4le e6traer a4solutamente todo el aire de los vacos de manera 5ue es imposi4le llegar a una condicin de saturacintotal como la sugerida por la curva terica de la compactacin $sto indica 5ue la curva de compactacin en la4oratorio no de4e tocar a la

terica ' 5ue por el contrario siempre de4e 5uedar a la iz5uierda de %sta


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$(ecto de la $nerga de Compactacin


"a di(erencia entre los dos tipos de ensa'o 7roctor est# en la energa de compactacin 5ue se apli5ue $sta energa, lacual tiene gran in(luencia en los resultados del ensa'o de compactacin, se cuanti(ica como9

V

NnWhE =

es el nmero de golpes por capa,

n es el nmero de capas de suelo,

es el peso del pistn, & es la altura de cada li4re

del pistn3 es el volumen del suelo compactado

PROCTOR ESTANDAR PROCTOR MODIFICADO

"a prue4a 7roctor est#ndar, utiliza un pistn de E,E l4 5ue cae desdeuna altura de : para compactar el suelo en tres capas, con aplicacin

de E golpes por cada una si se utiliza el molde de H pulgadas dedi#metro 1:


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$(ecto de la $nerga de Compactacin


Un aumento de la energa de compactacin se traducir# en un aumento de la densidad seco

m#6ima ' una disminucin correspondiente en el contenido de &umedad ptimo

"a SSN)* considera la posi4ilidad de &acer la prue4a est#ndar en un molde m#s grande de pulgadas de di#metro1


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In(luencia de la aturaleza del Suelo


Compactaci ! S"!#o$ %&"!$o '&a"#a&!$

"a naturaleza del suelo tiene gran in(luencia en los procesos de compactacin $n particular se encuentran grandes di(erencias en elcomportamiento de suelos con estructura simple o de granos aislados ' (orma e5uidimensional 1gravas, arenas ' limos no pl#sticos2

' los suelos de (ormas laminares ' cu'as estructuras son un poco m#s comple!as 1limos pl#sticos ' arcillas2

Compactaci ! S"!#o$ Fio '&a"#a&!$

$n estos suelos, la compactacin no puede producir m#s 5ue otra estructura simple, m#s densa $sta estructura, 5ue es esta4le ante laadsorcin o p%rdida de agua, presenta la compresi4ilidad tpica de estos suelos ' la resistencia depender# de la compacidad alcanzada"a compactacin creciente de estos suelos suele conducir a (ormaciones cada vez menos compresi4les ' m#s resistentes

$n estos suelos a medida 5ue aumenta la energa de compactacin se o4tienen me!ores comportamientos, aun5ue e6isten ciertos

inconvenientes, por e!emplo, la so4re compactacin podra generar la ruptura de las partculas duras

$n estos suelos, la ruptura de las estructuras iniciales, 5ue son generalmente mu' comple!as, seguida de posterior reacomodo producede nuevo estructuras mu' ela4oradas, compresi4les e inesta4les al adsor4er agua

Cuando se compacta en al rama seca el suelo tiende a estar m#s (loculado 5ue cuando se compacta en la rama &meda, de4ido a 5ue conel aumento de la &umedad tienden a aumentar las repulsiones entre partculas 7ara una determinada &umedad de compactacin, elaumento de la energa de compactacin tiende a dispersar el suelo, especialmente por el lado seco ' en cierto grado por el lado &medo

"a resistencia tiende a aumentar con la compactacin pero dic&a resistencia podr# perderse en gran medida si el suelo gracias alpotencial de adsorcin ad5uirido al ser compactado toma agua ' se e6pande

$n el caso particular de los suelos volc#nicos, 5ue se caracterizan por ser sumamente livianos de4ido a su alta porosidad, la porosidadse destru'e con e(ectos de compactacin e6cesivos lo cual condice a p%rdidas de la estructura ' la consecuente p%rdida de esta4ilidad 'la li4eracin de capas de agua adsor4ida 5ue los &ace pr#cticamente un lodo


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In(luencia de la aturaleza del Suelo


Cuando se compacta en al rama seca el suelo tiende a estar m#s (loculado 5ue cuando se compacta en la rama &meda, de4ido a 5ue con elaumento de la &umedad tienden a aumentar las repulsiones entre partculas 7ara una determinada &umedad de compactacin, el aumento dela energa de compactacin tiende a dispersar el suelo, especialmente por el lado seco ' en cierto grado por el lado &medo

$n el punto el suelo se encuentra mas (loculado 1grumos2 a comparacin 5ue en el punto C

7ara una determinada &umedad de amasado el aumento de la energa de compactacin tiende a dispersar elsuelo, especialmente por el lado seco del optimo 1punto respecto al $2

l aumentar la &umedad tienden a aumentar las repulsiones entre partculas permitiendo as una reorganizacinmas ordenada entre ellas con una cierta cantidad de energa

$l aumento de la energa de compactacin para una &umedad dada tiende a ordenar las partculas con u

distri4ucin apro6imadamente paralela


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In(luencia de la Compactacin en la7ermea4ilidad


$l aumento en la &umedad de amasado da lugar auna reduccin de la permea4ilidad por la ramaseca ' a un ligero aumento por el lado &medo

$l aumento de la energa de compactacin reducela permea4ilidad 'a 5ue aumenta el peso

espec(ico seco ', por tanto, disminu'e los vacosdisponi4les para el (lu!o de agua aumentando laorientacin de las partculas


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In(luencia de la Compactacin en laCompresi4ilidad


$n el caso de una arcilla saturada con el mismo peso espec(ico muestra 5ue la compresi4ilidad por larama &meda el suelo es mas compresi4le comparada con un suelo compactado por la rama seca

Sien em4argo, cuando se incrementan las tensiones la muestra compactada por la rama seca se torna a&ora mascompresi4le 5ue el suelo compactado por la rama &meda $sto sucede por 5ue se rompen las estructuras(loculadas acelerando el proceso de reacomodacin de las partculas


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In(luencia de la Compactacin en la+esistencia


$n t%rminos de resistencia se puede tener una reglageneral en (uncin del contenido de &umedad de

compactacin

"os suelos compactados en la rama seca tieneresistencias superiores a a5uella compactadasen el ramo &medo

"a resistencia en la rama &meda se vein(luenciada por el m%todo de compactacinde4ido a las di(erencias de estructurainducidas por dic&os m%todos

+M NUM$D +M S$C


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Compactacin en Campo


$n la actualidad, e6isten di(erentes t%cnicas de compactar materiales en el campo, las cuales se pueden

clasi(icar en las siguientes categoras9

M%todos de masado

M%todos de 7resin

M%todos de Impacto

M%todos de 3i4racin

M%todos Mi6tos

"os tres primeros tipos se presentan 4a!ola (orma de rodillos 5ue circulan so4re el

terreno 5ue se desea compactar $6istenlos siguientes tipos9

+odillos lisos met#licos

+odillos neum#ticos

+odillos patas de ca4ra

+odillos segmentados

+odillos de re!illas

"os m%todos 5ue se usen dependen de la naturaleza del suelo "os

suelos grueso granulares como las arenas se compactan me!or pormedio de vi4raciones mientras 5ue los suelos (ino granulares se

compactan me!or por m%todos de amasado, presin 'o de impacto


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Compactacin en Campo


)odo proceso de compactacin en campo de4e tener en cuenta consideraciones especiales respecto al contenido de aguacon 5ue de4e compactarse 'a 5ue la &umedad ptima con la 5ue se alcance un cierto peso unitario seco m#6imo en un

ensa'o de la4oratorio no va a ser la misma cuando se compacte el suelo en el campo de4ido a 5ue en este ltimo elm%todo de compactacin es 4ien di(erente $l no &acerlo conduce a intiles discusiones entre contratistas ' contratante ap%rdidas de tiempo ' dinero

"a +$"IDD es 5ue en campo de4e tenerse en cuenta 5ue es mu' di(erente aumentar un contenido de agua naturalaOadiendo agua al suelo e6trado en un sitio de pr%stamo o reducirlo oreando el material al aire"a di(erencia entre una ' otra situacin est# en como las condiciones clim#ticas de la zona ' en particular el r%gimen delluvias

$n condiciones de altas precipitaciones secar un materiale6poni%ndolo al aire resulta pr#cticamente imposi4le

$n zonas des%rticas &umedecer un material con aguapuede ser mu' costoso por razn de acarreo de agua

$n vas no es (#cil llegar a los contenidos de agua ptimos por simple o4servacin o e6periencia, razn por la cual esrecomenda4le iniciar un programa de compactacin ' control de la misma mediante mediciones del peso unitario seco

alcanzado &asta determinar el contenido de agua ptimo 5ue proporcione el peso unitario seco deseadocon el e5uipo decompactacin disponi4le ' con un espesor de capa ' de pasadas tam4i%n adecuadas


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$nsa'o de Densidad en Campo


$l ensa'o de densidad en campo se &ace para medir la densidad seca ' la &umedad de un suelo compactado en el campo 'con 4ase en estos datos determinar si los valores o4tenidos se a!ustan a los especi(icados en diseOo de acuerdo con los

resultados del ensa'o de compactacin en la4oratorio

7ara medir la densidad en campoe6isten mltiples m%todos, algunosm#s so(isticados 5ue otros

M%todo del cono de arena

M%todo densmetro uclear

M%todo densmetro electrico


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M%todo del Cono de rena

Cl M i t l d G t i I U i id d d M d ll J F d D S I C M S G t i

"a primera se &ace para medir la cantidad de arena 5ue ca4e enel cono Se lleva a ca4o o4teniendo lo 5ue se denomina pesodel (rasco con arena inicial ' luego invirtiendo el (rasco con

arena so4re una placa gua permitiendo 5ue se llene el cono dearena para o4tener luego el peso del (rasco con arena (inal "aresta de am4os pesos da el peso de la arena 5ue ca4e en elcono o em4udo

$ste ensa'o re5uiere dos cali4raciones previas a la e!ecucin del ensa'o

"a segunda 5ue se &ace para determinar la densidad de la arenaen el (rasco 7ara esto se toma el peso del (rasco con arenainicial ' posteriormente se invierte el (rasco con arena pero estavez so4re un molde de volumen conocido permitiendo 5ue se

llene el molde de arena para o4tener luego el peso del (rasco conarena (inal "a resta de am4os pesos ' del peso 5ue ca4e en elcono o em4udo nos da el peso de la arena 5ue ca4e en el molde"a densidad de la arena se puede o4tener dividiendo este ltimo

peso por el volumen del molde

7ara esto &ace un &ueco en el material compactado al 5ue se le de4e medir el volumen con 4ase en la arena de la 5ue'a se sa4e la densidad dem#s se de4e medir el peso del material 5ue (ue e6trado del &ueco para o4tener la densidad

del material compactado en campo "a &umedad del material se determina en la4oratorio &aciendo uso del &orno

"o 5ue se pretende es determinar la densidad seca ' la &umedad de un material 5ue (ue compactado en campo

:BB=

dmx

dGc

Con la densidad seca 1d2 o4tenida en campo ' la densidad seca m#6ima1d m#62 o4tenida en la4oratorio se puede calcular el grado decompactacin 1Gc2 del suelo de acuerdo con la siguiente e6presin

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