UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE GEOLOGÍA

GEOTECNIA I

SEMESTRE:

OCTAVO

COMPACTACION

INTRODUCCION Compactación del suelo

Se define como un incremento de la densidad aparente del

suelo, un empaquetamiento de las partículas más denso y

una disminución de la porosidad, especialmente de la macro

porosidad.

Compactación superficial: es la producida en los primeros

30 cm del suelo.

Un caso particular es la denominada costra.

Compactación profunda: producida por debajo de 30 cm.

Un caso particular es la denominada suela de labor o

piso de arado: laboreo continuo o bien por realizarce

en condiciones de humedad inadecuadas.

Compactación del suelo: FACTORES QUE LA PROVOCAN

FACTORES NATURALES La lluvia

El efecto de gotas de lluvia sobre agregados con baja estabilidad produce:

*una capa compactada en la superficie del suelo

*limita la permeabilidad y la infiltración de agua.

Otros factores naturales

Algunos procesos edafogénicos también pueden originar compactación como pueda ser la iluviación de arcillas.

COMPACTACIÓN

La compactación o consolidación del concreto es la operación por medio del cual se trata de densificar la masa, todavía blanda reduciendo a un mínimo la cantidad de vacíos. Estos vacíos en la masa provienen de varias causas, de las cuales las dos mas importantes son el llamado aire atrapado, y las vacuolas producidas por la evaporación de parte del agua de amasado.

Después de que el concreto ha sido mezclado, transportado y colado, contienen aire atrapado en forma de vacíos. El objeto de la compactación es eliminar la mayor cantidad posible de este indeseable aire; lo ideal es reducirlo a menos del 1 %, (por supuesto, esto no procede cuando hay inclusión deliberada de aire, pero en este caso, el aire es estable y está distribuido uniformemente.)

El concreto es una combinación de agregados finos, agregados gruesos, cemento y agua, además es utilizada para diferentes obras de construcción, siendo tan importante que sin dicha mezcla no se logra construcción alguna.

Para que dicha construcción se logre, esta mezcla debe pasar por muchos procesos tecnológicos, entre estos procesos podemos señalar y luego describir la compactación del concreto.

En muy breves palabras, podemos decir que la compactación no es mas que el apisonamiento del concreto y puede ser elaborado manual o mecánicamente, para eliminar el aire atrapado en la mezcla y además ayudar al concreto a amoldarse a los diferentes encofrados y así evitar lo que comúnmente llamamos cangrejeras.

Los puntos que abordaremos son considerados muy importantes, sobre todo para nuestras vidas como futuros constructores.

Los vacíos reducen el contacto entre el concreto

y el acero de refuerzos y otros metales ahogados;

por lo que no se obtendrá la adherencia requerida

y el elemento reforzado no será resistente como

debiera.

Los vacíos producen defectos visibles, como

cavidades y alveolado en las superficies

trabajadas.

MEDIDA DE LA COMPACTACIÓN Los parámetros edáficos que se miden con más frecuencia son la densidad aparente, la resistencia a la penetración y la porosidad. Aunque también se utilizan la permeabilidad y la velocidad de infiltración. Densidad aparente. Relación entre un volumen de suelo, como está en el terreno, y su peso seco. Está relacionada con la textura y se expresa en g/cm3, kg/m3 o t/m3. La densidad aparente aumenta al compactarse el suelo.

Velocidad de infiltración. La infiltración es el proceso de entrada de agua a través de la superficie del suelo, en condiciones no saturadas. Suelos con bajo contenido de humedad la velocidad de infiltración desciende de manera rápida con el tiempo en los primeros momentos y tiende a estabilizarse a lo largo del tiempo. A éste valor estabilizado se le denomina velocidad de infiltración básica o final. Infiltración acumulada es la cantidad de agua que se infiltra por unidad de superficie a lo largo del tiempo. Las unidades expresan en longitud por unidad de tiempo: mm día-1. Este parámetro se utiliza para cuantificar la compactación en la parte más superficial del suelo originada por un encostramiento o bien por la acción del pastoreo.

PROPIEDADES DE LOS SUELOS COMPACTADOS

INFLUENCIA DE LA COMPACTACION EN

LAS PROPIEDADES FISICAS 1.-Peso unitario

Si se aplica una dada energía de compactación y se varia el contenido de humedad de compactación se obtienen diferentes valores de peso unitario seco. La forma de la curva esta relacionada con la forma en que se disponen las partículas durante la compactación. El peso unitario llega a un máximo a partir del cual disminuye con el aumento de la humedad. El agua, comienza a ocupar el lugar de partículas sólidas y genera deformación a volumen constante. El máximo peso unitario se obtiene con la denominada humedad optima.

INFLUENCIA DE LA COMPACTACION EN

LAS PROPIEDADES MECANICAS 1.- Resistencia

Los suelos compactados son suelos remoldeados que han perdido su estructura original y su cementacion, al menos a escala macro. La compactación, como proceso mecánico, reduce los vacíos de ese suelo remoldeado pero no restituye la estructura ni la cementacion perdida. Para suelos remoldeados, una menor relación de vacíos esta siempre asociada a un mayor ángulo de fricción interna, una mayor dilatancia y, por lo tanto, una mayor resistencia al corte, tanto drenada como no drenada

2.- Rigidez

La rigidez de un conjunto de partículas no cementadas es función de la presión media y de la relación de vacíos, En el caso de los suelos reales compactados, intervienen otros factores, como la estructura de partículas, la cementacion de pequeños fragmentos, la plasticidad, etcétera. En términos generales, la rigidez crece con la presión media y con el peso unitario seco. La humedad de compactación, el grado de saturación y las condiciones de compactación tienen efectos significativos sobre la rigidez. En esta tesis se estudia la relación entre la rigidez a baja deformación y el peso unitario seco de un suelo compactado, por lo que el tema será tratado en detalle mas adelante en este documento.

METODOS DE COMPACTACION DE SUELOS :

LABORATORIO Y CAMPO

Desde un principio se plantea la necesidad de obtener

congruencia entre los resultados obtenidos con pruebas de

laboratorio y los que finalmente puedan obtenerse en la

obra; hasta este momento se han presentado elementos

suficientes para pensar que las propiedades adquiridas por

los suelos compactados cambian con el método de

compactación y con otras características, por lo que la

búsqueda de esa congruencia resulta fundamental.

Por razones comprensibles, las técnicas utilizadas en el

laboratorio para compactar suelos tratan de reproducir, en lo

posible, los efectos de los compactadores de campo, pero

algunas diferencias entre lo que puede lograrse en el

laboratorio y lo que la industria ha ido logrando para el

campo son importantes y hasta el momento representan

causas de diferencias con las que ha de convivirse.

La eficiencia del método de compactación depende en todos los casos del tipo de suelo, en tanto se trate de suelos no cohesivos o cohesivos.

El peso unitario obtenido depende de los métodos de compactación conforme las siguientes variables: energía especifica entregada por el equipo utilizado en la compactación, tipo de suelo, espesor de la capa y humedad de compactación.

Para mensurar dichas variables, resulta adecuado realizar ensayos de laboratorio.

MÉTODOS UTILIZADOS EN

LABORATORIO

Compactación por impacto:

Harvard Miniatura:

Compactación giratoria:

1.- Compactación por impacto: también conocido como método dinámico, consiste en colocar una

cantidad de material con cierto contenido de humedad en un molde cilíndrico y compactarlo con un determinado número de golpes por capa. La cantidad de energía aplicada a cada ensayo se determinada por medio de la siguiente ecuación.

Siendo:

N = número de capas

n = número de golpe

W = Peso del martillo

h = altura de caída del martillo y

v = Volumen del molde.

Los ensayos más utilizados son el proctor estándar y el proctor

modificado, que se rigen por normas estadounidenses, sin embargo, también existen ensayos fundamentados en normas británicas cuyas especificaciones se muestran en la Tabla

CONCLUSIONES REALIZADAS POR INVESTIGADORES

El método de compactación por impacto no es el más adecuado para arenas y suelos no cohesivos, debido a que los resultados en campo arrojaron pesos unitarios superiores a los que se obtienen en el laboratorio y las humedades en campo eran menores a las de las pruebas de laboratorio.

El método de laboratorio que arrojó resultados más cercanos a los obtenidos en campo, fue el método de compactación giratoria.

El proceso de compactación giratoria no presenta buenos resultados cuando se utiliza baja presión vertical y el material tiene un contenido de humedad superior al óptimo, puesto que parte del agua sale de la muestra. Este comportamiento deberá ser estudiado en diferentes tipos de suelo.

MÉTODOS UTILIZADOS EN

CAMPO

Compactación estática:

Compactación por amasado:

Compactación por vibración:

Compactación por impacto:

1.- Compactación estática:

En este tipo de compactación se utilizan equipos conocidos como rodillos lisos, neumáticos y de tractor; el tambor de estos equipos algunas veces se puede llenar con agua y arena, lo que incrementa el peso del equipo y por ende también incrementa la presión ejercida sobre el suelo, las presiones ejercidas por el equipo pueden alcanzar 400kN/cm². Este método se utiliza en suelos bien gradados que tengan aproximadamente el 20% de finos

Rodillos lisos

En el caso de los suelos no cohesivos la compactación con rodillos lisos o neumáticos resulta ser efectiva. La compactación se realiza desde las capas superiores hacia las inferiores en cada pasada del equipo, por lo que el peso unitario varia con la profundidad. La energía de compactacion se materializa con pasadas de rodillo. La superficie metálica de estos rodillos presenta una rigidez que, sobre todo después de las primeras pasadas produce un área de contacto muy pequeña con la capa de suelo que se está compactando; es sabido, que el efecto de la presión aplicada a la capa se disipa muy rápidamente con la profundidad cuando el área de contacto con la que se aplica la presión es poco considerable, de manera que o se emplean capas muy poco espesas, lo que es antieconómico o se obtienen compactaciones muy poco homogéneas a lo largo del espesor de la capa, con valores muy bajos en la parte inferior.

Rodillos neumáticos

El campo de acción de los rodillos neumáticos en los trabajos de campo se ha extendido en forma continua con el paso del tiempo, al grado de que en la actualidad se les considera apropiados para la compactación de prácticamente todos los tipos de suelos, incluyendo grandes enrocamientos en los que se han obtenido resultados muy satisfactorios con equipos muy pesados. Estos rodillos aplican a la superficie de la capa prácticamente la misma presión desde la primera pasada; esa presión es prácticamente igual a la de inflado de la llanta, si se descuentan pequeños efectos de rigidez de la llanta misma. La superficie de contacto de la llanta con el suelo es función del peso del rodillo y de la presión de inflado, lo que lleva a la necesidad de usar equipos muy pesados cuando se deseen aplicar presiones muy grandes en áreas importantes.

La práctica ha indicado como muy conveniente que las llantas delanteras y traseras del equipo se superpongan ligeramente; es usual buscar una disposición que deje dos tercios de la huella libres entre las superposiciones.

2.- Compactación por amasado:

Para este caso se utiliza el rodillo pata de cabra las presiones de compactación que se obtienen por este método están entre 1500 kN/cm² y 7500 kN/cm². Este método es ideal para la compactación de suelos arcillosos porque produce mayores esfuerzos de cizallamiento en toda la masa de la capa de suelos por compactar, concentrando grandes presiones en ciertos puntos; gracias a la presencia de los vástagos que concentran gran energía en áreas pequeñas y se penetran en el interior de la capa de suelo.

Rodillo pata de cabra

En algunos suelos cohesivos los métodos anteriores pueden resultar ineficientes, por lo que se utilizan los rodillos con la denominada pata de cabra. De esta forma se destruyen los terrones que suelen formarse en suelos arcillosos. La compactacion se inicia desde las capas inferiores a las superiores como consecuencia de la penetración de la pata de cabra. Se considera en la actualidad que los rodillos pata de cabra rinden su mejor utilidad al compactar suelos finos o con porcentajes elevados de ellos. Los rodillos pata de cabra compactan concentrando grandes presiones en las áreas de apoyo relativamente pequeñas de sus vástagos; éstos penetran profundamente en la capa suelta tendida, especialmente en las primeras pasadas y esta penetración va siendo menor a medida que se densifica la capa. De esta manera el rodillo pata de cabra va compactando a la capa tendida de abajo hacia arriba, característica única en los rodillos de compactación,

RODILLO PATA DE CABRA

3.- Compactación por vibración:

En este método se pueden utilizar equipos como los descritos en los métodos anteriores, solo que para este caso, el equipo cuenta con un efecto especial de vibración. Dentro de los equipos utilizados en este caso se encuentra los rodillos tipos tramper, vibrocompactadores, canguros y pisones. Es muy común que los canguros y pisones sean utilizados en áreas pequeñas.

Rodillos vibratorios

Combinan la vibracion con la presión del rodillo. En este caso la energía de compactacion depende de la velocidad de avance. Es utilizado con mejores resultados en suelos granulares con algún contenido de finos. La vibración permite llegar a capas mas profundas que la sola aplicación de una carga estática. La acción de impacto del vibrador tiene una consecuencia clara cuando se traduce en "saltos" del equipo; según las características del suelo y la frecuencia propia del equipo, la frecuencia de este tipo de impactos no es la misma que la que corresponde al vibrador; de hecho suele estar comprendida entre un tercio y la mitad de este valor, pues el "salto" ocurre con un valor intermedio entre la frecuencia del vibrador y la natural del suelo. Cuando se compactan suelos gruesos con vibración se produce un cambio en la orientación de las partículas en el momento en que tienden a separarse y una fuga de las partículas más finas a los huecos entre las más grandes, que contribuye a la densificación.

RODILLO VIBRATORIO

4.- Compactación por impactos

En el campo, los compactadores por impactos van desde

diferentes tipos de pisones (algunos manuales y otros con

dispositivo que proporciona automáticamente el rebote) ,

hasta rodillos tipo Tamper, semejantes en ciertos aspectos a

los pata de cabra, pero que reciben su acción de impacto a

base de velocidades de operación mucho mayores. Los

pisones tienen una amplia utilización para la compactación

de zonas en que un rodillo convencional no cabe o que están

en la inmediata vecindad de cualquier cosa que pueda

perjudicarse por el golpe de un equipo normal.

Apisonadores manuales

Se emplean en espacios reducidos y en sectores de difícil

acceso. En la figura 12 se muestra un apisonador manual.

APISONADOR

MANUAL.

PRUEBAS DE COMPACTACION

Prueba Proctor Estandar

(ASTM D-698, AASHTO T-99) Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo. Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica actual, es el debido a R. R. Proctor, y es conocida hoy en día como "Prueba Proctor Estándar". La prueba consiste en compactar el suelo en cuestión en tres capas dentro de un molde de dimensiones y forma determinadas por medio de golpes de un pisón, que se deja caer libremente desde una altura especificada.

La prueba del Proctor Estándar es generalmente para los terraplenes requiriendo la compactación mínima del subnivel, para tal como estacionamientos pequeños y estructuras de edificio

PRUEBA PROCTOR MODIFICADO (ASTM D-1557 y AASHTO T-180)

El mas empleado, actualmente, es el denominado prueba Proctor modificado en el que se aplica mayor energía de compactación que el estándar siendo el que esta mas de acuerdo con las solicitaciones que las modernas estructuras imponen al suelo.

El Proctor Modificado generalmente se usa para rellenos que apoyarán cargas grandes, tales como carreteras, pistas de aterrizaje, y columnas concretas de estacionamientos.

También para algunas condiciones se utiliza el que se conoce como Proctor de 15 golpes.

Todos ellos consisten en compactar el suelo, con condiciones variables que se especifican a continuación:

Método

Proctor

N

Tamaño molde

(Cm)

Volumen

Molde

(Cm)

Pisón

(Kg)

Nº

capas

Altura

de

Caida

(Cm)

Nº

golpes

Energía

compac.

/ Volumen

(Kg*m/m3)

ESTÁNDAR 1 11.64*10.16 943.33 2.49 3 30.48 25 60.500

ESTÁNDAR 2 11.64*15.24 2123.03 2.49

3 30.48 55 60.500

MODIFICADO 3 11.64*10.16 943.33 2.49

5 45.72 25 275.275

MODIFICADO 4 11.64*15.24 2123.03 2.49

5 45.72 55 275.275

15 GOLPES 5 11.64*10.16 943.33 2.49

3 30.48 15 36.400

Los métodos 1 y 3 se emplean con suelos que tienen un alto % de partículas bajo la malla #4 = 4.76 mm, un buen criterio es considerar 80% en peso como mínimo. Los métodos 2 y 4 se emplean con suelos que tienen un % importante de partículas mayores a la malla #4 y menores que ¾.

La energía especifica de compactación se obtiene aplicando la siguiente formula:

Ee = N * n * W * h

V

Donde :

Ee = Energía especifica

N = Numero de golpes por capa

n = Numero de capas de suelo

W = Peso del pisón

H = Altura de caída libre del pisón

V = Volumen del suelo compactado.

PROCESO DE COMPACTACION EN CAMPO.-

La compactación se define como un proceso mecánico mediante

el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios

vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través

de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede

ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera

parcialmente saturado. Este proceso, para obtener un mejor

resultado, implica el uso de distintas equipos de compactación

que se nombran a continuación:

Sólidos

Hv

Hs H1

Vacíos

↓q

ESTABILIZACION DE SUELOS.-

El proceso por el cual se mejora el suelo para que pueda alcanzar los

requisitos fijados se llama estabilización de suelos. En su más amplio

sentido, la estabilización incluye la compactación, el drenaje, la pre-

consolidación y la protección de la superficie contra la erosión y la

infiltración de la humedad; sin embargo, al término estabilización se le va

restringiendo gradualmente su alcance a un solo aspecto al

mejoramiento del suelo: la modificación del propio material del suelo.

REQUISITOS DE LA ESTABILIZACIÓN.-

El modo de modificar y el grado de modificación necesarios dependen del carácter del suelo y de

sus deficiencias. Si el suelo no es cohesivo, esto se puede lograr dándole cohesión por medio de

un agente sementador o ligante. Si es cohesivo se puede aumentar su resistencia haciendo el

suelo resistente a la humedad alterando la película de agua absorbida, aumentando la cohesión

con un agente sementador y aumentando la fricción interna.

La inmunidad a la retracción y la expansión se pueden lograr sementando, modificando la

capacidad del mineral arcilloso para la absorción de agua haciendo el suelo resistente a los

cambios de humedad. La permeabilidad se puede reducir llenando los poros con un material

impermeable o modificando la estructura del mineral de arcilla y el agua absorbida para impedir la

floculación. Se puede aumentar la permeabilidad quitando los granos finos o creando una

estructura conglomerada.

Un agente estabilizador satisfactorio debe proporcionar las cualidades requeridas y además debe

satisfacer las condiciones siguientes:

1.- Debe ser compatible con el material del suelo;

2.- Debe ser permanente;

3.- Debe ser fácil de manejar y preparar;

4.- Debe tener bajo costo.

Método Ventajas Desventajas

Inyecciones o uso de químicos. Endurecen el suelo y pueden cementar la superficie de falla.

La disminución de permeabilidad puede ser un efecto negativo.

Magmaficación

Convierte el suelo en roca utilizando rayos especiales desarrollados por la industria espacial.

Su utilización en la actualidad es solamente para uso experimental.

Congelación Endurece el suelo al congelarlo. Efectos no permanentes.

Electro-Osmosis Reducen el contenido de agua. Utilización para estabilización no permanente.

Explosivos Fragmenta la superficie de falla. Su efecto es limitado y puede tener efectos negativos.

Métodos para mejorar la resistencia del suelo

MÉTODOS PARA MEJORAR LA ESTABILIDAD DEL SUELO

AGENTE DE ESTABILIZACION

CONDICIONES DE AGENTES ESTABILIZANTES:

1.Los productos deben ser disponibles en cantidades y de calidad.

2.Buena durabilidad en condiciones de trabajo.

3.Facilidad de almacenamiento y transporte.

4.Técnica constructiva adecuada.

ENTRE ESTOS TENEMOS

Gaviones.

Las plantas.

Canales pluviales.

Cal.

Cemento.

Asfalto.

Sulfonados.

AGENTE DE ESTABILIZACION LA CAL

Modifica las características indeseables y perjudiciales de los suelos arcillosos.

Provoca en los suelos arcillosos una notable disminución de plasticidad y aumentando la resistencia.

REEMPLAZO O DESPLAZAMIENTO

DRENAJE

INYECCIONES Las inyecciones de consolidación son las que se realizan con el objetivo de

mejorar las características portantes del terreno y reducir su deformabilidad. Se emplean en como recalce, en túneles como mejora previa o para subsanar instabilidades, como consolidación de terraplenes, en cimentaciones, etc. Las inyecciones de compensación de asientos se realizan con el objetivo de inducir movimientos controlados en el terreno, que compensen los producidos por otras causas. Se emplean principalmente en túneles urbanos (como protección de la edificación ante la deformación inducida en el terreno durante la excavación), recalces (restitución de asentamientos), autovías, etc.

La inyección de compactación se realiza con la intención de mejorar el grado de consolidación del terreno. Consiste en la inyección a presión de una mezcla de cemento de alta consistencia, para formar un bulbo de inyección que comprime y compacta el terreno. Esta técnica se emplea para recalces y mejora de terrenos.

PAVIMENTOS

Definiciones

Establece las definiciones de términos relacionados con productos bituminosos para pavimentos

Establece los requisitos del cemento asfálticos clasificado por su viscosidad a 60øC usado en la construcción de pavimentos

Establece el procedimiento para realizar ensayos de placa con carga estática repetida en suelos de subr-asante y componentes de pavimentos flexibles, en condición compactada o en estado natural, y con el objeto de obtener datos para la evaluación y disño de pavimentos tipos rígido y flexible de aeropuertos y carreteras

Objetivo general.- Comprender las funciones de los diferentes tipos de pavimentos, las bases y procedimientos para el diseño y construcción de los mismos; así como los criterios para la selección de materiales.

Empedrados

La estructura es la misma que la anterior, pero se acomoda la piedra en lugar del adoquin. Estampados: La estructura es la misma. La ultima capa lleva una pasta ( concreto con retardante y color). Y sobre ellos moldes. Funcion de un pavimento: Proporciona al usuario un transito comodo, seguro, rapido y menor costo. Para que esto se cumpla el ingeniero civil debe:

Diseñar.

Construir.

Conservar.

Indice de resistencia de los suelos: La resistencia depende de: 1.- El contenido de humedad ( humedad optima). 2.- Vacíos.

Descripción. Se refiere a la construcción de un pavimento de concreto en cemento Pórtland con base en las Normas y Especificaciones sobre concretos del presente manual de Especificaciones Generales de Construcción, y además, con base en las normas establecidas en las presentes especificaciones para este tipo de pavimento, en las secciones siguientes.

PAVIMENTOS DE CONCRETO

Modelación mecanicista de un

pavimento flexible Existen en general dos clases de estructuras de

pavimento, los flexibles y los rígidos; la principal diferencia entre estos es la forma como reparten las cargas. Desde el punto de vista de diseño, los pavimentos flexibles están formados por una serie de capas y la distribución de la carga está determinada por las características propias del sistema de capas. Los rígidos tienen un gran módulo de elasticidad y distribuyen las cargas sobre una área grande, la consideración más importante es la resistencia estructural del concreto hidráulico

Durabilidad:

Las superficies de hormigón duran más.

Estadísticamente se ha demostrado que las

carreteras de hormigón han soportado hasta

tres veces su capacidad de carga de diseño y en

pavimentos de aeropuertos, el doble. El

hormigón incrementa su resistencia con el

tiempo.