Marco Teorico Compactacion

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Compactación de los suelos

Compactación de los suelos

Introducción. Introducción.

La construcción de carreteras, presas de tierra y otras estructuras ingenieriles requiere de suelos con La construcción de carreteras, presas de tierra y otras estructuras ingenieriles requiere de suelos con  buenas característic

 buenas características de as de resistencresistencia y ia y de cargas de cargas portantes que portantes que por por lo lo general no general no corresponderácorresponderán n aa las características naturales del suelo, es en estos casos que se requiere mejorar las propiedades del las características naturales del suelo, es en estos casos que se requiere mejorar las propiedades del suelo con la aplicación de algunos métodos, uno de los más usuales es la compactación.

suelo con la aplicación de algunos métodos, uno de los más usuales es la compactación.

La compactación de los suelos consiste en eliminar de ellos la mayor cantidad de aire presente en su La compactación de los suelos consiste en eliminar de ellos la mayor cantidad de aire presente en su estructura, mediante la adición de cierta cantidad de energía mecánica, la compactación es evaluada estructura, mediante la adición de cierta cantidad de energía mecánica, la compactación es evaluada en términos de su

en términos de su  peso unitario seco peso unitario seco ( (dd), y tiene lugar al añadir una cantidad de agua determinada), y tiene lugar al añadir una cantidad de agua determinada

la cual lubricará las partículas, permitiendo que estas se reordenen en un menor volumen por acción la cual lubricará las partículas, permitiendo que estas se reordenen en un menor volumen por acción de la energía mecánica, densificando así el suelo.

de la energía mecánica, densificando así el suelo.

La compactación de los suelos requiere de ensayos en laboratorio que permiten conocer la curva de La compactación de los suelos requiere de ensayos en laboratorio que permiten conocer la curva de compactación de la que se obtiene el contenido de humedad optimo (

compactación de la que se obtiene el contenido de humedad optimo ( wwopoptt) para alcanzar un peso) para alcanzar un peso

unitario máximo (

unitario máximo (dmaxdmax), del que se infiere el que se buscará en campo, estos ensayos se encuentran), del que se infiere el que se buscará en campo, estos ensayos se encuentran

normalizados y se conocen como ensayo Proctor Estándar y el Proctor Modificado que se realizan normalizados y se conocen como ensayo Proctor Estándar y el Proctor Modificado que se realizan sobre muestras de material fino y que en caso de contener mucho material grueso requieren de sobre muestras de material fino y que en caso de contener mucho material grueso requieren de correcciones que también se encuentran normalizadas.

correcciones que también se encuentran normalizadas.

VENTAJAS DE LA COMPACTACION VENTAJAS DE LA COMPACTACION

a.

a. Reducción o prevención de los asentamientos perjudiciales.Reducción o prevención de los asentamientos perjudiciales.  Si la estructura se  Si la estructura se construye en un suelo sin compactar o compactado con desigualdad, el suelo se construye en un suelo sin compactar o compactado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos). El hundimiento hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos). El hundimiento es más profundo generalmente en un lado o esquina, por lo que se producen grietas es más profundo generalmente en un lado o esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total de la estructura.

o un derrumbe total de la estructura.

b.

b. Aumento de la resistencia del Aumento de la resistencia del suelo y mejoramiento de la suelo y mejoramiento de la estabilidad del talud.estabilidad del talud. Los vacíos producen debilidad al suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Los vacíos producen debilidad al suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando el suelo compactado, se reducen los vacíos y todas las partículas del suelo Estando el suelo compactado, se reducen los vacíos y todas las partículas del suelo están más apretadas, por lo tanto estas pueden soportar cargas mayores.

están más apretadas, por lo tanto estas pueden soportar cargas mayores.

c.

c. Reduce la expansión y contracción del suelo.Reduce la expansión y contracción del suelo.  Si hay vacíos, el agua puede  Si hay vacíos, el agua puede  penetrar en

 penetrar en el el suelo y suelo y llenar llenar estos estos vacíos. El vacíos. El resultado seria resultado seria el el esponjamieesponjamiento nto deldel suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

seca.

d.

d. Impide los daños de las heladas.Impide los daños de las heladas.  El agua se expande y aumenta el volumen al  El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche y a la vez, las congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche y a la vez, las  paredes

 paredes y y losas losas del del piso piso se se agrietenagrieten. . La La compactcompactación ación reduce reduce estas estas cavidadecavidades s dede agua en el suelo.

agua en el suelo.

e.

e. Reduce el escurrimiento del agua.Reduce el escurrimiento del agua. Un suelo compactado reduce la penetración de Un suelo compactado reduce la penetración de agua.

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1. Concepto de Compactación.    P  e   s   o   e   s   p   e   c    í    f    i  c  o    h    ú  m   e    d  o  ,   

Sólidos del suelo

Sólidos del suelo Agua

2 w1 w2

      1   =       1   =       d    (    w           

d

Figura G.1. Principios de compactación. (Das, 1998)

2. Compactación en Laboratorio. 2.1. Curva de compactación.    P  e   s   o   e   s   p   e   c    í    f    i  c  o   s   e   c   o ,          d    [    T  o   n    /  m    3    ] Contenido de húmedad, w(%) 1.55 0 1.60 1.65 1.70 1.75 1.80 1.85 1.90 5 10 15 20 25 30    P  e   s   o   e   s   p   e   c    í    f    i  c  o   s   e   c   o   m    á  x    i  m   o ,         d  .   m   a   x

Húmedad óptima,wopt.

Curva de saturación (Volumen de aíre = 0)

Figura G.2. Curva de compactación típica.

 m V  W        [G.1] Donde:

W = Peso del suelo compactado en el molde. V = Volumen del molde. (Varia según el ensayo) γ = Peso específico húmedo del suelo.

w d    1         [G.2]

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Donde:

w = Porcentaje de contenido de humedad. γd = Peso específico húmedo del suelo.

S  w G G S  w S  d      1         [G.3] Donde:

GS  = Gravedad especifica de los sólidos del suelo.

γw = Peso específico del agua.

S = Grado de saturación del suelo.

w G G w G S  W  S  W  S   zav       1 1            [G.4] Donde:

γzav = Peso específico seco con cero de aire en los vacíos.

2.2. Factores que afectan la compactación.

Efecto del tipo o naturaleza del suelo.

Curva de saturación,S  = 100 % s = 2.65Ton/m3 1 2 3 4 5 6 7 8 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 5 10 15 20 25 Contenido de húmedad, w(%)    D  e   n   s    i    d  a    d  s   e   c   a ,          d    [    T  o   n    /  m    3

   ] Arcilla limosaLimo de Loess

Marga arenosa de gradación media Marga arenosa bien gradada Arena marga bien gradada

8 7 6 3 4 5 1 2

Arena mal gradada Arcilla homogénea Arcilla limo arenosa

Descripción

 Nº Arena

Datos de textura y plásticidad del suelo

72 88 5 32 73 5 6 94 -22 85 9 33 64 10 15 Limo LL 16 16 36 28 22 26 67  N.P. -72 10 18 35 31 2 13 Arcilla -40 2 4 9 15  N.P.  N.P. PI

Figura G.3.  Curvas de compactación para ocho suelos utilizando la prueba Proctor estándar, (Jonson y Sallberg, 1960).

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Tipo A Forma acampanada Contenido de húmedad, (%)    P  e   s   o   e   s   p   e   c    í    f    i  c  o   s   e   c   o ,          d    P  e   s   o   e   s   p   e   c    í    f    i  c  o   s   e   c   o ,          d Contenido de húmedad, (%) Tipo B

uno y medio picos

Tipo D Forma impar  Contenido de húmedad,(%)    P  e   s   o   e   s   p   e   c    í    f    i  c  o   s   e   c   o ,          d    P  e   s   o   e   s   p   e   c    í    f    i  c  o   s   e   c   o ,          d Contenido de húmedad,(%) TipoC  Doble pico

Figura G.4. Cuatro tipos de curvas de compactación encontradas en los suelos.

. Prueba Proctor estándar.

Diametro 114.3 mm (4.5 plg) Diametro 101.6 mm (4 plg) 116.43 mm (4.584 plg) Extensión Caída = 304.8 mm (12 plg) (a) (b) 50.8 mm (2 plg) Peso del pisón = 2.5 kg (masa = 5.5 lb)

Figura G.6. Equipo para la prueba Proctor estándar (a) molde, (b) pison, (Das, 1998).

Tabla G.2.  Especificaciones técnicas para la prueba de compactación Proctor según las especificaciones ASTM.

Características Método

A B C

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Pisón - Diámetro [mm] - Masa [kg] -Altura de caída [mm] 101.6 4.54 457 101.6 4.54 457 152.4 4.54 457  Número de capas de compactación

 Número de golpes por capa

Energía de compactación [kN×m/m3] 5 25 2700 5 25 2700 5 56 2700 Suelo a usarse Criterio de selección: - Pasa el tamiz - Porcentaje retenido en el tamiz Nº 4 - Porcentaje retenido en el tamiz 3/8 plg. - Porcentaje retenido en el tamiz 3/4 plg.  Nº 4 < 20 % 3/8 plg > 20 % < 20 % ¾ plg > 20 % < 30 %

Método A utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz Nº 4. Es aplicado a suelos con un porcentaje menor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4.

Método B  utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/8 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4 y con un valor menor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg.

Método C  utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/4 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg y con un valor menor al 30 % del material retenido en el tamiz 3/4 plg.

Contenido de húmedad,w(%)    D  e   n   s    i    d  a    d  s   e   c   a ,          d    (    M   g    /  m    3    ) Proctor  estándar  (A) Proctor  Modificado (B) Línea de optimidad Grado de saturación Proctor  Línea de saturación 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0 5 10 15 20 25 100 105 110 115 120 125 60% 80% 100% paras = 2.70 Mg/m3    D  e   n   s    i    d  a    d  s   e   c   a ,          d    (    l    b    /    f    t   3    )

Figura G.9.  Curvas de compactación para los ensayos Proctor estándar y modificado. (Holtz & Kovacs, 2000)

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