• Author / Uploaded
• Jose Coral Montes

• Categories
• Suelo
• Arcilla
• Agua
• Resistencia Eléctrica y Conductancia
• Densidad

Citation preview

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION COMPACTACIÓN Y ESTABILIZACIÓN DE SUELOS INTRODUCCIÓN Los suelos son el componente principal de la mayoría de los proyectos de construcción. Estos deben soportar cargas, pavimentos, servir como canales de agua, etc. Los suelos se pueden utilizar en el estado es que se encuentran o bien, ser excavados y tratados para adecuarlos al proyecto. El conocimiento de las características y propiedades de los suelos son muy importantes en el desarrollo de proyectos y también para el diseño.

Durante este proceso se pude mejorar las caracteristicas del suelo, con un aumento simultaneo de densidad.

El suelo como un elemento que recibe diferentes estructuras construidas por el hombre como por ejemplo calles, estacionamientos, edificaciones, por lo que con la compactación de un suelo se busca;

Desde 1933, Proctor inicio un estudio para entender las propiedades y composiciones de los suelos y aunque con algunas modificaciones, estos métodos aun se utilizan. COMPACTACION

I.- Mayor capacidad de carga. Al compactar un suelo se obtiene mayor densidad del mismo, debido a lo anterior se obtiene una mejor distribución de fuerzas que actúan directamente sobre el suelo como consecuencia de la carga que transmite la carga, lo que nos da una mayor capacidad de carga.

Es un proceso de la disminución o minimización de espacios vacíos por medio de la acción mecánica de los equipos de compactación.

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 48

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION II.- Mayor estabilidad. Al construirse alguna edificación sobre un suelo sin compactar o compactado en forma desigual, el suelo por la acción de la carga, se asienta en forma desigual, lo cual ocasionara grietas en la estructura, y en un momento dado la inestabilidad de la construcción.

las características de diseño, como es el caso de los baches.

V.- Disminución de asentamiento. Cuando un suelo esta mal compactado, en esos espacios se puede llenar de agua, el cual con bajas temperaturas se congela, y en los cambios de estado puede producir agrietamiento en la estructura de los pavimentos, bases de estructuras, muros etc. III.- Disminución de la contracción del suelo. Al existir espacios de aire en el suelo, el agua penetra con facilidad, por lo que se produce un fenómeno de dilatación y contracción del suelo, el cual se separa de la estructura, modificando las condiciones iniciales de diseño.

IV.- Disminución de la permeabilidad. La permeabilidad de un suelo depende de la granulometría del suelo y de su densidad, un suelo bien compactado impide el paso del agua, evitando así deformaciones en el suelo, modificando

La correcta y adecuada compactación dependen principalmente de Tipo de material a compactar Capacidad para ser compactado 1. Tipo de suelo  Suelo no cohesivo (granular), son suelos compuestos de; rocas, piedras. gravas. y arenas, o sea suelos de granos gruesos.. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración, pero debe tenerse en cuenta, como ya se sabe, que el comportamiento de los suelos

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 49

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION

2. 3. 4.

5.

gruesos depende mucho de la granulometría. Así, por ejemplo, en la figura 2 se indican dos curvas, una correspondiente a un suelo bien graduado y otra a un suelo mal graduado  Suelo cohesivo, son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino.  Suelos mixtos, en la naturaleza la mayoría de loa suelos estan compuestos por una intima mezcla de partículas de muchísimos tamaños. Forma y rugosidad del grano (partícula) Distribución del tamaño (distribución granulométrica) de los granos Contenido de agua, El contenido de agua óptimo o humedad óptima es el contenido de agua necesaria para obtener en el material el peso volumétrico seco máximo, teniendo en el proceso de compactación el papel de lubricante entre partículas de material, ofreciendo un mejor acomodamiento y un menor número de huecos o vacíos Equipo de compactación empleado  Aplanadoras de rodillo liso de acero  Compactadores con neumáticos  Compactadores de rodillo de pata de cabra  Compactadores vibratorios  Compactadores de placa vibratoria  Apisonadoras de impacto

Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces es necesario compactar el terreno natural como en el caso de cementaciones en arenas.

PROPIEDADES DE LOS SUELOS Antes de manejar problemas de movimientos o tratamientos de suelo es necesario conocer su clasificación y propiedades. Tipos de suelos Estos se clasifican dependiendo de tamaño de las partículas que lo conforman y del porcentaje de humedad que se encuentra en los mismos. 1. Grava: Pasa la malla de 3 pulgadas y se retiene en la de 2 mm. Las partículas mayores se conocen como enrocamientos. 2. Arena: Pasan la malla de 2 mm y se retienen en la de .074 mm. 3. Limo: Es un material más pequeño que la arena y se retiene en la maya de .005 mm. Este es poco resistente, tiene poca humedad y es poco compresible. 4. Arcilla: Es un material cohesivo y sus partículas pasan la malla de .005 mm. Presentan plasticidad dependiendo del contenido de humedad y con muy compresibles. 5. Material orgánico: Son partes podridas de vegetación y no son recomendables para proyectos de construcción. OBSERVACIONES: a) Le forma de las curvas indica que a medida que la graduación mejora, tiene mayor influencia el contenido de agua, es decir, que en un suelo grueso mal graduado aunque varíe el contenido de agua el peso volumétrico seco del material no cambia mucho. Una posible explicación de este hecho puede ser el que a medida que la granulometría mejora, los huecos se hacen más pequeños y,

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 50

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION por lo tanto, desde este punto de vista se asemeja a un suelo fino en donde la influencia del agua es fundamental. b) La mejor granulometría permite alcanzar mayores pesos volumétricos secos, pero debe tenerse en cuenta que no siempre la mayor compactación es la mejor. La granulometría efectivamente influye en el comportamiento de los suelos gruesos compactados y puede observarse esa influencia porque los gruesos sometidos a la misma prueba de laboratorio determinan humedades óptimas diferentes si sus granulometrías también lo son. Cualquiera que sea la forma de compactar los suelos gruesos se debe tomar en cuenta dos peligros; el primero de ellos es que a medida que se compacta el suelo grueso su rigidez aumenta y la tendencia a la falla frágil se incrementa. El otro peligro consiste en que el suelo grueso adquiera una cierta deformación a partir de la cual se comporta como plástico, pues en ese caso cambia de forma mas no de volumen y si está situado en una zona sísmica puede producir el fenómeno de licitación. Se piensa que la resistencia de un suelo fino arcilloso se incrementa notablemente al compactar; pero aun cuando se varíe el contenido de agua, la resistencia prácticamente permanece constante siempre que la deformación inducida sea relativamente grande. En general no se puede aceptar como axioma que al aumentar la compactación de un suelo fino arcilloso necesariamente debe incrementarse la

resistencia del suelo. En términos generales al compactar una arcilla con una humedad mayor a la óptima tiende a disminuir su permeabilidad; una posible aplicación de este hecho es la tendencia a orientarse de las partículas laminares que constituyen la arcilla, esta tendencia se incrementa si se utiliza un sistema de compactación de amasado (pata de cabra) pero no siempre es conveniente compactar al máximo las arcillas. PRUEBAS A MATERIALES Antes de empezar con el diseño de una construcción, se deben analizar en un laboratorio las muestras representativas de tipo de suelo en que se desea construir. En estas pruebas se analiza la granulometría, composición y resistencia de los suelos. Para esta prueba se ponen tres diferentes capas de material en un cilindro de dimensiones establecidas, se compacta cada una de estas con 25 golpes de una pesa a una altura calculada y a partir de esto y de pesar la muestra en su estado seco se puede obtener la compactación que el suelo puede tener. Se maneja en porcentajes de compactación tomando como el 100% la mayor compactación que se dio en la prueba. A partir de eso, el proyecto pedirá un porcentaje de compactación que será tomado sacando muestras inalteradas del suelo ya compactado y servirá para asegurarnos que la resistencia que esperamos sea verdadera. PRUEBAS DE COMPACTACION Actualmente existen muchos métodos para reproducir al menos teóricamente

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 51

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION en el laboratorio unas condiciones dadas de compactación de campo.

Se deben de tomar todas las medidas de seguridad al usar este tipo de aparatos ya que emiten cierta radiación.

PRUEBA PROCTOR ESTANDAR LABORATORIO VS. CAMPO El primer método, en el sentido de la técnica actual, es él debido a R.R. Proctor, conocida hoy en día como prueba Proctor Estándar o A.A.S.H.O. Estándar, en donde la energía de compactación de laboratorio se puede determinar para el caso de las pruebas Proctor, con la fórmula siguiente: E = ( N * n * P * h)/ v en la cual: E= N= n = P= V= h=

Energía de compactación Número de golpes por capa Número de capas de suelo Peso del pisón Volumen de suelo compactado Altura de caída libre del pistón

Para la prueba Proctor Estándar: E = 5.48 Kg. cm./cm3 (12,300 lb. ft./ft3)

La densidad máxima seca es máxima solamente para un esfuerzo en especifico, por lo tanto, cuando se compacta en campo, el esfuerzo puede ser mayor y la curva obtenida en el laboratorio se desplazara, aunque no perderá sus propiedades geométricas. Si se tiene un suelo con un porcentaje de humedad especifico, un numero de capas por compactar, una carga de compactación y un numero de pasadas. El contratista no tiene opción mas que cumplir con la especificación ESPECIFICACIONES El contratista puede elegir el método mas adecuado de compactación que quiera y el resultado debe ser el porcentaje de compactación que se le indica en el proyecto.

PRUEBA DE COMPACTACIÓN NUCLEAR

METODOS

Esta prueba es usada para obtener porcentajes de humedad, el equipo necesario se puede llevar fácilmente al lugar de la obra y los resultados aparecen en una pantalla digital. Esta prueba utiliza rayos gama que determinaran las densidades y por este medio se conoce la humedad. Ventajas de este método sobre otros: • El tiempo que tarda es menor y no hay demoras en la construcción. • Es no destructivo, por lo tanto, ahorra tiempo y dinero. • Nos da la densidad de suelos con agregados grandes y material congelado. • Reduce la posibilidad de errores humanos.

El método de compactación seleccionado debe estar de acorde con las especificaciones de proyecto de los proyectos excepto cuando se han realizado numerosas pruebas para quitar la posibilidad de que el suelo se comporte de una manera diferente a la proyectada. COMPACTACION ESTATICA Aplicación de carga directa, en base al peso del equipo

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 52

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION PATAS DE CABRA Estos sirven para compactas suelos finos cohesivos. Consisten en concentrar todo el peso de la maquina en áreas más pequeñas para inducir un esfuerzo mayor. La forma de uso es dar un numero de pasadas dependiendo de las necesidades de compactación. RODILLOS MODIFICADOS

COMPACTACION DINAMICA Aplicación de la carga en dinámica (equipo vibratorio)

forma

Estos trabajan igual que la pata de cabra pero el dibujo de los rodillos es distinto, además puede ser que estos no cuenten con una maquina propia y sean arrastrados por otra maquina. RODILLOS LISOS Estos funcionan para suelos friccionantes y en su mayoría presentan vibración para ayudar al mejor acomodo de las partículas. La compactación que estos dan depende del peso del equipo y del tipo de suelo que se compacta.

TIPOS DE EQUIPO DE COMPACTACIÓN TIPOS: • Peso estático. • Vibración • Impacto • Explosivos EQUIPOS: • • • • • • •

Rodillos irregulares. Rodillos modificados Rodillos lisos. Rodillos de llantas. Rodillos con vibración. Bailarinas. Rodillos manuales.

RODILLOS DE LLANTAS Sirven el mismo propósito que los anteriores y tienen una serie de llantas que no dejan que pase nada de suelo sin ser compactado. En ocasiones tienen ilesas de 9 o más llantas y

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 53

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION también sirven para compactar suelos cohesivos. Para estos es importante tomar en cuenta lo siguiente: • Peso de la llanta. • Tamaño de la llanta. • Dibujo de la llanta. • Presión de inflado. TEORIA DE LA VALVULA DE PRESIÓN PARA DISTRIBUCIÓN DE CARGAS Esta trata de presiones dadas por círculos, y se aproxima al fenómeno de compactación con llantas o rodillos. Sobre la base de esta, podemos calcular la carga que damos al suelo al compactar y trazar una curva. COMPACTADORES CON VIBRACIÓN En los materiales gruesos, es importante que las partículas son reacomoden para la compactación, por lo tanto, la vibración son indispensables en estos casos. BAILARINAS Están hechas a base de un plato que vibra y compacta dando golpes al suelo. Es operado manualmente y es muy usado en compactaciones de cepas rellenadas, guarniciones y áreas pequeñas donde no vale la pena meter maquinaria grande.

DENSIFICACIÓN DE SUELOS POR EXPLOSIONES VIBRATORIAS Este es poco utilizado por su difícil calculo y el posible daño a estructuras adjuntas, sin embargo, al aplicar explosivos una capa de suelo se podría exentar entre 2 y 10%. Esto pasa por el reacomodo de las partículas debido a la vibración que produce el explosivo. METODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN MÉTODO DE LA PILA VIBRANTE Este es a partir de una pila que es cargada por una especie de grúa. Al poner a vibrar a la pila sobre el suelo, sus partículas sé recamado y se compacta el suelo. El arreglo de puntos en donde se pone la pila es cuadrado y las distancias dependen del tipo de suelo, el grado de compactación y la capacidad de vibración de la pila. VIBROFLOTACIÓN Este es parecido a la pila con la diferencia que contiene unas bombas de agua y extensiones que producen vibración en el suelo al ser hincado el aparato unos 3 pies por su propio peso. Ya que esta hincado, el agua comienza a trabajar y el suelo se compacta por vibración. COMPACTACIÓN DINAMICA Esta consiste en dejar caer grandes cantidades de peso sobre el material que se desea compactar. Esto funciona a base de una grúa que carga una pesa con una cara lisa que caerá sobre la superficie provocando un fenómeno de compactación.

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 54

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION Las cargas comunes son de unas 20 toneladas y se dejan caer desde 100 pies de altura. ESTABILIZACIÓN DE SUELOS Muchos suelos están sujetos a expansiones y encogimientos diferenciales, por lo tanto es necesario estabilizarlos, ya sea química o mecánicamente para poder así llevarlos a una actividad adecuada para poder desarrollar nuestro proyecto. En la construcción la estabilización casi siempre se refiere a ponerle un material barato (estabilizante) al suelo para hacerlo más homogéneo y los métodos más comunes son los siguientes. MOLER Y MEZCLAR SUELOS Si el suelo es heterogéneo desde su excavación, este puede ser mezclado con maquinaria desde la misma, excavando en diferentes capas horizontales. Cuando este material se pone en un relleno, se debe moler aun más con un compactado dinámico.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON ASFALTO Al mezclar las partículas granulares con asfalto, se produce un material más durable y resistente. También se le agregan algunas partículas finas para llenar los vacíos. Es importante el contenido de humedad del material al anexar el asfalto y también esperar a que se evaporen los gases que este contiene antes de tenderlo y compactarlo. ESTABILIZACION DE SUELOS CON CEMENTO El poner cemento Pórtland en los suelos es un método muy bueno para suelos con contenidos mínimos de partículas finas, es decir, que en suelos granulares este método es muy bueno aunque un poco caro por el alto precio del cemento RENDIMIENTOS DE LOS COMPACTADORES El rendimiento de cualquier compactador se expresa en metros cúbicos

ESTABILIZACION DE SUELOS CON LIMOS Rt = Vc (m3) / hr (hora) = m3 / hr Este es un proceso químico que mejora el suelo al adherir limos. Esto pasa casi siempre en suelos arcillosos con mucha agua que se vuelven plásticas y no resistentes, por lo tanto, la reacción de los limos mejora el suelo.

DONDE Vc = L x A x C L = Longitud tramo compactado A = Ancho del tramo compactado C = Espesor de la capa compactada

ESTABILIZACION CON LIMOS CENIZA Esta tiene el mismo sentido que la anterior con la diferencia de que este es un material derivado de las plantas de energía y puede ser utilizado a un costo muy bajo para fines de mejoramiento de suelos.

Por lo que se puede determinar que el Rendimiento Teórico es: Rt = A * C * V * 1000 / P A = Ancho de rodillo en metros C = Espesor de la capa en metros V = Velocidad en Km/hr

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 55

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C. INGENIERIA CIVIL COMPACTACION P = Numero de pasadas en una hora Rendimiento real seria Rr = Rt * Fop. Rr = Rendimiento Real Rr = Rendimiento Teórico Fop. = Factor de Operación

M. EN I. EDUARDO MEDINA WIECHERS 56