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FACULTAD DE INGENIERÍA TEMA VIII:”MEJORAMIENTO MECÁNICO DE LOS SUELOS”

I N G E N

FACILITADOR ING. VICTOR HUGO MUÑOZ GARCÍA

UNIDAD DE APRENDIZAJE FUNDAMENTOS DE GEOTÉCNIA

I E R O C O N S T R U C

TEMA VIII MEJORAMIENTO MECÁNICO DE LOS SUELOS

ALUMNO: MARISELA POCHOTECO CARRIZAL ALDAIR MORAN MOSSO PEDRO CRUCEÑO GARCÍA OSCAR ALBERTO PINEDA MARTINEZ SERGIO FLORES ANGEL SEMESTRE V

T

GRUPO 501

O

CHILPANCINGO DE LOS BRAVOS GRO; DICIEMBRE DEL 2018

R

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1.- COMPACTACIÓN.La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos (aire), empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles. ¿POR QUÉ SE DEBE COMPACTAR EL SUELO? Se debe compactar el suelo para lograr el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. 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, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc.

PROPÓSITO DE LA COMPACTACIÓN DE SUELOS La compactación es un proceso fundamental a la hora de iniciar cualquier trabajo Ingenieril basado en la construcción, pues no es más que preparar el terreno para realizar las bases de nuestra edificación, vialidad o drenaje, este proceso nos permite obtener ciertos beneficios como lo son:

AUMENTA LA CAPACIDAD PARA SOPORTAR CARGAS: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores; debidas a que las partículas mismas que soportan mejor. Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme produciendo grietas o un derrumbe total.

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REDUCE EL ESCURRIMIENTO DEL AGUA: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse. REDUCE EL ESPONJAMIENTO Y LA CONTRACCIÓN DEL SUELO: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca. IMPIDE LOS DAÑOS DE LAS HELADAS: 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 paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo. Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. Pero en general, emplean cuatro métodos principales de compactación:

COMPACTACIÓN DE SUELOS COHESIVOS. Son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino, y la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.

COMPACTACIÓN DE SUELOS NO COHESIVOS: 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 gruesos depende mucho de la granulometría. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración.

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COMPACTACIÓN DE SUELOS NO COHESIVOS: 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 gruesos depende mucho de la granulometría. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso específico y la resistencia aumentan. COMPACTACIÓN DE SUELOS ARENOSOS O LIMOSOS, CON COHESIÓN MODERADA: A medida que aumenta la cohesi6n, disminuye rápidamente la eficacia de las vibraciones como medio de compactación, pues por pequeña que sea la adherencia entre partículas, esta interfiere con su tendencia a desplazarse a posiciones más estables. Además, la baja permeabilidad de estos suelos trace inefectiva la inundación con agua. En cambio, la compactación por capes utilizando rodillos ha dado muy buenos resultados. Hay dos tipos de rodillos en uso general: neumáticos y patas de cabra.

COMPACTACIÓN DE ARCILLAS: Si el contenido natural de humedad de una arcilla en el préstamo no está próximo al óptimo, puede resultar muy difícil 11evarlo a dicho valor óptimo sobre todo si el contenido natural de humedad es demasiado alto. Por ello, el contratista puede verse obligado a utilizar la arcilla con un contenido de humedad no muy diferente del que tiene en la naturaleza. Las excavadoras extraen el material de los préstamos en pedazos o terrones. Ahora bien, un terr6n o trozo individual de arcilla no puede compactarse con ninguno de los procedimientos mencionados previamente, pues tanto las vibraciones como las presiones de corta duración solo producen un cambio insignificante en su contenido de humedad. Si es mucho mayor, la arcilla tiene tendencia a pegarse al rodillo, o bien este a hundirse en el terreno. Si es mucho menor, los terrones no se deforman y los espacios quedan abiertos.

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2.- IMPORTANCIA DE LA COMPACTACIÓN.Uno de los principales intereses de investigación en la ingeniera civil es la compactación de los suelos, la cual se establece como la propiedad presenté en los suelos, que determina su grado de proximidad de sus partículas entre sí, debido a la presión externa que está sometida. La compactación óptima se logra teniendo la cantidad de agua apropiada para el tipo de suelo que se requiera aplanar. En el campo de trabajo, el ingeniero constructor constantemente se enfrenta a diversos problemas suscitados por el tipo de suelo con el cual tratara, por tal motivo es muy importante realizar pruebas de laboratorio a los suelos que se utilizaran para llevar a cabo la ejecución del proyecto. La práctica denominada “Compactación y Optima Humedad” tiene como finalidad conocer las propiedades del suelo y con ello lograr que el suelo tenga características apropiadas para agentes externos o por lo menos para garantizar una vida útil del mismo. La importancia de la compactación de los suelos está sujeta en el aumento de su resistencia y disminución de capacidad de deformación. Radica en tener un suelo apto para la construcción, compactamente homogéneo, firme, resistente y principalmente que cumpla con los parámetros de resistencia para las distintas cargas a las que este suelo será sometido. Para esto es necesario aplicar al suelo distintas técnicas de compactación, disminuir la presencia de vacíos, y darle las características aptas para la construcción.

El objetivo de la compactación, es realizar un mejoramiento de sus propiedades físicas y mecánicas del suelo de cimentación, para que las estructuras que van a construirse puedan transferir la carga de forma uniforme hacia el suelo.

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3.- COMPACTACIÓN EN EL CAMPO.La compactación de campo de acuerdo a la forma de aplicación de la carga puede clasificarse de las siguientes.

Compactación por amasado.

Compactación por método mixtos.

Compactación por vibración.

Compactación por presión.

Compactación por impacto.

COMPACTACIÓN POR AMASADO.Los equipos por amasado están constituidos básicamente por el rodillo pata de cabra, el cual se caracteriza por: la compactación se realiza de abajo hacia arriba, brindando una mayor presión en el lecho inferior. Produce este tipo de compactación aquellos equipos que concentran todo su peso sobre la pequeña superficie de un conjunto de patas de formas variada, ejerciendo elevadas presiones en los puntos en que dichas patas de cabras penetran en el suelo. El rodillo llamado pata de cabra es el más usado que produce este tipo de compactación. El peso sin lastres del rodillo ejerce una presión de 15 a 55 kg/cm2 en la zona de contacto del suelo con las patas de cabras, y con lastre deberá ejercer una presión de 30 a 120 kg/cm2.

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COMPACTACIÓN POR PRESIÓN.Consiste en ejercer sobre la superficie del material una fuerza aplicada de forma continua que origina una compresión sobre el mismo en función del área de contacto y como consecuencia de la presión resulta. La compactación se logra utilizado una maquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Los equipos por presión están constituidos por los rodillos lisos y neumáticos, presentando las siguientes características:

RODILLO LISOS.En un rodillo Liso la compactación se realizará de arriba hacia abajo disminuyendo con la profundidad de la capa. Se recomienda compactar en capas sueltas de 20 cm. Se recomienda un número de 8 pasadas. Son utilizados principalmente en suelos gravosos y arenosos limpios, así como para el acabado de la superficie superior de las capas compactadas y en los concretos asfalticos.

RODILLOS NEUMATICOS.Las características de los equipos neumáticos que influyen en la compactación son: La presión del aire en los neumáticos y el área de contacto entre el neumático y el terreno. Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm. Se recomienda un número de 16 pasadas. Son aplicables principalmente a los suelos arenosos con finos poco plásticos, tratamientos superficiales, etc.

COMPACTACIÓN POR IMPACTO.Es la aplicación repetida de esfuerzos de corta duración a intervalos de tiempos pequeños. Entre este tipos de equipos están todo tipo de apisones, algunos rodillos que son similares a la pata de cabra e impacto con bloque de gran peso.

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Los equipos por impactos están constituidos por los pisones.

Se recomienda un numero de pasadas de 4.

Son utilizados en áreas pequeñas.

Son utilizados en los suelos plásticos o suelos graduales de granulometría apropiada.

COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN.Los equipos por vibración están representados por los rodillos vibrantes, los cuales presentan las siguientes características: Produce una disminución o casi suprimen el rozamiento entre los granos, teniendo una acción notable en la profundidad mas no así en la superficie.

Se pueden compactar capas hasta de 60cm en el caso de GP Y GW con resultados positivos. Se recomienda compactar en capas de hasta 20cm. Se recomienda un número de pasadas mínimo 8.

COMPACTACIÓN POR MÉTODO MIXTOS.Los equipos mixtos están representados por los rodillos lisos vibratorios.

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4.- EQUIPOS DE COMPACTACIÓN.Los equipos de compactación en la construcción son máquinas manuales o autopropulsadas las cuales sirven para consolidar los suelos, de acuerdo al grado de compactación requerido. Estos equipos trabajan fundamentalmente mediante elevada presión estática. Se podría definir la compactación de suelos como un procedimiento artificial de consolidar un terreno, mediante la expulsión del aire existente entre sus partículas, haciendo que las mismas estén lo más próximas posibles.

Para elegir el equipo de compactación adecuado para cada obra o proyecto, deben de tomarse en cuenta: El tipo de suelo Las condiciones físicas en el sitio de trabajo La compactación Las especificaciones que deben satisfacerse.

CLASIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS DE COMPACTACIÓN EN LA CONSTRUCCIÓN.El problema de la compactación de suelos va ligado al del material a compactar y esta es la razón de la existencia de múltiples y diferentes equipos en el mercado. Los equipos de compactación se dividen en tres grupos.

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EQUIPOS DE COMPACTACIÓN POR PRESIÓN.Rodillos lisos, Rodillos pata de cabra Rodillos neumáticos EQUIPOS DE COMPACTACIÓN POR PERCUSIÓN.Vibro compactadores Plancha vibradora EQUIPOS DE COMPACTACIÓN MANUAL.Pisón de mano

EQUIPO DE COMPACTACIÓN POR PRESIÓN: (RODILLO LISO).Este equipo de compactación se emplea en la compactación de materiales como, gravas, arenas, piedra triturada y otros materiales donde se requiere una acción de trituración. El espesor de la capa compactada depende del `peso del compactador y del objeto de la obra, pero en general varía desde unos 15cm para cimientos hasta 45cm para bases de terraplenes. Solo permite compactar capas delgadas menores de 20cm de material granular y no se obtiene densidades altas.

RODILLO PATA DE CABRA.Es un cilindro metálico que tiene su superficie conformada con una serie de puntas troncocónicas. Puede operar arrastrado por tractor o ser autopropulsado. La característica de este equipo de construcción es que concentra la carga en las patas, las que penetran en el suelo compactando en consecuencia desde abajo hacia arriba. Los suelos más recomendables para usar este tipo de compactador son los suelos cohesivos que se compactan en capas cuyo espesor no supere en más de 5cm de la longitud de las plantas.

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RODILLO NEUMÁTICO.Formados por hileras delanteras y traseras de neumáticos lisos, en número, tamaño y configuración tales que permitan el solape de las huellas de las delanteras con las de las traseras. Puede operar arrastrado por tractores o ser autopropulsado.

LAS VENTAJAS DE ESTE TIPO DE COMPACTADOR SON: Compacta a mayores espesores comparado con equipos como el pata de cabra Produce una superficie lisa resistente a la lluvia Permite compactar suelos con partículas grandes cuando el pata de cabra no puede hacerlo Las áreas húmedas de rellenos se detectan observando el sucio de las llantas Puede utilizarse para compactar pavimentos asfalticos

COMPACTACIÓN POR PERCUSIÓN.Se basa en utilizar una masa excéntrica que gira dentro de un rodillo liso, dicha masa produce una fuerza centrífuga que se suma o se resta al peso de la máquina. Se fabrican equipos, tanto remolcados como autopropulsados, de los tipos rodillo liso y placas vibratorias. CON LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS.Producen una disminución o casi suprimen el rozamiento entre los granos, con una acción notable en la profundidad que en la superficie Se pueden compactar hasta 60 cm en el caso de suelos GP y GW con buenos resultados Recomendable en capas de 20 cm RODILLO LISO.También llamados rodillos dinámicos porque compactan no solo con su propio peso sino también por medio de la vibración. Estos equipos presentan las siguientes características: Dirigen la fuerza dinámica dentro del material, resultando una compactación más efectiva, y con una penetración mayor.

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PLACAS VIBRANTES.Consisten en una plancha base que produce un golpeteo en sentido vertical, debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico accionado por un motor. Las fuerzas vibratorias engendradas son mayores que el peso de la máquina y por lo tanto la maquina se levanta del suelo en cada ciclo de rotación del plato eléctrico, como ya se explicó anteriormente.

 Este tipo de maquinaria se utiliza para trabajos pequeños tales como rellenos de zanjas, aceras, paseos, etc.

EL COMPACTADOR TIPO CANGURO.También conocido como apisonador o pisón tipo vertical, de percusión o saltarín. El compactador está diseñado para uso en áreas confinadas y es particularmente útil en la compactación de grava, arcilla cohesiva y suelos granulares, a fin de evitar los asentamientos y proporcionar una base firme y sólida para la colocación de zapatas, losas de hormigón y cimientos.

 Se utiliza en el parcheo sobre asfalto y el rellenado de zanjas abiertas para gasoductos, acueductos e instalación de cableado.

EQUIPOS DE COMPACTACIÓN MANUAL (PISÓN DE MANO).-

Este tipo de herramienta se utiliza para compactar materiales y tramos de menor dimensión, de las cuales pueden ser compactación de plantillas, fondos de zanjas, relleno de zanjas, acostillado de tubos, entre otras. Se utiliza para que un hombre compacte materiales que pueden ser de terracerías plantillas, fondos de zanjas, relleno de zanjas, acostillado de tubos, etc. consiste en una masa pesada provista de una barra en posición vertical.

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5.- CONTROL DE CALIDAD EN TERRACERÍAS.TERRACERÍAS: Las terracerías pueden definirse como los volúmenes de materiales que se extraen o que sirven de relleno en la construcción de una vía terrestre. En base a ello podemos encontrar el terraplén el cual es un espacio que puede ser plano, formado de terracería, donde se ha eliminado la materia orgánica del suelo y sustituido por material no orgánico y compactado. Generalmente el material que se emplea en un terraplén es el que se encuentra sobre la misma ruta producto de cortes o prestamos laterales. Los bancos deberán contener como mínimo 10,000 m3 de material para que sea explotable.

BANCOS DE PRESTAMO

Los bancos para sub-rasante deberan ser: Homegeneos con el fin de evitar que los espesores del pavimento varien con demasiada frecuencia: Clasificación:

LONGITUDINALES

LATERALES

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BANCOS DE PRESTAMO

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CONTROL DE CALIDAD DURANTE LA CONSTRUCCIÓN O LA CONSERVACIÓN DE LAS OBRAS.Se le denomina al conjunto de actividades orientadas al cumplimiento de los requisitos de la calidad establecidos en el proyecto. Dichas actividades comprenden principalmente el examen de los resultados obtenidos de un proceso de producción que mediante: Mediciones Muestreo y pruebas de campo y laboratorio Permiten evaluar las propiedades inherentes a un concepto de obra, de los materiales y de los equipos de instalación permanentes que se utilicen para su ejecución; con el objetivo de decidir la aceptación, rechazo o corrección del proyecto. REQUISITOS DE CALIDAD PARA TERREPLENES (TERRACERÍAS).Los materiales que se utilicen para la formación de terraplenes debe cumplir con los requisitos de calidad que se muestran en la Tabla 1, en ningún caso debe ser utilizados materiales altamente orgánicos con turba (Pt), ni materiales producto de despalmes. Tabla 1.- Requisitos de calidad de materiales para terraplén Características Limite liquido; % máximo Valor soporte de California (CBR),[1] % mínimo Expansión; %, máxima Grado de compactación, [2]; %

Valor 50 5 5 90m +- 2

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO.El encargado de elaborar el estudio geotécnico o del banco de materiales, es el responsable de determinar, a nivel de estudio, que el material cumpla con los requisitos de calidad en la N-CMT-1-01/02 Características de los materiales. Durante el proceso de producción, con el objeto de controlar la calidad del material en la ejecución de la obra, por cada 300 m3 o fracción del material de un mismo tipo, extraído del banco; se deben realizar las pruebas necesarias las cuales aseguren que cumplen con el limite liquido establecido. Una vez tendidas y compactadas la capas de terraplén, se deben realizar las pruebas necesarias que aseguren el cumplimiento del grado de compactación.

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MATERIALES PARA SUBYACENTE (TERRACERÍAS).Los materiales para la capa subyacente son suelos y fragmentos de roca, producto de los cortes o de la extracción de bancos, que se utilizan para formar dicha capa inmediatamente encima del cuerpo de un terraplén. REQUISITOS DE CALIDAD.Los materiales que se utilicen para la formación de la capara subyacente, en función de sus características y de la intensidad del tránsito esperada en términos del número de ejes equivalentes (8,2) toneladas, acumulados durante la vida útil del pavimento (∑L); en ningún caso se utilizaran materiales altamente orgánicos como turba (Pt). Cuando la intensidad del tránsito (∑L) sea 10,000 a 1, 000,000 de ejes equivalentes, el material debe cumplir con los requisitos de calidad los cuales se establecen en la Tabla 2 con un espesor mínimo de 30 cm.

Tabla 2.- Requisitos de calidad de materiales para capa subyacente Características Valor Limite liquido; % máximo 50 Valor soporte de California (CBR),[2] % mínimo 10 Expansión; %, máxima 3 Grado de compactación, [3]; % 90m +- 2 Tamaño máximo y granulometría Que sea compactable [1]

Cuando la intensidad del tránsito (∑L) sea de 1, 000,000 a 10, 000,000 de ejes equivalentes, el material cumplirá con los requisitos de calidad de acuerdo a la Tabla 2 y tendrá un espesor mínimo de 70 cm. Cuando la intensidad del tránsito (∑L) sea >10, 000,000 de ejes equivalentes, la capa subyacente será motivo de diseño especial. Si la capa subyacente se desplanta directamente sobre el terreno de cimentación y su espesor es < que el señalado; cuando el material del terreno de cimentación no cumpla con los requisitos, se excavara una caja hasta la profundidad necesaria para completar el espesor mínimo.

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MATERIALES PARA SUBRASANTE (TERRACERÍAS).Los materiales para la capa subrasante son los suelos naturales, seleccionados o cribados, producto de los cortes o de la extracción en bancos, que se utilizan para formar dicha inmediatamente encima de la cama de los cortes, de la capa subyacente o del cuerpo de un terraplén cuando esta última no se construya, para servir de desplante a un pavimento. REQUISITOS DE CALIDAD.Cuando la intensidad del tránsito (∑L) sea igual a 1, 000,000 de ejes equivalente o menor, el material cumplirá con las características granulométricas y con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 3 y tendrá un espesor mínimo de 20 cm. Cuando la intensidad del tránsito (∑L) sea de 1, 000,000 a 10, 000,000 de ejes equivalentes, el material cumplirá con los requisitos de calidad que se establecen en la Tabla 3 y tendrá un espesor mínimo de 30 cm. Si la capa subrasante se desplanta directamente sobre el terreno de cimentación, cuando el material no cumpla con los requisitos establecidos en la Tabla 3, se excavara una caja hasta la profundidad necesaria para completar el espesor mínimo.

Tabla 3.- Requisitos de calidad de materiales para capa subrasante Características Valor Limite liquido; % máximo 40 Valor soporte de California (CBR),[2] % mínimo 20 Expansión; %, máxima 2 Grado de compactación, [3]; % 100m +- 2 Tamaño máximo; mm 76 Índice plástico; %, máximo 12

El material se almacenara en un sitio específicamente destinado para tal propósito. Cuando en dicho sitio no se cuente con un firme, previamente a su utilización se deberá: Remover la materia vegetal y limpiar la superficie. Conformar, nivelar y compactar la superficie, dejando una sección transversal uniforme que permita el drenaje.

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6.- MAPA MENTAL.-

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