UNIDAD VI: COMPACTACION DE SUELOS.

Compactación:

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, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieríles.

Importancia de la Compactación:

La importancia de la compactación de suelos estriba en 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.

Dónde se aplica mayormente la Compactación:

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.

De qué dependen los métodos empleados para la Compactación:

Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso.

Fundamentos:

Los fundamentos de la compactación no están perfectamente explicados, sin embargo, se reconoce que el agua juega un papel importante, especialmente en suelos finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen, es decir, un peso específico seco máximo.

Beneficios:

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 (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es más profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

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.

Tipos de suelos:

1. 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.

2. Suelos No Cohesivos: (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 gruesos depende mucho de la granulometría

3. Suelos Mixtos: En la naturaleza la mayoría de los suelos están compuestos por una íntima mezcla de partículas de muchísimos tamaños.

Objetivos:

Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.

No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.

No debe ni retraerse ni expanderse excesivamente.

Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad.

Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.

Máquinas de compactación:

1. Por presión estática: Fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos. Ejemplo: Apisonadoras clásicas de rodillos lisos, Rodillos patas de cabra.

2. Por impacto: Trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas. Ejemplo: Placas de caída libre y pisones de explosión.

3. Por vibración: Trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos más pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Ejemplo: Placas vibrantes y rodillos vibratorios.

Permeabilidad:

La permeabilidad de un suelo compactado varía con la relación de vacíos, el grado de saturación y su estructura. Se puede correlacionar humedad de compactación.

Técnicas de compactación:

Rodillos lisos.

Rodillos vibratorios.

Pata de cabra.

Apisonadores manuales.

Grado de compactación:

El grado de compactación se define como el cociente entre el peso unitario obtenido en el terreno y el peso unitario seco del ensayo de compactación elegido como referencia.

Ensayos de densidad in situ:

Volumenometro: El ensayo del volumenómetro permite obtener el volumen de suelo de una excavación de diámetro y profundidad reducidos.

Cono de arena: Este ensayo se diferencia del volumenómetro en que la excavación se rellena con arena previamente calibrada y graduada. Conociendo el peso de la arena utilizada se determina el volumen de la excavación.

UNIDAD VII. CONSOLIDACION DE SUELOS.

Consolidación:

Cuando el suelo se somete a una sobrecarga q los esfuerzos totales se incrementan en esa misma cuantía. En suelos saturados, esto conduce al incremento de la presión de poros; pero dado que el agua no resiste esfuerzos cortantes, sin que se modifique el nuevo esfuerzo total, el exceso de presión intersticial se disipa a una velocidad controlada por la permeabilidad k del suelo, con lo que el esfuerzo efectivo se va incrementando a medida que el agua fluye.

Clases de consolidación:

Puede ser PRIMARIA o SECUNDARIA.

Primaria: Cuando cargado el suelo, la reducción de volumen se debe a la expulsión del agua, fenómeno en el que se transfiere la carga soportada por el agua al esqueleto mineral, esta es la consolidación propiamente dicha, típica del caso de los suelos de Ciudad de México y de la Torre de Pisa, y con la que nace la Mecánica de Suelos (Terzaghi, 1925).

Secundaria: Cuando la consolidación se da por reajuste del esqueleto mineral y luego de que la carga está casi toda soportada por este y no por el agua.

Deformaciones en el suelo (s = esfuerzo; e = deformación)

Un suelo puede presentar deformaciones permanentes o no, a causa de las cargas que soporta. Las deformaciones pueden ser:

Deformación elástica: El suelo puede recobrar forma y dimensiones originales, cuando cesa la fuerza de deformación.

Deformación plástica: Se da corrimiento de la masa del suelo pero la relación de vacíos permanece más o menos constante. Al retirar las cargas el suelo queda deformado, pero su volumen casi se mantiene.

Deformación compresiva: En este caso, existe Reducción de volumen en el suelo sometido a carga, y la deformación se conserva después de esa

acción. Esta deformación puede ser por CONSOLIDACIÓN o por COMPACTACIÓN.

Consolidación: Es la reducción gradual de volumen del suelo por compresión debido a cargas estáticas. También puede darse por pérdida de aire o agua, o por un reajuste de la fábrica textural.

Compactación: Es la densificación del suelo, lograda por medios dinámicos, con el propósito de mejorar sus propiedades ingenieriles.

Evaluación de asentamientos:

La consolidación impone la necesidad de evaluar la magnitud y la velocidad de los asentamientos. Si las deformaciones totales del terreno varían en la dirección horizontal, se producen asentamientos diferenciales. Si el suelo es altamente deformable, las sobrecargas cargas altas producen asentamientos excesivos. Si el suelo es un limo arenoso, la permeabilidad puede ofrecer asentamientos rápidos que suelen darse durante la construcción. Si el suelo es limo arcilloso, los asentamientos pueden prolongarse darse un tiempo importante después de terminada la obra.

Análisis de asentamientos:

Pueden considerarse dos casos: asentamientos por una sobrecarga q en un área infinita, o asentamiento por sobrecarga q en un área de tamaño finito. Lo anterior se define según la extensión del área cargada en comparación con el espesor de la capa de subsuelo que se considera deformable.

EDÓMETRO o consolidómetro:

Es un aparato de laboratorio útil para conocer la compresibilidad de un suelo que va a ser objeto de una consolidación. La muestra es un cilindro aplanado y el ensayo es condiciones de compresión confinada. Al aplicar la carga, el agua se evacua por dos piedras porosas, superior e inferior. La carga es incremental, para registrar las deformaciones (en el extensómetro) contra el tiempo. También carga Vs relación de vacíos.

UNIDAD VIII. RESISTENCIA DE LOS SUELOS.

Resistencia de los suelos:

Esta resistencia equivale, a su vez, a la suma de dos componentes: fricción y cohesión. La resistencia friccional surge de la irregularidad de los contactos entre partículas y es proporcional a la fuerza perpendicular entre ellas. La cohesión, que es la resistencia máxima a la tensión de un suelo, es un resultado de las fuerzas de atracción que hay entre los gránulos en contacto íntimo y no depende de la presión normal, sin embargo, es muy raro encontrar esta cohesión verdadera, lo más común es que los suelos tengan cierta resistencia friccional.

Características de los suelos:

Los suelos se caracterizan fundamentalmente por los siguientes aspectos:

•Los suelos están formados por partículas pequeñas (desde micras a algunos centímetros) e individualizadas que pueden considerarse indeformables.

•Entre estas partículas quedan huecos con un volumen total del orden de magnitud del volumen ocupado por ellas (desde la mitad a varias veces superior).

•Un suelo es un sistema multi fase (sólida, líquida y gaseosa).

•Los huecos pueden estar llenos de agua (suelos saturados), o con aire y agua (suelos semi saturados), lo que condiciona la respuesta de conjunto del material .En condiciones normales de presión y temperatura, el agua se considera incompresible.

Propiedades físicas y clasificación de los suelos

a) Relaciones de peso.b) Relaciones de volumen.c) Densidad o compacidad relativa: Una magnitud muy empleada para

caracterizar la compacidad de un suelo granular es la densidad relativa.

d) Granulometría: Se efectúa tomando una cantidad medida de suelo seco, bien pulverizado y pasándolo a través de una serie de tamices (cuyo tamaño de malla suele ir disminuyendo en progresión geométrica de razón 2), agitando el conjunto. La cantidad de suelo retenido en cada tamiz se pesa y se determina el porcentaje acumulado de material que pasa por cada tamiz. El porcentaje de material que pasa por cada tamiz, determinado de la forma anterior, se representa en un gráfico semi logarítmico. El diámetro de la partícula se representa en una escala logarítmica (abscisas), y el porcentaje de material que pasa se representa en escala aritmética (ordenadas).

En función de la granulometría se clasifican los suelos en cuatro grandes grupos:

•Gravas: Con tamaño de grano entre unos 80 mm. y 4,75 mm. Los granos son observables directamente, existen grandes huecos entre las partículas y no retienen el agua.

•Arenas: Con partículas de tamaño entre 4,75 mm. y 0,075 mm. Estas son observables a simple vista y se mantienen inalterables en presencia de agua.

•Limos: Con partículas comprendidas entre 0,075 mm. y 0,002 mm. Retienen el agua y si se forma una pasta limo-agua y se coloca sobre la mano, al golpear con la mano se aprecia cómo el agua se exuda con facilidad.

•Arcillas: Cuyas partículas tienen tamaños inferiores a 0,002 mm. Son partículas de tamaño gel y están formadas por minerales silicatados, constituidos por cadenas de elementos tetraédricos y octaédricos, unidas por enlaces covalentes débiles y pudiendo entrar las moléculas de agua entre las cadenas, produciendo aumentos de volumen, a veces muy importantes.