UNIDAD 7. MEJORAMIENTO MECANICO DE LOS SUELOS

7.1. Factores que intervienen en el proceso de Compactación.7.2. Pruebas de compactación en el laboratorio.7.3. Determinación de pesos específicos secos en campo

Objetivos

• Analizar los factores que intervienen en el proceso de compactación de los suelos.

• Determinar los pesos específicos secos y humedad en el laboratorio y en el campo a muestras de suelo.

• Determinar el grado de compactación en una obra de ingeniería civil.

CONCEPTO DE COMPACTACIÓN• Definición de Compactación. Proceso artificial de

aplicación de energía mecánica al suelo para disminuir su volumen por reducción de la relación de vacíos debida a la eliminación del aire de los poros.

• Que obtenemos al compactar un suelo : Mayor agrupamiento de las partículas sólidas,

aumentando su contacto y con esto mejorar su densidad.

• Objetivo de la Compactación:– Mejorar propiedades mecánicas de los suelos.– Generar a partir de un suelo un material con las

propiedades mecánicas apropiadas.

CONCEPTO DE COMPACTACIÓN• Que vamos a notar físicamente en el suelo compactado: – Reducción de índice de vacíos Aumento de peso

específico.– Disminución de volumen de vacíos Asentamiento

instantáneo.• Que hacemos al compactar un suelo . Aplicamos energía

mecánica al mismo :– Tiempo de aplicación muy breve Insuficiente para

expulsar agua.– Disminución de volumen de vacíos por eliminación de

aire Reducción de volumen de aire.– Proceso de compactación Suelos o Materiales no

saturados

CAMPOS DE APLICACIÓN

• Construcción de terraplenes (estructuras de tierra)– Presas de tierra– Pavimentos– Escolleras, muelles

• Rellenos de terrenos• Mejoramiento de suelos (estabilización)• Remoldeo de muestras de laboratorio

7.1 Factores que intervienen en el proceso de Compactación

• Proctor (1933): Pruebas de laboratorio consistentes en compactar por impacto muestras de suelo con diferentes contenidos de humedad

FACTORES QUE AFECTAN LA COMPACTACIÓN DEL SUELO.

1. Contenido inicial del agua.2. Energía especifica de compactación.3. Tipo de suelo.4. Tipo y peso del equipo ( en el campo)

COMPACTACION DE CAMPO

COMPACTACION DE CAMPO

Influencia de la humedad inicial en la compactación

17,0

17,5

18,0

18,5

19,0

19,5

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Contenido de Humedad (%)

Peso

Esp

ecífi

co S

eco

(kN

/m3 )

Suelo SC (Salto)

Experimento

Óptimo

Aumenta Aumenta d Aumenta Disminuye d

Existe una para dmáx

dmáx o Peso Unitario Seco Máximo (PUSM)

umedad óptima (ópt)

Causas del comportamiento d -

• Para < ópt: Suelo muy seco Agua capilar Succión muy alta Poca eficiencia de compactación.

• Aumenta disminuye Succión Mejora eficiencia de compactación.

• Para > ópt: Suelo casi saturado Poco aire a eliminar Baja eficiencia de compactación

• Para sat: No es posible compactar

Curva de 100% de saturación

• Curva de todos los puntos donde se alcanza la humedad de saturación para cada peso específico seco (relación de vacíos)

• A mayor d menor e menor sat

100111

GsGs

SGs

Gs

SGs

wwsold

• Igualmente se definen curvas para cualquier S• Los dmáx se alcanzan cuando S = 80 – 90%

Curva de 100% de saturación

• Por encima de la curva de 100% de saturación: zona donde no es posible compactar el suelo por mayor que sea la energía específica.

• Distancia entre opt y sat: indica que un suelo compactado al máximo igual tiene aire en compactación no es posible expulsar todo el aire de los vacíos.

Energía de Compactación• CONCEPTO DE ENERGIA DE COMPACTACION.• Es la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen es:• E= Nn Wh V• En donde:• E = energía especifica.• N =número de golpes por capa• n = número de capas por suelo.• W =peso especifico.• h =altura de caída libre del pisón.• V = volumen del suelo compactado.•

• •

Influencia de la energía específica de compactación

Energía 2 > Energía 1

Curva de Compactación

dmaxال

Elevada Energía de Compactación

Pequeña Energía de Compactación

HUMEDAD DE MOLDEO

WoptWopt

Influencia del tipo de suelo

Cuanto más fino el suelo mayor opt

Cuanto más grueso el suelo mayor dmáx

Suelos gruesos mal graduados:comportamiento anormal en compactación por impacto15,0

15,5

16,0

16,517,0

17,5

18,0

18,5

19,0

19,520,0

20,5

21,0

21,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26Humedad (%)

Peso

Esp

ecífi

co S

eco

(kN

/m3 )

Desagregado Fm. Arapey

Descompuesto Fm. Arapey

Grava Fm. Salto

Suelo SP

Influencia de la compactación sobre la estructura de los suelos finos

Influencia de la compactación sobre la permeabilidad de los suelos finos

Influencia de la compactación sobre la relación tensión - deformación de los suelos finos

Ensayos de Compactación

• Forma de aplicar la Pruebas de energía de compactación Laboratorio

• Dinámicos (impacto) Ensayo Próctor• Amasado Ensayo Mini-Harvard (Wilson, 1950)• Estáticos Prueba Porter • Vibración Plaças vibratorias

7. 2 PRUEBAS DE COMPACTACIÓN•

• De acuerdo con la naturaleza de los materiales y con el uso que se les pretenda dar, se han establecido procedimientos de prueba para llevar a cabo la compactación de los suelos en el laboratorio, con objeto de referenciar y evaluar la compactación que se alcanza con los procedimientos aplicados en el campo, para determinar el grado de compactación del material. Tomando en cuenta la forma de aplicar la energía al material, las pruebas de compactación que generalmente se emplean son de los siguientes tipos:

•

•

Por impactos, como son las pruebas de: Compactación dinámica AASHTO estándar, Proctor SOP, AASHTO modificada de 3 y 5 capas y los Métodos de California y de Texas.

Por carga estática, como es la prueba de compactación Porter.

Por amasado, como es el caso del método de compactación de Hveem.

Por vibración, como es el método de compactación en que se utiliza una mesa vibratoria.

PRENSA PROCTOR

PRENSA PORTER

EQUIPO HARVARD MINIATURA

Ensayo de Compactación ProctorASTM D 698-78; AASHTO T 99-86

• Objetivo: Determinar la relación – de suelos o materiales granulares compactando en moldes por impacto de una masa de 5,5 lb (2,5 kg) con caída libre de 12 in. (305 mm)

• Moldes metálicos rígidos cilíndricos: – Diámetro interior 4,0 in. (101,6 mm); capacidad 944 cm3

(1 lt.) para suelos con tamaño máximo 4,75 mm (pasa tamiz #4)

– Diámetro interior 6,0 in. (152,4 mm); capacidad 2124 cm3 para suelos con tamaño máximo ¾ in.

Equipo de compactación Molde Proctor con extensión. Martillo o pisón con su guía metálica. Báscula de 20 Kg. 6 Tara para el contenido de agua. Vernier Regla metálica Balanza de 300 gr. Base de concreto Proctor. Cuchillo o espátula Malla o tamiz No. 40

Prueba Próctor

EQUIPO PROCTOR

Prueba Próctor

Molde PróctorPisón o martillo Próctor

Prueba Próctor.

1. Pesando la muestra de suelo que se

utilizara2. Se humedece el suelo para iniciar la prueba

La muestra utilizada será material que haya pasado por la malla No. 40. Se utilizaran de 4 a 3 kg.

Equipó utilizado en la Prueba Próctor

3. Pesar el martillo de compactación anotándolo en el registros de prueba.

Prueba Próctor

4. Cuando el material ya este húmedo, se llena el cilindro aproximadamente a 1/3 de su capacidad. Este proceso se repite tres veces.

5. Se procede a compactar con el pisón dándole un No. de golpes según el

cálculo. Este proceso se repite 3 veces ya que es a tres capas.

Prueba Próctor6. Cuando ya se haya compactado

se retira el molde superior y se procede a enrazar el recipiente.

Para pesarlo en la báscula

7. Cuando se haya de terminad de pesar se saca una muestra testigo del centro del cilindro para sacar el

contenido de humedad de suelo.

Registro de pruebas

• Secuencia de fotos

Ensayo de Compactación Proctor

• Método: Compactar en 3 capas de igual espesor– 25 golpes x capa en molde de 4 in.– 56 golpes x capa en molde de 6 in.

• Energía específica: 6 kg.cm/cm3

• Mínimo 5 moldes con materiales preparados con diferentes contenidos de humedad inicial

Ensayo de Compactación Proctor ModificadoASTM D 1557-78; AASHTO T 180-86

• Objetivo: Determinar relación – de suelos o materiales granulares compactando en moldes con una masa de 10 lb (4,54 kg) con caída libre de 18 in. (457 mm)

• Moldes metálicos rígidos cilíndricos: – Diámetro interior 4,0 in. (101,6 mm); capacidad 944 cm3

(1 lt.) para materiales con tamaño máximo 4,75 mm (pasa tamiz #4)

– Diámetro interior 6,0 in. (152,4 mm); capacidad 2124 cm3. para materiales con tamaño máximo ¾ in.

Ensayo de Compactación Proctor Modificado

• Método: Compactar en 5 capas de igual espesor– 25 golpes x capa en molde de 4 in.– 56 golpes x capa en molde de 6 in.

• Energía específica: 27,2 kg.cm/cm3

• Mínimo 5 moldes con materiales preparados con diferentes contenidos de humedad inicial

Compactación en obra

• Requisitos: dmáx y ópt de ensayo Proctor

• Dificultades:– Método de compactación en campo Método de

compactación en laboratorio– Proceso de agregado de agua o de secado campo

ópt

• d obtenido en campo difícilmente coincide con dmáx de laboratorio

Concepto de Grado de Compactación (Gc)

• Control de obra por Grado de compactación• Se establece Gcmin de aceptación en función de importancia y tipo

de obra

• Dificultades:– Inadecuado para arenas uniformes (compacidad relativa)– No representa estructura y propiedades mecánicas

adecuadamente– No permite comparar materiales diferentes

100(%) dmáx

dcG

• CONCEPTO DE COMPACTACIÓN DE CAMPO.

• Se podría definir la compactación como un procedimiento artificial utilizado para consolidar un terreno, mediante la expulsión del aire existente entre sus partículas, haciendo que las mismas estén lo más próximas posibles y con ello aumentar su densidad.

•

• FORMAS DE LA APLICACIÓN DE LA ENERGIA DE COMPACTACION EN EL CAMPO.• 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. Se usan los siguientes equipos para compactar en campo:

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

Compactación de Campo

Control de Compactación en obra

• Métodos destructivos– Cono de Arena– Aceite– Balón de goma (ASTM D 2167-94)

• Métodos no destructivos– Densímetro nuclear (ASTM D 2922-91)– Densímetro de ultrasonido

Método del Cono de ArenaASTM D 1556-90; AASHTO T 191

Método del Cono de Arena

• Pi: (Peso del botellón + Cono + Arena)inicial

• Pf: (Peso del botellón + Cono + Arena)final

• Pc: Peso de arena que llena el cono

)arena(d

cfipozo

PPPV

hueco

suelosuelo V

P