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CompactaciónCompactación
FabiánFabián HoyosHoyos Patiño IG MScPatiño IG MScGrupoGrupo de de GeotecniaGeotecnia
EscuelaEscuela de de IngenieríaIngeniería CivilCivilUniversidad Nacional de ColombiaUniversidad Nacional de Colombia
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OBJETIVOOBJETIVO
Identificar las condiciones de densificación de los suelos en términos de:– Materiales– Energía de compactación– Contenido de humedad
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CompactaciónCompactación
Una técnica simple de mejoramiento del terreno en la que se densifica el suelo mediante la aplicación de energía mecánica.
+ agua =Energíamecánica
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EFECTOS DE LA DENSIFICACIÓN EFECTOS DE LA DENSIFICACIÓN – Resistencia al cortante– Compresibilidad– Conductividad hidráulica
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AplicacionesAplicaciones
– Presas de tierra– Terraplenes – Pavimentos– Vertederos de Residuos Sólidos Urbanos– Llenos estructurales– Estructuras de suelo reforzado– Prefabricados– Edificaciones
66
77
88
99
1010
1111
1212
1313
CurvaCurva de de compactacióncompactación
Humedad
Den
sida
dse
ca(ρ
d)
Humedad óptima
ρd, max
-Densidad seca máxima, humedadóptima
-Resistencia y rigidez
-Baja permeabilidad
La compactación es una operacióneficiente en suelos granulares. Las arcillas no se compactan, se amasan
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CurvaCurva de de CompactaciónCompactaciónQué ocurre con las cantidades relativas de las tres fasescuando se agrega agua?
Den
sida
dse
ca(ρ
d)
sueloaguaaire
Dificultad de expulsarel aire
Menor relación de vacíos y máximadensidad seca con la humedad óptima
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CurvaCurva de de SaturaciónSaturación ZAVZAV
Todos los puntos de compactacióndeben quedar a la izqquierda de la curva ZAV
- Corresponde a 100% de saturación
Humedad
Den
sida
dse
ca(ρ
d)
Curva ZAV (S=100%)
s
wsd wG
G+
=1
ρρ
S<100%
S>100% (imposible)
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EfectoEfecto de la de la energíaenergía de de compactacióncompactación
El incremento de la energía de compactación tiene comoresultado:
E1
E2 (>E1)
• Mayor densidad seca máxima• Menor humedad óptima
La compactación con una humedadinferior a la óptima puede dar lugar a una estructura colapsable
Den
sida
dse
ca(ρ
d)
1717
Curva de compactaciónCurva de compactación
1818
MaterialesMateriales• La compactacíón es eficiente en materiales granulares, ineficiente
en arcillas y cenizas volcánicas.• Los materiales bien gradados permiten obtener densidades
máximas mayores con la misma energía de compactación.• Las cenizas volcánicas presentan peculiaridades en el proceso de
compactación. Las diferencias de densidad seca máxima (50%) y humedad óptima (100%) son extremas según se seque o no el material antes de hacer los ensayos.
ρ = 1t/m3, w = 50% vs ρ = 0.7 t/m3, w = 90%
• Puede obtenerse valores elevados de densidad con lutitas que se comportan como materiales granulares a pesar de su composición. Parte de la energía de compactación de las lutitas se gasta en la trituración del material.
• Parte de la energía de compactación de gravas limpias utilizadas en las bases granulares se gasta en la trituración de partículas.
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CompactaciónCompactación y y estructuraestructura de de laslas arcillasarcillas
Un mayor contenido de humedad o la aplicación de una mayor energia de compactación dan lugar a una estructura mas dispersa.
Estrictamente las arcillas no se compactan, se amasan
Estructura más floculada
Est
ruct
ura
más
disp
ersa
Den
sida
dse
ca(ρ
d)
2020
EnsayoEnsayo de de CompactaciónCompactación en en laboratoriolaboratorio-Definir la humedad óptima y la densidad secamáxima para una energía de compactación dada, a partir de la curva de compactación.
martilloProctor estándar : Proctor Modificado:
• 3 capas
• 25 golpes por capa
• 5 capas
• 25 golpes por capa
• Martillo de 2.7 kg
• Altura de caida 30 cm
• Martillo de 4.9 kg
• Altura de caida 45 cm
Molde de compactación 1000 cm3
2121
Equipo de compactación en Equipo de compactación en laboratoriolaboratorio
• Ensayo Proctor Normal ASTM D698• Ensayo Proctor Modificado ASTM D1557
2222
LíneaLínea de de óptimosóptimos
Humedad
Den
sida
dse
ca(ρ
d)
Curvas de compactación con diferentes energías.
Línea de óptimos
2323
Humedad de compactaciónHumedad de compactación• En el terreno corresponde
aproximadamente a la humedad del material en la zona de préstamo.
• Condición difícil de controlar en el trópico húmedo. Programación del trabajo en función de la meteorología.
• En zonas áridas la tendencia es a compactar en la rama seca de la curva, w< woo.Puede dar lugar a una estructura colapsable del suelo.
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Ejercicio de aplicaciónEjercicio de aplicación
• El contenido de humedad del material en una zona de préstamo es 10%. Si se toma una masa de 6 kg para ensayos de compactación ¿cuánta agua es necesario agregar para obtener humedades de 13, 17, 20, 24 y 28%?
2525
Ejercicio de aplicación Ejercicio de aplicación
231 619281 647211 685211 641201 707181 747191 699161 740141 755151 803121 639121 715131 910111 62791 69191 873
w(%)
ρd(Mg/m3)
w(%)
ρd(Mg/m3)
w(%)
ρd(Mg/m3)
CBaja energía
BEstándar
AModificado
2626
Ejercicio de aplicaciónEjercicio de aplicación
Con los datos del cuadro anterior y con una gravedad específica de las partículas de 2.64.
• Dibuje las curvas de compactación• Determine los valores de densidad seca máxima
y humedad óptima• Calcule el grado de saturación en cada uno de
los óptimos.• Dibuje la curvas de saturación y las curvas de
70%, 80% y 90% de saturación.
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Control de la Control de la compactacióncompactación
-Ejercicio sistemático en el que se verificaa intervalos regulares si la compactacióncumple las especificaciones
e.g., 1 ensayo por cada 1000 m3
de suelo compactado
• Densidad seca mínima• Intervalo de humedad
Medidas de campo (ρd) mediante
• Cono de arena
• Balón de caucho
• densímetro nuclear
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EnsayoEnsayo de control de de control de compactacióncompactación
Terreno compactado
ρd,campo = ?wcampo = ?
Especificaciones
Compare!
w
ρd
2929
3030
Densímetro nuclearDensímetro nuclear
3131
Compactación relativaCompactación relativa
• Relación de densidad obtenida a la densidad seca máxima del ensayo de laboratorio.
En obras viales usualmente se exige el 95% de la compactación relativa. En llenos estructurales puede ser 90%
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Densidad relativaDensidad relativa
( )( )minmax
minmax100ρρρρρρ
−−
=rD
minmax
max100eeeeDr −
−=
CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno
Rodillo con llantasCompactador de placa. Rana
Compactador vibratorio. Rodillo lisoCompactador de impacto
Rodillo patecabra
3434
CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno
La eficiencia depende de la masa y de la potenciaEquipos convencionales compactan efectivamente sólo20-30 cm; limitación: capas delgadas
Vibrocompactador de rodillo liso
3535
CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno
Compactación de áreas pequeñas
Placas vibratorias
Efectivo en suelos gtranulares
3636
CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno
• Efecto de amasado
Rodillo patecabra
• Efectivo en arcillas
3737
CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno
Asegura una compactación hasta 2-3m de profundidad.
Rodillo de impacto
CCoompactaciónmpactación dinámicadinámica- Golpear el terreno con un peso grande
Apropiado para suelos granulares, rellenos y terrenos cärsicos con dolinas.
Cráteres creados porimpactos
MasaCavernas y canales subterráneos porsolución en calizas
CCoompactaciónmpactación dinámicadinámica
Masa = 5-30 tAltura de caida = 10-30 m
CCoompactaciónmpactación dinámicadinámica
VibroflotaciónVibroflotación
Vibroflot (unidad vibratoria)Longitud = 2 – 3 mDiámetro = 0.3 – 0.5 mMasa = 2 t
• vibrocompactación
• Pilas de piedra
• vibroremplazamiento
Apropiada en suelos granulares
VibroflotaciónVibroflotación
VibroflotaciónVibroflotación
VibroflotaciónVibroflotación
VibroflotaciónVibroflotación
VibroflotaciónVibroflotación
VibroflotaciónVibroflotación
4848
PilasPilas de de piedrapiedra
Perforación con vibrador Relleno … y compactación Pila de piedra
4949
VoladurasVoladurasPara densificar suelosgranulares
5050
EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra
Motoniveladora
5151
EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra
Bulldozer o topadora
5252
EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra
cargador
5353
EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra
Retroexcavadora
5454
EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra
Retroexcavadora sobre orugas
5555
EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra
Martillo neumático
5656
Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones
• Adobe• Tapia• Suelo cemento
5757
Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones
CasagrandeCasagrande
5858
Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones
CasagrandeCasagrande
5959
Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones
ShibamShibam
6060
Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones
ShibamShibam
6161
Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones
AustraliaAustralia
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Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones
AustraliaAustralia
6363
Unas cuantas notasUnas cuantas notas• El material de préstamo conserva su humedad durante el proceso de
compactación.• Las condiciones de clima controlan en gran medida la construcción de
terraplenes y pavimentos.• La compactación de arcillas es un proceso muy ineficiente. Las arcillas no
se compactan, se amasan• Los materiales más apropiados para compactar son limos arenosos y
arenas bien gradadas. • De ser necesario, es aceptable compactar el material con un contenido de
agua ligeramente mayor que su humedad óptima.• Un suelo compactado por debajo de su humedad óptima puede ser
susceptible al colapso.• La compactación con una humedad diferente de la óptima, exige una
energía de compactación mayor para conseguir la misma densidad máxima que se habría obtenido con la humedad óptima.
• El grado de saturación de un material compactado con su densidad seca máxima y humedad óptima es cercano al 90%.