Proceso mecánico por el cual se busca mejorar artificialmente las

características de resistencia, compresibilidad y el

comportamiento esfuerzo – deformación de los mismos.

Habitualmente esta técnica se aplica a rellenos artificiales, como

terraplenes para caminos o ferrocarriles, bases o sub - bases para

pavimentos, estabilizados, presas de tierra. Sin embargo, en no

pocas ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural a

fin de mejorar su capacidad portante.

Capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él.

- Reduce la compresibilidad (disminuye las deformaciones para

cargas verticales)

- Aumenta la resistencia al corte (disminuye la probabilidad de falla

del terraplén)

- Crea cohesión y resistencia a la compresión

- Con la mayor cohesión, aumenta la resistencia a la erosión interna y

externa.

La compactación de un suelo:

Lo caro y lento de la compactación es colocar en capas delgadas.

Las condiciones para poder compactar:

En suelos arcillosos las capas son de ~ 10 a 15 cm.

En suelos granulares (gravas y enrocados) las capas son de ~ 30 a

150 cm.

Relleno de una zanja:

Si hay que compactar, el suelo se debe hacer llegar al fondo,

esparcirlo en capas delgada.

Si no requiere compactación, sencillamente se deja caer desde

arriba hasta rellenar en una sola capa toda la zanja. A lo más hay que

esparcir y darle forma a la superficie terminada

MATERIAL COMPACTADO

Se distribuye el material

Para depósitos (botaderos). Si no se requiere compactación el

material se descarga desde la superficie final por la ladera. El

terraplén va avanzando. Sólo se requiere acceso a un punto en el

nivel definitivo.

Si se especifica compactación hay que tener acceso a todos los

niveles para ir subiendo por capas la superficie.

Se debe descargar en toda la superficie, corregir humedad si el suelo es cohesivo, después pasar el rodillo.

Granulares o NO Cohesivos - Partículas en las que predomina el peso - Poca superficie de contacto - Poca adherencia entre granos - Se compacta por movimiento y golpes (vibración) Cohesivos - Partículas aplanadas de poco espesor - Predomina la adherencia - Son suelos pegajosos, difíciles de compactar y relativamente débiles - Se compacta por amasado y presión

Suelos No Cohesivos: (granular) compuestos de rocas, piedras, gravas y

arenas, o sea suelos de granos gruesos.

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.

Suelos Mixtos: en la naturaleza la mayoría de los suelos estan compuestos

por una intima mezcla de partículas de muchísimos tamaños

Un suelo está formado por tres partes

Al aplicar presión en suelos granulares el agua es expulsada debido

a la alta permeabilidad

En suelos impermeables (cohesivos), si se aplica presión la expulsión

de agua es muy lenta

Aire

Agua

Sólido

Compactación de suelos granulares - laboratorio

Compactación de suelos granulares - terreno

Una vez completa, compactada y controlada una capa: se coloca el suelo de la capa siguiente. Los camiones descargan en montones. Se ubican a los camiones para que los montones queden a una distancia tal que al esparcir el espesor de la capa sea el deseado

Se retiran los sobre tamaños, es decir los bloques que tienen espesor superior o cercano al espesor de la capa. Ya que el rodillo se monta sobre ellos y no compacta a su alrededor.

En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más

adecuado resulta el de la vibración. La compactación eficiente en

los suelos cohesivos requiere presiones mas altas para los suelos

secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no

es critico.

En terreno la energía absorbida es: - Directamente proporcional al nº de pasadas del compactador - Inversamente proporcional al espesor de la capa - Directamente proporcional al peso del compactador Vibración ~ 1500-1800 rpm

La eficacia de la compactación que se puede lograr en obra depende,

entre otros factores, de:

· Naturaleza del suelo a compactar.

· Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de

neumáticos, área de contacto, frecuencia de vibración.

· La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo

por unidad de volumen durante el proceso mecánico de que se trate).

· Contenido de humedad del suelo.

· Cantidad y espesor de las capas del terraplén.

· Número de pasadas del equipo de compactación.

EFICACIA DE LA COMPACTACIÓN EN OBRA

Los métodos usados para la compactación dependen del tipo de

suelo. Los friccionales, como las arenas, se compactan

eficientemente por métodos vibratorios (placas vibratorias),

mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por

métodos estáticos (rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos,

rodillos lisos).

Ensayo Proctor Estándar. La prueba consiste en compactar

el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y

dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una

de ellas con un pisón de 2,5 [kg] de peso, que se deja caer

libremente desde una altura de 30,5 [cm]

Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso

del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión

estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle

energía al mismo.

Ensayo Proctor Modificado

(AASHTO T–180), como respuesta a las exigencias de subrasantes más

densas en aeropistas, demandadas por los pesados equipos de

aviación militar que se desarrollaron por entonces. Este ensayo

modificó el Estándar aumentando el número de capas de 3 a 5; el

número de golpes en cada una de ellas se llevó de 25 a 55; el peso del

pisón se elevó a 4,5 [kg] y la altura de caída a 45,7 [cm].

FLUJO UNIDIRECCIONAL

• Características del flujo de agua en el suelo• Ley de Darcy• Velocidad de flujo• Carga hidráulica en el suelo• Sifonamiento o Ebullición en arenas

NECESIDAD DEL ESTUDIO DEL FLUJO DE AGUA EN LA MASA DEL SUELO

• Determinación del estado de presiones (u)– Para determinar el estado de tensiones efectivas– En cuerpos de presa de tierra, estabilidad de obras

• Determinación de velocidad y caudal de flujo– Filtración a través y bajo presas

• Consolidación de suelos

CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO EN EL SUELO

• En los intersticios se da flujo de líquidos y gases Laminar• Flujo f (Nº de Reynolds (R)) Turbulento

• Generalmente en suelos: velocidades bajas diámetros pequeños

Flujos laminares

• Flujos turbulentos pueden darse en arenas gruesas (SP) o gravas (GP)

Conductividad Hidráulica

• Mayor o menor facilidad con que los fluidos fluyen por los poros del suelo

• Conductividad hidráulica depende:– Tipo de fluido

– Tipo de suelo– Granulometría: graduación, forma de los granos– Relación de vacíos– Grado de Saturación– En arcillas: Doble capa difusa

Q

L Arena

1

h3

2

3

4

h4

entraQ

sale

Plano de referencia

LEY DE DARCY (1856)

• Flujo laminar unidireccional a través de filtros de arena

• Tubo de sección constante

• Caudal proporcional a pérdida de carga por unidad de longitud

Ley de Darcy: AikALh

kQ

Q: Caudalh: Pérdida de carga hidráulicaL: Longitud de probetaA: Sección de probetak: Coeficiente de conductividad hidráulica

Lh

i Gradiente

hidráulico

Validez de la Ley de Darcy

• Para todo suelo donde el flujo sea laminar:– Arenas finas a medias (SC y SM)– Arenas gruesas bien graduadas (SW)– Arcillas y Limos

Velocidad de Descarga

k: Velocidad de descarga para i = 1k = [cm/seg]

ikAQ

v

Q

L Arena

1

h3

2

3

4

h4

entraQ

sale

Plano de referencia

A: área de la sección de la muestraAs: área de los intersticios

Av < A por continuidad Q es cte. vs > vv: velocidad de descargavs: velocidad de filtración

Velocidad real (vr) no será ni v ni vs

ee1

iknik

nv

vs

A

Av

v

v

vs

Velocidad de Filtración

Carga Hidráulica gvu

zmHw 2

2

w

uzmh

Carga piezométrica

En suelos: velocidades muy pequeñas carga de velocidad despreciable

En suelos H = h

Medida de la Carga de presión

LaboratorioPiezómetros

Campo

Piezómetros de Laboratorio: Tubo o manómetro abierto Manómetro de Bourdon

Dificultad: tiempo de estabilización grande para medir

Piezómetros de Campo: Casagrande

SIFONAMIENTO O EBULLICIÓN

• Situación en la que presión de poros modifica la tensión efectiva

• Caso de arena donde se presenta flujo ascendente

• Como no hay gradiente hidráulico; régimen hidrostático

www LaLLau '1

w '

a

L

ww

h

w.a

w .(L+a) w.a+ .L

uh

Peso específico sumergido

a

L

w

w

h

w.a

w.h w.a+ .L

uf

• Consecuencia de la Ley de Darcy distribución de presiones de poro lineal

'1

'2

H

HLhLau

w'1

wwww'2

H

a

L

w

w

h

w.a

w.h w .a+ .L

uf

• Si h sigue aumentando entonces puede llegarse a la situación

Sifonamiento o Ebullición 0' u

• Efecto físico del sifonamiento ’ = 0 Pérdida de contacto entre partículas sólidas

Pérdida de capacidad resistente del suelo.• El suelo se comporta como un fluido denso• «Arenas movedizas»

• Casos en los que se produce sifonamiento– Arenas con flujo de agua ascendente

• Otros casos donde u afecta – Cargas de gran intensidad y períodos muy cortos de

aplicación (sismos, impactos)• En arcillas no necesariamente se da sifonamiento

Gradiente crítico de sifonamiento (ic)

a

L

w

w

h

w.a

w.h w.a+ .L

uf

a1iLaLLihLaLh

Lh

i

cc

c

1i

1i

01iL

0a1iLLa

0hLa

wc

cw

cw

cww

ww'

Como w ic

Flujo en suelos finamente estratificados

• Suelos sedimentarios lacustres en los que se intercalan capas muy finas de arcilla y capas de limo (condiciones de Westergaard)

• No cumple hipótesis de suelo no homogéneo para Ley de Darcy

• Además: knormal a capas kparalelo a capas

• Se puede extender la Ley de Darcy bajo ciertas hipótesis determinando una permeabilidad equivalente del conjunto (ke) en sentido vertical y en sentido horizontal

k1

k2

kn

H

q1 H1

H2

Hn

q2

qn

L

Flujo en dirección paralela a los estratos

• h: Diferencia de carga que produce el flujo• q: gasto por unidad de ancho• Gradiente hidráulico único para todas las capas y el conjunto

HHk

k

HLh

kHLh

kiAkq

qq

iih

iihh

i

k equivalente en sentido paralelo a los estratos

Flujo en dirección normal a los estratos

• h: Diferencia de carga que produce el flujo• Hipótesis de Trabajo:

– El flujo es sólo vertical y no hay acumulación de agua en ningún estrato q en cada estrato es constante

– Las áreas son iguales La velocidad de flujo en todos los estratos es constante .cte

Aq

v

i

iv

kHH

k k equivalente en sentido normal a los estratos

k1

k2

kn

H

q

H1

H2

Hn

Permeabilidad de los suelos: Ensayos de permeabilidad. Gradiente

hidráulico crítico

CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO EN EL SUELO

LEY DE DARCY (1856)

Medida de la Carga de presión Piezómetros

NECESIDAD DEL ESTUDIO DEL FLUJO DE AGUA EN LA MASA DEL SUELO

Permeabilidad de las masas estratificas de suelos.