Pontificia Universidad Católica Argentina Facultad de Ciencias Fisicomatemáticas e Ingeniería

MECANICA DE SUELOS“TEMA: COMPACTACION”

CARRERA: INGENIERIA CIVIL

1ING. JULIO GENCO

Índice

• Introducción

• Tipos de Estabilización

• Equipos

• Energía de Compactación

• Ensayo Proctor

• Control de Compactación

• Bibliografía

2ING. JULIO GENCO

3ING. JULIO GENCO

IntroducciónSe entiende por Compactación de un suelo, al

mejoramiento de sus propiedades mecánicas por medios

mecánicos.

La importancia de la compactación de los suelos radica en

el aumento de resistencia y disminución de capacidad

de deformación.

Por lo general las técnicas de compactación se aplican a

rellenos artificiales (terraplenes para caminos y

ferrocarriles, presas de tierra, diques, pavimentos etc.).

4ING. JULIO GENCO

IntroducciónSe distingue de la Consolidación: en este proceso el

peso especifico del material crece gradualmente bajo la

acción natural de sobrecargas impuestas que provocan

expulsión de agua.

COMPACTACION CONSOLIDACION

Proceso Artificial Proceso Natural

Espesor ≤ 30/40cm Grandes Espesores

Proceso Inmediato Proceso Largo

Puede ser suelo seleccionado Se da en Suelos en estado Natural

Expulso el aire Se pierde agua

5ING. JULIO GENCO

IntroducciónIMPORTANCIA DE LA COMPACTACION:

a.- Aumento de la Resistencia

b.- Disminución de las Deformaciones

c.- Disminución de los vacios

d.- Aumento del pesos Especifico Seco

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACION

a.- Contenido de Agua del Suelo

b.- Energía Empleada

Índice

• Introducción

• Tipos de Estabilización

• Equipos

• Energía de Compactación

• Ensayo Proctor

• Control de Compactación

• Bibliografía

6ING. JULIO GENCO

7ING. JULIO GENCO

Tipos de EstabilizaciónLa estabilización de los suelos tiene por objeto mejorar sus

condiciones naturales frente al transito y clima; se trata de

lograr no solo resistencia sino también durabilidad, de

manera de poder soportar las acciones deformantes y

destructoras de las cargas.

Distinguimos tres tipos de estabilizaciones:

a.- Mecánica

b.- Física

c.- Físico - Química

8ING. JULIO GENCO

Tipos de Estabilizacióna.- ESTABILIZACION MECANICA

Es aquella en la cual se aporta energía mecánica a

la masa de suelo

b.- ESTABILIZACION FISICA

Dentro de este tipo de estabilización recurrimos a la mezcla

de suelos para satisfacer las especificaciones de proyecto.

c.- ESTABILIZACION FISICO – QUIMICA

Las mas tradicionales son con cal o cemento, dependiendo

el tipo de suelo

9ING. JULIO GENCO

Tipos de EstabilizaciónLa ESTABILIZACION MECANICA consiste en la

compactación de los suelos.

Sin lugar a dudas la mas importante, no solo porque

mejora ambos valores (c y ) ya que dependen

directamente de la densidad y de la humedad del suelo,

sino porque acompaña a las otras estabilizaciones, las

que no tendrían sentido si las partículas no fueran

convenientemente acercadas.

Índice

• Introducción

• Tipos de Estabilización

• Equipos

• Energía de Compactación

• Ensayo Proctor

• Control de Compactación

• Bibliografía

10ING. JULIO GENCO

11ING. JULIO GENCO

EquiposPara lograr el mejor rendimiento de los compactadores, es

necesario una correcta distribución de la humedad, tanto en

superficie como en espesor, por lo que para efectuar un buen

trabajo de compactación se debe contar con un tanque de

capacidad conveniente. Este equipo no puede obviarse.

La compactación se realiza con:

a.- Rodillos “Pata de Cabra”

b.- Rodillos Lisos

c.- Rodillos Neumáticos

d.- Equipos Vibratorios

12ING. JULIO GENCO

EquiposRODILLO “PATA DE CABRA”:

Tienen como característica

fundamental compactar el suelo de

abajo hacia arriba ejerciendo un

efecto de amasado, por medio de

protuberancias. Estas tienen la forma

típica de la pezuña de una cabra.

Se lo emplea para suelos arcillosos,

pues genera, dada sus características

concentraciones de presion y genera

un efecto de amasado, que disgregan

los grumos.

13ING. JULIO GENCO

EquiposRODILLO LISOS:

Estos equipos compactan al suelo

de la superficie hacia abajo, por

acomodamiento de las partículas

solidas.

Los equipos modernos han

incorporado con éxito la vibración,

logrando mejorar los rendimientos.

Los suelos Granulares se

compactan exclusivamente con

rodillos lisos vibrantes, se regula la

frecuencia de acuerdo al tamaño de

partícula y al espesor de la capa a

densificar

14ING. JULIO GENCO

EquiposRODILLO NEUMATICO:

Los rodillos neumáticos múltiples se

utilizan para sellar las capas

compactadas.

Solo algunas arenas limpias, de

granulometría uniforme y confinadas

pueden ser densificadas por este tipo

de rodillos con un razonable

rendimiento.

La compactación obtenida es función

de la presión de inflado.

15ING. JULIO GENCO

Equipos

La compactación producida en los suelos por los diferentes

equipos se ve, evidentemente, influida por el numero de

veces sucesivas que aquellos pasen sobre el material.

El numero de pasadas necesario para obtener un cierto peso

especifico seco es función del equipo de campo usado; un

equipo pesado lograra mas pronto el mismo efecto que otro

mas ligero.

16ING. JULIO GENCO

EquiposEn las primeras pasadas la

compactación crece muy

rápidamente, pero cuando el

equipo ha pasado varias veces

el efecto de una pasada

posterior disminuye, al grado

que, económicamente, se

llega a un momento en que ya

no compensa que el equipo

pase mas veces sobre el

suelo.

17ING. JULIO GENCO

Equipos

Los rodillos vibratorios son eficientes en la compactación de suelos

granulares. Los vibradores se unen a los rodillos, lisos o patas de cabra

para suministrar dichos efectos.

La vibración es producida por el giro de pesos excéntricos.

Índice

• Introducción

• Tipos de Estabilización

• Equipos

• Energía de Compactación

• Ensayo Proctor

• Control de Compactación

• Bibliografía

18ING. JULIO GENCO

19ING. JULIO GENCO

Energía de Compactación

A partir de los trabajos de R.R. Proctor (1933), se encontró que

“para un suelo determinado y una energía de compactación

constante hay una cantidad de humedad para la cual se

obtiene la máxima densidad ”.

Índice

• Introducción

• Tipos de Estabilización

• Equipos

• Energía de Compactación

• Ensayo Proctor

• Control de Compactación

• Bibliografía

20ING. JULIO GENCO

21ING. JULIO GENCO

Ensayo ProctorBásicamente el ensayo Proctor consiste en entregar energía al suelo, el

mismo estará acomodado en un numero establecido de capas dentro de un

molde, y dicha energía se aplicara mediante golpes de un pisón con un

peso determinado, que cae libremente desde una altura fija.

Ensayo regido por normas nacionales (IRAM y VN E-5) e internacionales

(ASTM D-1557 y AASHTO T99 y T180).

Objeto: Establecer la Humedad Optima con la que se obtiene el

mayor valor del peso unitario, llamado densidad seca máxima.

El ensayo esta limitado a suelos que pasen totalmente el #4 o que cuando

mucho tengan un porcentaje retenido en esta malla, pero dicho retenido

pase por el tamiz #¾

22ING. JULIO GENCO

Ensayo Proctor

APARATOS QUE SE UTILIZAN:

a.- Moldes cilíndricos de acero

b.- Pisón de compactación

c.- Balanza de Precisión

d.- Tamiz IRAM #¾ y #4

e.- Pesafiltros

f.- Dispositivo para rociar agua

23ING. JULIO GENCO

Ensayo Proctor

24ING. JULIO GENCO

Ensayo Proctor FORMA DE OPERAR - ACORDE A LA GRANULOMETRIA

a.- Si se trata de suelo que pasa totalmente por #4 se opera con

todo el material, si lo retenido es menor al 5% puede incorporarse a

la muestra, si lo retenido es bastante mayor se opera como

material granular.

b.- Cuando se emplean materiales granulares (mas 5% retenido

#4) se pasa la muestra por el tamiz #¾ (19mm), debiendo

realizarse el ensayo con la fracción que pasa dicho tamiz

compensado el material retenido por este ultimo.

25ING. JULIO GENCO

Ensayo Proctor PROCEDIMIENTO

a.- Por cada punto de la curva Humedad-Densidad 2,5 kg de material seco

o 6 kg si es material grueso.

b.- Se prepara material suficiente para 5 puntos, tres en la rama

ascendente y 2 en la descendente.

c.- Compactación de la Probeta. Con una cuchara de almacenero se

coloca dentro del molde una cantidad de material que alcance 1/3H de la

altura del molde con el collar de extensión, o 1/5H si son 5 capas

respectivamente

d.- Con el pisón se aplica el numero de capas previsto uniformemente

distribuido.

26ING. JULIO GENCO

PROCEDIMIENTO

e.- Se retira el collar de extensión, y se pesa el molde (Ph)

f.- Se determina la humedad con una muestra de la probeta.

g.- Se repiten las operaciones descriptas para cada uno de los puntos de la

curva.

CALCULOS Y RESULTADOS

.

Ensayo Proctor

Vmolde

PmoldePhumedoDh

H

DhDs

100

100

27ING. JULIO GENCO

Ensayo ProctorCALCULOS Y RESULTADOS

.

28ING. JULIO GENCO

Ensayo Proctor

CONSIDERACIONES

a.- Elección del Molde: se elije de acuerdo al tamaño de los granos del

material a ensayar. El molde pequeño de 4” se adopta para materiales que

tengan menos del 5% de retenido en el #4, los restantes materiales deben

ser compactados en el molde grande de 6” de diámetro.

b.- La Humedad Optima es algún punto menor que el Limite Plástico,

en consecuencia el primer punto puede llevarse al suelo entre 8 y 10%

menos que el Limite Plástico y agregar 3% a cada punto restante.

c.- Los suelos granulares se los compacta con la mayor energía (ensayo

modificado) y los suelos finos limo-arcillosos se los compacta con la

menor energía de compactación (ensayo normal).

Índice

• Introducción

• Tipos de Estabilización

• Equipos

• Energía de Compactación

• Ensayo Proctor

• Control de Compactación

• Bibliografía

29ING. JULIO GENCO

30ING. JULIO GENCO

Para comprobar si el terreno ha sido debidamente compactado (es

decir que verifique lo establecido en pliego), deben determinarse la

densidad y la humedad del material, a fin de comparar estos resultados

con la densidad máxima y la humedad optima obtenida previamente en

laboratorio.

Métodos de control de densidad en campo.

1.- Metodo del Cono de Arena

2.- Metodo del Volumenometro

3.- Metodos Nucleares

Control de Compactación

31ING. JULIO GENCO

Control de Compactación

METODO DEL CONO DE ARENA

Método Aprobado por Vialidad Nacional VN-E8-66.

Tiene por objeto la determinación “in-situ” del peso unitario de un

suelo compactado y establecer si el grado de compactación logrado

cumple las condiciones.

El Equipo Consta de:

1.- Frasco con Arena (la misma debe ser limpia, seca y de granulometria

redondeada y comprendida entre los tamices #10 y #30).

2.- Cono (ver Figura)

3.- Bandeja con Orificio Central, cuchara, espatula, cincel, etc.

32ING. JULIO GENCO

Control de Compactación

33ING. JULIO GENCO

METODO DEL CONO DE ARENA

1.- Se determina el peso de la arena por unidad de volumen.

2.- Se pesa el frasco con la arena y se determina, además, el peso de la arena

que se necesita para llenar el embudo mayor.

Para esto, previo llenado del frasco con arena y un peso conocido, se apoyara el embudo

sobre una superficie plana y rígida, se abre la válvula y la arena comenzara a fluir, hasta

constatar que el embudo esta totalmente lleno. Se cierra la válvula y se pesa la arena del

frasco. Por diferencia de peso se determina la arena necesaria para llenar el embudo.

Se repite tres veces la operación, y el promedio será el valor adoptado.

3.- Se limpia el sitio escogido y luego se excava un hoyo de unos 10cm de

diámetro aproximadamente (para suelos finos, y de un max. de 16cm para

suelos granulares) hasta una profundidad igual al espesor que pretenda

controlarse.

Control de Compactación

34ING. JULIO GENCO

4.- Se extrae cuidadosamente todo el material retirado del hoyo, colocándolo en

un frasco debidamente tapado a fin de evitar perdidas de humedad, y luego se

pesa la muestra de tierra obtenida.

5.- Se cierra la válvula y se enrosca el embudo pequeño al cuello del frasco

lleno de arena.

6.- Se coloca el equipo encima del hoyo, se abre la válvula dejando caer la

arena hasta que llene el hoyo y el embudo mayor.

7.- Una vez que la arena ha dejado de caer, se cierra la válvula y se levanta el

aparato.

8.- Se desenrosca el cono y se pesa nuevamente el frasco con la arena que ha

sobrado.

Control de Compactación

35ING. JULIO GENCO

Calculos:

Da………… Densidad de la arena empleada

P……......... Peso del frasco con la arena seca, antes de empezar la operación

p…………... Peso de la arena necesaria para llenar el embudo mayor

P’…………….Peso del frasco con la arena que sobro después de ejecutado la

operación.

Wh………….. Peso de la tierra extraída antes de ser secada al horno

Ws………….. Peso de la tierra secada al horno

w…………… Contenido de humedad de la tierra extraída.

V……………. Volumen de la muestra de tierra extraída, o sea, el vol. del hoyo.

Control de Compactación

V

WsD

w

WhWs

100

100

Da

pPPV

'

36ING. JULIO GENCO

Control de Compactación

GRADO DE COMPACTACION LOGRADO.

Se determina aplicando la siguiente relación:

Siendo:

C= Porcentaje de compactación obtenido con relación a la compactación especificada.Ds= Densidad lograda (Kg./dm3.)D= Densidad (en Kg./dm3) que debió obtenerse según lo indicado en el Pliego de Especificaciones de la obra.

100D

DsC

37ING. JULIO GENCO

Control de Compactación

38ING. JULIO GENCO

39ING. JULIO GENCO

40ING. JULIO GENCO

41ING. JULIO GENCO

42ING. JULIO GENCO

43ING. JULIO GENCO

Índice

• Introducción

• Tipos de Estabilización

• Equipos

• Energía de Compactación

• Ensayo Proctor

• Control de Compactación

• Bibliografía

44ING. JULIO GENCO

45

• Mecánica de Suelos – Juárez Badillo y Rico Rodríguez, Tomo 1.

• Mecánica de los Suelos en la Ingeniería Practica – Karl Terzaghi, Traducción Oreste Moretto.

• Ingeniería de Cimentaciones – Ralph Peck,

Walter Hanson y Thomas Thornburn.

• Suelos – Ing. Norberto Cerutti, Dirección

Nacional de Vialidad.

Bibliografía

ING. JULIO GENCO