Tema 05 - Compactación de Suelos

7/21/2019 Tema 05 - Compactacin de Suelos

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MECNICA DEL SUELO Y CIMENTACIONES - E.T.S.A. 3 CURSO PLAN 1998

TEMA 5: COMPACTACIN DESUELOS. DEFORMACIN DE

SUELOS PARCIALMENTE

SATURADOS


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NDICE

COMPACTACIN DE SUELOS

EL ENSAYO DE PRCTOR

OTROS MTODOS DE COMPACTACIN ESTRUCTURA DE LOS SUELOS COMPACTADOS

EXPANSIVIDAD Y COLAPSO DE LOS SUELOS ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD:

ENSAYO DE INUNDACIN BAJO CARGA EL APARATO DE LAMBE ENSAYO DE HINCHAMIENTO LIBRE ENSAYO DE PRESIN DE HINCHAMIENTO


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INTRODUCCIN

LA COMPACIDAD DE UN SUELO ES UNA PROPIEDAD: QUE INFORMA SOBRE SU DENSIDAD EN RELACIN AL RANGO DE

VALORES POSIBLES

QUE OSCILA ENTRE FLOJA Y MUY DENSA DEPENDE DEL TIPO DE SUELO:

GRANULAR, LIMOSO O ARCILLOSO TAMAO DE LOS GRANOS Y SU DISTRIBUCIN

DEFORMABILIDAD DE LOS GRANOS PARA UN MISMO SUELO DEPENDE DE:

LA CANTIDAD DE AGUA QUE LLENA SUS POROS LA CARGA O ENERGA DE COMPACTACIN APLICADA

A MAYOR COMPACIDAD EN UN SUELO: MS RESISTENCIA MENOR COMPRESIBILIDAD


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Si se compactan muestras de un mismo suelo encondiciones idnticas, pero variando la humedad: Se puede representar mediante curvas con:

Abcisas: Humedad Ordenadas: Densidad seca Para una misma energa de compactacin:

Al aumentar la humedad se obtienen mayores densidades: Seencajan las partculas y se lubrican con el agua

Llega un momento en que se alcanza la saturacin casi total A partir de ah, ms agua necesita ms poros, y baja la densidad La curva presenta un mximo, que indica:

La densidad mxima que puede obtenerse

La humedad ptima con la que se consigue Para ese mtodo y energa de compactacin

La compacidad de un suelo se suele referir a ese estadode densidad mxima-humedad ptima


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1,70

1,80

1,90

2,00

2,10

2,20

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0

% HUMEDAD

DENSID

AD

SECA(

g/cm

3)

Densidad mxima

Humedad ptima


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COMPACTACIN DE SUELOS Con distintas energas de compactacin se obtienen curvas

semejantes A mayor energa:

Mayor es la compactacin (densidad) que es posible obtener Menor es la humedad ptima precisa para ello El aumento de densidad que se obtiene al aumentar la energa de

compactacin es mayor con humedades bajas que con humedades altas

Para un determinado grado de humedad, la densidad despus

de la compactacin no puede nunca ser mayor que la quecorresponde a la muestra saturada: La curva de trazos es un lmite que no puede ser traspasado por ninguna de

las curvas de trazo continuo cualquiera que sea su grado de compactacin Esta lnea a trazos se obtiene mediante la expresin:

siendo:rs

w

w

d

S

w+

=

s

w

W

Ww =

h

w

r

V

VS =


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1,70

1,80

1,90

2,00

2,10

2,20

2,30

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0

% HUMEDAD

DENSIDAD

SECA

(g/cm

3)

Disminuye lahumedad ptima

Aumenta ladensidadmxima

Mayor energa de

compactacin

Lneadesaturacin


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EL ENSAYO DE PRCTOR La referencia (densidad mxima-humedad ptima) se obtiene

mediante los ensayos de compactacin El ensayo ms extendido es el de Prctor PRCTOR NORMAL (UNE 103500:1994):

Se apisona la muestra de suelo en tres capas sucesivas En un molde cilndrico de 1,0 litro de capacidad Cada capa se apisona por 26 golpes, distribuidos en su superficie Para ello se emplea un pisn de 2,5 kp de peso y 5 cm de dimetro con una

altura de cada de 30,5 cm El material debe ser inferior a 20 mm (por el tamao del molde)

PRCTOR MODIFICADO (UNE 103501:1994): Molde de 2,320 litros En el se pueden introducir material hasta 40 mm

Mayor energa de compactacin (Maza 4,535 kp - 45,7 cm 60 golpes) En el ensayo se determinan varios puntos La densidad ptima suele estar:

Por debajo del lmite plstico Superior al 25 % del lmite plstico


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EL ENSAYO DE PRCTOR

MOLDE PRCTOR

102 mm

50,8mm

122,4mm


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OTROS MTODOS DE COMPACTACIN

El ensayo de Prctor compacta mediante impacto En la compactacin de suelos en obra (terraplenes,

explanaciones, etc.) se emplean otros mtodos:

Se usan rodillos metlicos, lisos o de pata de cabra, y neumticos Se consiguen fenmenos de presin esttica, vibracin y amasado Por ello utilizan cada vez ms compactadores que

simulen mejor las condiciones de campo COMPACTADOR MANUAL HARVARD:

El aparato consta de un depsito de 62,4 cm3

Un compactador metlico con un mango ranurado que encierra unmuelle precomprimido

Se introduce en el suelo con la fuerza estrictamente necesaria para

vencer la fuerza del muelle, haciendo que se comprima ligeramente Si se aplica en varios puntos se consigue un efecto de amasado Es ms rpido que el ensayo Prctor Slo sirve para suelos sin finos (tamiz 40) Los resultados son equiparables a los del ensayo Prctor


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OTROS MTODOS DE COMPACTACIN

COMPACTADOR HARVARD OTROS COMPACTADORES


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ESTRUCTURA DE SUELOS COMPACTADOS El mtodo y la humedad de compactacin influyen en la

estructura del suelo: ENERGA: La orientacin de las partculas (arcillas) aumenta con las

deformaciones al corte a que se somete el suelo durante su compactacin HUMEDAD: Es posible compactar con humedades inferiores a la ptima

(lado seco) o superiores a ella (lado hmedo): Un suelo compactado del lado seco es ms resistente: El esfuerzo de

compactacin se gasta principalmente en reducir su volumen, pero noproduce deformaciones de corte

En un suelo compactado del lado hmedo ptimo su resistencia esmenor y el esfuerzo de compactacin produce deslizamientos de unaspartculas sobre otras (se orientan)

TIPO DE COMPACTACIN: La orientacin de las partculas se consiguepor orden creciente segn el mtodo:

ESTTICO VIBRATORIO DE IMPACTO DE AMASADO En cualquier terrapln o explanacin habr que exigir un nivel

de compacidad adecuado que garantice su resistencia ydeformabilidad


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ESTRUCTURA DE SUELOS COMPACTADOS

Densidad relativa mnima recomendada del suelo:

Rango aproximado del contenido de humedad ptimo:

Tierras que soportan cargas de edificacin grandes y zonasdonde los asientos deben ser controlados cuidadosamente100

Tierras que soportan calles y caminos privados

Tierras que soportan elementos de edificacin pesados,tales como salas de mquinas y mercancas95 100

Tierras que soportan elementos de edificacin con cargasligeras como soleras y pavimentos peatonales90 95

Relleno en trasds de muros de stanos y de contencin

que soportan tierras sin sobrecargas85 90

Empleo o localizacin% de la densidad mxima

13 21 %Arcilla

11 15 %Limo

8 12 %Arena limosa

6 10 %ArenaContenido de humedad ptimoTipo de suelo


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EXPANSIVIDAD Y COLAPSO En la compresibilidad de los suelos parcialmente saturados se

producen fenmenos complejos: La expresin de la presin efectiva no es sencilla Las presiones del agua y el aire no son iguales (succin)

Cuando un suelo parcialmente saturado se somete a una carga,y al final de los asientos se inunda puede ocurrir: Un asiento adicional: COLAPSO Un aumento de volumen: EXPANSIVIDAD

El colapso:

Suele producirse con grados de saturacin inferiores a un valor crtico 40 al 60% en suelos granulares 85 % en arcillas

Es importante en suelos de estructura floja (limos) Suele ocurrir en suelos compactados del lado seco

Se explica: En suelos granulares por la prdida de resistencia de los granos En suelos cohesivos por la accin lubricante del agua

La expansividad: Se justifica en suelos cohesivos por la reduccin de la succin

Tiene un riesgo asociado que es la retraccin (al perder humedad)


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EXPANSIVIDAD Y COLAPSO Estos fenmenos son tpicos en suelos parcialmente saturados:

Se produce por encima del nivel fretico En esta zona se pueden producir cambios de humedad por su oscilacin o

por las condiciones atmosfricas

Se llama capa activa a la zona del terreno (por encima del nivel fretico)afectada por los cambios de humedad

La capa activa puede alcanzar desde 2 a ms de 5 m

ENSAYO DE INUNDACIN BAJO CARGA: Si una muestra con distintas cargas se inunda, se obtienen dos curvas:

La del suelo cargado, parcialmente saturado, o curva de humedadnatural;

La del suelo inundado, o curva de inundacin bajo carga Estas curvas se cortan en un punto que llamaremos presin de hinchamiento

del ensayo de inundacin bajo carga:

A esa presin ni colapsa ni expande al aumentar su humedad Por encima de esa presin se comporta como colapsable Por debajo de esa presin se comporta como expansivo

Por tanto un suelo puede ser expansivo o colapsable en funcin de lapresin a que est sometido


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EXPANSIVIDAD Y COLAPSOENSAYO DE INUNDACIN BAJO CARGA EN SUELOS

PARCIALMENTE SATURADOS

-0,200

-0,150

-0,100

-0,050

0,000

0,050

0,10 1,00 10,00

PRESIONES (log)

DEFORMACIN(%)

Inundacin

Curva de humedadnatural

Curva de inundacinbajo carga

Zona de hinchamiento Zona de colapso

Presin dehinchamiento


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ENSAYOS DE EXPANSIVIDAD

Los ensayos de expansividad podemos clasificarlos en: Ensayos cualitativos:

Se realizan sobre muestras alteradas Indican el potencial expansivo de un suelo, pero no aportan

datos para cuantificar el problema Ejemplos:

Lmites de Atterberg: Podemos prever que un suelo esexpansivo si su lmite lquido es superior a 30 y su ndice de

plasticidad superior a 12 Ensayo de hinchamiento Lambe Ensayos cuantitativos:

Se realizan sobre muestras inalteradas Aportan datos para la cuantificacin del problema

Se ejecutan en edmetro Ensayos:

Presin de hinchamiento Hinchamiento libre

Ensayo de inundacin bajo carga


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HINCHAMIENTO LAMBE Es un ensayo rpido (2 horas) Mtodo de ensayo (UNE 103600:1996):

Se toma una muestra que pasa por el tamiz 10 Se elabora segn su estado:

Se coloca en el aparato Lambe, con una presin inicial de 10 kPa y se inunda La presin medida a las dos horas es el ndice de hinchamiento (Mpa) Mediante una figura se convierte a CAMBIO POTENCIAL DE VOLUMEN (CPV)

Se establecen cuatro categoras dependiendo del CPV:

La del Prctor Normal51wLLmite plstico

La mitad del P.Modificado43100 % (cmara)Hmedo

La del Prctor Modificado7350 % (aire)Seco

Energa compactacinGolpes por capaNmero capasHumedadEstado

Marginal2 4

Muy crtico6 - 8

Crtico4 6

No crtico< 2

CategoraCambio potencial de volumen


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HINCHAMIENTO LAMBE

APARATO DE LAMBE


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HINCHAMIENTO LAMBERELACIN ENTRE EL NDICE DE HINCHAMIENTO Y EL CAMBIO

POTENCIAL DE VOLUMEN (ENSAYO DE LAMBE)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

3,6

3,84

0 2 4 6 8

CAMBIO POTENCIAL DE VOLUMEN

NDICEDEHINCHAMIENTO(kp/cm2)

MarginalNo crtico Crtico Muy crtico

SECO

OHM

EDO

L.PL

STICO


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HINCHAMIENTO LIBRE

Se realiza en el edmetro

Mtodo de ensayo (UNE 103601:1996): Se introduce una muestra inalterada en una anillo edomtrico y se

coloca entre dos piedras porosas en el edmetro Se le da una pequea carga de 10 kPa Se inunda hasta la parte superior de la muestra (permitir la salida

de aire)

Se espera hasta que la muestra alcance su hinchamiento mximo(72 horas) El hinchamiento libre se expresa como porcentaje, y es la relacin

entre el incremento de altura y la altura inicial

Son valores reducidos los inferiores al 1,5% y elevados

los superiores al 5%

100=

ohhlibretoHinchamien


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PRESIN DE HINCHAMIENTO

Se realiza en el edmetro Mtodo de ensayo (UNE 103602:1996):

Se prepara una muestra inalterada de forma similar al ensayo dehinchamiento libre

Se inunda Se procede de modo continuo incrementando la carga vertical en la

muestra para que el hinchamiento sea nulo, sin llegar a producirasientos, por lo que la aguja del anillo comparador debe depermanecer inamovible (+ 0,01 mm)

La presin vertical que se ejerza cuando se alcance el equilibrio seconoce como presin de hinchamiento (ph)

Se descarga por escalones (ph, ph/2, ph/4, ...) hasta 10 kPa (presindel ensayo de hinchamiento libre)

Se representa en una grfico con: Abcisas: Presin correspondiente a un escaln Ordenadas: Hinchamiento en % en cada escaln

Se consideran reducidas presiones del orden de 100 kPa


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INUNDACIN BAJO CARGA

El proceso ya descrito permite obtener la presin dehinchamiento que divide las zonas de: Expansividad

Colapso Mtodo:

Para los intervalos normales de carga se pueden simplificar lascurvas asimilndolas a rectas es muy pequeo

Se cargan e inundan dos muestras, y se unen los puntoscorrespondientes

Las presiones inferiores suelen ser 10-20 kPa, y lassuperiores de 100-200 kPa

Esta presin es diferente a la presin de hinchamientodel ensayo de inundacin bajo carga

INUNDACI N BAJO CARGA


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INUNDACI N BAJO CARGA

MAPA ARCILLAS EXPANSIVAS


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MAPA ARCILLAS EXPANSIVAS


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-8,00

-7,00

-6,00

-5,00

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

3,00

1 10 100 1000

PRESIN (kPa)

DEFORMAC

INUNITARIA(

HUMEDAD NATURAL


RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS


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1. La cimentacin deber superar la capa activa del terreno arcilloso,

situndose a una profundidad en la cual se alcance la humedad de equilibrio,situacin en la cual el suelo ni pierde ni gana humedad. La capa activa enAndaluca puede llegar a ser a ser de 5 m.2. En el clculo de la cimentacin, y sin sobrepasar la tensin admisible del

suelo, se procurar que la transmisin de tensiones por los cimientos seaprxima a la presin de hinchamiento, del ensayo de inundacin bajo carga.3. Es fundamental la construccin de un forjado sobreelevado con cmara deaire intercalada, evitando as el contacto directo de la solera con el terreno,independizando los elementos portantes de soportes y vigas en la cimentacin,as como los muros de contencin de stanos del contacto directo con elterreno natural, intercalando entre ambos bloques aligerados y rellenosimpermeables en los pozos, a base de zahorras compactas que funcionen comobarreras antihumedad.

En algunos casos especiales se puede aadir una sub-base impermeable entrela cmara de aire y el terreno natural, compuesta de una capa de gravas oarena de espesor hasta 0.50 m cubierta con lmina asfltica protegida conmortero de perlita contra roedores.


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4. Se procurar crear pavimentos exteriores impermeables que rodeen laedificacin con un ancho igual al 75% de capa activa, y al menos 1.50 m, conpendiente del 2% hacia el drenaje exterior, para garantizar que no se produzca

ningn aporte de humedad a la cimentacin.Los rellenos de las sub-bases de pavimientos exteriores se ejecutarn pormedio de zahorras compactadas al 95% del proctor normalizado, segn UNE7255/79, de un espesor en stos ltimos mnimo de 0.20 m y con formacin de

pendientes hacia el drenaje exterior, para facilitar la rpida evacuacin de lasaguas incluso con lmina de butilo intercalada.5. Se realizar un sellado estanco de todas las juntas en los encuentros entrepavimentacin y cerramientos exteriores de la edificacin, para reducir lasinfiltraciones de agua de lluvia al terreno bajo la misma.



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RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS6. Los rboles eliminan grandes cantidades de agua del terreno y las racespenetran grandes distancias bajo los edificios en busca de arquetas o

saneamientos. Adems, la tala de rboles antiguos puede producirhinchamientos apreciables. Los rboles han de separarse al menos una vez sualtura de adulto de la edificacin, y vez y media su altura cuando se sitan enhileras. A ttulo orientativo son rboles muy peligrosos el lamo, chopo, aliso,

acacia, sauce, olmo, eucalipto, pltano y ficus. Arboles peligrosos el arce,abedul, fresno, haya, magnolia y encina. Arboles poco peligrosos el naranjo,alerce, cedro, abeto, pino carrasco y ciprs. En general son ms peligrosos losrboles de hoja caduca que los de hoja perenne. Tambin es un ndice de supeligrosidad el que tengan un dimetro de adulto igual o superior a 25 cm.7. Los saneamientos deben proyectarse observables o colgados. A poder serrealizados con juntas y tubos flexibles tipo PVC o similar. Nunca usar roscas deladrillo en tubos de hormign. Utilizar arquetas de hormign o fibrocemento sin

juntas entre paredes y fondo. Especial atencin a la entrada y salida de tubos.

Nunca utilizar los suelos expansivos para volver a rellenar las zanjas.8. Evitar cimentaciones superficiales y en zanja corrida en contacto directo desus elementos portantes con el terreno. Caso de utilizar pilotes conviene queatraviesen la capa activa y tengan armadura continua en toda su longitud, por

trabajar a traccin.

MANIFESTACIONES DE LA EDIFICACION


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MANIFESTACIONES DE LA EDIFICACION

1. Asentamientos diferenciales con descalces de zunchos y pozosen la cimentacin, y agrietamiento de vigas de arriostramiento.Agrietamiento y basculamiento de vallas, cercas, tapias ybordillos.2. Abombamientos, levantamientos y roturas de pavimentos desoleras y sus revestimientos.3. Rotura de conducciones enterradas de la red de saneamiento

y despegue de arquetas del terreno con inundaciones,filtraciones de humedades y malos olores al interior del edificiocon riesgo de oxidacin de armaduras en los elementosestructurales en contacto con stas.

4. Agrietamiento de particiones interiores colocadas sobreforjado en contacto con el terreno.

MANIFESTACIONES EN TERRENOS DE ARCILLAS


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MANIFESTACIONES EN TERRENOS DE ARCILLASEXPANSIVAS

1. Son sospechosos los suelos arcillosos de colores heterogneos rojizos,grises o gris-verdosos, donde se forman grietas de retraccin en poca seca y

son pegajosos al calzado y la maquinaria en poca hmeda. El suelohumedecido es muy moldeable y mancha los dedos.2. Los terrones de suelo y las deformaciones producidas en el terreno mojado(huellas de pisadas, roderas de vehculos, etc.) son muy persistentes.3. Hinchamiento de terrenos superficiales cubiertos por soleras y en contactocon stas, provocado por el entorpecimiento de la evapotranspiracin y elefecto sombra.4. Ausencia en general de vegetacin freatfila espontnea (arbustos yrboles de hoja caduca).

5. Desmontes muy degradados con caidas de pequeos bloques y terrones dearcilla al pie del talud.6. Puede desarrollarse un microrrelieve caracterstico (bujeo).

CRITERIOS DE PELIGROSIDAD SEGN


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CRITERIOS DE PELIGROSIDAD SEGNDIVERSOS AUTORES

> 3020-3010-20< 10N golpes S.P.T.

> 103-101-5< 1Hinchamiento libre (%)

> 250120-25030-120< 30Presin de hinchamiento (kPa)

< 0.60.6-0.80.8-1> 1Indice de desecacin

> 64-62-4< 2Indice PVC del ensayo Lambe

> 2823-3013-23< 15Porcentaje del terreno inferior a 1 m

> 9060-9030-60< 30Porcentaje del terreno que pasa porT200 ( 15Indice de retraccin (wS)

> 4520-5510-350-15Indice de plasticidad (IP)

> 6040-6030-40< 30Lmite lquido (wL)MUY ALTOALTOMEDIOBAJOPARAMETRO

Tema 05 - Compactación de Suelos

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