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compactaciones de los suelos

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compactaciones de los suelos

  1. 1. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
  2. 2. ¿Qué es la compactación?  Es la densificación del suelo por remoción de aire, lo que requiere energía mecánica. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 2
  3. 3. ¿Qué es la compactación?  La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacios, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades.  Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 3
  4. 4. Ventajas de la Compactacion La compactación permite el mejoramiento de las siguientes propiedades:  Aumenta la capacidad de soporte del suelo.  Reduce los asentamientos del terreno.  Reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la penetración del agua. El agua fluye y el drenaje puede regularse.  Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo, ya que si hay vacíos, el agua penetra y habrá un esponjamiento en invierno y contracción en verano.  Impide los daños de las heladas, puesto que el agua se expande y aumenta el volumen al congelarse, haciendo que pavimentos se hinchen y losas y estructuras se agrieten. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 4
  5. 5. Principios Generales  Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, este actúa como un agente ablandador de las partículas de suelo, que hace que se deslicen entre si y se muevan a una posición de empaque mas denso. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 5
  6. 6. Principios Generales  El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso especifico seco. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 6 Suelo húmedo Suelo seco Relación entre el peso específico seco y el contenido de humedad: Humedad
  7. 7. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 7
  8. 8. Curva de Compactación Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 8
  9. 9. Curva de Compactación Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 9
  10. 10. Compactación en Campo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 10 La mayor parte de las compactaciones de campo se hacen con compactadores de rodillos, de los cuales hay cuatro tipos: 1. Compactador de rodillos de rueda lisa (o rodillos de tambor liso). 2. Compactador de neumáticos de hule. 3. Compactador con rodillos de pata de cabra. 4. Compactador de rodillos vibratorios.
  11. 11. Compactador de rodillos de rueda lisa  La compactación se logra utilizando una maquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio.  Son apropiados para rodadas de prueba de subrasantes y para la operación final de rellenos con suelos arenosos y arcillosos,  No son apropiados para producir altos pesos específicos de compactación al usarse en capas gruesas.  Cubren el 100% bajo las ruedas con presiones de contacto con el suelo de 310 hasta 380 kN/m2. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 11
  12. 12. Compactador de neumáticos de hule  Son mejores en muchos aspectos que las de rodillo liso.  Tiene varias hileras de neumáticos, que van colocados cerca uno de otro, cuatro a seis en una hilera.  Se usan para la compactación de suelos arenosos y arcillosos.  La compactación se logra por una combinación de presión y acción de amasamiento.  Cubren aproximadamente de 70% a 80% bajo los neumaticos, y la presión de contacto varia entre 600 y 700 kN/m2. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 12
  13. 13. Compactador con rodillos de pata de cabra  Son tambores con un gran numero de protuberancias . El área de cada una de estas protuberancias varia entre 25 y 85 cm2.  La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas mas pequeñas que los rodillos lisos.  Tienen su mayor efectividad en la compactación de suelos arcillosos.  La presión de contacto bajo las protuberancias varia entre 1380 y 6900 kN/m2. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 13
  14. 14. Compactador de rodillos vibratorios  Los rodillos vibratorios son muy eficientes en la compactación de suelos granulares.  La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia, las cuales se producen girando pesos excéntricos.  Compacta los primeros 200 a 300 mm, por lo tanto es necesario compactar por capas.  Las placas vibratorias manuales se usa para la compactación efectiva de suelos granulares sobre un área limitada. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 14
  15. 15. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 15
  16. 16. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 16
  17. 17. Elección del método de compactación  Suelos Granulares: Se comportan mejor por vibración. La vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propio peso. - Placas y rodillos vibratorios. - Masas desde altura (compactacion dinámica)  Suelo Cohesivos: Se comportan mejor por amasado e impacto. La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partículas en los vacios con la vibración. La fuerza de impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie. -Pisones -Rodillo pata de cabra y neumático. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 17
  18. 18. Seleccion del tipo de maquina Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 18
  19. 19. Curvas de crecimiento para una arcilla limosa; relación entre el peso especifico seco y el numero de pasadas de un rodillo de 84.5 kN de tres ruedas cuando es compactada en capas sueltas de 229 mm bajo diferentes contenidos de agua. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 19 Relación entre el peso especifico seco y el numero de pasadas de un rodillo de 84.5 kN
  20. 20. Variación del peso especifico seco con el numero de pasadas de un rodillo Compactación por vibración de una arena; variación del peso especifico seco con el numero de pasadas de un rodillo; espesor de la capa = 2.44 m. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 20
  21. 21. Proctor Estandar Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 21
  22. 22. Proctor Estandar Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 22 variación del peso especifico seco con el numero de pasadas de un rodillo variación del peso especifico seco con el numero de pasadas de un rodillo
  23. 23. Metodos de Ensayo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 23
  24. 24. Equipo de Ensayo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 24
  25. 25. Ensayo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 25
  26. 26. Ensayo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 26
  27. 27. Cálculos Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 27
  28. 28. Cálculos Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 28
  29. 29. Cálculos Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 29
  30. 30. Curva Proctor Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 30
  31. 31. Proctor Modificado Con el desarrollo de rodillos pesados y su uso en la compactación en campo, la prueba Proctor Estandar fue modificada para representar mejor las condiciones de campo. A esta se le llama prueba Proctor Modificada en el que se aplica mayor energía de compactación que el estándar siendo el que esta mas de acuerdo con las solicitaciones que las modernas estructuras imponen al suelo.  . Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 31 Esta diferencia se debe a la existencia de modernos equipos de compactación más pesados que permiten densidades más altas en campo.
  32. 32. Proctor Modificado Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 32
  33. 33. ASTM D 1557 Proctor Modificado Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 33
  34. 34. Proctor Modificado Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 34
  35. 35. Ensayos de compactación estándar y modificado Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 35
  36. 36. Valores típicos Rango aproximado de OCH vs. Tipo de suelo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 36 Tipo de suelo Valor probable ( % ) OCH Ensayo Proctor Modificado Grava tipo afirmado 4 – 8 Arena 6 – 10 Arena limosa 8 – 12 Limo 11 – 15 Arcilla 13 – 21
  37. 37. Factores que afectan en la compactación Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 37
  38. 38. Tipo de suelo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 38
  39. 39. Esfuerzo de compactación Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 39
  40. 40. Esfuerzo de compactación Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 40
  41. 41. Compactación en obra  Reglas del buen arte  Clasificación del material de aporte (LL < 40, IP < 10, ~ML o A4)  Selección del equipamiento adecuado (tipo de suelo y tarea)  Número de pasadas por sector (entre 6 y 10)  Velocidad de paso de los equipos compactadores (3 a 5 km/h)  Humectación del suelo cercana al valor de ωópt (+/- 2 a 3%)  Compactar en capas entre 15 – 30 cm de espesor  Controles de densidad in situ en número suficiente Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 41
  42. 42. Especificaciones para compactación en campo  En la mayoría de las especificaciones para trabajos de terracerías, una estipulación es que el contratista debe lograr un peso especifico seco por compactación en campo del 90% al 95% del peso especifico seco máximo determinado en laboratorio por la prueba Proctor estandar o por la modificada. Esta especificación es, de hecho, para una compactación relativa R, que se expresa como: Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 42
  43. 43. Procesamiento del suelo  Como es difícil lograr y mantener el contenido de humedad óptimo con exactitud en el campo, la práctica normal sugiere trabajar dentro de un rango aceptable.  Este rango está usualmente entre ±2% del óptimo y se permite lograr una densidad lo más cercana posible a la máxima con el mínimo esfuerzo de compactación. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 43
  44. 44. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 44
  45. 45. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 45
  46. 46. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 46
  47. 47. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 47
  48. 48. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 48
  49. 49. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 49
  50. 50. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 50
  51. 51. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 51
  52. 52. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 52
  53. 53. Condición mas económica de compactación Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 53 Las curvas de compactación A, B y C son para el mismo suelo con esfuerzo de compactación variable. La curva A representa las condiciones de esfuerzo de compactación máximo que se obtiene con el equipo existente. La curva C representa las condiciones de esfuerzo de compactación que se requiere para lograr el peso especifico seco mínimo de campo. (γd(campo) = Rγd(max lab)).
  54. 54. Espesores de Capas de Compactacion Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 54
  55. 55. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 55
  56. 56. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 56
  57. 57. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 57
  58. 58. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 58
  59. 59. Control de la compactación en campo Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 59  Tres procedimientos estándar se usan para determinar el peso especifico de campo de compactación: 1. Método del cono de arena 2. Método del globo de hule 3. Método nuclear
  60. 60. Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM)  La arena debe ser limpia, uniforme, seca, no cementada, durable y que discurra libremente.  Debe tener un coeficiente de uniformidad menor de 2.  El tamaño maximo de particulas menor que 2.00 mm (malla Nº 10) y menos del 3% en peso que pase la malla de 250 um (malla Nº 60).  Debe estar libre de finos y particulas de arena fina.  Son deseables arenas naturales subredondeadas o redondeadas. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 60
  61. 61. Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM)  El recipiente se llena con arena Otawwa seca muy uniforme.  Se determina el peso del envase, del cono y de la arena que llena el recipiente (W1 ). Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 61
  62. 62. Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM)  Se excava un agujero de 15 cm de profundidad en el área donde el suelo fue compactado.  Se determina el peso del suelo húmedo excavado del agujero (W2) y el contenido de agua del suelo excavado (w).  El peso seco el suelo (W3) se obtiene con: Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 62
  63. 63. Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM)  Se permite que la arena fluya del envase al agujero y al cono. Una vez que el agujero y el cono están llenos, se determina el peso del recipiente, del cono y de la arena restante en el envase (W4), de modo que: W5 =W1 - W4  Donde W5 = peso de la arena para llenar el agujero y el cono. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 63
  64. 64. Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM)  El volumen de agujero excavado se determina como:  Wc = peso de la arena para llenar únicamente el cono.  γd (arena) = peso especifico seco de la arena de Ottawa usada.  Los valores de Wc y γd (arena) son determinados a partir de la calibracion hecha en laboratorio. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 64
  65. 65. Método del cono de arena (D-1556 de la ASTM)  El peso especifico seco de la compactación hecha en campo se determina ahora como:  La peso especifico seco obtenido se compara con el peso especifico seco máximo del Proctor. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 65
  66. 66. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 66
  67. 67. Método del globo de hule (D-2167 de la ASTM)  El procedimiento para el método del globo de hule es similar al del método del cono de arena. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 67
  68. 68. Método nuclear (ASTM D 2922 y D 3017).  Se puede medir tanto la densidad total como el contenido de humedad del suelo in situ mediante técnicas de radiación gama controlada.  Las ventajas de este método nuclear con los otros métodos son la disminución del tiempo requerido para cada ensayo.  Es un ensayo no destructivo.  Proporciona resultados en suelos con agregados de gran tamaño.  Utiliza materiales potencialmente peligrosos y contaminantes, permisos especiales para su uso. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 68
  69. 69. Método nuclear (ASTM D 2922 y D 3017)  La determinación de la densidad total ó densidad húmeda a través de este método, está basada en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector gamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o adyacente al material a medir.  Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 69 Densímetro nuclear
  70. 70. Mecánica de Suelos I - UNH - 2014 70

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