INFORME 1 COMPACTACION

ING. TRINIDAD BALDIVIEZO

COMPACTACION ESTANDAR Y MODIFICADA ´´T  –  180´´  180´´ 1. OBJETIVOS:

1.1. 

OBJETIVO GENERAL:

Familiarizar al estudiante estudiante con la compactación compactación mediante el proctor estándar y modificado T-180 y obtener la densificación óptima para un suelo aluvial con la remoción de espacios vacíos mediante mediante una aplicación aplicación mecánica mecánica de cierta energía energía de compactación compactación sabiendo disponer de adecuadas humedades y obtener finalmente una gráfica de peso específico seco vs % de humedad que serán referenciales para el control de calidad para la compactación en obra.

1.2. 

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Aprender a manipular

y manejar el

equipo de

laboratorio

empleado para

la

compactación. 

Conocer a detalle los diferentes tipos de compactación compactación y que prueba se debe realizar a cada una de las muestras de suelos ya que para cada tipo de suelo se usa un procedimiento adecuado.



Se debe conocer todo el procedimiento procedimiento necesario para la realización realización de las pruebas de compactación como ser que tipo de prueba para cada suelo, como ejemplo para los suelos arcillosos se usa la compactación estándar estándar o T –99 y para los suelos suelos granulares como ser los aluviales y coluviales se usa la compactación Proctor modificada o T –180.



Determinar la densidad máxima del suelo aplicando cierta energía mecánica y lubricando con una cantidad de agua logramos una reducción entre los vacíos de un suelo y que esto produce un aumento de su peso volumétrico o específico que tiene un límite máximo y a esto lo llamamos densidad máxima.



Determinar la humedad optima incrementando cierto contenido contenido de agua a un suelo cuya humedad es baja y

se le aplica cada vez

la misma energía de

compactación, su peso volumétrico va aumentando y al contenido de agua con el que se obtiene el mejor acomodo de partículas y el mayor peso volumétrico seco para una determinada energía de compactación, se le denomina humedad óptima.

MECANICA DE SUELOS II

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2. COMPACTACION: La compactación es la aplicación mecánica de cierta energía, o cantidad de trabajo por unidad de volumen, para lograr una reducción de los espacios entre las partículas sólidas de un suelo, con el objeto de mejorar sus características mecánicas y que esto produce un aumento de su peso volumétrico o específico. Si a un suelo cuya humedad es

baja

se

le

van

dando

ciertos

incrementos a su contenido de agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación, su peso volumétrico va aumentando, aumentando, propiciado por la acción lubricante del agua, hasta que

llega un momento momento en el que el peso volumétrico del material seco, calculado a partir del

peso volumétrico del material húmedo y de la humedad, alcanza un valor máximo. Al contenido de agua con el que se obtiene el mejor acomodo de partículas y el mayor peso volumétrico

o

especifico del material seco, para una determinada energía de compactación, compactación, se le denomina humedad óptima y al peso volumétrico correspondiente se le designa como densidad máxima. Las pruebas de compactación que generalmente se emplean son por impactos como son las pruebas de compactación estándar o AASHTO de tres capas y la compactación Proctor modificada AASHTO de cinco capas. El suelo se compacta por capas en el interior de un molde metálico variando de una prueba a otra el tamaño del molde y numero de capas. La experiencia nos muestra que el peso específico seco no es una característica del suelo, sino en cierta medida, porque varía tanto con la energía de la compactación como con la humedad. Al ingeniero americano Proctor es a quien debemos los primeros estudios sistemáticos en esta materia. Fue él particularmente, quien examinó desde 1933 la influencia de la humedad y la energía de compactación. compactación. Si se varía la humedad de una muestra y se representa gráficamente la variación de “y” en función de w, se obtiene una curva cuyo punto máximo se denomina “óptimo Proctor” (fig. 1-2).

Este fenómeno se explica fácilmente: cuando la humedad es elevada, el agua absorbe una parte importante de la energía de compactación sin ningún provecho ocupando, además, el lugar de los granos sólidos; por el contrario, cuando la humedad es reducida, el agua desempeña una misión lubricante no despreciable y la densidad seca aumenta con el incremento de la humedad. MECANICA DE SUELOS II

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En la pendiente izquierda de la curva, denominada pendiente seca, el volumen de huecos está ocupado por agua y aire. En la pendiente derecha, llamada pendiente húmeda, el agua ocupa prácticamente todos los huecos, facilitando las deformaciones y cizallamientos. ( fuente Braja M

Das pag.51)

COMPACTACIÓN DE SUELOS:

Se

entiende

por

compactación

de

suelos,

el Mejoramiento

artificial

de

sus

propiedades mecánicas por medios mecánicos

.Se

distinguen

la

consolidación de los suelos en que, como se vio, en este último proceso

el

peso específico del material crece gradualmente bajo la acción natural

de

sobrecargas impuestas que provocan expulsión de agua por un proceso de difusión ambos procesos involucran disminución de volumen,

por

lo tanto en el fondo son equivalentes. La importancia de la compactación de

suelos

es tener en el suelo un aumento de resistencia y una disminución de capacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumente su peso específico seco, disminuyendo sus vacíos por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles,

borde

de

defensa,

necesario compactar el terreno

muelles,

pavimentos,

natural, como en

etc.

el caso

Algunas

veces

se

hace

de cementaciones sobre

arenas sueltas. Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de materiales con los que se trabaja en cada caso, con base en un experimento sencillo que los materiales puramente friccionantes, como la arena se compacta eficientemente por métodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos el procedimiento de carga estático resulta más ventajoso. En la práctica estas características se reflejan en los equipos disponibles para el trabajo, tales como plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos En las últimas épocas los equipos de campo han tenido desarrollo y hoy existen en gran variedad. La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno. De entre todos los factores que influyen en la MECANICA DE SUELOS II

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compactación obtenida en un caso dado, podría decirse que dos son los más importantes, el contenido de agua en el suelo, antes de iniciarse el procedimiento de compactación y la energía especifica empleada endicho proceso. El establecimiento, de una prueba simple de compactación en el laboratorio cumple, principalmente dos finalidades, por un lado disponer de muestra de suelo compactadas teóricamente con las condiciones de campo, a fin de investigar sus propiedades mecánicas para conseguir datos firmes de proyectos, por otro lado es necesario poder controlar el trabajo de campo, con vistas de tener la seguridad de que el equipo usado está trabajando efectivamente en las condiciones previas en el proyecto. El objetivo principal de la compactación es obtener un suelo da tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuando a través de toda la vida útil de la obra. Las propiedades requeridas pueden variar en los ensayos, pero la resistencia, la compresibilidad y una adecuada relación esfuerzo - deformación figuran entre aquellas cuyo mejoramiento se busca siempre; es menos frecuente, aunque a veces no menos importante, que también se compacte para obtener

unas características idóneas de permeabilidad y flexibilidad. Finalmente, suele

favorecerse mucho la permanencia de la estructura térrea ante la acción de los agentes erosivos como consecuencia de un proceso de compactación. De objetos de la compactación

la

simple

enumeración

de

los

destaca un hecho importante, que debe hacer prever al

ingeniero muchas de las dificultades y complejidades que después efectivamente encontrara en estas técnicas. En primer lugar la compactación, en segundo lugar, es evidente que muchos de esos objetivos serán contradictorios en muchos problemas concretos, en el sentido en que las acciones que se aprenda para cumplir con uno pudieran perjudicar a algún otro. Por ejemplo, en términos generales puede ser cierto con frecuencia que una compactación intensa produce un material muy resistente, pero sin duda muy susceptible al agrietamiento; en este aspecto el número de ejemplos contrastes que pudieran ocurrirse es prácticamente ilimitado. Estas posibles contradicciones se complican y amplían aun más si se toma en cuenta que los suelos compactados han de tener una vida dilatada y que es compromiso obvio que conserven sus propiedades en toda esa vida; bajo la acción del agua, de las cargas soportadas, etc. (fuente www. My slide.com)

EL MÉTODO DE COMPACTACIÓN: En el laboratorio resulta bastante fácil clasificar los métodos de compactación en uso de tres tipos bien diferentes: La compactación por impactos, por amasado y por aplicación de cargas estáticas. A reserva de detallar algo más estos métodos, baste por el momento la afirmación de que siempre producen resultadas muy diferentes tanto en la estructura que adquiere el suelo como, en consecuencia, en las propiedades del material que

se

compacta. Además, ya se comienza a utilizar algunos dispositivos de laboratorio para

compactar por vibración, sí bien su uso esta menos extendido que el de los otros tres métodos. Esta compactación se la deberá realizarse mediante equipos especiales como ser:

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

Aplanadoras



Rodillos metálicos.



Rodillo pata de cabra.



Vibra compactadores

Resulta bastante más fácil diferenciar de un modo analógico los métodos de compactación de campo. Es común describir éstos con base en el equipo mecánico que se emplee en el proceso, y así se habla de la compactación con rodillo liso, con rodillo neumático, equipo

vibratorio,

etc.

Se

supone

que

los

métodos

de

con

laboratorio reproducen las

condiciones del proceso de campo, pero en muchos casos no es fácil establecer una correspondencia clara entre el tren de trabajo de campo y las pruebas de laboratorio, en el sentido de contar con que estas últimas reproduzcan en forma suficientemente representativa todas las condiciones del suelo compactado en el campo.

Influencia de la naturaleza del suelo.La forma de las curvas de compactación varía con la naturaleza del suelo. Muy aplanadas en las arenas, presentan un máximo muy marcado en las arcillas plásticas.

Cuando la curva es aplanada la humedad ejerce poca influencia en la compactación, constituyendo los materiales de estas características los mejores préstamos para rellenos. De todas formas, es indispensable conocer el conjunto de la curva y no conformarse solamente con las coordenadas del óptimo.

Influencia de la energía de compactación.-

LA ENERGÍA ESPECÍFICA: Se entiende por energía específica de compactación la que se entrega al suelo por unidad de volumen, durante el proceso mecánico de que se trate. Es muy fácil evaluar la energía específica en una prueba de laboratorio en que se compacte al suelo por impactos dados por un pisón; de hecho, resulta claro que para tal caso queda por la expresión:

Ee = Nn * Wh / V Dónde: MECANICA DE SUELOS II

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Ee = Energía de compactación especifica n = Número de golpes del pisón compactador por cada una de las capas en que se acomoda el suelo en el molde de compactación. N = Número de capas que se disponen hasta llenar el molde. W = Peso del pisón compactador. h = Altura de caída del pisón al aplicar los impactos al suelo. V = Volumen total del molde de compactación igual al volumen total del suelo compactado. En las pruebas de laboratorio en que se compacta el suelo con la aplicación de presión estática, en principio la energía específica se puede evaluar de manera análoga en términos del tamaño del molde, el número de capas en que se dispone el suelo, la presión que se aplique cada capa y el tiempo de aplicación. Sin

embargo,

en

este caso la evaluación no resulta ya tan sencilla y la energía específica se ve afectada por la deformabilidad del suelo y por el tiempo de aplicación de la presión. En el caso de las pruebas en que se realiza la compactación por amasado es aún más compleja

la

evaluación

de

la

energía

especifica, pues cada capa del suelo dentro del molde se compacta mediante un cierto número de aplicaciones de carga con un pisón que produce presiones que varían gradualmente desde cero hasta un valor máximo, y luego se invierte el proceso en la descarga. La energía de compactación no se puede cuantificar de un modo sencillo, pero puede hacerse variar a voluntad si se introducen cambios en la presión de apisonado, en el número de capas, en el número de aplicaciones del pisón por capa, en el área del pisón o en el tamaño del molde. El concepto de energía específica conserva su pleno valor fundamental cuando se relaciona con procedimientos de compactación de campo. En el caso del uso de rodillos depende principalmente de la presión y el área del compactado entre el rodillo y el suelo, del espesor de la capa que se compacte y del número de pasadas del equipo. Tampoco es sencillo evaluar la energía de la compactación en términos absolutos en el caso dado, pero si se varían los factores mencionas es posible hacerle cambiar, con lo que se obtienen términos de comparación entre dos trenes de trabajo diferente

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Variando la energía de compactación se obtienen nuevas cunas. Si esta energía aumenta, el peso específico óptimo aumenta y la humedad óptima disminuye. Por otra parte recordamos, que un sencillo cálculo permite hallar para cada densidad seca la humedad necesaria para saturar el material. De este modo obtenemos la curva de saturación que es una hipérbola equilátera cuya ecuación es:

  d     

  s



   



  s

Esta curva corresponde en principio, a una compactación llevada hasta la eliminación total del aire contenido en el material. Como puede verse en la figura 1-4, las diversas curvas de compactación son sensiblemente asintóticas a la curva de saturación. Es muy útil tener el diagrama completo para poder dirigir correctamente un trabajo de compactación siempre que se haya podido establecer la correspondencia entre el número de golpes de maza durante el ensayo y el número de pasadas de las diferentes máquinas durante la ejecución de la obra. De esto se deduce inmediatamente que para poder hacer estudios comparativos, o simplemente saber cuál es el resultado obtenido en una obra, es siempre indispensable referirse a los mismos criterios de base. Existen varios ensayos tipo con los que se han realizados numerosas medidas, pero es prudente utilizar siempre alguno de los que describimos a continuación.

MÉTODOS PARA DETERMINAR LA HUMEDAD ÓPTIMA Y DENSIDAD MÁXIMA: Existen los métodos dinámicos y los métodos estáticos: Entre los métodos dinámicos tenemos: 1.

Método AASSTHO Standart T-99

2. Método AASSTHO Standart modificado T-180 Entre los métodos estáticos podemos mencionar: 1. Método de California

MÉTODO ASSTHO STANDART T-99 El martillo empleado en este método pesa alrededor de 5.5 libras y la altura de caída es de 12 pulgadas (45 centímetros).En este ensayo se colocan tres capas de igual espesor aproximadamente. En este ensayo se usa el cilindro de 4 pulgadas en el cual se MECANICA DE SUELOS II

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compactara cada capa haciendo caer 25 veces el martillo sobre cada capa. El material utilizado en esta práctica es el suelo que pasa por el tamiz Nº 4.

MÉTODO ASSTHO STANDART MODIFICADO T – 180 El martillo empleado en este método pesa alrededor de 10 libras y la altura de caída es de 18 pulgadas (45.72 centímetros). En este ensayo se colocan cinco capas de igual espesor aproximadamente. En este ensayo se usa el cilindro de 6 pulgadas en el cual se compactara cada capa haciendo caer 56 veces el martillo sobre cada capa. La compactación de suelos constituye un capítulo importante y se halla íntimamente relacionado con la pavimentación de carreteras, vías urbanas y pistas de aterrizaje. La falta de adecuada compactación es causa de muchas fallas en los pavimentos y en las diferentes obras civiles que necesiten compactación.

Compactación de suelos no cohesivos.-

Los métodos para compactar arena y grava, colocados en orden de decreciente eficiencia son:

vibración,

mojado

y

rodamiento. En la práctica, se han

utilizado

combinaciones

también de

estos

Las vibraciones producirse de una

pueden manera

métodos.

primitiva

apisonando

con

pisones a mano, o con pisones neumáticos, o bien dejando caer un peso grande desde cierta altura; un metro, por ejemplo. Empero, la compactación alcanzada con estos procedimientos es muy variable, pues depende en gran parte de la frecuencia de las vibraciones (véase artículo 19). Los mejores resultados se obtienen con máquinas que vibran a una frecuencia fi cercana a la de resonancia del conjunto suelo- vibrador. Cuando ƒ 1  es apro-

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ximadamente igual a ƒ 0, la disminución de volumen o asentamiento es 20 a 40 veces mayor que la

que produce una fuerza estática equivalente a la pulsátil. Por medio de rodillos de 5 a 15 t, equipados con vibradores que operan a frecuencias comprendidas entre 1100 y 1500 pulsos por minuto, se ha obtenido la compactación efectiva de arena gruesa, grava y de enrocado de piedra partida con partículas de tamaños comparables (Bertram, 1963). El material se desparrama en capas de 30 a 40 cm de espesor, habiéndose obtenido en algunas obras una compactación adecuada de capas de espesor mayor, aun cuando en estos casos es difícil evitar la segregación durante él desparramo del material. El tamaño máximo de las partículas está limitado únicamente por el espesor de las capas. Entre 2 a 4 pasadas de tales rodillos tirados a una velocidad que no exceda de alrededor de 3 km por hora suele resultar adecuada para alcanzar un alto grado de compactación. No es necesario un control en el contenido de humedad. Tal tipo de materiales ha sido también compactados por medio de rodillos neumáticos tirados por tractores Diesel montados sobre cubiertas pesadas. Durante el proceso de compactación se puede agregar agua. Mucha de la compactación que se obtiene en estas condiciones deriva de la producida por el tractor más bien que por el rodillo. Se necesitan normalmente entre 6 y 8 pasadas del equipo sobre un mismo lugar para obtener un grado satisfactorio de compactación, siempre y cuando el material sea depositado en capas de un espesor no mayor de 30 cm. Cuando se trata de compactar áreas limitadas, pueden resultar adecuados los compactadores manuales mecánicos o los operados a motor. El peso de estos compactadores varía entre varios cientos de kilogramos a varias toneladas y la fuerza pulsante que entregan al terreno, a una frecuencia aproximada a la de resonancia del compactador y el suelo, se transfiere a través de una chapa plana o de un rodillo. El espesor de las capas que pueden compactarse efectivamente varía entre 10 y 20 cm. La compactación con agua se fundamenta en el hecho de que la presión de filtración del agua que escurre hacia abajo rompe los grupos de granos inestables y la inundación temporaria elimina, por lo menos brevemente, las fuerzas capilares. Es mucho menos efectivo que la compactación por vibración. Para compactar terraplenes de caminos se han utilizado dos métodos de mojado. En uno de ellos, se amontona la arena en caballetes a ambos lados del camino y luego se arrastra el suelo hacia el centro con chorros de agua, con una presión de 4 a 5 kg/cm 2, formándose de este modo un depósito que tiene algo de las características de un dique construido por regulado. En el segundo método, la superficie del camino se inunda de agua, la que filtra hacia abajo por la arena ya colocada y escapa por el pie del terraplén. Ambos métodos requiere aproximadamente 1,5 metros cúbicos de agua por metro cúbico de arena. Comparando la porosidad de los terraplenes antes y después del tratamiento, se ha comprobado que el grado de compactación que se obtiene con cualquiera de estos métodos es relativamente bajo (Loos, 1936). Por ello, esta práctica debe ser desalentada. Los rodillos no vibrantes son relativamente inefectivos para compactar suelos no cohesivos, obteniéndose los mejores resultados cuando la arena está prácticamente saturada. No obstante, MECANICA DE SUELOS II

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en arena limpia, el agua sé escurre rápidamente y puede no resultar practicable mantener el material en un estado de saturación.

Compactación de suelos arenosos o limosos con cohesión moderada.A medida que aumenta la cohesión, disminuye rápidamente la eficacia de las vibraciones como medio de compactación, pues por pequeña que sea la adherencia entre partículas, ésta interfiere con su tendencia a desplazarse a posiciones más estables. Además, la baja permeabilidad de estos suelos hace inefectiva la inundación con agua. En cambio, la compactación por capas utilizando rodillos ha dado muy buenos resultados. Hay dos tipos de rodillos en uso general: neumáticos y patas de cabra. Los rodillos neumáticos se adaptan mejor para compactar los suelos arenosos ligeramente cohesivos, los suelos compuestos cuyas partículas se extienden desde el tamaño de las gravas a la del limo y los suelos limosos no plásticos. Los rodillos patas de cabra tienen su máxima eficacia con los suelos plásticos. Los rodillos neumáticos consisten usualmente en una chata soportada por una única fila de 4 ruedas equipadas con neumáticos inflados a presiones que oscilan entre 50 y 125 libras por pulgada cuadrada (3,5 a 9 kg/cm2). Las ruedas están montadas en tal forma que el peso que se trasmite desde la chata se distribuye uniformemente entre las mismas, aun cuando la superficie del terreno no esté nivelada. Los terraplenes para edificios sé compactan normalmente en capas que tienen un espesor terminado que varía entre 15 y 30 cm con rodillos de 25 t y presiones de inflado de las cubiertas comparativamente bajas. Para terraplenes de otro tipo y para presas de embalse es práctica usual utilizar rodillos de 50 t con presiones de inflado de las cubiertas mucho más altas y capas de espesor compactado que varía entre 15 y 30 cm, aun cuando a veces se utilizan rodillos de 100 t variando en este caso el espesor de la capa compactada entre 30 y 45 cm. Sé requieren usualmente de 4 a O pasadas para alcanzar la compactación requerida. El contenido óptimo de humedad, según el ensayo normalizado de Proctor, es el valor de la humedad que produce la máxima densidad seca. Debido a la influencia que el método de compactación ejerce sobre la curva de humedad-densidad, no se puede esperar de ningún ensayo normalizado, incluido el ensayo de Proctor, que conduzca a resultados de validez general.

En una muestra de curvas típicas humedad-densidad para varios suelos, las que fueron obtenidas por el método de Proctor normalizado. La curva a representa relación humedad-densidad para una mezcla de arena arcilla, para un suelo arcilloso con baja plasticidad, la c para un limo uniforme de baja compresibilidad y la d para una arcilla de alta plasticidad. Sí el contenido de humedad del suelo en el terreno es mayor que él óptimo, debe permitirse que se seque en el lugar de su almacenamiento, o bien proceder a su desparramo para este efecto. Si MECANICA DE SUELOS II

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dicho contenido es menor, el agua debe agregarse en el propio préstamo o por aspersión antes de iniciar su compactación. El contenido de humedad al cual se compacta un suelo tiene cierto efecto sobre las propiedades físicas del material obtenido, incluyendo la permeabilidad. La experiencia indica que el aumento en contenido inicial de humedad a partir de un valor algo menor que el óptimo hasta alcanzar un valor algo mayor puede causar una gran disminución en el coeficiente de permeabilidad. La disminución parece incrementarse a medida que lo hace el contenido de arcilla del suelo. Tratándose del material del núcleo del dique Mud Mountain, que contenía basta 3 % de arcilla con un alto contenido de montmorinolita, se observó que un aumento de humedad que variaba del 2 % por debajo del óptimo al 2 % por encima, disminuía el coeficiente de permeabilidad en unas 10.000 veces (Cary et al 1943). Una influencia de esta magnitud es probablemente una rara excepción, pero aún efectos de menor importancia merecen ser considerados.

ENSAYOS DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO.La compactación en laboratorio consiste esencialmente en compactar una muestra de suelo húmedo en un molde cilíndrico de un volumen específico y con una energía de compactación especificada. Por lo general se utilizan diferentes ensayos, tres de los cuales se basan en las normas británicas y dos en las normas de los Estados Unidos. Se presentan las características de dichos ensayos y sus referencias. Los primeros cuatro están basados en la compactación dinámica creada por el impacto de un martillo metálico de una masa específica que se deja caer libremente desde una altura determinada; el suelo se compacta en un determinado número de capas iguales, cada capa recibe un número específico de golpes. La compactación en el quinto ensayo se basa en una combinación de presión estática y de vibración; el suelo se compacta en tres capas iguales presionando fuertemente hacia abajo con ayuda del compactador mecánico capa por capa. Después de preparar la muestra compactada, se miden su densidad de vibración aparente y su contenido de humedad; la densidad seca correspondiente al contenido de humedad de la muestra se calcula mediante la ecuación ,de la manera siguiente: a) Este procedimiento se repite por lo menos cinco veces haciendo variar el contenido de humedad dentro de un rango escogido; las características de compactación del suelo se presentan en un gráfico que relaciona la densidad seca en función del contenido de humedad.

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A continuación se muestran los resultados típicos obtenidos a partir de ensayos de compactación estándar realizados sobre arenas limosas bien gradadas y arenas uniformes. Ambas curvas presentan características esencialmente similares, al principio la densidad seca aumenta a medida que aumenta el contenido de humedad, luego pasa por un valor pico y al final desciende cuando los valores de contenido de humedad son altos. El pico

define

el

contenido

de

humedad óptima a la cual el suelo llega a la densidad seca máxima Pdnax- Sin embargo en el caso de la arena uniforme, las variaciones del contenido de humedad no producen variaciones en la densidad seca tan notables como los que se obtienen con la arena limosa bien gradada. En efecto, esta tendencia es típica, ya que por lo general se observa que la compactación es más eficaz en los materiales bien gradados que contienen una cierta cantidad de finos que en los materiales de gradación uniforme que carecen de finos.

No se ha establecido hasta el momento la razón que explica la presencia del pico particularmente pronunciado en la curva de compactación de los suelos que contienen finos, pero en general se piensa que se trata de algo más que la contribución a la lubricación de los puntos de contacto entre partículas y al mejoramiento de la maleabilidad que se logra por la simple adición de agua. Una posible explicación es que para bajos contenidos de humedad el suelo seco tiende a formar grumos. Cuando la cantidad de agua que se añade es muy pequeña para poder ayudar a disgregar los grumos, una cantidad significativa de la energía de compactación es absorbida por el proceso de disgregación de los grumos sin que se produzca compactación de las partículas. Cuando el contenido de agua es alto, una cantidad suficiente de agua puede penetrar y ayudar a disgregar los grumos al tiempo que se aumenta el tamaño de las capas de agua absorbida alrededor de las partículas de mineral de arcilla. Esto reduce la adhesión entre partículas, lo cual permite que las partículas de arcilla se orienten y se desarrolle una microestructura más dispersa. Por consiguiente, se logra una reducción del espacio de vacíos y una mayor densidad. Más allá del valor óptimo, el incremento del contenido de humedad es cada vez menos eficaz en la reducción del pequeño contenido de aire que todavía existe. La mayor parte de la energía de compactación es absorbida MECANICA DE SUELOS II

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por el agua mediante el incremento de la presión intersticial y las partículas de suelo se desplazan en lugar de compactarse, por lo cual el espacio de vacíos aumenta y la densidad disminuye. Se entiende que con una energía de compactación alta se obtiene un mayor valor de la densidad seca pero a una menor humedad óptima. Para un valor dado del contenido de humedad, la densidad seca máxima a la que teóricamente puede llegar el suelo corresponde a la de saturación completa, es decir, cuando el contenido de aire se reduce a cero. Sin embargo, en la práctica no es posible llegar a la saturación completa mediante una simple compactación, ya que una pequeña cantidad de aire permanece siempre en los vacíos, Por consiguiente, si la línea teórica de cero contenido de aire o línea de saturación se superpone sobre el gráfico de los resultados experimentales, la curva de compactación en laboratorio deberá estar en su totalidad a la izquierda de la línea de cero contenido de aire. En materiales granulares compactados, las propiedades ingenieriles dependen, sobre todo, de la densidad relativa que se obtenga en la compactación y en mucho menor medida del contenido de humedad del suelo y del método de compactación utilizado; como regla general puede afirmarse que cuanto más alta sea la densidad obtenida, mayor será la resistencia y menor la compresibilidad. Sin embargo, la microestructura y las propiedades ingenieriles de las arcillas compactadas dependen no sólo del contenido de humedad, durante la compactación y de la energía de compactación aplicada, sino también del método de compactación y del tipo de suelo. La investigación ha demostrado que para una energía de compactación constante, las partículas de arcilla tienden a aumentar progresivamente su orientación a medida que se aumenta el contenido de humedad durante la compactación. Las arcillas compactadas en el lado seco del contenido de humedad óptimo tienen una estructura floculada, en tanto que aquellas que se compactan en el lado húmedo del contenido de humedad óptimo tienen una estructura mucho más dispersa, como lo muestra. Para energías de compactación muy altas se observa un aumento del grado de dispersión, aun cuando el contenido de agua esté por el lado seco del contenido de humedad óptimo. Como consecuencia de lo anterior, el comportamiento ingenieril de las arcillas compactadas es bastante complejo (Lambe, 1958; Seed y Chan, 1959). Sin embargo, pueden observarse algunas tendencias generales. Las muestras compactadas en el lado seco del contenido de humedad óptimo tienen una resistencia superior a la de aquellas compactadas en el lado húmedo del contenido de humedad óptima. Para presiones de consolidación bajas, las muestras compactadas en el lado seco del contenido de humedad óptimo tienen una compresibilidad menor que aquellas compactadas en el lado húmedo del contenido de humedad óptimo, en tanto que para altas presiones de consolidación se observa la tendencia contraria. El potencial de expansión es mayor en las arcillas compactadas en el lado seco del contenido de humedad óptimo.

La contracción es más pronunciada en las arcillas

compactadas en el lado húmedo del contenido de humedad óptimo. Puesto que el objetivo MECANICA DE SUELOS II

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principal de la compactación de campo es el mejoramiento de las propiedades ingenieriles del suelo, estos factores deben tenerse en cuenta cuando se deciden las condiciones bajo las cuales se compactará un material en el campo.

Métodos de compactación profunda.La utilización de rodillos compactadores es particularmente adecuada para materiales de relleno que se colocan en capas de espesor controlado. Sin embargo, en las capas de suelo natural la influencia de este tipo de equipos se restringe sólo a unos pocos metros por debajo de la superficie (D’Appolonia et al, 1969. Por consiguiente, cuando se requiere aumentar la densidad de depósitos

naturales profundos de suelos granulares sueltos o de arcillas blandas, los rodillos compactadores superficiales no son eficaces aunque ellos sean los más pesados. En estos casos deben utilizarse otras técnicas.

Vibroflotación.En esta técnica se utiliza una sonda de gran tamaño o Vibroflotación, que está constituida por un tubo cilíndrico por el que se inyectan chorros de agua en sus partes superior e inferior y está dotada de pesas que giran excéntricamente para provocar un movimiento vibratorio en el plano horizontal. La sonda tiene unos 400 mm de diámetro, 2 m de largo y una masa de alrededor de 2 toneladas. La sonda vibratoria se suspende de una grúa y se introduce por vibración en el suelo hasta alcanzar la profundidad requerida. En ese momento se disminuye la presión de inyección y se envía el agua por los chorros superiores para mantener un espacio vacío entre el suelo y la sonda; ese espacio se rellena con arena o grava de río que se alimenta desde la superficie. La sonda se lleva de manera progresiva en etapas de aproximadamente 300 mm, y se compacta el relleno de cada capa hasta llegar a la superficie. La dimensión de la zona compactada que se forma alrededor de la sonda depende del tipo de vibro-flotacíon utilizado, pero a menudo tiene un radio que oscila entre 2 m y 3 m (Brown, 1977). La Vibro-flotación es particularmente eficaz en arenas sueltas o en rellenos granulares, pero puede funcionar de manera satisfactoria en suelos que contienen menos del 25% de limo o menos del 5% de arcilla.

Vibro reemplazo.Esta técnica utiliza un vibrador o sonda de gran tamaño similar al vibro flotador pero sin dispositivos para inyectar chorros de agua arriba y abajo. El vibrador se suspende de una grúa y se introduce en el suelo luego de desplazarlo radialmente debido al efecto de su propio peso y del MECANICA DE SUELOS II

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movimiento vibratorio horizontal. Cuando se llega a la profundidad requerida, se retira el vibrador y se llena el agujero con una pequeña cantidad de agregados con tamaño inferior a 75 mm. Luego se introduce nuevamente el vibrador para compactar el agregado o desplazarlo hacia el suelo circundante. Este proceso se repite hasta que el agregado compactado forme una columna de grava hasta el nivel superior del terreno. Cuando cele aplica carga, la columna resiste por la movilización de la resistencia pasiva del suelo circundante. Esta técnica es particularmente adecuada en limos y arcillas blandos y mejora la capacidad del terreno para soportar cargas ligeras de cimentación. Sin embargo, las columnas de grava no pueden soportar cargas concentradas importantes sin que exista la posibilidad de que se produzcan asentamientos excesivos (Hughes y Withers, 1974). En una de las publicaciones de la Institution of Civil Engineerst (1976) se encuentran numerosos artículos que presentan el funcionamiento de las columnas de grava construidas mediante las técnicas de vibrorremplazo y Vibroflotación.

Consolidación dinámica. Esta técnica consiste en dejar caer martillos muy pesados sobre la superficie de suelos granulares sueltos o de suelos cohesivos blandos con el fin de aumentar su densidad. Para levantar el martillo que usualmente tiene una masa que varía entre 6 toneladas y 40 toneladas, se utiliza una grúa o un trípode que lo deja caer desde una altura de 30 m o más. Es razonable esperar que un martillo con una masa de 40 toneladas y una altura de caída de 30 m produzca un aumento significativo de la densidad hasta una profundidad de 15 m a 20 m (Leonards et al, 1980). El impacto producido por la caída del martillo forma un cráter en la superficie del terreno y envía violentas ondas de choque que viajan a través del suelo hasta una profundidad considerable. Estas ondas de choque fisurán la masa de suelo y provocan la licuefacción de suelos granulares, la cual es seguida por una densidad. En suelos cohesivos el impacto genera una presión intersticial muy alta que es seguida por una consolidación. La presencia de fisuras contribuye a la rápida disipación de la presión intersticial y, por tanto, ayudan a la rápida consolidación (Ménard y Broise, 1975). En el sitio de compactación se procede siguiendo una malla con un espaciamiento típico que oscila entre 5 m y 15 m; usualmente se deja caer el martillo en cada punto de la malla entre tres y diez veces. Este proceso se repite en todos los puntos de la malla y los cráteres resultantes se llenan con arena compactada. Si después de una pasada se comprueba que la compactación es insuficiente, se repite el proceso las veces que sea necesario, cada vez reduciendo el espaciamiento de la malla. La masa óptima, la altura de caída, el número de golpes y el espaciamiento de la malla apropiada para una aplicación específica sé seleccionan a partir de ensayos de campo.

MECANICA DE SUELOS II

15

ING. TRINIDAD BALDIVIEZO

Para la elaboración de la gráfica es necesario destacar las siguientes fórmulas: Densidad Húmeda

h = Wh / V Donde: h = densidad Humedad Wh = Peso Húmedo V = Volumen Densidad Seca

s = h / (1 + Wh) Donde: s = densidad Seca h = densidad Humedad Wh = Peso Húmedo

OTROS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACION DE LOS SUELOS.Las investigaciones experimentales comprueban que en el primer caso se obtienen pesos específicos secos mayores que en el segundo, para un mismo suelo y a los mismos contenidos de agua; este efecto parece ser particularmente notable en suelos finos plásticos con contenido de agua inferior al óptimo. A un mismo contenido de humedad se tienen entonces condiciones diferentes en los grupos de suelo; en el primer caso, en que el agua se agregó, la presión capilar entre los grupos será menor por el exceso de agua en comparación con el segundo caso, en que la evaporación hace que los meniscos se desarrollen más. Por lo tanto, en el primer caso la ligazón entre los grupos será menor, haciendo que en una misma energía de compactación sea más eficiente para compactar al suelo en el segundo caso.

MECANICA DE SUELOS II

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ING. TRINIDAD BALDIVIEZO

3. DATOS Datos iniciales: Muestra: Suelo aluvial Procedencia: Rio Tomatitas Proctor: T-180 Calculo del Volumen del Molde: Diámetro: D = 15,24 cm = 0,1524 m Altura:

H =11,60 cm = 0.116 m

V = *H*R²/ 4V = 2124cm3 = 2,124x10-3 m³

DATOS DE LA PRÁCTICA

DATOS DEL MOLDE Peso del molde (Pm) g Volumen del molde (Vm) cm3

6500,000 2124

DATOS DE LABORATORIO Nº de ensayo Nº de capas Nº de golpes por cada capa Peso del suelo húmedo + molde

U.M.

gr

1 5

2 5

3 5

4 5

5 5

56

56

56

56

56

10823

11120 11389 11397 11401

DATOS DE LABORATORIO Nº de capsula Peso de capsula Peso del suelo húmedo + capsula Peso del suelo seco + capsula

MECANICA DE SUELOS II

U.M.

1

2

3

4

5

gr gr

21.6 21.7 130.2 110.3

20.6 20.9 22 99.5 125.9 117.8

gr

128.1 107.4

95.1 118.3 109.2

17

ING. TRINIDAD BALDIVIEZO

4. CALCULOS Y RESULTADOS:

CALCULOS DE LA PRÁCTICA 

Calculando peso del suelo húmedo. Psh = Psh+m - Pm Psh = Peso del suelo húmedo. Psh+m = Peso del suelo húmedo + Peso del molde. Pm = Peso del molde. Psh1 =10823gr-6500gr=4323gr Psh2 =11120gr-6500gr=4620gr Psh3 =11389gr-6500gr=4889gr Psh4 =11397gr-6500gr=4897gr Psh5 =11401gr-6500gr=4901gr



Calculando Peso específico húmedo.

ɤsh

=

 

ɤsh = Peso específico húmedo.

Psh = Peso del suelo húmedo. Vm = Volumen de la muestra. ɤsh1 = ɤsh2 = ɤsh3 = ɤsh4 = ɤsh5 =

4323gr

 =2.04

gr

2124cm3 4620

cm3

21243 4889gr

cm3

2124cm3 4897gr

cm3

2124cm3 4901gr

cm3

2124cm3

cm3

 =2.18

 =2.30  =2.31  =2.31

MECANICA DE SUELOS II

gr gr gr gr

18

ING. TRINIDAD BALDIVIEZO



Calculando peso del agua contenida en el suelo. Pw = PSH+C  –  PSS+C Pw = Peso del agua. PSH+C = Peso de suelo húmedo + peso de capsula. PSS+C = Peso de suelo seco+ peso de capsula. Pw1 =130.2gr – 128.1gr = 2.1gr Pw2 =110.3 gr –107.4 gr =2.9 gr Pw3 = 99.5 gr  – 95.1 gr = 4.4gr Pw4 =125.9 gr  – 118.3 gr = 7.6 gr Pw5 = 117.8 gr  – 109.2 gr = 8.6 gr



Calculando peso del suelo seco. Pss = Pss+c  –  Pc Pss = Peso de suelo seco. Pss+c =Peso de suelo seco + peso de capsula. Pc = Peso de capsula. Pss1 =128.1 gr –21.6 gr = 106.5 gr Pss2 = 107.4 gr –21.7 gr = 85.7 gr Pss3 = 95.1 gr – 20.6 gr = 74.5 gr Pss4 = 118.3 gr –20.9 gr = 97.4 gr Pss5 = 109.2 gr – 22 gr = 87.2 gr



Calculando contenido de humedad. %W=



*100



% W = contenido de humedad. Pw = peso de agua contenida en el suelo Pss = peso de suelo seco % W1 = % W2 =

2.1gr

*100 % = 1.97 %

106.5gr 2.9 gr

*100 % = 3.38 %

85.7gr

MECANICA DE SUELOS II

19

ING. TRINIDAD BALDIVIEZO

% W3 = % W4 = % W5 =



4.4gr

*100 % = 5.91 %

74.5gr 7.6gr

*100 % = 7.80 %

97.4gr 8.6gr

*100 % = 9.86 %

87.2gr

Calculando Peso específico seco. ss =

ɤ

ɤ +%

∗ 

ɤss = Peso específico seco. ɤsh = Peso específico húmedo.

%w = porcentaje de humedad.

ɤss1 = ɤss2 = ɤss3 = ɤss4 = ɤss5 =

1,97gr/cm3

 *100= 2.00

1+1.97 2.006gr/cm3

gr cm3 gr

 *100= 2.11

cm3

1+3.38 2.076gr/cm3

 *100=2.17

1+5.91 2.075gr/cm3 1+7.80 2.095gr/cm3 1+9.86

gr cm3

 *100= 2.14

gr

cm3

 *100= 2.10

gr cm3

Curva de Compactacion 2.18 2.16 y = -0.0073x2 + 0.0971x + 1.8485 R² = 0.9476

2.14

    )    32.12    m    c     / 2.1    g     (    D2.08    A    D    I 2.06    S    N    E 2.04    D

Curva de Compactacion Poly. (Curva de Compactacion)

2.02 2 1.98 0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

% DE HUMEDAD (%w)

MECANICA DE SUELOS II

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ING. TRINIDAD BALDIVIEZO

RESULTADOS DE LA PRÁCTICA

-

Resultados obtenidos a través de los cálculos

DESCRIPCION

U.M.

N° de capas N° de golpes por capa Peso suelo húmedo + molde Peso del molde Peso suelo húmedo Volumen de la muestra Densidad del suelo húmedo Capsula N° Peso suelo húmedo + capsula Peso suelo seco + capsula Peso del agua Peso de la capsula Peso suelo seco Contenido de humedad Densidad del suelo seco

-

VALORES 5

5

5

5

5

56

56

56

56

56

g

10823

11120

11389

11397

11401

g

6500

6500

6500

6500

6500

g

4323

4620

4889

4897

4901

cm3

2124

2124

2124

2124

2124

g/cm3

2.04

2.18

2.3

2.31

2.31

1

2

3

4

5

g

130.2

110.3

99.5

125.9

117.8

g

128.1

107.4

95.1

118.3

109.2

g

2.1

2.9

4.4

7.6

8.6

g

21.6

21.7

20.6

20.9

22

g

106.5

85.7

74.5

97.4

87.2

%

1.97

3.38

5.91

7.80

9.86

2

2.11

2.17

2.14

2.1

g/cm3

Resultados obtenidos a través de la curva de compactación

Humedad óptima CHO Densidad máxima

6.65% 2.17g/cm3

5. ANALISIS DE RESULTADOS 

Para un suelo aluvial el rango de humedad optima esta entre el 5  – 7 % aproximadamente todo dependerá de la naturaleza, pureza del suelo y la forma correcta de realizar el ensayo de compactación, es así que después de un buen desarrollo de la práctica y cálculos necesarios obtuvimos un resultado satisfactorio de 6.65% de humedad óptima.



Además se puede observar que conforme se incrementa el esfuerzo de compactación, el peso específico seco máximo de compactación también aumenta.



Conforme se incrementa el esfuerzo de compactación, el contenido de agua para el porcentaje de humedad óptimo disminuye en cierto porcentaje.

MECANICA DE SUELOS II

21

ING. TRINIDAD BALDIVIEZO



Mas halla de un cierto contenido de agua al óptimo tiende a reducir el peso específico seco afectando la curva de densidad vs % de humedad de forma decreciente.



Para una mejor compactación es recomendable que el suelo a compactar tenga una composición granulométrica bien graduada reduciendo así de gran manera los espacios vacíos, aumentando la densificación del suelo.



Se cumplió con el objetivo de la compactación que es el mejoramiento de las propiedades geotécnicas del suelo, de tal manera que presente un comportamiento mecánico adecuado.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES -

Conclusiones



Como primera conclusión tenemos que mediante la compactación T-180 se logran valores de densidad óptima mayores que T-99, esto debido a la diferencia de energía de compactación al mayor número de golpes y a la diferencia decapas de compactación.



No debemos olvidar que las características del material obtenido en el campo puedan ser muy diferentes en estructura a las obtenidas en el laboratorio.



Un terreno compactado a humedad optima y densidad máxima presenta una estabilidad apreciable aun en estado de saturación lo que no sucede en otros casos.



Con esta práctica pudimos determinar y sobre todo verificar que existe un cierto porcentaje de humedad en el cual la densidad es máxima y esto es una particularidad para cada terreno.



Se llega a la conclusión de que los errores que se pueden cometer durante la realización de esta práctica pueden ser los siguientes: El mezclado incompleto del suelo con el agua. El no

repetir

uniformemente

los

golpes

del

pisón

sobre

la

superficie

de

la

muestra. En que las muestras tomadas para la determinación del contenido de humedad no sean representativas del material compactado. El no determinar el número suficiente de puntos para definir la curva de compactación. 

Si se varía la humedad de una muestra y se representa gráficamente la variación del peso específico del suelo seco, en función del porcentaje de humedad se obtiene una curva de punto máximo una

humedad

llamado punto crítico, a óptima

y

en

las

este punto le corresponde

ordenadas

en

las

abscisas

le corresponde un peso específico o

densidad máxima, y se explica cuando la humedad es elevada, el agua absorbe una parte importante de la energía de compactación sin ningún provecho, ocupando además, el lugar de los granos sólidos. Al contrario cuando la humedad es reducida el agua desempeña una función lubricante no despreciable, la densidad seca aumenta con el incremento de la humedad

MECANICA DE SUELOS II

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ING. TRINIDAD BALDIVIEZO



En

síntesis

diremos

que

esta

práctica

es

de

fundamental

importancia

para

analizar la calidad de un suelo para ser usado en la construcción de vías o fundaciones y que nos será de mucha ayuda en nuestra vida profesional.

-

Recomendaciones



Si uno de los puntos de la gráfica de la curva de densidad se encuentra fuera de sus límites, este debe ser rechazado y no debe ser tomado en cuenta. De ahí la importancia de hacer un ensayo con diferentes cantidades de humedad.



Se recomienda que los golpes que se dan con el apisonador o martillo sean dados en forma vertical, constante y procurando abarcar toda la superficie de compactado.



La compactación se debe hacer en forma uniforme en todas las direcciones del molde para evitar que en el interior de la muestra queden espacios vacíos o también espacios en los cuales no se haya compactado de buena manera.



Al enrazar debemos hacerlo cuidadosamente evitando que al enrazar el moldeen su parte superior queden terrones o huecos si es que quedaran estos huecos se los deben rellenar

con muestra antes de pesar ya que sino esto alteraría el peso real de la muestra.  Se recomienda también que el proctor en el momento del pesado esté bien limpio. 

La humedad que se le proporciona a la muestra debe ser lo más exacta posible para evitar errores.



Se recomienda usar una muestra de suelo que esté bien tamizada y bien cuarteada para poder realizar una mejor comparación entre las humedades y los pesos específicos.



Para obtener la densidad máxima y la humedad optima se debe aplicar una regresión a fin de obtener la ecuación a la cual se adecua porque bien sabemos que obedece a una parábola de 2º grado que mediante la ecuación podemos obtener con mayor precisión los resultados.



Se recomienda esencialmente que el alumno lea la guía de laboratorio antes de iniciar la práctica, ya que sin previo estudio sobre el experimento se cometerá errores en la realización de la práctica, los cuales harán variar los resultados.

7. BIBLIOGRAFIA 

www.wikipedia.org - Tema: Compactación de Suelos



Guía de laboratorio de Suelos “Ensayo de Compactación”



Fundamentos de Ingeniería Geotécnica “Braja M. Das” Tema: Compactación de suelos pág. 51

MECANICA DE SUELOS II

23

ING. TRINIDAD BALDIVIEZO

8.

ANEXOS

Cuarteado mecánico

Tamizado en el tamiz ¾ y No 4 para la compensación de peso

Pesaje de la muestra empleado en el análisis de compactación ´´6000 gr´´

Compactación mecánica de la muestra de suelo ya con una cierta humedad definida con anterioridad

Pesaje de la muestra humedad compactada más el

Obtención de la muestra mediante una tara para

molde

determinar el % de humedad

MECANICA DE SUELOS II

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