Marco Teorico Compactacion

Compactación de los suelos Introducción. La construcción de carreteras, presas de tierra y otras estructuras ingenieriles requiere de suelos con  buenas características características de resistencia resistencia y de cargas portantes que por lo general no corresponderán corresponderán a las características naturales del suelo, es en estos casos que se requiere mejorar las propiedades del suelo con la aplicación de algunos métodos, uno de los más usuales es la compactación. La compactación de los suelos consiste en eliminar de ellos la mayor cantidad de aire presente en su estructura, mediante la adición de cierta cantidad de energía mecánica, la compactación es evaluada en términos de su  peso unitario seco  ( d), y tiene lugar al añadir una cantidad de agua determinada la cual lubricará las partículas, permitiendo que estas se reordenen en un menor volumen por acción de la energía mecánica, densificando así el suelo. La compactación de los suelos requiere de ensayos en laboratorio que permiten conocer la curva de compactación de la que se obtiene el contenido de humedad optimo ( wopt opt) para alcanzar un peso unitario máximo ( dmax), del que se infiere el que se buscará en campo, estos ensayos se encuentran normalizados y se conocen como ensayo Proctor Estándar y el Proctor Modificado que se realizan sobre muestras de material fino y que en caso de contener mucho material grueso requieren de correcciones que también se encuentran normalizadas. VENTAJAS DE LA COMPACTACION a. Reducción o prevención de los asentamientos perjudiciales.   Si la estructura se construye en un suelo sin compactar o compactado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos). El hundimiento es más profundo generalmente en un lado o esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total de la estructura. b. Aumento de la resistencia del suelo y mejoramiento de la estabilidad del talud. Los vacíos producen debilidad al suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando el suelo compactado, se reducen los vacíos y todas las partículas del suelo están más apretadas, por lo tanto estas pueden soportar cargas mayores. c.

Reduce la expansión y contracción del suelo.  Si hay vacíos, el agua puede  penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado seria el esponjamiento esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

d. Impide los daños de las heladas.   El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche y a la vez, las  paredes y losas del piso se agrieten. agrieten. La compactación compactación reduce estas cavidades cavidades de agua en el suelo. e.

Reduce el escurrimiento del agua. Un suelo compactado reduce la penetración de agua.

1. Concepto de Compactación.   

 ,   o    d   e   m2    ú    h   o   c    i    f    í   c   e   p   s   e   o   s      e       P  

Sólidos del suelo

d

Agua

Sólidos del suelo

    w    (    d

  

  =    1

  

  =    1

  



w1

w2

Figura G.1. Principios de compactación. (Das, 1998)

2. Compactación en Laboratorio. 2.1. Curva de compactación. 1.90

Húmedad óptima,

1.85

   ]    3   m1.80    /   n   o    T    [ 1.75

wopt.

Curva de saturación (Volumen de aíre = 0)

  o   c   e   s   o   x   c   a    i   m    f    d  .    í   c         e  ,   p   o   s   e   i   m   o   x   s   á   e    P   m

   d

     

 ,   o   c 1.70   e   s   o   c    i    f    í 1.65   c   e   p   s   e 1.60   o   s   e    P 1.55 0

5

10

15

20

Contenido de húmedad,

w

25

30

(%)

Figura G.2. Curva de compactación típica.    

W 

 

[G.1]

V m 

Donde: W = Peso del suelo compactado en el molde. V = Volumen del molde. (Varia según el ensayo) γ = Peso específico húmedo del suelo.   d  

  

1 w

 

[G.2]

Donde: w = Porcentaje de contenido de humedad. γd = Peso específico húmedo del suelo. GS     w

  d  

1

GS   w

 

[G.3]

S 

Donde: GS  = Gravedad especifica de los sólidos del suelo. γw = Peso específico del agua. S = Grado de saturación del suelo.    zav 

GS     W 

1  w  GS 



  W 

1 GS 

 

[G.4]

w

Donde: γzav = Peso específico seco con cero de aire en los vacíos. 2.2. Factores que afectan la compactación. Efecto del tipo o naturaleza del suelo. Datos de textura y plásticidad del suelo  Nº 1 2 3 4 5 6 7 8

2.2 2.1

   ]    3   m    / 2.0   n   o    T    [    d      

1.9

 ,   a   c 1.8   e   s    d   a    d 1.7    i   s   n   e    D1.6 5

1 2

Descripción

Arena Limo Arcilla LL

Arena marga bien gradada Marga arenosa bien gradada Marga arenosa de gradación media Arcilla limo arenosa Arcilla limosa Limo de Loess Arcilla homogénea Arena mal gradada

3

88 72 73 32 5 5 6 94

10 15 9 33 64 85 22 -

2 13 18 35 31 10 72 -

16 16 22 28 36 26 67  N.P.

PI  N.P.  N.P. 4 9 15 2 40 -

Curva de saturación, S  = 100 % s = 2.65 Ton/m3

4 5 6

7

8 10

15

20

25

Contenido de húmedad, w (%) Figura G.3.  Curvas de compactación para ocho suelos utilizando la prueba Proctor estándar, (Jonson y Sallberg, 1960).

   d

   d

 ,   o   c   e   s   o   c    i    f    í   c   e   p   s   e   o   s   e    P

 ,   o   c   e   s   o   c    i    f    í   c   e   p   s   e   o   s   e    P

     

     

Tipo A Forma acampanada

Contenido de húmedad, (%)

Tipo B uno y medio picos

Contenido de húmedad, (%)

   d

   d

 ,   o   c   e   s   o   c    i    f    í   c   e   p   s   e   o   s   e    P

 ,   o   c   e   s   o   c    i    f    í   c   e   p   s   e   o   s   e    P

     

     

Tipo C  Doble pico

Contenido de húmedad, (%)

Tipo D Forma impar 

Contenido de húmedad, (%)

Figura G.4. Cuatro tipos de curvas de compactación encontradas en los suelos. . Prueba Proctor estándar.

Diametro 114.3 mm (4.5 plg)

Extensión

Diametro 101.6 mm (4 plg)

Caída = 304.8 mm (12 plg)

116.43 mm (4.584 plg) Peso del pisón = 2.5 kg (masa = 5.5 lb)

(a) 50.8 mm (2 plg)

(b)

Figura G.6. Equipo para la prueba Proctor estándar (a) molde, (b) pison, (Das, 1998). Tabla G.2.   Especificaciones técnicas para la prueba de compactación Proctor según las especificaciones ASTM. Características Molde:

- Volumen [cm ]

A 944

Método B 944

C 2124

- Diámetro [mm] Pisón - Masa [kg] -Altura de caída [mm]  Número de capas de compactación  Número de golpes por capa Energía de compactación [kN×m/m3] Suelo a usarse - Pasa el tamiz Criterio de selección: - Porcentaje retenido en el tamiz Nº 4 - Porcentaje retenido en el tamiz 3/8 plg. - Porcentaje retenido en el tamiz 3/4 plg.

101.6 4.54 457 5 25 2700  Nº 4

101.6 4.54 457 5 25 2700 3/8 plg

< 20 %

> 20 % < 20 %

152.4 4.54 457 5 56 2700 ¾ plg

> 20 % < 30 %

Método A utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz Nº 4. Es aplicado a suelos con un porcentaje menor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4. Método B  utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/8 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4 y con un valor menor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg. Método C  utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/4 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg y con un valor menor al 30 % del material retenido en el tamiz 3/4 plg. 2.0

Grado de 60% 80% 100% para s = 2.70 Mg/m3 saturación

   )    3   m    /   g1.9    M    (

Línea de optimidad

   d      

 ,   a   c   e   s    d1.8   a    d    i   s   n   e    D 1.7

Proctor  Línea de saturación

(B) Proctor  Modificado

125    )    3    t 120    f    /    b    l    (    d

     

 ,   a 115   c   e   s    d   a    d    i   s 110   n   e    D

105 (A) Proctor  estándar 

1.6 0

5

10 15 20 Contenido de húmedad, w(%)

100 25

Figura G.9.  Curvas de compactación para los ensayos Proctor estándar y modificado. (Holtz & Kovacs, 2000)