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CompactaciónCompactación

FabiánFabián HoyosHoyos Patiño IG MScPatiño IG MScGrupoGrupo de de GeotecniaGeotecnia

EscuelaEscuela de de IngenieríaIngeniería CivilCivilUniversidad Nacional de ColombiaUniversidad Nacional de Colombia

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OBJETIVOOBJETIVO

Identificar las condiciones de densificación de los suelos en términos de:– Materiales– Energía de compactación– Contenido de humedad

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CompactaciónCompactación

Una técnica simple de mejoramiento del terreno en la que se densifica el suelo mediante la aplicación de energía mecánica.

+ agua =Energíamecánica

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EFECTOS DE LA DENSIFICACIÓN EFECTOS DE LA DENSIFICACIÓN – Resistencia al cortante– Compresibilidad– Conductividad hidráulica

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AplicacionesAplicaciones

– Presas de tierra– Terraplenes – Pavimentos– Vertederos de Residuos Sólidos Urbanos– Llenos estructurales– Estructuras de suelo reforzado– Prefabricados– Edificaciones

66

77

88

99

1010

1111

1212

1313

CurvaCurva de de compactacióncompactación

Humedad

Den

sida

dse

ca(ρ

d)

Humedad óptima

ρd, max

-Densidad seca máxima, humedadóptima

-Resistencia y rigidez

-Baja permeabilidad

La compactación es una operacióneficiente en suelos granulares. Las arcillas no se compactan, se amasan

1414

CurvaCurva de de CompactaciónCompactaciónQué ocurre con las cantidades relativas de las tres fasescuando se agrega agua?

Den

sida

dse

ca(ρ

d)

sueloaguaaire

Dificultad de expulsarel aire

Menor relación de vacíos y máximadensidad seca con la humedad óptima

1515

CurvaCurva de de SaturaciónSaturación ZAVZAV

Todos los puntos de compactacióndeben quedar a la izqquierda de la curva ZAV

- Corresponde a 100% de saturación

Humedad

Den

sida

dse

ca(ρ

d)

Curva ZAV (S=100%)

s

wsd wG

G+

=1

ρρ

S<100%

S>100% (imposible)

1616

EfectoEfecto de la de la energíaenergía de de compactacióncompactación

El incremento de la energía de compactación tiene comoresultado:

E1

E2 (>E1)

• Mayor densidad seca máxima• Menor humedad óptima

La compactación con una humedadinferior a la óptima puede dar lugar a una estructura colapsable

Den

sida

dse

ca(ρ

d)

1717

Curva de compactaciónCurva de compactación

1818

MaterialesMateriales• La compactacíón es eficiente en materiales granulares, ineficiente

en arcillas y cenizas volcánicas.• Los materiales bien gradados permiten obtener densidades

máximas mayores con la misma energía de compactación.• Las cenizas volcánicas presentan peculiaridades en el proceso de

compactación. Las diferencias de densidad seca máxima (50%) y humedad óptima (100%) son extremas según se seque o no el material antes de hacer los ensayos.

ρ = 1t/m3, w = 50% vs ρ = 0.7 t/m3, w = 90%

• Puede obtenerse valores elevados de densidad con lutitas que se comportan como materiales granulares a pesar de su composición. Parte de la energía de compactación de las lutitas se gasta en la trituración del material.

• Parte de la energía de compactación de gravas limpias utilizadas en las bases granulares se gasta en la trituración de partículas.

1919

CompactaciónCompactación y y estructuraestructura de de laslas arcillasarcillas

Un mayor contenido de humedad o la aplicación de una mayor energia de compactación dan lugar a una estructura mas dispersa.

Estrictamente las arcillas no se compactan, se amasan

Estructura más floculada

Est

ruct

ura

más

disp

ersa

Den

sida

dse

ca(ρ

d)

2020

EnsayoEnsayo de de CompactaciónCompactación en en laboratoriolaboratorio-Definir la humedad óptima y la densidad secamáxima para una energía de compactación dada, a partir de la curva de compactación.

martilloProctor estándar : Proctor Modificado:

• 3 capas

• 25 golpes por capa

• 5 capas

• 25 golpes por capa

• Martillo de 2.7 kg

• Altura de caida 30 cm

• Martillo de 4.9 kg

• Altura de caida 45 cm

Molde de compactación 1000 cm3

2121

Equipo de compactación en Equipo de compactación en laboratoriolaboratorio

• Ensayo Proctor Normal ASTM D698• Ensayo Proctor Modificado ASTM D1557

2222

LíneaLínea de de óptimosóptimos

Humedad

Den

sida

dse

ca(ρ

d)

Curvas de compactación con diferentes energías.

Línea de óptimos

2323

Humedad de compactaciónHumedad de compactación• En el terreno corresponde

aproximadamente a la humedad del material en la zona de préstamo.

• Condición difícil de controlar en el trópico húmedo. Programación del trabajo en función de la meteorología.

• En zonas áridas la tendencia es a compactar en la rama seca de la curva, w< woo.Puede dar lugar a una estructura colapsable del suelo.

2424

Ejercicio de aplicaciónEjercicio de aplicación

• El contenido de humedad del material en una zona de préstamo es 10%. Si se toma una masa de 6 kg para ensayos de compactación ¿cuánta agua es necesario agregar para obtener humedades de 13, 17, 20, 24 y 28%?

2525

Ejercicio de aplicación Ejercicio de aplicación

231 619281 647211 685211 641201 707181 747191 699161 740141 755151 803121 639121 715131 910111 62791 69191 873

w(%)

ρd(Mg/m3)

w(%)

ρd(Mg/m3)

w(%)

ρd(Mg/m3)

CBaja energía

BEstándar

AModificado

2626

Ejercicio de aplicaciónEjercicio de aplicación

Con los datos del cuadro anterior y con una gravedad específica de las partículas de 2.64.

• Dibuje las curvas de compactación• Determine los valores de densidad seca máxima

y humedad óptima• Calcule el grado de saturación en cada uno de

los óptimos.• Dibuje la curvas de saturación y las curvas de

70%, 80% y 90% de saturación.

2727

Control de la Control de la compactacióncompactación

-Ejercicio sistemático en el que se verificaa intervalos regulares si la compactacióncumple las especificaciones

e.g., 1 ensayo por cada 1000 m3

de suelo compactado

• Densidad seca mínima• Intervalo de humedad

Medidas de campo (ρd) mediante

• Cono de arena

• Balón de caucho

• densímetro nuclear

2828

EnsayoEnsayo de control de de control de compactacióncompactación

Terreno compactado

ρd,campo = ?wcampo = ?

Especificaciones

Compare!

w

ρd

2929

3030

Densímetro nuclearDensímetro nuclear

3131

Compactación relativaCompactación relativa

• Relación de densidad obtenida a la densidad seca máxima del ensayo de laboratorio.

En obras viales usualmente se exige el 95% de la compactación relativa. En llenos estructurales puede ser 90%

3232

Densidad relativaDensidad relativa

( )( )minmax

minmax100ρρρρρρ

−−

=rD

minmax

max100eeeeDr −

−=

CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno

Rodillo con llantasCompactador de placa. Rana

Compactador vibratorio. Rodillo lisoCompactador de impacto

Rodillo patecabra

3434

CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno

La eficiencia depende de la masa y de la potenciaEquipos convencionales compactan efectivamente sólo20-30 cm; limitación: capas delgadas

Vibrocompactador de rodillo liso

3535

CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno

Compactación de áreas pequeñas

Placas vibratorias

Efectivo en suelos gtranulares

3636

CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno

• Efecto de amasado

Rodillo patecabra

• Efectivo en arcillas

3737

CCoompactaciónmpactación en el en el terrenoterreno

Asegura una compactación hasta 2-3m de profundidad.

Rodillo de impacto

CCoompactaciónmpactación dinámicadinámica- Golpear el terreno con un peso grande

Apropiado para suelos granulares, rellenos y terrenos cärsicos con dolinas.

Cráteres creados porimpactos

MasaCavernas y canales subterráneos porsolución en calizas

CCoompactaciónmpactación dinámicadinámica

Masa = 5-30 tAltura de caida = 10-30 m

CCoompactaciónmpactación dinámicadinámica

VibroflotaciónVibroflotación

Vibroflot (unidad vibratoria)Longitud = 2 – 3 mDiámetro = 0.3 – 0.5 mMasa = 2 t

• vibrocompactación

• Pilas de piedra

• vibroremplazamiento

Apropiada en suelos granulares

VibroflotaciónVibroflotación

VibroflotaciónVibroflotación

VibroflotaciónVibroflotación

VibroflotaciónVibroflotación

VibroflotaciónVibroflotación

VibroflotaciónVibroflotación

4848

PilasPilas de de piedrapiedra

Perforación con vibrador Relleno … y compactación Pila de piedra

4949

VoladurasVoladurasPara densificar suelosgranulares

5050

EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra

Motoniveladora

5151

EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra

Bulldozer o topadora

5252

EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra

cargador

5353

EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra

Retroexcavadora

5454

EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra

Retroexcavadora sobre orugas

5555

EquipoEquipo de de movimientomovimiento de de tierratierra

Martillo neumático

5656

Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones

• Adobe• Tapia• Suelo cemento

5757

Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones

CasagrandeCasagrande

5858

Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones

CasagrandeCasagrande

5959

Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones

ShibamShibam

6060

Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones

ShibamShibam

6161

Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones

AustraliaAustralia

6262

Suelo compactado Suelo compactado para edificacionespara edificaciones

AustraliaAustralia

6363

Unas cuantas notasUnas cuantas notas• El material de préstamo conserva su humedad durante el proceso de

compactación.• Las condiciones de clima controlan en gran medida la construcción de

terraplenes y pavimentos.• La compactación de arcillas es un proceso muy ineficiente. Las arcillas no

se compactan, se amasan• Los materiales más apropiados para compactar son limos arenosos y

arenas bien gradadas. • De ser necesario, es aceptable compactar el material con un contenido de

agua ligeramente mayor que su humedad óptima.• Un suelo compactado por debajo de su humedad óptima puede ser

susceptible al colapso.• La compactación con una humedad diferente de la óptima, exige una

energía de compactación mayor para conseguir la misma densidad máxima que se habría obtenido con la humedad óptima.

• El grado de saturación de un material compactado con su densidad seca máxima y humedad óptima es cercano al 90%.