INFUENCIA DE LA COMPACTACION EN LAS PROPIEDADES FISICAS

Compactacin del sueloLa compactacin de suelos es el proceso artificial por el cual las partculas de suelo son obligadas a estar ms en contacto las unas con las otras, mediante una reduccin del ndice de vacos, empleando medios mecnicos.

La importancia de la compactacin de suelos es para el aumento de la resistencia y disminucin de la capacidad de deformacin, donde aumentan el peso especfico seco, disminuyendo sus vacos.

Lo general, las tcnicas de compactacin se aplican a rellenos artificiales tales como diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, pavimentos, etc.LA COMPACTACIN: Aumenta la capacidad para soportar cargasImpide el hundimiento del sueloReduce el esponjamiento y la contraccin del sueloImpide los daos de las heladasVentajas de la Compactacin:

Si la Compactacin es muy intensa produce un material o suelo que tiende al agrietamiento.Aumenta el potencia de hinchamiento (con la humedad)Desventajas de la Compactacin:ESTABILIZACIN DE SUELOFrecuentemente el suelo sobre el que se desea construir es hmedo, dbil y/o expansivo para ser usado como base confiable del proyecto constructivo. Es una prctica comn el reemplazar este suelo por un material con mejores caractersticas mecnicas y asegurar la durabilidad de la obra.

CARACTERSTICAS

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ESTABILIZACINCon la estabilizacin se pretende, en primer trmino lograr, que dentro de unas condiciones normales, el agua que el suelo pueda contener solamente vari entre lmites muy pequeos; Se tendr as una resistencia conocida y estable.

Para ello se aaden y mezclan con el suelo diferentes productos hidrfobos, que transmiten esta propiedad al suelo, estabilizando sus caractersticas.

LA ESTABILIZACIN EXIGE EL CUMPLIMIENTO DE UNA SERIE DE CONDICIONESEl suelo estabilizado deber tener la resistencia precisa para soportar las cargas a que ha de estar sometido, bien sean transmitidas por las capas superiores del pavimento o las directas del trfico. El cumplimiento de la condicin anterior obligar a corregir el suelo natural, bien por la aportacin de otros apropiados o por la adicin de cemento, betn o diferentes productos qumicos.

REQUISITOS DE LA ESTABILIZACIN Ningn material llena todos los requisitos y la mayora son deficientes en la ltima condicin, el costo. Los principales mtodos y materiales son:

Aditivos para retener la humedad.Aditivos resistentes a la humedad.Cementacin.Congelacin.Relleno de los poros.Alteraciones fsico qumicas: Estabilizacin qumica.

Estabilizacin con Cemento:Esta estabilizacin consiste en aumentar la resistencia, tambin se disminuye la plasticidad, es muy importante que se logren estos efectos, el material por mejorar debe temer un porcentaje mximo de materia orgnica del 34%.La estabilizacin suelo/cemento es recomendable para suelos medianamente plsticos, por permitir lograr ms resistencia. TIPOS DE ESTABILIZACION:

Existen dos mtodos para estabilizar con cemento Portland:Tipo flexible: en el cual el porcentaje de cemento vara del 1 al 4%, con esto solo se logra disminuir la plasticidad y el incremento en la resistencia resulta muy bajo, las pruebas son semejantes a las que se hacen a los materiales estabilizados con cal.Estabilizacin rgida: el porcentaje de cemento vara del 6 al 14%, este tipo de mejoramiento es muy comn en las bases, para asemejar el mdulo de elasticidad al de la carpeta, con ello se evita una probable fractura de la carpeta asfltica.El xito de la estabilizacin con cemento depende de tres factores: Contenido apropiado de cemento Contenido apropiado de humedad Adecuada compactacin

En la Tabla siguiente, se aprecia la resistencia a la compresin a los 7 y 28 das para diversos tipos de suelos estabilizados con cemento.

Estabilizacin o Mejoramiento con Productos Asflticos:

El material asfltico que se emplea para mejorar un suelo puede ser el cemento asfltico o bien las emulsiones asflticas, el primero es el residuo ltimo de la destilacin del petrleo. Para este proceso de estabilizacin el ptreo deber calentarse a temperaturas que varan de 140 a 160 C, Este tipo de producto tiene la desventaja de que resulta un poco ms costoso y que no puede mezclarse con ptreos hmedos.

El producto asfltico, Algunos productos asflticos contienen agua y si esto no se toma en cuenta se pueden presentar problemas muy serios al momento de compactar.

El procedimiento consiste en elaborar especmenes de ptreos que presentan cierta humedad usando diferentes porcentajes de asfalto, se compactan con carga esttica de 11.340 Kg. (140 Kg/cm). Despus de esto se pesan y se meten a curar al horno a una temperatura de 60 C, se sacan y se penetran hasta la falla o bien hasta que tengan una profundidad de 6.35mm registrndose la carga mxima en Kg.

ESTABILIZACION MECANICAEs el mejoramiento del suelo por el cambio de graduacin. Consiste generalmente en mezclar dos o ms suelos naturales para tener un material compuesto que sea superior a cualquiera de sus componentes; pero tambin incluye la adicin de roca triturada o escoria o la tamizacin del suelo para remover partculas de cierto tamao.Este mejoramiento generalmente se hace en la sub-base, base y en las carpetas asflticas.

Compactacin:

ESTABILIZACION ELECTROQUIMICA:Implica un cambio de base producido por una corriente elctrica. Los cationes de aluminio se desprenden de un electrodo positivo de aluminio y emigran en el suelo, hacia el electrodo negativo y en el curso de sus movimientos se efecta el cambio de base

Estabilizacin con Cal:Es un mtodo econmico para disminuir la plasticidad de los suelos y aumentar la resistencia.

Los estudios que se deben realizar a suelos estabilizados con cal son: lmites de Atterberg, granulometra, equivalente de arena, CBR, compresin

Se recomienda no estabilizar cuando amenace lluvia o cuando la temperatura ambiente sea menor a 5 C, adems se recomienda que la superficie mejorada se abra al trnsito vehicular en un tiempo de 24 a 48 horas.

Teora de la compactacin de suelosEn 1933 R.R. Proctor public 4 artculos, producto de sus estudios titulados Principios Fundamentales de la Compactacin de Suelo, estableciendo con ello, los principios bsicos de la compactacin ratificados por su propia experiencia en el campo

R.R. Proctor Defini cuatro variables en la compactacin de los suelos..Peso Unitario Seco.Contenido de Humedad del Suelo.Energa de Compactacin.Tipo de Suelo.

Es un mtodo dinmico donde el suelo es compactado en capas en un molde cilndrico de volumen conocido. La compactacin de cada capa se logra aplicndole un nmero de golpes determinado, distribuidos uniformemente en la superficie de la capa.El Ensayo de compactacin Proctor

Proctor AASTHO Modificado (Norma T-180):Tiene 4 variantes. La energa de compactacin es de 56200 Lb/pie2, comparable a la energa trasmitida al suelo por equipos de compactacin pesados.Proctor Normal o AASTHO STANDARD (Norma T-99): Tiene 4 variantes. Energa de compactacin de 12400 Lb/pie2, esta energa es comparable a la que ser trasmitida al suelo por equipos de compactacin ligeros.Pruebas de compactacinExisten varias pruebas de compactacin de las que sobre salen mas sobre la compactacin del suelo son las siguientes:

Pruebas por impacto o dinmicas Pruebas por amasado Pruebas estticas Pruebas por vibracin Pruebas especiales.

Pruebas de compactacin por impacto.La mayora de las pruebas por impacto tienen las siguientes caractersticas: El suelo se compacta por capas en el interior de un molde cilndrico metlico, variando de unas pruebas a otras el tamao del molde y el espesor de la capa. A Este mtodo se le conoce tambin como ensayo Proctor.

Molde Proctor estndar Molde Proctor modificado

Pruebas de compactacin por impactoEn todos los casos la compactacin se logra al aplicar a cada capa dentro del molde un cierto nmero de golpes, uniformemente distribuidos, con un pisn cuyo peso, dimensiones y altura de cada cambian de unas pruebas a otras. El nmero de golpes del pisn que se aplica por capa tambin cambia en las diferentes pruebas.

Pisn para suministrar la energa de compactacin

Pruebas de compactacin por impactoEn todos los casos, la energa especfica se puede calcular con bastante aproximacin con el empleo de la ecuacin:

Done quedara definida por el nmero de golpes por capa del pisn compactador, el nmero de capas en el que el suelo se dispone dentro del molde, el peso del pisn compactador, su altura de cada y el volumen total del molde.Las pruebas permiten determinar la curva de compactacin de los materiales para las terraceras y a partir de estas inferir su masa volumtrica seca mxima y su contenido de agua ptimo. Consiste en determinar las masas volumtricas secas de un material compactado con diferentes contenidos de aguaEl equipo para la ejecucin de las pruebas estar en condiciones de operacin, calibrado, limpio y completo en todas sus partes. Todos los materiales a emplear sern de alta calidad.

Pruebas de Compactacin Por Amasado

En esta prueba el efecto de amasado se logra al presionar un mbolo de unas determinadas dimensiones contra la superficie de las diferentes capas de las que se constituye la muestra dentro de un molde; en cualquier aplicacin se transmite al mbolo una presin constante, lo que se consigue cuando se le adapta un resorte calibrado, que permite saber el momento en que se aplica tal presin. Esta prueba se puede realizar en suelos de mximo 2 mm, lo que no puede ser un inconveniente, porque su campo de aplicacin es en suelos finos ,como son suelos arcillosos.

Equipo de compactacin miniatura

Pruebas de Compactacin Por AmasadoLa prueba miniatura Harvard se ha desarrollada para ser utilizada en suelos finos como se mencion anteriormente y no se ha intentado en la aplicacin en suelos mayores a 2 mm. En esta prueba se requieren entre 1 y 1.5 kg de material para obtener una curva de peso especfico contra contenido de agua definida con 6 u 8 puntos.

El peso especfico seco correspondiente a cada contenido de agua podr calcularse con la siguiente expresin: = 100

Que es la misma utilizada en las pruebas Proctor. Donde tambin se dibuja la curva de compactacin.

Prueba De Compactacin EstticaEs la prueba de compactacin esttica la que nos da una informacin exacta de los pesos volumtricos mximos y ptimos.

Densidad de campo mtodo del cono de arenaObjetivo:

Sus Objetivos son:

Determinar la Densidad Seca y la Humedad de un suelo compactado en el campo y verificar el Grado de Compactacin del suelo en el campo.

Este mtodo de ensayo se usa para determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno

Aprender a determinar este clculo en campo y cuales son ventajas y desventajas Tomar decisiones de acuerdo a tipos de informacin que se obtengan en estos laboratorios para adquirir experiencia cuando se est realizando una obra de gran magnitud.

El Grado de Compactacin de un suelo se determina de acuerdo a la siguiente expresin:

Dnde: Gc = Grado de Compactacin d = Densidad Seca en el campo dmax= Densidad Seca Mxima obtenida en el laboratorio. 100*Gc maxd El Grado De Compactacin De Un Suelo:

Cono Metlico (dimetro 4 plg.)Arena Calibrada (Arena de Ottawa). Placa metlica hueca (dimetro del agujero 4 plg.). Balanza con una precisin de 0.10 lb.Pica, para extraer la arena del suelo en estudio. Bolsas plsticas, para echar la muestra extrada del suelo

Equipo De Densidad De Campo:

Clculos:

Con el peso de la muestra recuperada y el volumen del agujero, obtenemos la Densidad Hmeda del suelo, mediante la siguiente expresin, ya conocida:

As mismo determinamos el Contenido de Humedad de la muestra recuperada:

Finalmente, la Densidad Seca del suelo la obtenemos mediante la siguiente expresin:

Dnde:

d = Densidad Seca de campo. h = Densidad Hmeda. h = Contenido de humedad.

RELACION ENTRE HUMEDAD Y DENSIDAD

En un suelo compactado juega un papel muy importante en las propiedades del mismo, especialmente en cuanto a su resistencia y deformabilidad.

As se tienen los ensayos Proctor T 99 (estndar) y T 180 (modificado) que permiten determinar la humedad ptima, es decir la humedad a la que el suelo alcanza su densidad mxima y por lo tanto presenta sus mejores propiedades mecnicas.

El valor de esta humedad ptima depende de la energa de compactacin brindada al suelo, y en caso de incrementarse sta, la humedad ptima ser menor y la densidad seca mxima mayor, corrindose el pico de la curva hacia arriba y a la derecha cmo se muestra en la siguiente figura.

Los suelos expansivos son aquellos en los que su volumen se incrementa a mayores contenidos de humedad y requieren especial atencin. Se recomienda que este tipo de suelos se compacten por el lado hmedo ligeramente en exceso de la humedad ptima determinada por el ensayo AASHTO T- 99, lo cual minimizar la probabilidad de hinchamiento.

Para cualquier procedimiento de diseo, reconocer los efectos de los cambios en las relaciones de humedad densidad en el diseo resultante es importante. Debido a la variabilidad presente en los procesos constructivos.

Curvas de Hmeda densidad de Proctor

INFUENCIA DE LA COMPACTACION EN LAS PROPIEDADES MECANICAS

RESISTENCIALos suelos compactados son suelos remoldeados que han perdido su estructura original su cimentacin al menos a escala macro. La compactacin, como proceso mecnico, reduce los vacos de ese suelo remodelado pero no restituye la estructura ni la cementacin perdida.Para suelos rmoldeados, una menor relacin de vacos esta siempre asociada aun mayor ngulo de friccin interna, una mayor dilatacin y, por lo tanto, una mayor resistencia al corte, tanto drenado como no drenado.

Esfuerzos sobre un Terreno

Cuando una estructura se apoya en la Tierra, transmite los esfuerzos al suelo donde se funda. Estos esfuerzos producirn deformaciones, pero primero el suelo, considerado un medio continuo, disipara estos esfuerzos a medida que se profundiza en el o se considera un punto alejado desde donde existe el esfuerzo de contacto

39Distribucin dentro de la masa de suelo dependeForma, tamao y distribucin del area cargada.Magnitud de la cargaProfundidad a la cual se evalua el incremento de esfuerzo verticalDistancia horizontal del centroide de la carga al punto en consideracin

Tipos de consideraciones de cargaCarga PuntualCarga uniformemente repartida sobre un area circularCarga uniformemente repartida sobre un area rectangularCarga uniformemente repartida sobre un area rectangular de longitud infinitaCarga distribuida de forma trapezoidal

Estructura del suelo

CONTROL DE COMPACTACIONConsidrese una prueba de compactacin realizada en una muestra de suelo de un terrapln que no contenga partculas ms grandes que la abertura de la malla 4. El material debe protegerse contra la evaporacin, a fin de que su contenido de agua no vare y se compacta con alguno de los mtodos comunes en uso y con su contenido de agua de campo Wf. El peso especfico hmedo de esa muestra ser.Tenido en cuenta que Wf es el contenido de agua de la muestra obtenida en el campo ySon los pesos especficos secos de campo y de prueba, respectivamente.

METODOS DE CONTROL DE COMPACTACION:

Tenemos los siguientes mtodos de control de compactacin en el campo:

METODOS DESTRUCTIVOSMETODO NO DESTRUCTIVOS

1. METODOS DESTRUCTIVOS:

Mtodo del Cono y la Arena:La arena a utilizar en este mtodo tiene que ser pasante del tamiz N 20 y retenida en el tamiz N 30. Esta se coloca en el hoyo previamente abierto y se va acomodando con relacin de vacos mnima pudiendo calcularse as el volumen de la muestra. Para ello se coloca encima del orificio una placa con abertura central de 4 6 pulgadas de dimetro y luego un cono doble unido con una vlvula y un frasco en uno de sus extremos conteniendo en la arena, esta se deja caer sobre el hoyo midiendo la empleada para llenarlo.

Mtodo del frasco Volumtrico:

consiste en medir el volumen del orificio previamente abierto en la capa compactada mediante la introduccin en l de una goma plstica de aproximadamente 2mm de espesor, la cual se encuentra dentro del aparato siendo introducida dentro del orificio a travs de la inyeccin de agua a presin.

Mtodo del Aceite:

Consiste en medir el volumen del orificio mediante la introduccin en el de un volumen conocido de aceite, el cual debe retirarse al concluir el ensayo. Este mtodo no se recomienda en el caso de suelos arenosos.2.-METODO NO DESTRUCTIVOS:

Estos permiten la obtencin del peso unitario y la humedad del suelo directamente en campo mediante la utilizacin de radiaciones gamma provenientes de un elemento radioactivo que se encuentra dentro del aparato de medicin. Este equipo se conoce como densmetro nuclear.

Equipos de CompactacinTenemos dos clases de tipos de compactacin que son los siguientes:De presin EstticaVibratoriosDe Presin Esttica:En el Tipo de presin Esttica tenemos los equipos de compactacin:Compactadores de Ruedas Neumticas:Formados por hileras delanteras y traseras de neumticos lisos, en nmero, tamao y configuracin tales que permitan el solape de las huellas de las delanteras con las de las traseras. Sern capaz de alcanzar una masa de al menos 35 toneladas y una carga por rueda de 5 toneladas, con una presin de inflado que pueda alcanzar al menos 0.80 mega pascal (MPa).Se usarn para la densificacin de todo tipo de capas de firme y/o explanadas bien graduadas, ya que durante la compactacin se consigue un incremento en el efecto de amasado, resultando una superficie acabada ms densa y uniforme.

Compactadores de Pata de Cabra:Disponen de rodillos cilndricos a los que se ha dotado de patas de apoyo puntuales distribuidas uniformemente sobre la superficie del cilindro, cuyo efecto de compactacin se debe a la alta presin que comunica el terreno.Su uso queda restringido a la compactacin de cimientos o ncleos de terrapln de materiales cohesivos sin piedra.

NOTA: Estos equipos no deben de ser utilizados en operaciones de estabilizacin como equipos de mezclado debido a su baja profundidad de penetracin y a su baja calidad de mezclado.

Compactador vibratorio Monocilndrico:Est compuesto por un cilindro metlico vibratorio liso (con o sin traccin) que actuar como elemento de compactacin y dos neumticos traseros de traccin.Pueden usarse para la compactacin de todo tipo de capas de cimientos ncleos, explanada y firme, teniendo una mejor adaptacin a la compactacin de suelos no cohesivos, donde el efecto de la vibracin posibilita una mejor acomodacin de los elementos granulares. EQUIPOS DE COMPACTACIN VIBRATORIOS:

Compactador vibratorio Bicilndrico (o tndem):Est compuesto por dos cilindros metlicos vibratorios (con traccin) que actan de compactacin.Pueden usarse para la densificacin de todo tipo de capas de firme y/o explanadas bien graduadas, aunque generalmente son usados para la compactacin y el acabado de capas asflticas.

MODO DE FUNCIN:

Tiene su fundamento en la presencia del peso esttico y de una fuerza dinmica generadora de vibracin. Utilizan una masa excntrica que gira dentro de un rodillo liso, produciendo una fuerza centrfuga que se suma al peso de la mquina al producir la correspondiente presin sobre el suelo.

CARACTERISTICAS TCNICAS:

Las caractersticas de los principales equipos son:

EQUIPO PESO (Kg)POTENCIA (CV)ANCHO TAMBOR (Mt)Vibratorio Monocilindrico 7.000-20.000 100-186 1.70-2.22Vibratorio tndem 1.500-12.000 22-132 0.88-2.14Neumtico 9.000-35.000 100-130 1.90-2.00Pata de cabra 5.500-32.700 60-400 1.37-3.00

Cabina antivuelco Control automtico de traccin

Rascadores de tambor delantero y trasero de poliuretano

Automatismo para eliminar la vibracin al invertir el sentido de la marcha.EQUIPAMIENTO OPCIONAL MS INTERESANTE: