Modificacion de Suelos

8/19/2019 Modificacion de Suelos

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MODIFICACIÓN DE LOSSUELOS

TEMA IV


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OBJETIVOS:

►Caracterizar los suelos cohesivos a partir de su consistencia

►Clasificar los suelos por los métodos: AASHTO modificado y Sistema Unificado deClasificación de Suelos

►Conocer el proceso de estabilización de suelos, sus beneficios y algunos de los diversosmétodos existentes

► Entender el proceso de compactación de los suelos y las variables involucradas en él

► Relacionar los métodos de compactación de laboratorio con la compactación de campo

► Evaluar la calidad de un suelo compactado


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Propiedades d el su elo

Permiten diferenciar:

Suelos de una misma categoría

Granulometría, límites de consistencia

Condiciones de estado del suelo

Relaciones gravimétricas y volumétricas

Comportamiento físico y mecánico del suelo

Relaciones gravimétricas y volumétricas

Parámetros resistentes

Propiedades índice de los suelos


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Prop ied ades índ ic e

Gr an u lo m etr ía

El análisis granulométrico de un suelo consiste en determinarcuantitativamente la distribución de las partículas por rangos detamaño.

El método de determinación depende del tamaño de los granos del

suelo puede ser por:

Tamizado → suelos granulares Sedimentación → suelos finos Combinación de los anteriores → mezclas gran. y finos



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Plasticidad - Varias ramas de la ingeniería desarrollaron interpretaciones

basadas en las características esfuerzo-deformación de losmateriales. Tratando de establecer distinciones entre elcomportamiento elástico y el plástico.

- En mecánica de suelos también se ha tratado de fundamentarel comportamiento de los suelos en las relaciones esfuerzo-deformación, pero teniendo en cuenta que las teorías de plasticidad yelasticidad son aplicables sólo de manera parcial.

- La plasticidad es un fenómeno inherente a los suelos de partículas muy finas, limos y arcillas, siendo el grado que de ellaexhiben factor regente de su comportamiento y clasificación.


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“ Plasticidad es la propiedad que t iene unmaterial por la cual es capaz de soportardefo rm acio nes ráp id as, sin v ariacio nesvo lum étric as apr eciab les y sin des m oro narse n iagrietarse”

- Experimentos realizados por Atterberg, Terzaghi, y

Goldschmidt han revelado que la plasticidad en los suelos se debea la carga eléctrica de las partículas laminares, que generancampos que actúan como condensadores y forman capas de aguasólida y viscosa

- Un concepto simple basado en ideas con un sentido físicoinmediato en el que se han incorporado términos relacionados conla teoría de la plasticidad es el siguiente:


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Consis tencia de los s uelos coh esivosEs la mayor o menor resistencia que presenta la masa del suelo a

que se le deforme.

Es la medida de la plasticidad del suelo

Depende del contenido de humedad y de los minerales de arcillade las fracciones fina y muy fina del suelo.

Se dis t ingu en do s t ipos de cons is tencia:

Cons istencia de suelos inalterados

Consistencia de suelos am asados


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Estados y límites de consistencia

1) Cons istencia en estado n atural o inalterado:

- La medida de este tipo de consistencia es la resistencia a lacompresión simple

- Se describe en los términos:BlandoCompactoDuro

- Se ensaya una muestra inalterada tallada en forma cilíndrica, se leaplica una carga uniaxial a velocidad constante.

- Se lleva a la falla obteniéndose q u como el mayor valor de esfuerzosoportado por la muestra.


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- Cons istencia en estado natural o inalterado

CONSISTENCIA qu (Kg/cm2)

Muy blanda < 0,25

Blanda >= 0,25 y < 0,5

Medianamente compacta >= 0,50 y = 1 y = 2 y =4

Consistencia de las arcillas es función de la resistencia a la compresión simple


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2) Cons istencia de suelos amasados :

Después que un suelo ha sido amasado su consistencia puede servariada a voluntad, aumentando o disminuyendo su contenido dehumedad.

Por ejemplo si se tiene un barro arcilloso líquido y se va reduciendolentamente su contenido de humedad, se verá como gradualmente elsuelo pasa del estado líquido al estado plástico y finalmente al estadosólido.

El contenido de humedad al cual se produce el paso de un estadoa otro es distinto para las diferentes arcillas, y por ello, esoscontenidos de humedad pueden ser utilizados para identificar ycomparar arcillas entre sí.


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Este esquema corresponde a los estados de consistencia queadquiere el suelo en la medida que cambia su humedad y loslimites que separan estos estados

Estado Solido Estado Semisolido Estado Plastico Estado Liquido

W % Creciente

w = 0 L c L p L l

¿CÓMO VA RÍA LA CONSISTENCIA DE UN SUELOFINO CUANDO CA MB IA SU HUMEDAD?

Atterberg hizo ver que la plasticidad no es una propiedad permanente

de las arcillas, sino que depende del contenido de humedad


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Estados de consistencia

Estados de con sis tencia:Los estados de consistencia definidos por Atterberg son básicamente 4:

- Estado l íqu id o : El suelo tiene la consistencia de un líquido de altaviscosidad, pudiendo producirse el flujo del mismo bajo ciertascondiciones. Su resistencia al corte es nula.

- Est ado p lás tico: El suelo tiene la consistencia de un material plástico y blando que le permite deformarse sin roturas ni agrietamientos.

- Estado s emi-sólido: El suelo ha dejado de ser plástico, pero lasvariaciones de humedad producen cambios en el volumen del suelo.

- Estado sólido : El suelo no cambia su volumen aun cuandoeste sometido a variaciones de su humedad. Su resistencia esalta y consistencia puede ser dura y frágil.


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Límites de consistencia o de Atterberg

Lím ite l íqu ido (L l)

Es el contenido de humedad por encima del

cual el suelo se encuentra en estado líquido.El rango de variación del límite líquido puedeestar entre 0 y 1000, pero la mayoría de lossuelos tienen valores menores a 100.

El análisis para la determinación de los estados y limites de consistencia se realiza a partir del uso de una muestra de suelo fino pasante por el tamiz # 40


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Estado Descripción Límite

Líquido Una pasta sopa deguisantes a mantequilla

blanda: un liquido viscosoPlástico Mantequilla blanda amasilla dura se deforma

pero no se agrietaSemisólido Queso se deforma

permanentemente pero seagrieta.Sólido Caramelo duro falla

completamente aldeformarse

Lím ite l íqu id o (L l)

Lím it e p lás ti co (Lp)

Lím ite d e co n trac ci ón(Lc)


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Lím itelíqu ido

http://c/Users/ISABELA/Mecanica%20de%20Suelos-Clases/Tema%204/L%C3%ADmite%20L%C3%ADquido.mp4


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65

70

75

60

5510 20 25 30 40 50 100

C o n

t e n

i d o

d e

H u m e d a

d ,

w ( % )

Nro de Golpes

Linea de Flujo, Determinacion del Limite Liquido

Ll= 66.2


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DATOS:LÍMITE LÍQUIDO (LL)

Muestra A B CNº de golpes 16 28 34

Peso recipiente con suelohúmedo (g) 48,69 56,46 53,54

Peso recipiente con sueloseco (g) 43,31 49,5 47,44

Peso recipiente (g) 27,64 27,77 27,91Peso suelo seco (g) 15,67 21,73 19,53

Peso de agua (g) 5,38 6,96 6,1Humedad 34,33 32,03 31,23

Ejercicio


34,3

32,031,2332,5

2510

15

20

25

30

35

40

10

w ( %

)

Nº de golpes

Límite Líquido


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Lím ite p lás tico (Lp) Puede definirse como la humedad por encimade la cual el suelo se encuentra en estado

plástico.Es la frontera entre los estados plástico ysemisólidoEl rango de variación puede estar entre 0 y100, pero la mayoría de los suelos presentanvalores menores de 40.



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Lím ite p lás tico (Lp)


LÍMITE PLÁSTICO (LP)

Muestra M1 M2

Peso recipiente con suelohúmedo (g) 53,41 53,74

Peso recipiente con sueloseco(g) 48,29 48,63

Peso recipiente (g) 27,61 27,71Peso suelo seco (g) 20,68 20,92

Peso de agua (g) 5,12 5,11

Humedad 24,76 24,43


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• Llenar una cápsula de volumen conocido con una mezcla de pasa 40 yagua destilada•Cuidar de expulsar las burbujas de aire durante el proceso de llenado•Enrasar y pesar: Se obtiene peso y volumen inicial•Dejar secar al aire por dos o tres días para que pierda humedad

gradualmente y se contraiga uniformemente•Llevar al horno por 24 horas para concluir el secado

Procedim iento experimental para su d eterm inación:

Agua

Suelo

Vi W i

Agua

Suelo

Vm Wm

Aire

Suelo

Vf = Vm

Secadoal aire Secado

al horno

Wf = W s


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Cálc u lo del l ím ite d e c on tr acc ión (Lc )

1(%) 100m w

s s

V LC x

W G

Método P.R.A. (Public Road Administration)

( )(%) 100i s i m w s

W W V V LC x W

Método de Terzaghi:


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Ejercicio

1(%) 100

m w

s s

V LC x W G

Método de Terzaghi:

Una muestra remoldeada y saturada de arcilla tiene un volumen de 40cm3, y un peso de 70 gr. Por secado su volumen se redujo a 35 cm 3 y su

peso a 50 gr. La gravedad específica de los sólidos es 2,75.Determine:a) Límite de contracciónb) Reducción de la relación de vacíos


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Índ ices aso ciad os a los estad os y l ím ites d e co ns is tenc ia :

Existe un grupo de índices o valores que están vinculados a laconsistencia del suelo, algunos de los cuales permiten identificar laconsistencia que tiene un suelo en su estado natural. A continuaciónse describen esos índices.

Índ ic e de p las tic id ad (Ip): Es la variación de humedad de unsuelo cuando este se encuentra en su estado plástico y puede serobtenido mediante la siguiente expresión:

(%) pl p L L I

El Ip vendrá expresado en porcentaje pues son valores de lahumedad.

Donde:

Ip= Índice plásticoLl= Límite líquidoLp= Límite plástico


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Índic e de liqu id ez (IL): Es el rango de variación de humedad delsuelo en estado líquido. Se calcula por medio de la siguienteexpresión:

Ip

Lpw Il n

Donde:IL= Índice de liquidezwn= Humedad naturalLp= Límite plásticoIp= Índice plástico

Si IL > 1, el suelo está en estado líquido.Si IL = 1, el suelo está en el límite líquido.Si 0 < IL < 1, el suelo está en estado plástico.Si IL = 0, el suelo está en el límite plástico.Si IL < 0, el suelo está en estado semi-sólido ó sólido.


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Índice de co nsi s ten ci a (Ic ): Se calcula por medio de la siguienteexpresión:

Ipw Ll

Ic n Donde:Ic= Índice de consistenciaw n= Humedad naturalIp= Índice plástico

Si IC < 0, el suelo esta en estado líquido.Si IC = 0, el suelo esta en el límite líquido.

Si 0 < IC < 1, el suelo esta en estado plástico.Si IC = 1, el suelo esta en el límite plástico .Si IC > 1, el suelo esta en estado semi-sólido ó sólido.


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Índ ice de co ns isten cia (co ntin uación):

También se puede conocer como consistencia relativa (Cr), en lossuelos finos, y es el homólogo de la densidad relativa en lossuelos granulares. Según los valores que tome el índice deconsistencia, el suelo puede ubicarse en uno de los rangosestipulados en la siguiente tabla:

Índi ce deconsistencia

Consistencia

0 o menor Líquida

0,00-0,5

Plástica

Muy blanda

0,50-0,75 Blanda

0,75-1,00 Semidura

> 1,00 Dura


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Índ ic e de retr acción (Ir)

Es un indicativo del potencial de retracción del suelo. Es lavariación de humedad de un suelo cuando este seencuentra en su estado semi-sólido. Se calcula por mediode la siguiente ecuación:

Lc Lp Ir

Donde:Ir= Índice de retracciónLp= Límite plásticoLc= Límite de contracción


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Para una arcilla se obtuvieron los siguientes valoresexperimentales:Límite líquido: 120%,Límite plástico: 40%,Límite de contracción: 32%,% de arcilla: 55%ω n = 150%

Determinar:a) Índice de plasticidad.

b) Actividad de la arcilla.c) Índice de liquidezd) Índice de consistencia (consistencia relativa).e) Índice de retracción.

Ejercicio:


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Clasificación de Suelos

Sistem a de Clasific ación:

Es un ordenamiento de los diferentes tipos de suelo en grupos quetienen propiedades similares.

Su propósito es facilitar la estimación de las propiedades del suelo por comparación con suelos de la misma clase cuyas propiedades seconocen. Los mas usados son:

Sistema SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos),usado en presas de tierra, canales, pistas de aeropuertos,fundaciones, carreteras.

Sistema AASHTO (American Asociation of state Highway andTransportation officials) usado para evaluar la construcción desubrasantes de carreteras y terraplenes.


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Clasificación de suelos

Sistema SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos)

Sistema AASHTO (American Asociation of state Highwayand Transportation officials)

Estos sistemas de clasificación utilizan pruebas muy sencillas detipo indicativo: granulometría y límites de consistencia.

La granulometría agrupa a los suelos según su tamaño usando elcriterio ASTM – ASCE.

Los límites e índices de consistencia de utilidad en la clasificación sonel límite líquido, el límite plástico y el Índice de plasticidad.


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Sistema SUCS

La clasificación comprende la ubicación del suelo dentro de uno de los tipos especificados,así como de un subgrupo. Los suelos son designados por símbolos de grupos consistentesen un prefijo y un sufi jo . Los prefijos indican los tipos principales de suelo y los sufijosindican las subdivisiones entre grupos como sigue:

Tipo de Suelo Prefijo Subgrupo SufijoGrava G Bien Gradado W

Arena S PobrementeGradado

P

Limo M Limoso M

Arcilla C Arcilloso C

Orgánico O Ll < 50% (bajacompresibilidad)

L

Turba Pt Ll > 50% (altacompresibilidad)

H


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Sistema SUCS

Los principales grupos del sistema SUCS son:Gravas Arenas Limos Arcillas Suelos

OrgánicosGW SW MH CH OH

GP SP ML CL OL

GM SM ML-CL CL-ML

GC SC

GW-GM SW-SM

GW-GC SW-SC

GP-GM SP-SM

GP-GC SW-SC


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Sistema SUCS El SUCS define un suelo como:

1) De grano grueso si más de un 50% es retenido en la malla # 200.2) De grano f ino si más de un 50% pasa la malla # 200.

El suelo de grano grueso puede ser:a) Grava si más de la mitad de la fracción gruesa es retenida en la malla # 4.b) A rena si más de la mitad de la fracción gruesa esta entre el tamaño de mallas # 4 y la #200.Cuando el pasa # 200 es menor del 12% es necesario obtener Cc (coeficiente de curvatura)

y Cu (coeficiente de uniformidad), y se obtienen como sigue:

10

60

D

DCu

6010

230

xD D D

Cc

Cu tiene que ser > 4 para las gravas y > 6 para las

arenas

1 < Cc < 3“se deben cum pl i r ambas condic iones p ara ser

bien gradado”


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TAMIZ PESO RETENIDO(grs)

% RETENIDO PARCIAL

% RETENIDO ACUMULADO

% QUE PASA

1 ½" 0 0 0 100 1" 694.2 7.06 7.06 92.04 ¾ " 5818 59.19 66.25 33.75 ½" 2464.8 25.07 91.32 8.68 ? " 342 3.48 94.8 5.2 #4 272 2.77 97.57 2.43

FONDO 239 2.43 100 0 Valorestotales

9830 100

Tamaño Máximo Absoluto : 1½” Tamaño Máximo Nominal: 1“ Peso total de la muestra (T) = 9830 g


Peso retenido en cada tamiz% Retenido parcial 100Peso total de la muestra

x

% Retenido acumulado % retenidos parciales % Pasante 100 - % retenido acumulado


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Sistema SUCS

10

60

D D

Cu

6010

230

xD D D

Cc

% grava = % retenido acumulado en tamiz Nº 4

% arena = % Pasa Nº 4 - % Pasa Nº 200 % finos = % Pasa Nº 200


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Sistema SUCS El Suelo de grano grueso es:

GW, GPO

SW, SP≤ 5% Pasa # 200

GW-GM, GP-GM, GW-GC, GP-GCSW-SM, SP-SM, SW-SC, SP-SC

(Sím bo lo s do bl es)5% < Pasa # 200 ≤ 12%

GM, GCO

SM, SCPasa # 200 > 12%


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Sistema SUCS La clasificación del suelo de grano fino requiere el uso de la carta de plasticidad de

Casagrande cada suelo se agrupa de acuerdo con las coordenadas del índice de plasticidady del limite liquido


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Pasa #200

SueloFino

SueloGrueso

50%

Ll

Carta deCasagrade

Carta deCasagrade

OL, ML

ABAJOLINEA “A”

IP CLCL, ML 10

ARRIBALINEA “A”

>50% ½FG (P4-P200 )>½FG

Pasa #200

SimbolosDobles

5 - 12%

Carta deCasagrade

>12%

GC GM

ARRIBALINEA “A”

ABAJOLINEA “A”

Cu>41


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Sistema SUCS


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Sistema SUCS

Clasifique por el sistema SUCS los siguientes suelos:

TAMIZ ABERTURA DE

LOSTAMICES

(mm)

Muestra 1. Muestra 2. Muestra 3.

Pasante delTamiz:

Pasante delTamiz:

Pasante delTamiz:

3" 76.20 100

2" 50.80 100

1" 25.40 100

3/4" 19.05 95

3/8" 9.52 82

1/4" 6.35 71

N ° 4 4.76 60 100 95

N ° 10 2.00 52 90 90

N ° 20 0.84 38

N°

40 0.42 30 80 83 N ° 60 0.25 20

N ° 100 0.149 10 75 71

N ° 200 0.075 6 70 55

LIMITE LIQUIDO: 36 20 55

LIMITE PLASTICO: 25 15 24


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Clasifique por el sistema SUCS los siguientes suelos:

Suelo Pasa 1/4 Pasa 4 Pasa 10 Pasa 40 Pasa 100 Pasa 200 LL LP

A 100 70 60 48 18 18 75 30B 100 47 30 16 8 4 36 18

C 100 95 90 83 71 55 55 24


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Peso Total de La muestra (T) 1572,41 grsPeso A´ (retenido en N° 10 antes de tamizarlo) 12 grsPeso fondo T10 1,5 grsPeso A´´ (retenido en N° 10, despues de tamizarlo) 10,5 grsPeso retenido acumulado en el tamiz N° 10 (A) 10,5 grsTolerancia 0Peso pasante del tamiz N° 10 (Ba) (T-A) 1561,91 grs

TAMIZPESO RETENIDO

(grs)%RETENIDO

PARCIAL%RETENIDO

ACUMULADO % QUE PASA3"

2"

1"

1/2" 3,4

3/8" 1,6

1/4" 0,6

N° 4 0,9

N° 10 4Σ 10,5


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TAMIZPESO RETENIDO

(grs)%RETENIDO

PARCIAL%RETENIDO

ACUMULADO % QUE PASA3" 100

2" 100

1" 100

1/2" 3,4 0,22 0,22 99,78

3/8" 1,6 0,10 0,32 99,68

1/4" 0,6 0,04 0,36 99,64

N° 4 0,9 0,06 0,41 99,59

N° 10 4 0,25 0,67 99,33Σ 10,5


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Bb 70,63 grs

TAMIZPESO RETENIDO

(grs) (Bb)PESO RETENIDO

(grs) (Ba)%RETENIDO

PARCIAL%RETENIDO

ACUMULADO % QUE PASA

N° 20 1,4

N° 40 2,8

N° 60 4,8

N° 80 5,5

N° 100 0,2

N° 200 1,5

Pasa 200 54,43


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Bb 70,63 grs

TAMIZ

PESORETENIDO (grs)

(Bb)PESO RETENIDO

(grs) (Ba)%RETENIDO

PARCIAL%RETENIDO

ACUMULADO% QUEPASA

N° 20 1,4 30,96 1,97 2,64 97,36

N° 40 2,8 61,92 3,94 6,57 93,43

N° 60 4,8 106,15 6,75 13,33 86,67

N° 80 5,5 121,63 7,74 21,06 78,94

N° 100 0,2 4,42 0,28 21,34 78,66

N° 200 1,5 33,17 2,11 23,45 76,55

Pasa 200 54,43 1203,66 76,55 100,00 0,00


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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

76,20 50,80 25,40 12,70 9,52 6,35 4,76 2,00 0,84 0,42 0,25 0,18 0,15 0,08

% p

a s a n

t e

Diametro

Limite plástico Limite liquido Indice plasticoLP LL IP

21,11 47

Cl ifi ió d l


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Sistema AASHTO

Los suelos se clasifican en grupos y subgrupos, basándose en la composicióngranulométrica y en las características de plasticidad

Existen 3 Categorías: Materiales granulares: Pasa #200 35%, grupos A4, A5, A6, y A7Materiales orgánicos: grupo A8

Se debe determinar el Índice de Grupo (IG), el cual permite comparar diferentes suelosclasificados dentro de un mismo grupo.



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Sistema AASHTO

Índ ic e de Gr up o:

IG = 0,2a + 0,005ac + 0,01bd

Donde:

a: % pasa #200 > 35 y 15 y 40 y 10 y


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Cl ifi ió d l


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Clasificación de suelos Sistema AASHTO

El índ ic e de g ru po tam b ién s e pu ede c alc ul ar co n las si gu ien tes g ráfic as:



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Sistema AASHTO

Clasifique por el sistema AASHTO los siguientes suelos:TAMIZ ABERTURA DELOS TAMICES

(mm)

Muestra 1. Muestra 2. Muestra 3. Pasante del

Tamiz: Pasante del

Tamiz: Pasante del

Tamiz:

3" 76.20 100

2" 50.80 100

1" 25.40 100

3/4" 19.05 95

3/8" 9.52 82

1/4" 6.35 71

N ° 4 4.76 60 100 95

N ° 10 2.00 52 90 90

N ° 20 0.84 38

N ° 40 0.42 30 80 83

N ° 60 0.25 20

N ° 100 0.149 10 75 71

N ° 200 0.075 6 70 55

LIMITE LIQUIDO: 36 20 55

LIMITE PLASTICO: 25 15 24


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Suelo Pasa1/4 Pasa 4

Pasa10

Pasa40

Pasa100

Pasa200

LL LP

A 100 69 54 46 41 36 39 27

B 100 95 90 83 71 55 55 24C 100 70 60 48 18 18 75 30


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¿Por quées necesario m od ificar un suelo?

Muchos suelos en estado natural tienen características y propiedades totalmente inconvenientes para dar respuesta alas cargas y solicitaciones externas a las cuales puedan estar

sometidos. Por la creciente escasez de terrenos en áreas centrales de

nuestras ciudades, no resulta posible descartar un terreno porel solo hecho de que el suelo no es suficientementecompetente.

Las grandes distancias al sitio de construcción de materialesde características adecuadas hacen necesario la modificaciónde los suelos del sitio o cercanos él.

ESTABILIZACION DE SUELOS


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Estabilización de suelos (concepto)


Es un proceso que procura el cambio de las propiedades ycaracterísticas de un suelo para su mejoramiento general y garantizar unadecuado comportamiento cuando esté sometido a cargas u otrasexigencias exógenas.

Algunas metodologías usadas en la estabilización de suelos son

Densificación del Suelo Depresión del Nivel Freático

Agregar un material para efectuar cambios químicos y/o físicos en el suelo

Remoción y/o reemplazo de suelos malos Uso de precargas



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Los procesos de estabilización pueden ser de diferente naturaleza:

Mecán ica o fís ica , qu ím ica ,térm icas y eléc tr icas

El uso de ellas dependerá del tipo de problema y las posibilidadestecnológicas.



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Estabilización física ó mecánica

Proceso de densificación con humedadadecuada, utilizado sobre uno o varios tipos desuelos mezclados, para crear la trabazónnecesaria entre los materiales componentes.

Son métodos de estabilización mecánica:

Compactación Técn ic as paten tad as de vib rac ión

uso de explos ivos



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Estabilización mecánica (compactación)

Comp actación de suelo g ranular .

Comp actación de suelo coh esivo .



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Geotextiles, geomembranas y geomallas

Sus características son variadas de acuerdo a la

necesidades que deban resolversePueden actuar como:

- Elementos filtrantes

- Drenaje y sub-drenaje- Separación de distintos suelos

- Refuerzo

Uso de fibras y tejidos artificiales



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Uso de geotextiles y/o geomembranas

Dep res ión d el ni vel f reátic o

Como drenes



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Uso de geotextiles


http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/RIO%20CLARO/GEOTEXTILES.ppt


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Estabilización química

Permite el cambio de propiedades del suelo, porefectos químicos, a partir de la incorporación de ciertosaditivos como son: el cemento, cal, asfalto, aceitesulfonado, etc. Estos aditivos reaccionan con el suelo,modificando las propiedades

La estabilización química incluye la mezcla o la

inyección (denominada lechada) de sustanciasquímicas al suelo, por lo general con agua en proporciones variables de acuerdo a el tipo de suelo ainyectar y del problema a resolver



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Cal: disminuye la plasticidad de los suelos arcillosos y es muy económica

Cemento Pórt land: aumenta la resistencia de los suelos y se usa principalmente para arenas o gravas finas.

Pro du cto s asf áltic os : son emulsiones muy usadas para material trituradosin cohesión.

Cloruro de sodio y c loruro de calc io: impermeabilizan y disminuyen el polvo en el suelo, principalmente para arcillas y limos

Esco rias d e fun dic ión, polím eros y h ule: comúnmente usados encarpetas asfálticas para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil

Acei te sulfonado: aumenta la resistencia de los suelos arcillosos



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Agua – cemento Pórtland (con una relación A/Centre 0.5 y 5 ).

Mezcla íntima de suelo pulverizado con cantidadesmedidas de cemento compactadas a alta densidad. Alhidratarse el cemento, la mezcla se convierte en unmaterial resistente y durable, diferente a cada uno desus componentes


http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_7/SUELO-CEMENTO/FOTOS%20SUELO-CEMENTO.ppt


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Agua – cal

El tratamiento se recomienda para suelos arcillosos,altamente plásticos que presentan grandes cambiosvolumétricos al variar su contenido de humedad.

Efectos de la cal:

-Reduce el índice de plasticidad- Aumenta el límite de contracción- Reduce la expansión



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Agua - aceite sulfonado

El tratamiento con aceite sulfonado permite la

deshidratación de suelos arcillosos y aumenta laresistencia

Existen mezclas co n otras su stancias com o arcil las,cenizas, etc. qu e cum plen el papel de adit ivo s. Estasm ezclas t iend en a redu cir la permeabilidad y m ejoranglo balmente las p rop iedades del suelo y en este tem ano trataremo s a fon do las m etod olo gías .



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Estabilización térmica y/o eléctrica

Se consigue aplicando al suelo un tratamiento

térmico o eléctrico para modificar ciertas propiedades.

Ejemplo:

Congelación.Uso del agua en el suelo como conductor decorriente .



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Compactación

Proceso de estabilización por medios mecánicos.Físicamente es la reducción de la relación de vacíos deun suelo usando energía mecánica, lo que lleva a lareducción del volumen del suelo y a su densificación

Es un procedimiento que ha sido usado desde hacemucho tiempo, algunas civilizaciones orientales lo

practicaron con el uso de animales para densificar elsuelo suelto previamente colocado, o con el paso decarretas cargadas sobre los antiguos caminos,igualmente existen claros indicios de que civilizacionesamericanas usaron este método.



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Problemas asociados a compactación deficiente



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Objetivos d e la co m pactación

El principal objetivo de la compactación es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería de la masa de suelos. Existen diversosbeneficios desarrollados a través de la compactación:

Reducción de los asentamientos debidos a la disminuciónde la relación de vacíos (disminución de las posibilidades dedeformación)

Aumento de la resistencia al corte.

Aumento de la densidad del suelo.

Disminución de la permeabilidad.

La principal desventaja que puede presentarse es que aumente elhinchamiento



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Teoría de la c om pactac ión

El proceso de compactación puede ser usado como un método para laconstrucción y estabilización de rellenos y terraplenes

R.R. Proctor (1920) desarrollo el método mientras construía presas detierra para el distrito de Los Angeles. Por esta razón la compactación

estándar en laboratorio comúnmente se llama ensayo Proctor

La d ens id ad m áxim a sec a ( γ dmax )

La hum edad op t ima ( ω opt . )

Las variables que controlan la compactación tanto en campo como enlaboratorio (definidas por Proctor) son básicamente:

La en erg ía esp ecifi ca d e co m pac tación El tip o d e su elo (gr adac ión, pr esenc ia de lim o, arcill a, par tícu las

gran des, etc.)



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También conocido como ensayo, AASHTO T-90, es una prueba queaplica la energía mecánica por impacto, mediante la caída repetida deun martillo de altura de caída y peso especificado, sobre una capa desuelo colocada dentro de un cilindro de dimensiones normalizadas, el

suelo es compactado dentro del cilindro en 3 capas dando ciertonumero de golpes por capa.

Ensayo Proctor standard o normal



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Ensayo Proctor standard o normal:



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Es una medida de la energía mecánica aplicada al suelo para lograr su compactación por unidad de volumen

Energía específica de compactación

Cálculo de la energía específica de compactación

Para el cálculo se usa una expresión donde convergen los factores del ensayo que sondirectamente o inversamente proporcionales a esta energía, así de la siguiente manera:

V hW N

n Ec **

Donde:Ec = Energía especifica de compactaciónn = Numero de capas en que se compacta el suelo.N = Numero de golpes por cada capaW = peso del martilloh = Altura de caída del martilloV = Volumen del cilindro de compactación



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La aparición de aviones cada vez mas pesados, que aumentaron las cargas osolicitaciones sobre los terraplenes y estructuras de tierra que servían debase a las pistas de aeropuertos, y los cambios introducidos en la maquinariade compactación que aumentaron su peso y por consiguiente su energía decompactación, obligaron a introducir modificaciones al ensayo Proctorstandard y a partir de estos cambios se desarrollo un método modificado conmayor energía que el Proctor normal.

Ensayo Proctor modificado:

Proctor s tandard . Proctor m odif icado .



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Ensayo s Proctor standard y modificado:

La selección de la variante

es función de la

granulometría:

A. No hay RA.T 3/4” yP.TN °4 > 95%

B. P.T3/4” > 95% y elRA.TN °4 < 25%.

C. RA.T3/4” ≤ 25% D. RA.T3/4” > 25%


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Curva de compactación

18001850

190019502000205021002150

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00

Contenido de húmedad (w%)

D e n s i

d a

d s e c a

( k g / m

^ 3 )

Estánrepresentadas ala semejanza deuna curva muy

conocida:la parábola



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18001850

190019502000205021002150

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00


D e n s i

d a

d s e c a

( k g / m

^ 3 )

El punto máximo de la curva se denomina densidadmáxima seca y el contenido de humedad referido es elcontenido óptimo de humedad.



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18001850

190019502000205021002150

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00


D e n s i

d a

d s e c a

( k g / m

^ 3 ) La curva de

compactación, aun amuy altos contenidosde agua, nunca alcanzala curva de cero vacíoscon aire ( S = 100 %).



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Se divide en dos partesla rama ascendente,conocida como la rama

seca, situada antes del punto máximo de lacurva, y la ramadescendente o ramahúmeda donde lashumedades son mayores

que la humedad óptima.



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La curva de compactaciónes única para un tipo desuelo dado un método decompactación y un esfuerzode compactación.

Los valores de γ dmax yw opt varían para un mismosuelo cuando varia la energíaespecifica de compactación.Para mayores energías de

compactación mayoresdensidades secas y menoresw opt ( esta relación no es proporcional)



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Las curvas decompactación tienden aser parábolas extendidaso abiertas cuando setrata de suelosgranulares y son máscerradas y pronunciadassi se trata de sueloscohesivos.

Los contenidos óptimosde humedad sonmayores en sueloscohesivos que en suelosgranulares.

Suelos granulares

D e n s

i d a

d S e c a

A l c a n z a

d a

Humedad alcanzada w(%)

Suelos Cohesivos



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Curva del 100 % de saturación

Curva de todos los puntos dondelos vacíos del suelo estántotalmente ocupados por agua.

A mayor γ d menor e y menorω sat.

Por encima de la curva de 100 %saturación, zona donde no es posible compactar el suelo pormayor que sea la energíaespecifica.

La distancia entre ω opt y ω sat,indica que un suelo compactado almáximo igual tiene aire, encompactación no es posibleexpulsar todo el aire de los vacíos.

Gsw

Gs wSAT

*100

1

*.

18001850190019502000205021002150

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00


D e n s

i d a

d s e c a

( k g

/ m ^ 3 )

CURVA S=100%(CURVA TEORICA DE

COMPACTACION )



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Rol del agua en el proceso de compactación

En la rama seca:

Es agua es un agente facilitador del proceso.Permite la disgregación de los grumos y terrones.Sirve como lubricante que favorece el movimiento y reacomodo de las

partículas. Aumenta la eficacia de la energía de compactación.

En la ram a húm eda:

El agua tiene un papel negativo.

Al haber mucha agua en el suelo, esta se convierte en un agente dedispersión.Las cargas aplicadas provocan elevaciones instantáneas de la presión de

poros, lo cual reduce la eficacia en la aplicación de la energía de compactación.Esa elevación genera fallas locales por corte.



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Influencia del tipo de suelo en la compactación

A diferentes tipos de suelo corresponden distintas formas estructuralesy características físicas. Esto induce diferencias marcadas en el procesode compactación para suelos de diferentes naturaleza.

Suelos Granulares:- Estables bajo cargas estáticas, se reordenan en arreglos más

densos bajo cargas cíclicas.

- Resulta conveniente compactarlos con energía de vibración.

Suelos Cohesivos:- El comportamiento y la estructuras de los suelos cohesivos cuando

se compactan mecánicamente resultan tan complejos como cuando estánen estado natural.



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Suelos coh esivosDependerán de: características del proceso de compactación , tipo de suelo, si secompacta en la rama seca o la rama húmeda.

Cuando la energía decompactación es mayor

para un mismo contenido dehumedad, los sueloscohesivos desarrollanestructuras dispersas y bienorientadas y cuando el nivelde energía es menor se

presentan estructuras porosas y erráticas para uncontenido de humedadconstante.



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La estructura de los sueloscohesivos tiende a serdispersa a mayorescontenidos de humedad paraun mismo nivel de energía:

- En la rama húmeda haytendencia a estructurasdispersa y bien orientadas.

- En la rama seca laestructura tiende a serflocúlenla, porosa y errática.



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El suelo será menos permeable para un mayoresfuerzo de compactación,

para una humedad

especificada, y del lado dela rama humedad para unesfuerzo de compactacióndeterminado.



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Propiedades de los suelos compactados en la rama seca y húmeda

Propiedad Rama Seca Rama H úmeda

Resistencia al Corte Alta Baja

Compresibilidad Baja Alta

Permeabilidad Alta Baja

Presión de Poros Baja Alta

Cambios de volumen por saturación

Alta Baja

Permanencia de sus propiedades

Muy baja Media



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Compactación en campo (construcción de terraplenes)

Se tratará de forma muy esquemática y breve el proceso decompactación y construcción de terraplenes, partiendo de la selecciónde los sitios de préstamo hasta el tratamiento final del terraplén:

Se debe realizar una exploración del sitio que permita revisar preliminarmente las condiciones y características de los suelos en elárea y hacerse una idea de su idoneidad como cimiento o apoyo para laestructura de tierra a construir.

Se deben realizar estudios de suelos sobre aquellas áreas que

potencialmente puedan ser usadas como sitios para suministro dematerial de préstamo (humedad, ensayo Proctor, valor CBR, etc.) . En laselección del sitio de préstamo inciden, además la cantidad de materialdisponible y la distancia hasta la obra



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Construcción de trinchera o cajuela que servirá de apoyo al terraplén: consisteen excavar una cajuela en el área del terraplén extrayendo el materialinadecuado (para la excavación se usan equipos de retroexcavadoras o jumbo,motoniveladora o patrol y mototraillas o tornapull) y sustituyendo por material de préstamo debidamente compactado y estabilizado.

Cajuela o trin ch eraMoton iveladora (Patrol) cor tando



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Retroexcavadora J u m b o

Motoniveladora o Patrol



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Mototrailla



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Extracción y transporte del material de préstamo. Esta excavación serárealizada con equipos apropiados como: excavadoras y retroexcavadorasmecánicas (excavación vertical) también se usan mototraillas empujadas contractores D9 o D8, la carga se puede hacer simultáneamente desde lasexcavadoras o por cargadores de cauchos u orugas (payloader, showell) y eltransporte se realiza con camiones volteos aunque si las distancias no son

grandes se puede realizar con las mototraillas.

Excavadoras y retroexcavadoras Moto trailla ó torn apull Cargador d e oruga “showell”


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Payloader

Showell



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Colocación del material y extensión de la capa a compactar. Si el material estransportado en camiones, estos irán vaciando la carga a lo largo del terraplén enforma de “camellones”, la separación de los camellones dependerá de delespesor de la capa a compactar.

Camellon es de material a extender



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Luego de la colocación se procede a extender la capa con el uso de lamotoniveladora que con su pala va extiendo el material longitudinalmente.Cuando se transporta el material en mototraillas la colocación y extensión sehacen simultáneamente.

Extensión del m aterial



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Pulverización y desterronamiento (uso de rastras) delmaterial para reducirlo a tamaños de partículas que puedan

ser compactadas. Simultáneamente se realiza una actividad de “despiedre”,

en la cual se retiran aquellas piedras o peñones que no pueden ser pulverizados.



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Humedecimiento o secado y mezclado del material. Si la w campo < w opt se procedea humedecerlo (ballena o camiones cisternas), Si w campo > w opt debe procederse alsecado al aire. Generalmente en campo siempre es conveniente tener el materialcon humedades inferiores a la óptima, pues el proceso de secado es mascomplicado.

Chequeo de la humedad

Humedecim iento del m aterial(Uso d e la ballena)



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Compactación del material, se procede a la aplicación de la energía decompactación con el uso del equipo seleccionado a tal efecto (estático, vibratorio oamasado). El espesor de la capa será una función de la compactación requerida ydel equipo utilizado, igualmente el numero de pasadas deberá ser analizado yajustado en la medida que avance el proceso. En obras cuya magnitud lo justifiquese realiza un terr ap lén de p ru eb a .

Com pactación (am asado) Com pactación (vibratorio )



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Comp actadora de rodil lo l iso Comp actadora de rodil los neum aticos

Comp actadora de rod il lo pata de cabra



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Bailarina Plancha vibr atoria (rana)



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A cada capa de su elocom pac tado deberá p rac tic ársele

el co n tro l de calidad necesario

para garant izar la adecu adaco m pactación (w op t , γ dmax )



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Método decompactación

Ensayo delaboratorio

Utilización Equipo usado en elterreno

Dinámico Proctor standard Proctor modificado

Suelo cuyo T.M.N sea < ¾” a Nro 4

Rodillos de ruedalisa

Vibración Mesa Vibratoria Suelos sin cohesión Compactadores

vibratorios Rodillos vibratorios

Amasado Harvard miniatura Método de Hveen

En suelos cohesivos Rodillos pata decabra

Rodillos neumático

Estático Método Porter Suelos con T.M.N.< ¾”

Rodillo de ruedalisa

Relación de m étod os de co m pactación y ensayo s de labo ratorio



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Control de compactación

El control de la construcción de estructuras de tierra y particularmente en terraplenes requiere de una gran cantidad deactividades, desde los controles del proyecto, los controles en laselección y manejo de los materiales de tierra y de las

especificaciones del proyecto y por ultimo el control de laco m pactación en el si t io de ob ra.Se vio con anterioridad que se usa para el diseño de un patrón

de compactación un ensayo de laboratorio para la compactación(Ensayo Proctor), patrón que esta definido por dos variables o

parámetros : La densidad máxima seca ( γ dmax ) y la humedadoptima ( w opt ). Estos mismos parámetros nos servirán para realizarel control de la compactación en campo .



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Grado de Compactación en Campo:

Esta definido este valor como la relación porcentual entre la densidadseca del terraplén en campo con la densidad máxima seca obtenida enel laboratorio. También se le denomina Com pacidad Relat iva y estádefinida como sigue:

100*.maxd

dcampoGC

Donde:GC = Grado de Compactaciónγ dcampo = Densidad Seca de Campo.γ d m ax = Densidad Seca Máxima de Laboratorio (obtenida del Proctor)



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Grado de Compactación en Campo ( continuación):

El control de compactación se basa en medir la densidad seca de campo yluego calcular con ella el grado de compactación, y comparar con los criterios deaceptación y rechazo (para la mayoría de las obras se habla de un 95% degrado de compactación aunque depende de las especificaciones del proyecto).Junto con el GC puede establecerse requisitos para el contenido de humedad decompactación:

- 3 % mas húmedo del óptimo.- ± 1.5 % de la humedad óptima.- 3 % mas seco del óptimo.

Al tener los criterios de aceptación y rechazo también se puede realizar unanálisis estadístico (esto es porque rara vez el 100 % de los ensayos cumplecon las especificaciones).

El número de ensayos que deberán realizarse sobre una capa o sobre todo elterraplén dependerá del tipo de terraplén y del volumen de suelo compactado.



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Los puntos donde se realizaran las pruebas para determinar la densidad podrán ser seleccionados de varias formas entre otras tenemos:

Buscando los puntos que pudieran resultar mas débiles usando para ello uninstrumento punzopenetrante tal como una cabilla de pequeño diámetro (1/2 ”)

Mediante el uso de una tabla de números aleatorios para seleccionar laubicación de los puntos de ensayo sin que estos sean preconcebidos.

La selección del método de la metodología de medición del GC no obedece acriterios rígidos, dependerá principalmente de aspectos económicos y derendimiento)



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1 2

3

4 5

6

7 8

9

Lotes

L=50 mtsB= 80 mts

X Y

Coordenadas

Mediante el uso de funciones de calculadoras de bolsillos ( RAN#) se pueden obtener los

números aleatorios para determinar la ubicación del ensayo ya sea por coordenadas o porlotes.



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Métodos para la determinación de la densidad de campo:

Existen varios métodos para obtener los valores de la densidad seca yla humedad en campo que permiten determinar el grado decompactación, estos métodos los podemos separar en dos grupos:

Métodos Destructivos.

Métodos no Destructivos.

Mé d l d i ió d l d id d d



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Méto dos Des truc tivos :Se denominan así porque su aplicación conlleva necesariamente la extraccióny rotura del suelo en el área donde se realiza la prueba.

Los pasos necesarios para los ensayos destructivos comunes son lossiguientes:

Ubicar el lugar del ensayo.

Excavar un hoyo en el relleno de la profundidad deseada. El tamaño del hoyodependerá del T.M.N. del material del relleno y del espesor de la capacompactada. Se pesa el suelo húmedo (W h ).

Se toma una muestra para obtener el contenido de humedad del relleno.

Se mide el volumen del material excavado. Las técnicas comúnmenteempleadas incluyen el cono y arena y el método del balón.

Mét d l d t i ió d l d id d d



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Todos los métodos destructivos son volumétricos y los principales son:

Méto do del c on o y pl aca co n el us o d e arena de Ott aw a : El equipo usado esta constituido por una placa base que se fija a la superficie

del suelo y que tiene una abertura de diámetro de 4 “ o de 6 ”, un cono del mismodiámetro de la abertura de la placa que es fijado a un frasco que contiene arenade Ottawa. El cono tiene incorporada una válvula que permite el flujo de la arena.

Equipo del cono y arena.



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Métod o d el co no y p laca co n el u so de arena d e Ottawa




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La arena de Ottawa, tiene características especificas, es una arena siliciacon poca absorción de agua. Con el objeto que su peso especifico permanezcaconstante, es una arena de tamaño uniforme, pasante del tamiz #20 y retenidatoda en el tamiz # 30, estas características le permiten fluir con soltura a travésdel cono hacia el suelo. La densidad o peso unitario de la arena es determinadaen el laboratorio mediante un procedimiento sencillo.

Ensayo en proc eso.



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Método h id roneu m ático : También es un método volumétrico, pero en este caso el volumen del suelo

extraído se obtiene con el uso de agua sometida a presión de aire con el uso deun cilindro graduado, que tiene una válvula que permite darle presión al agua yun pequeño balón de una membrana neumática.

Método del ac ei te :Es usado solamente en suelos finos e impermeables, abriendo un orificio que

se llena posteriormente de aceite de motor. Se mide el volumen de aceite que

ocupa el orificio. Al igual que en casos anteriores se determina el peso unitariohúmedo y el peso unitario seco del suelo.Este método no es muy recomendable, por los grandes errores que ocasiona.




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Méto dos n o d est ru c tivos :

Estos métodos determinan indirectamente el peso unitario y el contenido dehumedad del suelo. El método mas usado es:




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El dens ím etro nuc lear:

Es un método no destructivo que determina el peso unitario y el contenidode humedad usando emisiones de isótopos radioactivos al suelo durante untiempo que va de 1 a 3 minutos.

El dispositivo captador se activa para detectar la radiación no absorbida porel suelo y el agua, luego da una lectura directa de ambos valores.

Estos equipo tienen varias ventajas sobre los tradicionales:

Capacidad para un mayor numero de ensayos. Obtención directa de peso unitario y contenido de humedad. La ejecución de una mayor cantidad de ensayos da un mejor control

estadístico.


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Equipo delden sím etr onuclear

Ensayo en proc eso.


Ejercicio:


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Ejercicio:Al evaluar la densidad de camp o d e 1 km. de una capa de la base com pactada enuna carretera, se obtiene los datos d e la tabla anexa. En fun ción de esos d atos

emitir un ju icio a cerca de la cal idad de com pactación, sabiendo que la densidadm áxim a del Pro cto r es 2077 kg/m 3 . (Norm a de Vialidad: GC ≥ 95%)

PROG.: 0+000 0+200 0+400 0+600 0+800 1+000

FRASCO: 1 2 3 4 5 6

Wi.arena (gr.): 3000 3000 3000 3000 3000 3000

Wf.arena (gr.): 1417 1425 1387 1450 1463 1382

Warena entre cono y placa (gr.): 480 480 480 480 480 480

Warena en el hoyo (gr.):

γarena (gr./cm3): 1.53 1.53 1.53 1.53 1.53 1.53

Varena en el hoyo (cm3):

Wsuelohum. (gr.): 1559 1503 1685 1473 1468 1699

γh (Kg./m3):

ω (%): 8.5 8.07 8.27 8.91 8.6 8.5

γd (Kg./m3):

γdMax.(Kg./m3): 2077 2077 2077 2077 2077 2077

GC (%):


C d t ió


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Cuando se compacta un suelo bajo diferentes condiciones dehumedad (4 o 5 puntos), y se relacionan las densidades secas con loscontenidos de humedad respectivos, se obtiene una curva decompactación similar a la de la figura:

1.800,001.850,00

1.900,001.950,002.000,002.050,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00

D e n s

i d a

d e s

S e c a

( k g

/ m 3 )

Humedad (%)

Curva de Compactación



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Se con stru ye de la manera sigu iente: Se realiza partiendo de una muestra previamente cuarteada y

tamizada Se separa en varias porciones (4 o 5) de 3 kg. aprox. Se le agrega un volumen de agua para preparar la muestra a

diferentes contenidos de humedad. Se compactan cada una de las muestras por capa según lasespecificaciones del ensayo Proctor.

Luego de compactada se procede a obtener la densidad húmedade cada una según la siguiente expresión:

V

Whh

Donde:γ h = Densidad húmeda del sueloWh = Peso del suelo húmedo compactado en elcilindro.V = Volumen del cilindro


R lt d d lE d t ió


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Resultados d el Ensayo d e com pactación:

Curva de compactación:

Al realizar la compactación del suelo dentro del cilindro se toma una pequeña porción de la muestra para llevarla al horno y determinar la humedad del suelocompactado.

Para cada una de las muestras podemos determinar la densidad seca ( γ dmax)

mediante la relación:

100

1 w

hd

donde:γ dmax = Densidad seca del suelo compactadoγ h = Densidad seca del suelo compactado.w = Humedad de la muestra


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Modificacion de Suelos

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