Planos de Compactación y estabilización de suelos

UNIVERSIDAD IBEROAMERICANA A.C.
INGENIERIA CIVIL
COMPACTACION
COMPACTACIÓN Y
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS
INTRODUCCIÓN
Los suelos son el componente principal
de la mayoría de los proyectos de
construcción. Estos deben soportar
cargas, pavimentos, servir como
canales de agua, etc. Los suelos se
pueden utilizar en el estado es que se
encuentran o bien, ser excavados y
tratados para adecuarlos al proyecto.
El conocimiento de las características y
propiedades de los suelos son muy
importantes en el desarrollo de
proyectos y también para el diseño.
Durante este proceso se pude mejorar
las caracteristicas del suelo, con un
aumento simultaneo de densidad.
El suelo como un elemento que recibe
diferentes estructuras construidas por el
hombre como por ejemplo calles,
estacionamientos, edificaciones, por lo
que con la compactación de un suelo
se busca;
Desde 1933, Proctor inicio un estudio
para entender las propiedades y
composiciones de los suelos y aunque
con algunas modificaciones, estos
métodos aun se utilizan.
COMPACTACION
I.- Mayor capacidad de carga. Al
compactar un suelo se obtiene mayor
densidad del mismo, debido a lo
anterior se obtiene una mejor
distribución de fuerzas que actúan
directamente
sobre el suelo como
consecuencia de la carga que transmite
la carga, lo que nos da una mayor
capacidad de carga.
Es un proceso de la disminución o
minimización de espacios vacíos por
medio de la acción mecánica de los
equipos de compactación.
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COMPACTACION
II.- Mayor estabilidad. Al construirse
alguna edificación sobre un suelo sin
compactar o compactado en forma
desigual, el suelo por la acción de la
carga, se asienta en forma desigual, lo
cual ocasionara grietas en la estructura,
y en un momento dado la inestabilidad
de la construcción.
las características de diseño, como es
el caso de los baches.
V.- Disminución de asentamiento.
Cuando un suelo esta mal compactado,
en esos espacios se puede llenar de
agua, el cual con bajas temperaturas se
congela, y en los cambios de estado
puede producir agrietamiento en la
estructura de los pavimentos, bases de
estructuras, muros etc.
III.- Disminución de la contracción del
suelo. Al existir espacios de aire en el
suelo, el agua penetra con facilidad, por
lo que se produce un fenómeno de
dilatación y contracción del suelo, el
cual se separa de la estructura,
modificando las condiciones iniciales de
diseño.
IV.- Disminución de la permeabilidad.
La permeabilidad de un suelo depende
de la granulometría del suelo y de su
densidad, un suelo bien compactado
impide el paso del agua, evitando así
deformaciones en el suelo, modificando
La correcta y adecuada compactación
dependen principalmente de
Tipo de material a compactar
Capacidad para ser compactado
1. Tipo de suelo
 Suelo no cohesivo (granular),
son suelos compuestos de;
rocas, piedras. gravas. y arenas,
o sea suelos de granos
gruesos.. En el caso de suelos
granulares el proceso de
compactación más adecuado
resulta el de la vibración, pero
debe tenerse en cuenta, como
ya
se
sabe,
que
el
comportamiento de los suelos
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COMPACTACION
2.
3.
4.
5.
gruesos depende mucho de la
granulometría. Así, por ejemplo,
en la figura 2 se indican dos
curvas, una correspondiente a
un suelo bien graduado y otra a
un suelo mal graduado
 Suelo cohesivo, son suelos
arcillosos y limosos o sea
material de grano muy fino.
 Suelos mixtos, en la naturaleza
la mayoría de loa suelos estan
compuestos por una intima
mezcla
de
partículas
de
muchísimos tamaños.
Forma y rugosidad del grano
(partícula)
Distribución del tamaño (distribución
granulométrica) de los granos
Contenido de agua, El contenido de
agua óptimo o humedad óptima es el
contenido de agua necesaria para
obtener en el material el peso
volumétrico seco máximo, teniendo
en el proceso de compactación el
papel de lubricante entre partículas
de material, ofreciendo un mejor
acomodamiento y un menor número
de huecos o vacíos
Equipo de compactación empleado
 Aplanadoras de rodillo liso de
acero
 Compactadores con neumáticos
 Compactadores de rodillo de
pata de cabra
 Compactadores vibratorios
 Compactadores
de
placa
vibratoria
 Apisonadoras de impacto
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, bordos de
defensa, muelles, pavimentos, etc.
Algunas veces es necesario compactar
el terreno natural como en el caso de
cementaciones en arenas.
PROPIEDADES DE LOS SUELOS
Antes de manejar problemas de
movimientos o tratamientos de suelo es
necesario conocer su clasificación y
propiedades.
Tipos de suelos
Estos se clasifican dependiendo de
tamaño de las partículas que lo
conforman y del porcentaje de
humedad que se encuentra en los
mismos.
1. Grava: Pasa la malla de 3 pulgadas
y se retiene en la de 2 mm. Las
partículas mayores se conocen
como enrocamientos.
2. Arena: Pasan la malla de 2 mm y se
retienen en la de .074 mm.
3. Limo: Es un material más pequeño
que la arena y se retiene en la maya
de .005 mm. Este es poco resistente,
tiene poca humedad y es poco
compresible.
4. Arcilla: Es un material cohesivo y sus
partículas pasan la malla de .005
mm.
Presentan
plasticidad
dependiendo del contenido de
humedad y con muy compresibles.
5. Material orgánico: Son partes
podridas de vegetación y no son
recomendables para proyectos de
construcción.
OBSERVACIONES:
a) Le forma de las curvas indica que a
medida que la graduación mejora,
tiene mayor influencia el contenido
de agua, es decir, que en un suelo
grueso mal graduado aunque varíe
el contenido de agua el peso
volumétrico seco del material no
cambia mucho.
Una posible explicación de este
hecho puede ser el que a medida
que la granulometría mejora, los
huecos se hacen más pequeños y,
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por lo tanto, desde este punto de
vista se asemeja a un suelo fino en
donde la influencia del agua
es
fundamental.
b) La mejor granulometría permite
alcanzar
mayores
pesos
volumétricos secos,
pero debe
tenerse en cuenta que no siempre la
mayor compactación es la mejor.
La granulometría efectivamente influye
en el comportamiento de los suelos
gruesos
compactados
y
puede
observarse esa influencia porque los
gruesos sometidos a la misma prueba
de laboratorio determinan humedades
óptimas
diferentes
si
sus
granulometrías también lo son.
Cualquiera que sea la forma de
compactar los suelos gruesos se debe
tomar en cuenta dos peligros; el
primero de ellos es que a medida que
se compacta el suelo grueso su rigidez
aumenta y la tendencia a la falla frágil
se incrementa.
El otro peligro consiste en que el suelo
grueso adquiera una cierta deformación
a partir de la cual se comporta como
plástico, pues en ese caso cambia de
forma mas no de volumen y si está
situado en una zona sísmica puede
producir el fenómeno de licitación.
Se piensa que la resistencia de un
suelo fino arcilloso se incrementa
notablemente al compactar; pero aun
cuando se varíe el contenido de agua,
la resistencia prácticamente permanece
constante siempre que la deformación
inducida sea relativamente grande.
En general no se puede aceptar como
axioma
que
al
aumentar
la
compactación de un suelo fino arcilloso
necesariamente debe incrementarse la
resistencia del suelo. En términos
generales al compactar una arcilla con
una humedad mayor a la óptima tiende
a disminuir su permeabilidad; una
posible aplicación de este hecho es la
tendencia a orientarse de las partículas
laminares que constituyen la arcilla,
esta tendencia se incrementa si se
utiliza un sistema de compactación de
amasado (pata de cabra) pero no
siempre es conveniente compactar al
máximo las arcillas.
PRUEBAS A MATERIALES
Antes de empezar con el diseño de una
construcción, se deben analizar en un
laboratorio las muestras representativas
de tipo de suelo en que se desea
construir. En estas pruebas se analiza
la granulometría,
composición y
resistencia de los suelos.
Para esta prueba se ponen tres
diferentes capas de material en un
cilindro de dimensiones establecidas,
se compacta cada una de estas con 25
golpes de una pesa a una altura
calculada y a partir de esto y de pesar
la muestra en su estado seco se puede
obtener la compactación que el suelo
puede tener.
Se maneja en porcentajes de
compactación tomando como el 100%
la mayor compactación que se dio en la
prueba. A partir de eso, el proyecto
pedirá un porcentaje de compactación
que será tomado sacando muestras
inalteradas del suelo ya compactado y
servirá para asegurarnos que la
resistencia
que
esperamos
sea
verdadera.
PRUEBAS DE COMPACTACION
Actualmente existen muchos métodos
para reproducir al menos teóricamente
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en el laboratorio unas condiciones
dadas de compactación de campo.
Se deben de tomar todas las medidas
de seguridad al usar este tipo de
aparatos ya que emiten cierta radiación.
PRUEBA PROCTOR ESTANDAR
LABORATORIO VS. CAMPO
El primer método, en el sentido de la
técnica actual, es él debido a R.R.
Proctor, conocida hoy en día como
prueba Proctor Estándar o A.A.S.H.O.
Estándar, en donde la energía de
compactación de laboratorio se puede
determinar para el caso de las pruebas
Proctor, con la fórmula siguiente:
E = ( N * n * P * h)/ v
en la cual:
E=
N=
n =
P=
V=
h=
Energía de compactación
Número de golpes por capa
Número de capas de suelo
Peso del pisón
Volumen de suelo compactado
Altura de caída libre del pistón
Para la prueba Proctor Estándar: E =
5.48 Kg. cm./cm3 (12,300 lb. ft./ft3)
La densidad máxima seca es máxima
solamente para un esfuerzo en
especifico, por lo tanto, cuando se
compacta en campo, el esfuerzo puede
ser mayor y la curva obtenida en el
laboratorio se desplazara, aunque no
perderá sus propiedades geométricas.
Si se tiene un suelo con un porcentaje
de humedad especifico, un numero de
capas por compactar, una carga de
compactación y un numero de pasadas.
El contratista no tiene opción mas que
cumplir con la especificación
ESPECIFICACIONES
El contratista puede elegir el método
mas adecuado de compactación que
quiera y el resultado debe ser el
porcentaje de compactación que se le
indica en el proyecto.
PRUEBA DE COMPACTACIÓN NUCLEAR
METODOS
Esta prueba es usada para obtener
porcentajes de humedad, el equipo
necesario se puede llevar fácilmente al
lugar de la obra y los resultados
aparecen en una pantalla digital.
Esta prueba utiliza rayos gama que
determinaran las densidades y por este
medio se conoce la humedad.
Ventajas de este método sobre otros:
 El tiempo que tarda es menor y no
hay demoras en la construcción.
 Es no destructivo, por lo tanto,
ahorra tiempo y dinero.
 Nos da la densidad de suelos con
agregados grandes y material
congelado.
 Reduce la posibilidad de errores
humanos.
El
método
de
compactación
seleccionado debe estar de acorde con
las especificaciones de proyecto de los
proyectos excepto cuando se han
realizado numerosas pruebas para
quitar la posibilidad de que el suelo se
comporte de una manera diferente a la
proyectada.
COMPACTACION ESTATICA
Aplicación de carga directa, en base al
peso del equipo
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COMPACTACION
Estos sirven para compactas suelos
finos
cohesivos.
Consisten
en
concentrar todo el peso de la maquina
en áreas más pequeñas para inducir un
esfuerzo mayor.
La forma de uso es dar un numero de
pasadas
dependiendo
de
las
necesidades de compactación.
RODILLOS MODIFICADOS
COMPACTACION DINAMICA
Aplicación de la carga en
dinámica (equipo vibratorio)
forma
Estos trabajan igual que la pata de
cabra pero el dibujo de los rodillos es
distinto, además puede ser que estos
no cuenten con una maquina propia y
sean arrastrados por otra maquina.
RODILLOS LISOS
Estos
funcionan
para
suelos
friccionantes y en su mayoría presentan
vibración para ayudar al mejor
acomodo de las partículas. La
compactación que estos dan depende
del peso del equipo y del tipo de suelo
que se compacta.
TIPOS DE EQUIPO DE COMPACTACIÓN
TIPOS:
 Peso estático.
 Vibración
 Impacto
 Explosivos
EQUIPOS:







Rodillos irregulares.
Rodillos modificados
Rodillos lisos.
Rodillos de llantas.
Rodillos con vibración.
Bailarinas.
Rodillos manuales.
PATAS DE CABRA
RODILLOS DE LLANTAS
Sirven el mismo propósito que los
anteriores y tienen una serie de llantas
que no dejan que pase nada de suelo
sin ser compactado. En ocasiones
tienen ilesas de 9 o más llantas y
también sirven para compactar suelos
cohesivos.
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Para estos es importante tomar en
cuenta lo siguiente:
 Peso de la llanta.
 Tamaño de la llanta.
 Dibujo de la llanta.
 Presión de inflado.
TEORIA DE LA VALVULA DE PRESIÓN PARA
DISTRIBUCIÓN DE CARGAS
Esta trata de presiones dadas por
círculos, y se aproxima al fenómeno de
compactación con llantas o rodillos.
Sobre la base de esta, podemos
calcular la carga que damos al suelo al
compactar y trazar una curva.
DENSIFICACIÓN DE SUELOS POR
EXPLOSIONES VIBRATORIAS
Este es poco utilizado por su difícil
calculo y el posible daño a estructuras
adjuntas, sin embargo, al aplicar
explosivos una capa de suelo se podría
exentar entre 2 y 10%. Esto pasa por el
reacomodo de las partículas debido a la
vibración que produce el explosivo.
METODOS DE VIBROCOMPACTACIÓN
MÉTODO DE LA PILA VIBRANTE
En los materiales gruesos, es
importante que las partículas son
reacomoden para la compactación, por
lo tanto, la vibración son indispensables
en estos casos.
Este es a partir de una pila que es
cargada por una especie de grúa. Al
poner a vibrar a la pila sobre el suelo,
sus partículas sé recamado y se
compacta el suelo. El arreglo de puntos
en donde se pone la pila es cuadrado y
las distancias dependen del tipo de
suelo, el grado de compactación y la
capacidad de vibración de la pila.
BAILARINAS
VIBROFLOTACIÓN
Están hechas a base de un plato que
vibra y compacta dando golpes al
suelo. Es operado manualmente y es
muy usado en compactaciones de
cepas rellenadas, guarniciones y áreas
pequeñas donde no vale la pena meter
maquinaria grande.
Este es parecido a la pila con la
diferencia que contiene unas bombas
de agua y extensiones que producen
vibración en el suelo al ser hincado el
aparato unos 3 pies por su propio peso.
Ya que esta hincado, el agua comienza
a trabajar y el suelo se compacta por
vibración.
COMPACTADORES CON VIBRACIÓN
COMPACTACIÓN DINAMICA
Esta consiste en dejar caer grandes
cantidades de peso sobre el material
que se desea compactar. Esto funciona
a base de una grúa que carga una pesa
con una cara lisa que caerá sobre la
superficie provocando un fenómeno de
compactación.
Las cargas comunes son de unas 20
toneladas y se dejan caer desde 100
pies de altura.
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ESTABILIZACIÓN DE SUELOS
Muchos suelos están sujetos a
expansiones
y
encogimientos
diferenciales, por lo tanto es necesario
estabilizarlos, ya sea química o
mecánicamente para poder así llevarlos
a una actividad adecuada para poder
desarrollar nuestro proyecto.
En la construcción la estabilización casi
siempre se refiere a ponerle un material
barato (estabilizante) al suelo para
hacerlo más homogéneo y los métodos
más comunes son los siguientes.
MOLER Y MEZCLAR SUELOS
Si el suelo es heterogéneo desde su
excavación, este puede ser mezclado
con maquinaria desde la misma,
excavando
en
diferentes
capas
horizontales.
Cuando este material se pone en un
relleno, se debe moler aun más con un
compactado dinámico.
ESTABILIZACION DE SUELOS CON LIMOS
Este es un proceso químico que mejora
el suelo al adherir limos. Esto pasa casi
siempre en suelos arcillosos con mucha
agua que se vuelven plásticas y no
resistentes, por lo tanto, la reacción de
los limos mejora el suelo.
ESTABILIZACION CON LIMOS CENIZA
Esta tiene el mismo sentido que la
anterior con la diferencia de que este es
un material derivado de las plantas de
energía y puede ser utilizado a un costo
muy bajo para fines de mejoramiento
de suelos.
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON
ASFALTO
Al mezclar las partículas granulares con
asfalto, se produce un material más
durable y resistente. También se le
agregan algunas partículas finas para
llenar los vacíos.
Es importante el contenido de humedad
del material al anexar el asfalto y
también esperar a que se evaporen los
gases que este contiene antes de
tenderlo y compactarlo.
ESTABILIZACION DE SUELOS CON
CEMENTO
El poner cemento Pórtland en los
suelos es un método muy bueno para
suelos con contenidos mínimos de
partículas finas, es decir, que en suelos
granulares este método es muy bueno
aunque un poco caro por el alto precio
del cemento
RENDIMIENTOS DE LOS COMPACTADORES
El
rendimiento
de
cualquier
compactador se expresa en metros
cúbicos
Rt = Vc (m3) / hr (hora) = m3 / hr
DONDE
Vc = L x A x C
L = Longitud tramo compactado
A = Ancho del tramo compactado
C = Espesor de la capa compactada
Por lo que se puede determinar que el
Rendimiento Teórico es:
Rt = A * C * V * 1000 / P
A = Ancho de rodillo en metros
C = Espesor de la capa en metros
V = Velocidad en Km/hr
P = Numero de pasadas en una hora
Rendimiento real seria
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Rr = Rt * Fop.
Rr = Rendimiento Real
Rr = Rendimiento Teórico
Fop. = Factor de Operación
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