compactación de suelos. suelos parcialmente saturados

COMPACTACIÓN DE SUELOS.
SUELOS PARCIALMENTE
SATURADOS
Tomada Kérisel, J. (1991). Código Sung, (1103)
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
La compactación es el proceso por el cuál se consigue que el suelo expulse aire de sus
poros y las partículas se reordenen en una estructura más densa, con muy escasa o nula
modificación de su humedad. Head (1980)
G&C-I: Para obtener un suelo compactado (terraplén) que forme una masa resistente y poco
deformable, el contenido de agua (humedad ) juega un papel muy importante.
Si se compacta un suelo en condiciones
idénticas pero variando la humedad se obtiene
una curva como la de la figura. Se observa
que, para el procedimiento de compactación
empleado, existe una “densidad seca
máxima”, asociada a una “humedad óptima”.
Para una energía de compactación dada, es
habitual hablar de la diferencia entre la
humedad óptima y la realmente empleada en
términos de % con respecto a la primera
(+2%, -1%...)
Tomada de RRL (1963)
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
Con compactaciones más enérgicas se obtienen curvas de compactación con mayor densidad
seca máxima y menor humedad óptima.
Tomada de G&C-I
En cualquier caso, para cada humedad, la
densidad tras la compactación no puede ser
mayor que la de la muestra saturada (es el
límite de la expulsión de aire).
Tomada de RRL (1963)
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
Curvas de igual grado de saturación γ = γ s ⎫
d
1+ e⎪
⎪
γ s = Gγ w ⎪
⎪
eγ ⎬
w= w w ⎪
γs
⎪
ew ⎪
Sr =
e ⎪⎭
e=
ew wγ s 1 wG
=
=
⇒
Sr
γ w Sr
Sr
γd =
Gγ w
G
1+ w
Sr
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
ENSAYO PROCTOR. Raymond Proctor (1933). UNE 103-500-94
Moldes
Tomada de G&C-I
Pisones
Tomada de internet
El ensayo consiste en apisonar una muestra de suelo en tres capas
sucesivas. El molde es de 1 l de capacidad y se le adosa un collarín.
Cada capa se apisona con 25 golpes de una maza de 2,5 kg dejada
caer desde 305 mm.
Tras apisonar las tres capas se desmonta el collarín y se enrasa el
suelo. Se determinan su densidad seca (se pesa) y su humedad
(secado en estufa).
Se repite el mismo ensayo para otras humedades de compactación y
se representan los resultados.
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
ENSAYO PROCTOR MODIFICADO UNE 103-501-94.
Es un ensayo de mayor energía. Se emplea un molde similar al anterior, pero de mayor volumen
(2
2,318
318 l),
l) lo que entre otras cosas permite ensayar suelos con partículas más gruesas
gruesas. El peso de
la maza es de 4,535 kg y se deja caer desde 457 mm. Se dan 60 golpes uniformemente
distribuidos en la superficie de cada una de las tres tongadas de ensayo.
La energía del Proctor Modificado es unas 4,5 veces mayor que la del Proctor Normal.
Ensayo Proctor Normal y Proctor modificado sobre un limo yesífero. Tomada de G&C-I
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
EJEMPLOS DE ENSAYOS DE COMPACTACIÓN SOBRE SUELOS DIVERSOS.
Cinco suelos compactados con la misma energía. Tomada de RRL, 1963
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
EJEMPLOS DE ENSAYOS DE COMPACTACIÓN SOBRE SUELOS DIVERSOS.
Tomada de RRL, 1963
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
EFECTOS DE LA COMPACTACIÓN.
Tomada de RRL, 1963
Luis Ortuño
COMPACTACIÓN DE SUELOS
ESTRUCTURA DE LOS SUELOS COMPACTADOS
Lado seco. La compactación se emplea en reducir
volumen, sin muchas deformaciones de corte.
Estructura floculada.
Lado húmedo. El suelo resiste menos, y el esfuerzo
de compactación produce deslizamiento y
reorientación de partículas . Estructura más
orientada. Dispersa.
La estructura será más orientada (más dispersa)
cuanto mayores sean los esfuerzos de corte
inducidos por la compactación. En orden creciente:
compactación estática
estática, vibratoria
vibratoria, de impacto y
amasado.
Tomada de G&C-I
Luis Ortuño
COLAPSO DE SUELOS
COLAPSO DE SUELOS
Es un asiento, muchas veces brusco y grande, originado por inundación. A veces ocurre a partir
de una determinada carga o “umbral de presiones”. A veces, de forma ”espontánea”, sólo bajo el
peso propio del suelo.
Se puede dar en:
• Suelos naturales finos limosos de baja densidad, débilmente cementados y semisaturados.
• Rellenos mal compactados o compactados “del lado seco”.
LOCALIZACIÓN EN ESPAÑA:
• Limos yesíferos de Aragón, limos levantinos (Alicante)
•“Cualquier sitio” en el caso de rellenos mal compactados.
Aspecto de un limo alicantino colapsable
Luis Ortuño
COLAPSO DE SUELOS
COLAPSO DE SUELOS
Colapso de un limo yesífero . Autopista Zaragoza.-Alfajarín,
Tomada de G&C I.
Colapso de un limo yesífero de TausteTomada de Uriel, A. (1982)
Luis Ortuño
COLAPSO DE SUELOS
MAPA DE RIESGOS DE HUNDIMIENTO
Incluye zonas de suelos naturales susceptibles de colapso por humectación, más otros tipos de
hundimiento (por ejemplo debidos a formaciones kársticas).
Luis Ortuño
COLAPSO DE SUELOS
COLAPSO DE SUELO NATURAL: LIMO YESÍFERO ARAGÓN
Colapso de un limo yesífero de TausteTomada de Uriel, A. (1982)
Luis Ortuño
COLAPSO DE SUELOS
COLAPSO DE SUELOS (RELLENOS)
•G&C-I:
• En general el colapso se produce cuando Sr es inferior a cierto valor crítico. En suelos granulares
este valor está comprendido entre el 40 y el 60%.
• El colapso es más importante en suelos de estructrura floja, como los limos yesíferos de Aragón o
el loess. Cuanto más alta es la presión a la que esta sometido el suelo, más probables es que
colapse.
• El colapso ocurre también en suelos compactados del lado seco del óptimo, aunque las
densidades sean altas. (2 – 3% por debajo de wóptima).
Luis Ortuño
COLAPSO DE SUELOS
Ejemplo: Viaducto sobre el Terri- A-7 (Gerona)
- 23 m de altura
- Compactación lado seco (6 puntos bajo
óptima)
- Asiento > 50 cm a los 4 años
- Afortunadamente, vigas.
- Se dispusieron gatos y dados para recrecer
(no problema de estabilidad)
Tomadas de Uriel, A. (1982)
Luis Ortuño
SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
p
una carga
g externa de forma rápida
p
((o sin drenaje)
j ) a un suelo p
parcialmente
•G&C-I: Al aplicar
saturado, se produce una compresión del aire que ocupa parte de los poros. El aumento de la
presión de aire hace que parte del mismo se disuelva en el agua.
1 Ley de Boyle1.Boyle Mariotte: A temperatura constante: pV=cte.
pV cte
2.-Ley de Henry: A temperatura constante, el peso de gas que se disuelve por unidad de volumen
de líquido,
q
, es p
proporcional
p
a la p
presión del g
gas.
El volumen de aire (gas) que se disuelve por unidad de volumen de agua (líquido)
es independiente de la presión del aire:
(Va ) disuelto = H *Vw
Temperatura
T
t
ºC
H*
0
5
10
15
20
25
0,0288
0,026
0,0235
0,0216
0,0201
0,0188
El aire se disuelve en agua hasta un volumen aproximado del 2% del volumen de agua
Luis Ortuño
SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
G&C-I: En la compresión sin drenaje, el volumen de aire inicial y final, referidos a la presión inicial,
son los mismos
Con
Con
⎧ea 0 libre
p0 ⇒ ⎨
⎩ H ·ew disuelto
⎧ea1 = ea 0 + ∆e libre
p0 + ∆p ⇒ ⎨
⎩ H ·ew disuelto
Luis Ortuño
SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
p0 ( ea 0 + H ·ew ) = ( p0 + ∆p ))·(( ea 0 + ∆e + H ·ew )
p0ea 0 + p0 H ·ew = p0ea 0 + p0 ∆e + p0 H ·ew + ∆p( ea 0 + ∆e + H ·ew )
0 = p0 ∆e + ∆p( ea 0 + ∆e + He
H w)
∆p = − p0
∆e
ea 0 + ∆e + Hew
Luis Ortuño
SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
COMPRESIBILIDAD DE LOS SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
∆e
∆p = − p0
ea 0 + ∆e + Hew
ew
Sr =
ea + ew
Sr ( ea + ew ) = ew
Sr ea + Sr ew = ew
Sr ea = ew (1 − Sr )
G&C-I: Para alcanzar la saturación:
∆e = −ea 0
∆e
1 − Sr 0
∆p = − p0
= p0
Hew
H * Sr 0
Luis Ortuño
SUELOS PARCIALMENTE SATURADOS
PERMEABILIDAD AL AIRE Y AL AGUA DE LOS SUELOS SEMISATURADOS
G&C-I: La ley de Darcy es estrictamente válida para sólidos porosos saturados. Sin embargo, ha
p
sido extendida a los suelos semisaturados manteniendo el resto de hipótesis.
El coeficiente de permeabilidad al agua de un suelo semisaturado, kw, es menor que el del suelo
saturado, y es función del grado de saturación o de otra magnitud análoga ,θ, definida como el
volumen
ol men de agua
ag a entre volumen
ol men total
total. (θ es 0 cuando
c ando el grado de sat
saturación
ración es n
nulo,
lo y vale
ale “n”
cuando Sr=100%):
θ=
Vw
Vt
v = −k w (θ ))·∇h
Luis Ortuño
BIBLIOGRAFÍA
‰ Department of Scientific and Industrial Research
Research. Road Research Laboratory (1963):
“Mecánica del Suelo para Ingenieros de Carreteras y Aeropuertos”. Cento Bibliográfico
del CEDEX.
‰ González de Vallejo,
Vallejo L
L., Ferrer,
Ferrer M.,
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L. & Oteo,
Oteo C.
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Geológica”. Prentice Hall. Madrid.
‰ Jiménez Salas, J.A. y Justo Alpañés, J.L. (1975): Geotecnia y Cimientos I. Cap. 7.
Ed Rueda.
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Madrid.
‰ Kérisel, J. (1991): “Down to Earth, Foundations Past and Present, the Invisible Art of
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l d
de lla Edifi
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‰Uriel, A. (1982): Fallos Inducidos en Cimentaciones. Escuela de la Edificación.
M d id
Madrid.
Luis Ortuño