Universidad Popular de Nicaragua (UPONIC) Sede San Marcos - Car Trabajo de Geotecnia 1 Tema : Método de Compactación de Suelos. Nombre : Gustavo Adolfo Espinoza Matus. Fecha : 26 de Enero del 2019. Grupo : 3101. Docente : Bayardo Tellez. Compactación de suelos La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos (aire), empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles. ¿Por qué se Debe Compactar el Suelo? Se debe compactar el suelo para lograr el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. 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, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc. Propósito y Método de la Compactación de Suelos La compactación es un proceso fundamental a la hora de iniciar cualquier trabajo ingenieril basado en la construcción, pues no es más que preparar el terreno para realizar las bases de nuestra edificación, vialidad o drenaje, este proceso nos permite obtener ciertos beneficios como lo son: Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores; debidas a que las partículas mismas que soportan mejor. Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme produciendo grietas o un derrumbe total. Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca. Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo. Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. Pero en general, emplean cuatro métodos principales de compactación: Compactación estática por presión: La compactación se logra utilizando una maquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Rodillo estático. Compactación por impacto: La compactación es producida por una placa apisonadora con golpes y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo un apisonador (impacto). Compactación por vibración: La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia por ejemplo placa o rodillos vibratorios. Compactación por amasado: La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Ejemplo rodillo pata de cabra. Factores que afectan la compactación La compactación de suelos es en gran medida un trabajo que está presente casi en todos los proyectos de construcción, es una tarea que se focaliza en tres ejes fundamentales, el estudio del suelo, la ejecución y el control. El primer eje se enmarca en aquellas tareas relativas al reconocimiento del terreno en sus condiciones naturales y el estudio de sus características, la segunda corresponde a la ejecución del trabajo mecánico aplicado al suelo para modificar las características iniciales y lograr el objetivo de compactación, mientras que la última corresponde a la de control e involucra todos aquellos ensayos in situ para asegurar que el objetivo de compactación del suelo fue efectivo y se acoge a las exigencias iniciales del proyecto. Lo antes mencionado no corresponden a tareas que se encuentren separadas, en particular para todos los proyectos el control y la ejecución van de la mano constantemente resultando muy eficiente en el sentido de que se evalúa de forma constante si el producto final de compactación está siendo realizado exitosamente, por su parte en proyectos de construcción de carreteras y la eficiencia que significa la reutilización del material de suelo más cercano al desarrollo de la vía los estudios de reconocimiento del terreno se realizan con anticipación o traslape con la etapa de ejecución considerando que en toda la trayectoria de una carretera existen diversos suelos, y en efecto con distintas características de compactación. Se entiende a la compactación como el proceso mecánico aplicado sobre un suelo con el fin de mejorar las características de resistencia, compresibilidad y su comportamiento tenso-deformacional, es recurrente que la compactación sea reconocida como el proceso de densificación de una masa de suelo, lo cual es cierto pero en ningún caso esa afirmación corresponde a un objetivo, sino más bien la densificación del suelo es un medio para mejorar estas características. Es importante destacar además que en el proceso de compactación de forma implícita se modifican características de permeabilidad y flexibilidad del terreno. Para todo constructor civil es importante profundizar en los factores de la fase de ejecución determinantes en el éxito de la compactación, si bien el estudio previo del suelo entrega una guía de las condiciones de densidad y humedad en la que debe trabajar para alcanzar las características adecuadas, es en terreno donde se verifica finalmente que lo óptimo para el laboratorio es muchas veces poco aplicable in situ. En obra los factores determinantes en los resultados del proceso de compactación son: La naturaleza del suelo: Debe siempre reconocer las características del suelo en el cual se realizarán los trabajos de compactación o del suelo que se usará como material constructivo en el caso de taludes, terraplenes y bases para carreteras. No es lo mismo compactar suelos granulares que finos dado que poseen distinto comportamiento ante el proceso, es importante clasificar el suelo dado que determinará la elección del método de compactación más eficiente y adecuado. El método de compactación: Como es reconocible en terreno y dependiendo de la disponibilidad de maquinaria adecuada para la realización de la compactación, una variable importante es el método de compactación distinguiéndose compactación por amasado, por presión, por impacto, por vibración y métodos mixtos. Contenido de humedad del suelo: Se debe compactar según las especificaciones óptimas de humedad entregadas en ensayos de laboratorio para la masa de suelo a trabajar, cabe destacar que en condiciones naturales el suelo ya contará con un porcentaje de humedad obtenida por las condiciones naturales de su estado, por lo cual al agregar agua para la obtención de la humedad óptima de compactación no debe asumirse el suelo en estado seco. Condiciones ambientales: En terreno factores como temperatura y las precipitaciones interfieren en el contenido de humedad del suelo, en altas temperaturas y en condiciones de corrientes de viento la humedad se evapora con facilidad, en otro extremo las precipitaciones aumentan la humedad llegando en muchos casos a condiciones de saturación. El correcto control de las condiciones antes mencionadas asegura un proceso de compactación eficiente y que cumplirá con las especificaciones iniciales para el suelo a trabajar. TIPO DE EQUIPO USADOS EN LA COMPACTACION Máquina autopropulsada, de gran peso, dotada de uno o varios rodillos o ruedas cuya función consiste en planificar y dar la compacidad requerida al material sobre el cual se desplaza. Todos los compactadores deberán ser autopropulsados, tener inversores del sentido de la marcha de acción suave y estar dotados de dispositivos para mantenerlos húmedos en caso necesario. En general, el problema de la compactación va ligado al del material a compactar y esta es la razón de la existencia de múltiples y diferentes equipos en el mercado que se diferencian más que en la energía de compactación que suministran, en la forma en que dicha energía es transmitida al terreno. Los equipos de compactación se clasifican en dos tipos: De presión estática Compactadores de ruedas neumáticas: Formados por hileras delanteras y traseras de neumáticos lisos, en número, tamaño y configuración tales que permitan el solape de las huellas de las delanteras con las de las traseras. Serán capaz de alcanzar una masa de al menos treinta y cinco toneladas (35 tn) y una carga por rueda de cinco toneladas (5 tn), con una presión de inflado que pueda alcanzar al menos ocho décimas de megapascal (0,8 MPa). Se usarán para la densificación de todo tipo de capas de firme y/o explanadas bien graduadas, ya que durante la compactación se consigue un incremento en el efecto de amasado, resultando una superficie acabada más densa y uniforme. Compactadores de pata de cabra: Disponen de rodillos cilíndricos de acero a los que se ha dotado de patas de apoyo puntuales distribuidas uniformemente sobre la superficie del cilindro, cuyo efecto de compactación se debe a la alta presión que comunican al terreno. Su uso queda restringido a la compactación de cimientos o núcleos de terraplén de materiales cohesivos sin piedra. Vibratorios Compactador vibratorio monocilíndrico: Está compuesto por un cilindro metálico vibratorio liso (con o sin tracción) que actuará como elemento de compactación y dos neumáticos traseros de tracción. Pueden usarse para la compactación de todo tipo de capas de cimiento, núcleo, explanada y firme, teniendo una mejor adaptación a la compactación de suelos no cohesivos, donde el efecto de la vibración posibilita una mejor acomodación de los elementos granulares. Compactador vibratorio bicilíndrico (o tándem) Está compuesto por dos cilindros metálicos vibratorios lisos (con tracción) que actúan de compactación. Pueden usarse para la densificación de todo tipo de capas de firme y/o explanadas bien graduadas, aunque generalmente son usados para la compactación y el acabado de capas asfálticas. ENSAYO DE COMPACTACION En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la densidad seca máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, a una energía de compactación determinada. Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el "Ensayo Proctor Standard", y el "Ensayo Proctor Modificado". La diferencia entre ambos se encuentra en la energía utilizada, la cual se modifica según el caso variando el número de golpes, el pisón (cambia altura y peso), el molde y el número de capas. La razón de que haya dos ensayos distintos no es más que la modernización de uno con respecto al otro. El origen del ensayo del Próctor Modificado se remonta a la Segunda Guerra Mundial, cuando estadounidenses y británicos debían realizar ensayos sobre la calidad de los pavimentos de obras aeroportuarias, y estos debían estar adaptados a los aviones de la época de una carga muy superior a la de vehículos terrestres. Por ello, se “actualizo” el ensayo del Próctor exigiéndole una mayor cantidad de energía, con lo que se pasó denominar ensayo Próctor Estándar al original y Ensayo Próctor Modificado al más reciente. Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos, en determinadas condiciones de humedad y energía. El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener la curva que relaciona la humedad y la densidad seca máxima a determinada energía de compactación. El punto máximo de esta curva corresponde a la densidad seca máxima en ordenadas y a la humedad óptima en abscisas. La energía de compactación viene dada por la ecuación: Y= n⋅N⋅P⋅H V Donde: Y - energía a aplicar en la muestra de suelo; n - número de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado; N - número de golpes aplicados por capa; P - peso del pisón; H - altura de caída del pisón; y V - volumen del cilindro. El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Standard quiere decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad del Proctor Standard. El porcentaje puede ser mayor al 100%, por ejemplo, en casos en que la energía de compactación en campo es mayor a la del Proctor Standard.
