LABORATORIO DE GEOTECNIA Laboratorio Relación Densidad Humedad  

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Curso ICN 314 Ingeniería en Construcción 2011 Profesor : Sara Ojeda Herrera

ESTABILIZACION DE SUELOS Proceso de mejoramiento de suelos. Mejorar las características de un suelo por sobre un mínimo especificado (características de resistencia, minimizar cambios volumétricos, permeabilidad, etc.). Alternativas de estabilización : 1. COMPACTACION : Reducir e menor compresibilidad 2. PRECONSOLIDACION : Precarga 3. DRENAJE : Bajar napa

aumentar tensiones efectivas 4. ALTERACION GRANULOMETRICA: Bases Granulares de Caminos 5. CEMENTACION: (asfalto, cemento, cal, otros) 6. ALTERACION QUIMICA DE LOS SUELOS:

- Alteración de la capacidad de una arcilla para absorber agua. - Alteración cationes presentes. - Aditivos para retener humedad (sales) o Hidrófugos CUALIDADES DEL PROCESO DE ESTABILIZACION    

Debe ser compatible con el material de suelo. Debe ser permanente. Fácil manejo y preparación. Buena alternativa económica.

COMPACTACION DE SUELOS INTRODUCCION La compactación del suelo ha sido practicada por el hombre por miles de años. Los primeros esfuerzos en la construcción de diques de tierra y zanjas de irrigación demostraron el valor de la compactación al aumentar la resistencia y cierta protección contra los daños de la humedad. Los primeros edificios de tierra apisonada dependían para su estabilidad de buena compactación. Sin embargo, hasta que la construcción de caminos no llegó a ser un arte de gran desarrollo durante la era del imperio romano, no se reconoció verdaderamente el valor de la compactación del suelo.

Antiguamente, casi toda la compactación se realizaba solo en obras grandes de construcción, como carreteras y aeropuertos. La maquinaria que se empleaba era grande y pesada.

Solamente las últimas décadas se ha reconocido la importancia de la compactación en áreas pequeñas. Con la introducción de apisonadores y planchas vibradoras integrales y portátiles, se ha facilitado la compactación en estas áreas.

Estando bien hecha la compactación del suelo, se añaden muchos años a la duración de cualquier obra al aumentar la resistencia de su fundación y mejorar su estabilidad general.

La compactación del suelo es el procedimiento de aplicar energía al suelo para consolidarlo y eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad para soportar cargas.

Casi toda estructura que hace el hombre es finalmente soportada por suelos de uno u otro tipo. Durante la construcción de una estructura, generalmente el suelo es movido de su posición natural mediante operaciones de excavación, nivelación o zanjamiento. Siempre que esto se haga, el aire penetra en la masa del suelo y el suelo aumenta su volumen. Antes que el suelo pueda soportar una estructura sobre el suelo mismo , o a un lado, los espacios vacíos deben eliminarse a fin de obtener una masa sólida con gran resistencia.

La compactación de suelos tiene los siguientes beneficios: Aumente la capacidad para soportar cargas

Impide el hundimiento del suelo

Reduce el escurrimiento del agua

Reduce la sedimentación

• Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo • Impide los daños de las heladas Resumiendo, la compactación debe realizarse cada vez que se remueva y trastorne el suelo. Buena compactación significa un suelo bien compactado, sin vacíos.

COMPACTACION SUELOS GRANULARES: Los suelos granulares se compactan mejor por vibración. Esto se debe a que la vibración reduce las fuerzas de fricción en las superficies de contacto, dejando así que las partículas caigan libremente por su propio peso. Al mismo tiempo, a medida que las partículas comienzan a vibrar, se separan momentáneamente las unas de las otras para poder girar y desviarse hasta llegar a una posición que limita el movimiento. Esta acción de asentarse y colocarse las partículas constituye la compactación. Todos los vacíos que había anteriormente han sido rellenados en el suelo bien compactado.

La compactación del suelo se logra principalmente por la reorientación de los granos. Siendo muy importante en algunos casos la fractura en los puntos de contacto. El agua cumple el rol de lubricante.

EQUIPO COMPACTADOR SUELOS GRANULARES

EQUIPO COMPACTADOR SUELOS

COMPACTACION SUELOS COHESIVOS:

Los suelos cohesivos se compactan mejor por fuerza de impacto. Los suelos cohesivos no se asientan con vibración, debido a las fuerzas naturales de ligazón entre las diminutas partículas del suelo. La tendencia de estos suelos es de combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas.

La compactación es producida por la distorsión y reorientación de las partículas, resistidas por las fuerzas eléctricas de atracción (enlace). A mayor w, menor R (menor resistencia y el esfuerzo mas efectivo)

R

w% Si

la humedad es muy alta, la compactación producirá saturación del suelo. La presión neutra que se crea impide que continúe disminuyendo “e” y cualquier esfuerzo adicional de compactación se perderá.

Las partículas de arcilla especialmente presentan un problema debido a su poco peso que da lugar a que la arcilla se ponga muy fluida cuando hay exceso de humedad. Asimismo, las partículas de arcilla tienen forma plana que sirve para impedir que caigan en los vacíos con la vibración. Por lo tanto, los suelos cohesivos, como el limo y la arcilla, se compactan eficazmente empleando fuerza de impacto que produce un efecto de cizallamiento que junta las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie.

También se emplean combinaciones de fuerza de impacto y vibración. Por ejemplo, con planchas vibradoras y rodillos vibratorios grandes se combina peso estático con vibración para ejecutar la compactación. El suelo compactado se mide en relación a su densidad en kilos por metro cúbico ( kg/m3). El suelo suelto puede pesar 1605 kilos por metro cúbico, Después de la compactación, el mismo suelo puede tener una densidad de 1925 kilos por metro cúbico. Esto quiere decir que con la compactación, la densidad del suelo puede haber aumentado a razón de 310 kilos por metro cúbico.

EQUIPO COMPACTADOR SUELOS COHESIVOS

EQUIPO COMPACTADOR SUELOS COHESIVOS

EQUIPO COMPACTADOR SUELOS COHESIVOS

PRUEBAS DE LABORATORIO Para determinar el valor de la densidad del suelo con respecto al sitio de una obra dad, se envía una muestra de suelo a un laboratorio de ensayos y se realiza una prueba Proctor. Los objetivos de este ensaye son dos: 

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El ensaye proctor mide e indica la densidad obtenible de un suelo dado como norma Determina el efecto de la humedad en la densidad del suelo.

ENSAYOS DE COMPACTACION : PROCTOR

MECANICA DE SUELOS

ASTM D 6 9 8 – 7 0

PROCTOR ESTANDAR METODO

A B C D

MOLDE

MATERIAL

CAPAS GOL/CAPA VOLUMEN

4” Bajo # 4 6” Bajo # 4 4” Bajo # ¾” 6” Bajo # ¾” W = 5.5 lb h = 12”

3 3 3 3

25 56 25 56

PROCTOR MODIFICADO METODO MOLDE

A B C D

4” 6” 4” 6”

MATERIAL

Bajo # 4 Bajo # 4 Bajo # ¾” Bajo # ¾” W = 10 lb h = 18”

5 5 5 5

ENERGIA

57.6 4950 129.5 11088 57.6 4950 129.5 11088 Volumen = Pulgada3 Energia = Lb – Pulg.

ASTM 1 5 5 7 CAPAS

NCh 1 5 3 4 / I 86.0 85.6 86.0 85.6

NCh 1534 / II

GOL/CAPA VOLUMEN ENERGIA

25 56 25 56

EN/VOL

57.6 22500 129.5 50400 57.6 22500 129.5 50400 Volumen = Pulgada3 Energia = Lb – Pulg.

EN/VOL

391 389 391 389

CURVA ENSAYE COMPACTACION

Si un suelo se somete a un proceso de compactación, y se miden las densidades obtenidas para diferentes contenidos de humedad, manteniendo constante la energía de compactación, se obtiene una curva típica densidadhumedad como la ilustrada la figura.

A partir de un valor relativamente bajo, un incremento en el contenido de humedad va acompañado de un aumento de la densidad seca obtenida. Este proceso continua hasta cierto punto en el cual nuevos incrementos en el contenido de humedad producen una disminución de la densidad lograda (aumento de volumen).

El punto de mayor compacidad corresponde a la densidad máxima y su correspondiente contenido de agua a la humedad óptima, ambos valores para una energía de compactación dada. El suelo pasa por cuatro estados, hasta el punto A de la Figura Nº 1, corresponde el estado de hidratación, en el cual toda el agua está en forma de una película de agua absorbida, firmemente adherida a las partículas sólidas y prácticamente no contribuye a mejorar la trabajabilidad de ellas. El segundo estado, de A a B, corresponde al de lubricación, en el cual el aumento del espesor de la película de agua permite un mejor acomodo de las partículas de suelo, ayudando al proceso de compactación.

El estado de hidratación y lubricación, situados al lado izquierdo de la densidad máxima, constituyen la “rama seca de la curva”. En ambos estados el aire de la fase fluida es libre y por lo tanto, puede drenar rápidamente durante la compactación. El tercer estado, entre los puntos B y C, corresponde al de expansión, en el cual una mayor cantidad de agua tiende a separar las partículas sólidas, producido por una presión sobre los poros. El aire se encuentra ocluido y no tiene posibilidad de drenar, manteniéndose en un volumen constante. El cuarto estado es el de saturación, en el cual es preponderante la proporción de agua en la fase fluida y la pequeña cantidad de aire ocluido entra en disolución con una presión relativamente pequeña, acercándose la curva a la línea de saturación, que corresponde a la relación entre la densidad y la humedad cuando no existe aire en la fase fluida, sino sólo agua.

DENSIDAD SECA (g/ cm3) DENSIDAD MÁXIMA COMPACTADA SECA CURVA DE SATURACIÓN

DENSIDAD MÁXIMA COMPACTADA SECA

A

B

HUMEDAD OPTIMA

C

HUMEDAD OPTIMA

CONTENIDO DE HUMEDAD (%)

Figura Nº 1 Curva típica de ensayo Proctor

MECANICA DE SUELOS

(AASHO A - 1 - b)

2.0

Densidad seca

D

(T/m3)

PUENTE ANDALIEN

1.9

1.8

1.7 D

(T/m3) Dmin 1.38 DMPS 1.79 DMPM 1.92 DmaxV 1.83

1.6

0

5

10

15

20

Contenido de humedad; w (%)

RESULTADOS ENSAYOS PROCTOR STANDARD Y PROCTOR MODIFICADO

w (%) 0.0 13.5 11.0 0.0

CONCLUSIONES 

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Con cierta humedad, el suelo llega a su densidad máxima cuando se aplica una cantidad específica de energía de compactación. La densidad máxima que se obtiene bajo estas condiciones se llama densidad Proctor 100 % El valor de la humedad en el punto de densidad máxima se llama humedad óptima. Cuando se compacta el suelo para obtener una humedad superior o inferior a la òptima, usando el mismo esfuerzo de compactación, la densidad del suelo es menor que la obtenida cuando se compacta con humedad óptima. El valor Proctor 100 % que así se obtiene se utiliza como base para medir el grado de compactación del suelo.

Contenido de humedad y compactación 

Densímetro nuclear

Método Cono Arena