10/6/08
Cortes, terraplenes y compactación
Compactación
Compactación Antecedentes generales La compactación de un suelo: - Reduce la compresibilidad compresibilidad (disminuye las deformaciones para cargas verticales) - Aumenta la resistencia al corte (disminuye la probabilidad de de falla del terraplén) - Crea cohesión y resistencia a la compresión - Con la mayor cohesión, aumenta la resistencia a la erosión interna (tubificación o piping) y externa
Compactación Antecedentes generales
Antecedentes generales Lo caro y lento de la compactación es colocar en capas delgadas y en condiciones para poder compactar En suelos arcillosos las capas son de ~ 10 a 15 cm. En suelos granulares (gravas y enrocados) las capas son de ~ 30 a 150 cm.
Se distribuye con un tractor
Relleno de una zanja: Si hay que compactar, el suelo se debe hacer llegar al fondo, esparcirlo en capas delgada, rodillarlo Si no requiere compactación, sencillamente sencillamente se deja caer desde arriba hasta rellenar en una sola capa toda la zanja. A lo más hay que esparcir y darle forma a la superficie terminada. Costo y plazo 1/3
Montones, cuñas o conos
Compactación Antecedentes generales Para depósitos (botaderos). Si no se requiere compactación el material se descarga desde la superficie final por la ladera. El terraplén va avanzando. Sólo se requiere acceso a un punto en el nivel definitivo. Si se especifica compactación hay que tener acceso a todos los niveles para ir subiendo por capas la superficie.
Compactación Antecedentes generales Se debe descargar en toda la superficie, corregir humedad si el suelo es cohesivo, después pasar el rodillo. Caro y Demoroso. El que redacta especificaciones o el que coloca notas en los planos que considere el costo.
1
10/6/08
Compactación
Compactación Antecedentes generales
Tipos de suelos
Lo más frecuente es que se requiera compactación. Sin embargo al poner en los planos la frase “relleno compactado” se debe tomar en cuenta que cuesta y demora el triple. Rellenos para jardines o para superficies en que asentamientos no provocan problemas y que están confinados y no requieren resistencia al corte y a la erosión. Poner “Relleno”
Compactación
Granulares - Partículas en las que predomina el peso - Poca superficie de contacto - Poca adherencia entre granos - Se compacta por movimiento y golpes (vibración) Cohesivos - Partículas aplanadas de poco espesor - Predomina la adherencia - Son suelos pegajosos, difíciles de compactar y relativamente débiles - Se com acta or amasado resión
Compactación Compactación de suelos granulares - laboratorio
Un suelo está formado por tres partes Aire Agua
Hay que eliminarlas
Sólido (no compresible)
Al aplicar presión en suelos granulares el agua es expulsada debido a la alta permeabilidad En suelos impermeables (cohesivos), si se aplica presión la expulsión de agua es muy lenta
Compactación Compactación de suelos granulares - laboratorio Medición en laboratorio 1.Depositar material en la forma más suelta posible (material seco) γ min 2.Se mide Volumen y Peso 3.Vibrar con tiempo, amplitud y frecuencia normalizados γ max 4.Se mide Volumen y Peso γmax*(γsuelo - γmin ) D r = Densidad relativa = γ *(γ max - γmin ) suelo
- Si γ suelo = γmin - Si γ suelo = γ max
*100
Eje excéntrico
Compactación de suelos granulares - terreno Una vez completa, compactada y controlada una capa: se coloca el suelo de la capa siguiente. Los camiones descargan en montones. El “loro” ubica a los camiones para que los montones queden a una distancia tal que al esparcir el espesor de la capa sea el deseado
D r = 0 % D r = 100 %
2
10/6/08
Compactación de suelos granulares - terreno Se retiran los sobre tamaños, es decir los bloques que tienen espesor superior o cercano al espesor de la capa. Ya que el rodillo se monta sobre ellos y no compacta a su alrededor.
Compactación Compactación de suelos granulares - terreno En terreno la energía absorbida es: - Directamente proporcional al nº de pasadas del compactador - Inversamente proporcional al espesor de la capa - Directamente proporcional al peso del compactador Vibración ~ 1500-1800 rpm w2 w1
e = espesor de la capa
Compactación Control en Terraplén Una vez que se estima que está completa la compactación de una capa, se debe medir su densidad = Peso/volumen Se excava un hoyo y se debe medir el volumen del hoyo y el peso del suelo que lo ocupaba. Para medir el volumen se rellena con arena de densidad conocida. Se pesa la arena.
Compactación En todos los casos se especifica y hay que medir la densidad seca. Se requiere restar la humedad. Es lo más lento ya que hay que llevar al laboratorio y secar en horno. Hay métodos para medida rápida en terreno pero, poco prácticos. Personal en terreno a ojo corrige humedad, se verifica en el laboratorio.
Compactación Compactación de suelos granulares - terreno Medición de densidad:
Arena densidad Se determina el conocida peso de la arena y se deduce volumen Se pesa material excavado γ Se determina la humedad, que se resta al peso y se calcula densidad
Compactación Cuando hay pocas canchas para colocar rellenos, el control de la densidad se pone en el paso crítico. Antes de poner nuevos rellenos sobre una capa ya compactada, deben medirse las densidades.
3
10/6/08
Compactación
Compactación
Compactación de suelos granulares - terreno
Compactación de suelos granulares - humedad En suelos granulares gruesos la humedad tiene poca influencia. El agua produce un efecto de lubricación por lo que se reduce la energía necesaria para compactar pero se puede lograr el mismo efecto con un mayor número de pasadas. Sin embargo, en arenas finas existe el fenómeno de “falsa cohesión”. Película de
D r ~85%
~75%
Nº de pasadas
agua
Las especif. técnicas pueden especificar: - Espesor máximo de la capa (opcional) Granos de arena
- Dr >= 83% (por ejemplo)
Compactación de suelos granulares - humedad La tensión superficial del agua atrae las partículas. Sólo si están presentes las tres fases: sólido (arena fina), agua y aire. Solución inundar. Fenómeno visible en cortes en arenas finas. Hay que mantener húmedo para que haya cohesión
Compactación Compactación de suelos granulares - humedad Hay espec. técnicas que obligan a regar en todos los terrenos lo que en algunas ocasiones puede ser demasiado caro (zonas desérticas) Regando no se obtiene una mayor densidad sino que menos nº de pasadas de rodillo, rodillo más liviano o capas más gruesas. Nuevamente, conciencia de los costos al especificar.
Compactación
Compactación
Compactación de suelos cohesivos - laboratorio
Compactación de suelos cohesivos - laboratorio
Hay una gran influencia de la humedad
γ seco
Proctor modificado
Se compacta con golpes, amasado y presión (simultáneamente) γ seco
Proctor estándar
γ máx
Proctor Con 3 ensayos se realiza la curva y se determina humedad óptima y densidad máxima
Humedad Humedad
Humedad óptima Proctor modificado
Humedad óptima Proctor estándar
Humedad óptima Dependen de la energía de compactación
4
10/6/08
Compactación
Compactación
Compactación de suelos cohesivos - laboratorio
Compactación de suelos cohesivos - terreno
Ensayo
Golpes Capas
Kg. del Altura martinete de caída (cm)
Vol. total
φ del molde (cm)
Energía
P. Estándar
25
3
2.5
30.5
0.97
10.5
6
P. Modif.
25
5
4.5
45.5
0.97
10.2
27.2
Las especif. técnicas pueden especificar: - Se deberá obtener una densidad > 95% (por ej.) de la máxima en laboratorio con Proctor estándar. - La humedad estará comprendida entre la óptima y la óptima ± 3% (por ej.)
En suelos muy secos o muy húmedos no se puede compactar. Se trabaja en espesores pequeños ~10 a 15 cm. (si es muy cohesivo) Si la humedad es baja, el material se riega, se revuelve (con motoniveladora, arado u otro), se alisa y se compacta. Si la humedad es alta, hay que secar (airear). Se usa arado de disco o motoniveladora. Los suelos cohesivos tienen baja resistencia, son deformables, difíciles de compactar y sensibles a la humedad.
Compactación
Compactación
Compactación de suelos cohesivos - terreno
Equipos
τ Granular Cohesivos
Granulares
φ’
Cohesivos Vibratorio
Pata de cabra
φ
σ
Granular τ = σ*Tg( φ)
Pisones
Cohesivos τ = c + σ*Tg(φ’)
φ ~ 40-50 º
φ’ ~ 0-20 º
Compactación Equipos – rendimiento (cohesivos y granulares) por traslapo (metros)
Vol/hora = Velocidad*(B – 0.1)*espesor de la capa Número de pasadas
B Una pasada vale por dos
Más maniobrable
5
10/6/08
6
10/6/08
Compactación Primeras pasadas, las puntas se hunden completas hasta que el tambor toca el suelo Se va densificando por amasado y presión y ya no se hunde completo Al final sólo deja huellas
Compactación Suelos granulares:
Compactación Suelos Cohesivos
Poca compresibilidad
-Cohesión c grande
Buena resistencia a la compresión
-Fi bajo
Resistencia al corte aumenta con la presión :
-No se pueden compactar si humedad alta: no se puede construir terraplenes en periodos lluviosos.
T = c+p*tgfi en gravas fi =47° Mientras más agua al compactar mejor no dependientes del clima al construir terraplenes Pocas pasadas rodillo (4 a 6)
-Compactación en capas delgadas (10 a 15 cm) pues se requiere amasar el suelo Compactación de suelos granulares - humedad
7
10/6/08
Cortes y Terraplenes En los proyectos, especialmente de caminos, se busca compensación. Que el volumen de los cortes sea igual a los de los terraplenes.
Cortes y Terraplenes En caso contrario: Volúmenes de corte en exceso hacen necesarios “botaderos” Déficit de materiales de corte: yacimientos “empréstitos” En ambos casos: Mayores costos e impactos ambientales. El ideal sólo botadero para el escarpe.
Cortes y Terraplenes Especialmente, en caminos se usan “diagramas de masa”. En abscisas el km. En ordenadas volúmenes acumulados. Corte positivo. Relleno negativo. No aplicable si los materiales de los cortes no aptos para terraplenes.
8
