COMPACTACIÓN
ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA
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COMPACTACIÓN
UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE INGENIERIA GEOLOGICA
COMPACTACION DE SUELOS DOCENTE:
Ing. Reynaldo, MEJIA CACERES CACERES CURSO:
GEOTECNIA I ALUMNOS:
ALIAGA CONDOR, Artemio Ronel RODRIGUEZ SOLORZANO, Pedro Fidel VERGARA MIRANDA, Liang Jesús
SEMESTRE
:
VIII
CERRO DE PASCO, octubre del 2017
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DEDICATORIA A nuestros padres por su apoyo incondicional en todo tiempo. Por lo mismo agradecer infinitamente a DIOS quien lo hace todo posible.
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INDICE
DEDICATORIA .............................................. ..................................................................... ............................................... ................................................ ............................ .... 3 INTRODUCCI INTRO DUCCION ON ............................................. ..................................................................... ............................................... ............................................... .......................... 6 RESUMEN RESUM EN ............................................ .................................................................... ............................................... ............................................... .................................... ............ 7 CAPITULO I............................................... ....................................................................... ............................................... ............................................... ................................ ........ 8 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................... ................................................................. ............................................... ......................... 8 1.1.
DELIMITACION Y DEFINICION DEL PROBLEMA............................................ ........................................................ ............ 8
1.2.
FORMULACION DEL PROBLEMA.............................................. ...................................................................... ................................ ........ 8
1.2.1.
PROBLEMA GENERAL ............................................... ....................................................................... ............................................ .................... 8
1.2.2.
PROBLEMA ESPECIFICO............................................ .................................................................... ............................................ .................... 8
1.3.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION INVESTIGACION .............................................. ...................................................................... ............................ .... 9
1.3.1.
OBJETIVOS GENERALES ............................................ .................................................................... ........................................ ................ 9
1.3.2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS............................................... ....................................................................... .................................... ............ 9
1.4.
JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN ........................................... ................................................................... .......................... 9
1.5.
IMPORTANCIA Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN .............................................. .............................................. 10
1.6.
LIMITACIONES.............................................. ........................................................... ............. Error! Bookmark not defined.
CAPITULO II......................................................... .............................................................................. ..................... Error! Bookmark not defined. UBICACION DE LA ZONA DE ESTUDIO ..................................... ..................................... Error! Bookmark not defined. 2.1. GENERALIDADES: .......................................... .......................................................... ................ Error! Bookmark not defined. CAPITULO III.................................................... ............................................................................ .......................... Error! Bookmark not defined. GEOLOGIA LOCAL DE LA ZONA............................................... ................................................. Error! Bookmark not defined. 3.1. ESTRATIGRAFÍA........................................... ............................................................ ................. Error! Bookmark not defined. 3.2.- TIPOS DE SUELOS:............................................ ........................................................ ............ Error! Bookmark not defined.
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4. MARCO TEORICO ............................................................. Error! Bookmark not defined. CAPITULO V ............................................................................ Error! Bookmark not defined. METODOLOGIA........................................................................ Error! Bookmark not defined. 4.1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN .................................... Error! Bookmark not defined. 4.2.- TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS: ...... Error! Bookmark not defined. 4.3. TÉCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS:Error! Bookmark not defined. CAPITULO VI ........................................................................... Error! Bookmark not defined. ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD EN LA ZONA DE BATANCHACA ... Error! Bookmark not defined. 5.1.- FACTORES CONDICIONANTES DE POSIBLES CAUSAS PARA LA INESTABILIDAD DEL TALUD .................................................................................. Error! Bookmark not defined. 5.2.-CLASIFICACIÓN DE LOS DESLIZAMIENTOS (VERNES 1988). ........ Error! Bookmark not defined. CAPITULO VII .......................................................................... Error! Bookmark not defined. ANALISIS EN EL SOFTWARE SLIDE ........................................... Error! Bookmark not defined. 6.1. CALCULO DEL FACTOR DE SEGURIDAD......................... Error! Bookmark not defined. CAPITULO VIII ......................................................................... Error! Bookmark not defined. METODOS PARA LA ESTABILIZACION DEL TALUD ................... Error! Bookmark not defined. METODO DE DRENAJE –ZANJA DE CORONACION .................. Error! Bookmark not defined. METODO DE ESTRUCTURA DE RETENCION-MURO DE CONTENSION.... Error! Bookmark not defined. CONCLUSION .......................................................................... Error! Bookmark not defined. RECOMENDACIONES .............................................................. Error! Bookmark not defined. BIBLIOGRAFIA ......................................................................... Error! Bookmark not defined. ANEXOS ................................................................................... Error! Bookmark not defined.
COMPACTACIÓN
INTRODUCCION
Para las finalidades de este trabajo la compactación es un proceso mecánico destinado a mejorar las características de comportamiento de los materiales térreos que constituyen la sección estructural de las carreteras, los ferrocarriles o las aeropistas.
La compactación es un proceso de estabilización mecánica del suelo que mejora sus propiedades como son:
Aumento de densidad
Disminución de la relación de vacíos
Disminución de la deformabilidad
Disminución de la permeabilidad
Aumento de resistencia al corte
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RESUMEN
La compactación es el proceso realizado generalmente por medios mecánicos por el cual se obliga a las partículas del suelo a ponerse más en contacto con otras, mediante la expulsión de aire de los poros, lo que implica una reducción más o menos rápidos de los espacios vacíos, lo que produce en el suelo cambio de volumen de importancia, principalmente en el volumen de aire, ya que por lo general no se expulsa agua de os huecos durante el proceso de compactación, siendo por lo tanto la condición de un suelo compactado la de un suelo parcialmente saturado.
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CAPITULO I
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1.
DELIMITACION Y DEFINICION DEL PROBLEMA
El estudio de la compactación de suelos, ayuda a determinar los diferentes métodos correctos para estabilizar los suelos y prevenir los posibles hundimientos y deslizamientos que pueden darse.
1.2.
FORMULACION DEL PROBLEMA
1.2.1. PROBLEMA GENERAL
¿Es posible determinar una mejor calidad en la compactación de suelos con los diferentes métodos de compactación y un mejor análisis de suelos?
1.2.2. PROBLEMA ESPECIFICO
¿La utilización de los equipos de compactación determinan una mejor resistencia en el suelo compactado?
¿Cómo realizar el análisis de los suelos para una mejor compactación?
¿Cuáles son los métodos de compactación para que el suelo no se desestabilice?
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1.3.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
1.3.1. OBJETIVOS GENERALES
Mejorar las propiedades de ingeniería de la masa del suelo, con la finalidad de obtener unos suelos de tal manera estructurado que posee y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a raves de toda la vida útil para una obra.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Conocer los factores que afectan el proceso de formación
Identificar los equipos a utilizar en diferentes tipos de suelos para una adecuada compactación.
Desarrollar un método de ensayo para determinar la relación entre el contenido de humedad y el peso unitario seco compactado con una energía de compactación determinada.
Determinar el contenido de humedad para el cual el suelo alcanza su máxima densidad seca
1.4.
JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
La necesidad de conocer y explicar el análisis de la compactación de suelos para mejorar la calidad del suelo en diferentes tipos de trabajos ya sea carretera y todo tipo de construcciones, porque ésta se encuentra dispuesta a causar daños como agrietamientos, hundimientos, filtración de agua y otros tipos de problemas que se presenta por no hacer una buena compactación de suelos.
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1.5.
IMPORTANCIA Y ALCANCES DE LA INVESTIGACIÓN
VENTAJAS:
Aumenta la resistencia y la capacidad de carga del suelo.
Reduce la compresibilidad y disminuye la aptitud para absorber el agua.
Reduce los asentamientos debido a la disminución de la relación del vacío.
Reduce el efecto de contracción.
Mejora las condiciones de esfuerzo – deformación de suelos.
DESVENTAJAS:
La compactación muy intensa produce un material muy susceptible al agrietamiento.
Aumenta el potencial del hinchamiento (con la humedad) en suelos finos y el potencial de expansión por las heladas.
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CAPITULO II
I.
LA COMPACTACIÓN COMO TÉCNICA DE TRABAJO DE CAMPO.
Es evidente que la compactación de suelos es ante todo y sobre todo una técnica de trabajo de campo y qué si sus particularidades se estudian también en los laboratorios o son objeto de trabajos de investigación teórica, ello no puede tener otra finalidad que el apoyo de las propias obras en donde se aplique.
En principio, el proceso de compactación en el campo debe conducirse para responder a la pregunta fundamental de ¿qué equipo habrá de emplearse y qué operaciones habrán de realizarse para obtener en un suelo dado un cierto conjunto de propiedades mecánicas consonantes con las consideradas en el proyecto?
Sin embargo, en muchas ocasiones la pregunta anterior adquiere una modalidad diferente, dado que no es difícil que se presenten casos en que para realizar los trabajos de compactación se disponga de un cierto equipo y que resulte difícil o imposible en la práctica obtener algún otro que pudiera considerarse preferible para un caso dado. En esos casos la pregunta fundamental que se plantea al planear un tren de compactación sería ¿qué resultados se pueden obtener con el equipo disponible y cómo manejar ese equipo y el proceso en general, a fin de obtener mejores resultados que sea posible?
Obviamente en una situación como la que se plantea el propio proyecto deberá de ser retroalimentado por información realista, para tomar en consideración los resultados a que pueda llegarse en el campo. Existen diversos modos de compactar materiales en el campo. Los utilizados al presente se suelen clasificar en las siguientes categorías: -
Por amasado
-
Por presión
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-
Por impacto
-
Por vibración
-
Por métodos mixtos
Dentro de las anteriores categorías caben todas las soluciones comerciales e industriales que hasta el momento se han desarrollado para resolver el problema.
Los tres primeros tipos de compactadores se presentan bajo la forma de rodillos que circu lan sobre el terreno que se desea compactar. Los dos últimos en ocasiones aparecen también con técnicas de rolado; pero en otras desarrollan mecanismos diferentes.
La Tabla I, II y III presentan algunas indicaciones en relación a la elección de equipos de compactación en los diferentes casos de la práctica. Se trata, naturalmente, de indicaciones de carácter general, que no pueden excusar la consideración de las características especiales de cada obra en el diseño del proceso de compactación que a ella corresponda, para llegar a los resultados mejores que sea posible.
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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN DE LOS SUELOS.
La compactación depende de una serie de características y condicionantes propias del método de compactación que se utilice, de las condiciones en que se ponga el suelo antes de compactarlo y otras que se mencionan en este inciso. En rigor esas características siguen siendo válidas para los procesos de compactación en el laboratorio.
La naturaleza del suelo es obviamente altamente influyente en el proceso. En este caso, al igual que en toda la tecnología de materiales térreos, prevalece la esencial diferencia entre los suelos de estructura simple y forma equidimensional, comúnmente denominados en los libros gravas, arenas y limos no plásticos y los suelos de formas generalmente laminares y cuya estructuración obedece a efectos electroquímicos, llamados usualmente limos plásticos o arcillas.
Todo proceso de compactación implica una doble acción sobre la estructura de los suelos. En primer lugar será preciso romper y modificar la estructura original que el suelo tenía en el lugar de donde fue recogido; en segundo lugar, habrá que actuar sobre él, modificando la disposición o acomodo de sus grumos o partículas, para hacer que el conjunto adopte la nueva estructura, más densa. Es dudoso pensar que los efectos de compactación alcancen en suelos finos a disgregar los grumos en sus partículas individuales y es posible que sea más conveniente hablar de estructura de grumos, antes que de estructura de partículas.
EN EL CASO DE LOS SUELOS ARENOSOS, tal como se denominará en este trabajo en lo sucesivo a los del primer grupo arriba mencionado, la actuación sobre una estructura simple original (análoga a la de un montón de canicas o a la de un común montón de grava) no puede producir más que otra estructura simple, más densa. Como se sabe esta estructura es básicamente estable ante la absorción o
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pérdida de agua, presenta la compresibilidad típica de estos suelos (debida a simple acomodo por pequeños colapsos ya ruptura de partículas o flujo plástico del material, en casos extremos de altos niveles de esfuerzo) y presenta una resistencia fundamentalmente dependiente de la compacidad alcanzada (aunque, como se sabe, es también influenciada en forma apreciable por la angulosidad de los granos) , la que para todos los efectos prácticos se mantiene en tanto no se modifique esa compacidad.
De esta manera la compactación creciente de estos suelos suele conducir a formaciones cada vez menos compresibles y más resistentes; el carácter disgregado de la estructura no hace a estos suelos proclives al agrietamiento. Si fuera posible en temas de compactación hacer una afirmación de carácter tan general, casi podría decirse que en estos suelos cuanto mayor sea la compactación se obtienen mejores comportamientos. Pero aún en ellos se encuentran inmediatamente acotaciones a tanta generalidad; una, podría ser la ya mencionada sobre compactación de materiales ligeros, que los transforma en pesados si se rompen las partículas; otra, aunque menos frecuente podría ocurrir al emplear presiones tan altas que se llegara a producir flujo plástico en las aristas de los granos o ruptura de partículas "duras" y podría haber otros casos.
EN LOS SUELOS ARCILLOSOS, la ruptura de las estructuras iniciales, generalmente muy complicadas especialmente si el banco de suelo original contiene suelos transportados, seguida del Posterior reacomodo que da la compactación para lograr una estructura nueva más densa, produce de nuevo estructuras muy elaboradas, compresibles, tanto más inestables al absorber agua cuanto más densificadas y más rígidas a compactación creciente; la resistencia de estos suelos tiende a aumentar con la compactación (si bien esta no es regla sin importantes excepciones) , pero esa resistencia podrá perderse en gran medida
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si el suelo, a expensas del potencial de succión adquirido al ser compactado, toma agua y se expande.
En este tipo de suelos actúan con toda su fuerza las ideas expresadas más atrás, de las contradicciones entre los diferentes objetivos de la compactación.
La energía de compactación es otra de las variables del proceso que ejercen una gran influencia sobre el mismo; sin embargo, no es fácil en general, conocer el valor exacto que se está empleando en un momento dado; por el contrario, es fácil tanto en el campo como en el laboratorio, modificarla de modo graduable, dados los procedimientos actualmente en uso en ambas técnicas.
La energía puede cuantificarse en términos absolutos, aunque en forma aproximada por razones prácticas, en 108 procesos de compactación en el laboratorio que impliquen el Uso de pruebas de impactos causados por la caída de un pisón. La fórmula que proporciona el valor de la energía específica en ese caso es:
II.
ENERGÍA DE COMPACTACIÓN: La energía de compactación en el ensayo de laboratorio se define como: ∗∗∗ =
DONDE: Ec
=
energía de compactación, depende del tipo de ensayo
N
=
N° de golpes por capa
n
=
N° de capas
W
=
peso del pisón
H
=
Altura de caída del pisón
V
=
volumen del suelo compactado
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La justificación de la fórmula se considera evidente.
Con los procedimientos usuales de rolado en el campo, la energía no puede cuantificarse, pero si modificarse, modificando el peso y/o la presión de los equipos, el número de sus pasadas y el espesor de la capa que se compacta, fundamentalmente. En el caso de utilizar métodos vibratorios, también se puede influir sobre la energía entregada, según se comentará más adelante.
Cuando en el campo un equipo de compactación aplica energías de compactación que se consideren bajas, pueden implementarse algunas acciones para modificar esta situación; entre ellas están el recurrir a sobrepesos adicionales para aumentar el peso total del equipo; el aumentar la presión de inflado en caso del uso de rodillos de llantas; el reducir el espesor de la capa suelta por compactar; el aumentar el número de pasadas; el modificar el contenido de agua del suelo por compactar (casi siempre para aumentarlo) o el hacer modificaciones en la velocidad de arrastre de los equipos o en frecuencias, amplitudes u otros factores, en caso de usar vibración.
Es claro que cada uno de estos cambios puede tener implicaciones indeseables, por lo que no es aplicable realizarlos sin un balance general del problema. Algunas de las implicaciones más frecuentes se comentarán en lo que sigue. -
El contenido de agua con que se compacta el suelo tiene una influencia determinante, tanto en los procesos de compactación de campo como en el laboratorio. Esta influencia fue ya reconocida por Proctor, Porter y otros pioneros quienes la establecieron en los términos prácticamente actuales, midiendo la compactación por el peso volumétrico seco alcanzado en cada caso. La Fig. I muestra la bien conocida relación que se establece entre el peso volumétrico seco del suelo compactado y el
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contenido de agua del mismo, cuando se emplea una cierta energía de compactación. La curva de compactación presenta formas relativamente similares para los diversos modos de compactar. Existen diversas explicaciones de dicha forma, de diferentes grados e complejidad. Una, es la que sigue: -
Cuando el contenido de agua es muy bajo, este elemento se encuentra en el suelo en forma capilar, produciendo impresiones interparticulares tanto más fuertes.
-
cuanto más finos sean los suelos, lo que conduce a grumos muy difícilmente desintegrables o a dificultad de reacomodar partículas individuales; como consecuencia la compactación se dificulta y se alcanzan pesos volumétricos relativamente bajos. Estos efectos capilares se van disipando si la misma energía de compactación se da a suelos con contenidos de agua crecientes, lo que permite alcanzar pesos volumétricos cada vez mayores. Empero, si el contenido de agua alcanza valores que produzcan cantidades de agua libre que empiecen a ocupar en forma substancial los vacíos del suelo, la compactación comenzará a dificultarse, pues el agua no puede desplazarse instantáneamente dentro del suelo y por ello comenzará a absorber parte de la energía aplicada, devolviéndola, a expensas de su elasticidad en forma de simple rebote; este efecto será tanto más notable a medida que el contenido de agua crece.
La Fig. I explica la adopción de los familiares conceptos de peso volumétrico seco máximo alcanzado por el proceso y la humedad óptima, que produce dicho máximo.
La primera parte de la explicación anterior fue ya sugerida por Proctor, pero este autor atribuyó la disminución del peso volumétrico alcanzado en la rama húmeda a humedades
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crecientes, a un efecto de lubricación entre los cristales que constituyen las partículas de los suelos, una idea actualmente abandonada al haberse demostrado sobradamente que el agua funciona como antilubricante entre dichos cristales.
En un reciente trabajo realizado para el Instituto Mexicano del Transporte, por el Dr. Manuel J. Merldoza (Ref. 6) se proporcionan y analizan otras explicaciones más recientes de la forma peculiar de las curvas de compactación.
La discusión anterior aclara el hecho práctico bien conocido desde siempre, según el cual el suelo compactado en el campo y en el laboratorio debe tener un contenido de agua por abajo del correspondiente a la saturación, pues en esta condición los suelos son prácticamente imposibles de compactar y, de hecho, los suelos finos se transforman en Iodos. A despecho de lo anterior, debe señalarse que
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se
han
logrado
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compactaciones adecuadas en suelos prácticamente saturados y aún con muy altos contenidos de arcilla, cuando se utilizan los procedimientos ya mencionados de compactación dinámica con grandes pesos cayendo desde alturas considerables.
La forma y su disposición en relación a las escalas horizontal y vertical de la curva de compactación mostrada en la Fig. 1 varia no sólo para cada tipo de suelo, sino también con el método de compactación empleado y con la energía con que se utilice dicho método. De esta manera, los conceptos de humedad óptima y del peso volumétrico seco máximo a ella asociado no son constantes del suelo, sino valores circunstanciales que cambian según el proceder del ingeniero. Lo anterior implica una consideración fundamental, que es que la humedad óptima con la que se alcance un determinado peso volumétrico deseado en una investigación de laboratorio conducida para realizar el proyecto de alguna obra, no va a ser la misma cuando en el campo se compacte el suelo para alcanzar el peso volumétrico señalado por el propio proyecto y contratado con una empresa constructora, debido a que entre el laboratorio y el campo cambia siempre el método de compactación. Esta fundamental diferencia obliga a que en todo proceso de campo se haga una consideración especial respecto al contenido de agua con que deba compactarse el suelo.
La Fig. 2 ilustra gráficamente las afirmaciones contenidas en estos últimos párrafos. El mismo suelo se ha compactado en el campo con seis, doce y veinticuatro pasadas de un mismo rodillo pata de cabra (curvas A, B, C) y en el laboratorio con tres pruebas dinámicas (de impactos) de diferentes energías (1, 2 y 3). Salta a la vista los muy diferentes valores que para ese mismo suelo se obtienen al variar métodos y/o energías.
Al hablar del contenido de agua que debe usarse en la compactación de campo destacan dos puntos importantes; el primero, ya mencionado, es que el valor óptimo o más conveniente para hacer lo más eficiente Posible la energía empleada, no tiene
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por qué coincidir con ningún valor óptimo medido en el laboratorio; adicionalmente, en segundo lugar, al seleccionar el contenido de humedad óptimo en el campo debe tenerse en cuenta que es muy diferente frecuentemente aumentar un contenido de agua natural, añadiendo agua al suelo extra ido de un banco, que reducirlo, oreando a ese material; la diferencia estriba en la influencia que en cada caso particular el clima tenga en lo referente al régimen- de lluvias. Bajo un régimen lluvioso, secar un material puede ser imposible y en una zona desértica, impregnar un material con agua adicional puede ser muy costoso por razón de acarreos de agua.
Figura 2. Comparación entre los resultados de un proceso de compactación de campo con rodillo “ pata de cabra “ y pruebas dinámicas.
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La Fig. 3 muestra otra relación consistente entre la energía de compactación entregada al suelo durante el proceso y el peso volumétrico obtenido, obviamente para un mismo método de compactación y compactando a los suelos en las mismas condiciones de contenido de agua y demás. En el caso particular de la figura se ve que en los 4 suelos señalados se manifiesta la tendencia general de que el aumento de la energ1a es muy eficiente en un principio, después lo es menos y, a partir de un cierto límite propio de cada caso, pierde con rapidez eficiencia y, finalmente, aumentos posteriores son irrelevantes.
Figura 3.
Compactación con rodillo pata de cabra. Efecto del número de pasadas en el
grado de compactación de diversos suelos.
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III.
MÉTODOS PARA COMPACTAR EL SUELO: La elección de un equipo compactador, y la forma de usarlo, está condicionada por multitud de circunstancias y factores, de modo que no es biunívoca la solución adoptada para unas condiciones determinadas. Al final, la elección será fundamentalmente un asunto económico, ya que existen amplios solapes entre los distintos tipos de máquinas y sus campos de aplicación. Los casos que se pueden presentar son variados y cada uno requiere procedimientos específicos. No es lo mismo construir un terraplén nuevo, que consolidar un terreno natural o trabajar en un terreno anegado. En las situaciones habituales, donde se forma un terraplén compactando tongadas sucesivas del terreno, va a ser determinante la naturaleza del material empleado. El material empleado definirá la aplicabilidad de los equipos. El siguiente factor a considerar será el estado en que se encuentre (humedad, espesor de la capa, etc.). También decidirá la forma y dimensiones de la zona a compactar. Por último, se deberá atender al volumen total de material. Se eligen las máquinas de tamaños que proporcionen mayores rendimientos, pero sin llegar a romper los suelos. Suelen emplearse equipos que presenten mayores capacidades de producción que los equipos de excavación y transporte, para no convertirse en “cuellos
de botella” de
las actividades. Cuando se emplean varios equipos en la
compactación, con frecuencia trabaja una máquina de elevadas producciones, y es otra la que termina la superficie. Se seleccionará el equipo de compactación en función de la naturaleza del relleno, considerando tres grandes grupos de materiales, los finos, los de grano grueso y los pedraplenes. Se emplean cuatro métodos principales de compactación.
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A.
COMPACTACIÓN ESTÁTICA O POR PRESIÓN: RODILLOS ESTÁTICOS O LISO: La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Por ejemplo: Rodillo Estático o Rodillo Liso
Como todos los demás rodillos ofrecidos por la industria pueden aparecer en modalidades arrastradas o autopropulsadas. Estos rodillos fueron considerados en algún momento como útiles para la compactación de suelos friccionantes; sin embargo, esta idea fué perdiendo partidarios con el paso de los años. De hecho, la superficie metálica de estos rodillos presenta una rigidez que, sobre todo después de las primeras pasadas produce un área de contacto muy pequeña con la capa de suelo que se está compactando; es sabido, que el efecto de la presión aplicada a la capa se disipa muy rápidamente con la profundidad cuando el área de contacto con la que se aplica la presión es poco considerable, de manera que o se emplean capas muy poco espesas, lo que es antieconómico o se obtienen compactaciones muy poco homogéneas a lo largo del espesor de la capa, con valores muy bajos en la parte inferior. En un cierto momento, se pensó evitar esta dificultad incrementando substancialmente la presión aplicada en la superficie de la capa, pero en tal caso la lisura del metal que forma el rodillo hace que
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esa parte superior quede tan densificada que resulta sumamente cerrada y bruñida, lo cual perjudica la unión de
esa capa con la suprayacente, produciendo una estructura discontinua que no se considera deseable.
RODILLOS NEUMÁTICOS
El campo de acción de los rodillos neumáticos en los trabajos de campo se ha extendido en forma continua con el paso del tiempo, al grado de que en la actualidad se les considera apropiados para la compactación de prácticamente todos los tipos de suelos, incluyendo grandes enrocamientos en los que se han obtenido resultados muy satisfactorios con equipos muy pesados. La llanta flexible llena de aire proporciona áreas de transmisión de presión suficientemente grandes como para que el efecto de densificación, ya discutida en un párrafo anterior, se transmita
a
profundidades
suficientemente grandes como para poder utilizar espesores de capa económicos, sin detrimento de la homogeneidad de los resultados logrados.
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Estos rodillos aplican a la superficie de la capa prácticamente la misma presión desde la primera pasada; esa presión es prácticamente igual a la de inflado de la llanta, si se descuentan pequeños efectos de rigidez de la llanta misma. La superficie de contacto de la llanta con el suelo es función del peso del rodillo y de la presión de inflado, lo que lleva a la necesidad de usar equipos muy pesados cuando se deseen aplicar presiones muy grandes en áreas importantes.
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VARIACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO SECO CON LA PROFUNDIDAD EN UNA CAPA COMPACTADA I.
Rodillo Neumático Espesor de la capa compactada: 30 cm
Relación entre el peso volumétrico seco medio en el tercio inferior y el peso volumétrico seco medio en el Tipo de Suelo
resto de la capa.
10300 kg
10300 kg
5150 kg
5150 kg
por rueda
por rueda
por
por rueda
9.9
6.35
rueda
6.35
Arcilla plástica
0.93
0.93
0.88
0.88
Arcilla arenosa
0.95
0.94
0.90
0.89
0.95
0.95
0.95
0.96
Mezcla de arcilla, Grava y arena
B.
COMPACTACIÓN POR IMPACTO : La compactación es producida por una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo : Un apisonador
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En el campo, los compactadores por impactos van desde diferentes tipos de pisones (algunos manuales y otros con dispositivo que proporciona automáticamente el rebote) , hasta rodillos tipo Tamper, semejantes en ciertos aspectos a los pata de cabra, pero que reciben su acción de impacto a base de velocidades de operación mucho mayores. Los pisones tienen una amplia utilización para la compactación de zonas en que un rodillo convencional no cabe o que están en la inmediata vecindad de cualquier cosa que pueda perjudicarse por el golpe de un equipo normal.
Los mejores resultados compactando con estos equipos se han obtenido en suelos finos con abundante guijarros, así como en suelos finos residuales con fragmentos de rocas parcialmente interperizados.
Figura 4 . Influencia de un rodillo neumático a lo largo de la profundidad de la capa compactada.
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C.
COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN: La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia. Por ejemplo: Placa o rodillos vibratorios.
Las compactadoras vibratorias proporcionan la fuerza compactadora mediante una combinación del peso y la vibración de sus rodillos (tambores) de acero. Las compactadoras usadas para concreto asfaltico son automotrices y varían en peso desde 7 hasta 17 ton.
La frecuencia de vibración de los tambores usados para la compactación se encuentra generalmente entre 200 y 300 vibraciones por minutos (vpm) dependiendo del modelos y el fabricante.
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D.
COMPACTACIÓN POR AMASADO: La compactación por amasado se identifica en el campo con la acción del rodillo pata de cabra, si bien, como ya se dijo, actualmente se considera que los rodillos neumáticos ejercen un efecto de cizallamiento masivo entre las aglomeraciones de partículas que produce lo que podría considerarse un efecto similar. En el laboratorio existen actualmente pruebas que reproducen los mismos efectos, según fué ya comentado.
En esta sección se hará hincapié en la información que se refiere a compactación con rodillos pata de cabra y de una manera un tanto convencional los rodillos neumáticos se mencionarán preferentemente bajo la clasificación de rodillos de presión.
Los rodillos pata de cabra compactan concentrando grandes presiones en las áreas de apoyo relativamente pequeñas de sus vástagos; éstos penetran profundamente en la capa suelta tendida, especialmente en las primeras pasadas y esta penetración va siendo menor a medida que se densifica la capa. De esta manera el rodillo pata de cabra va compactando a la capa tendida de abajo hacia arriba, característica única en los rodillos de compactación, que frecuentemente se ha citado como la característica distintiva del procedimiento de amasado dentro de los trabajos de campo; en otras páginas de este escrito-se ha proporcionado información que hace ver que esta característica quizá tiene más de circunstancial que de fundamental en el efecto de estos rodillos.
La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Por ejemplo : Un rodillo “Pata de Cabra”
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Son muy similares tanto por sus características geométricas como de frecuencias, amplitudes y velocidades a la de rodillos lisos, pudiéndose en
muchos modelos intercambiarse los equipos. Llevan de 130 a 165 patas por cilindro, adoptando la forma de tacos de 100 mm de altura, ocupando aproximadamente un tercio de la superficie del tambor. Son adecuados para suelos plásticos y granulares, recomendándose los modelos de 16-20 t, con tracción al tambor. Es conveniente que las patas penetren y no se apoye la parte lisa del tambor en la capa. Para ello los espesores de capa adecuados no deberían ser superiores a la altura de las patas.
El rendimiento de los rodillos pata de cabra en el campo se ve influido por el manejo que se da a los equipos; por ejemplo, si los vástagos penetran en los mismos agujeros en pasadas sucesivas, el rendimiento obviamente se reduce y para evitar este efecto conviene que el operador haga ligeros cambios laterales en el recorrido del equipo. También se ha visto que el rendimiento de los rodillos de esta clase aumenta con la velocidad, tanto más cuanto menor sea el número de pasadas que se está empleando.
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Figura 4. Efecto de la compactación con rodillo “pata de cabra” en relación con la profundidad dentro de la capa compactada.
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VARIACIÓN DEL PESO VOLUMÉTRICO SECO CON LA PROFUNDIDAD EN UNA CAPA COMPACTADA I.
Rodillo Pata de Cabra Espesor de la capa compactada: 15 cm Relación entre el peso volumétrico seco medio en el tercio inferior y el peso volumétrico seco medio en el resto de la capa.
Tipo de suelo
Pata tipo troncocónica
Pata tipo
de 1.75 cm de longitud
paralelepipédica de 19.5 cm de longitud
E.
Arcilla plástica
0.88
0.88
Arcilla limosa
0.82
0.88
Arcilla arenosa
0.80
0.90
COMPACTACIÓN DINÁMICA RÁPIDA La compactación dinámica rápida, constituye una técnica de mejora del terreno que se logra mediante la densificación provocada por la aplicación repetida, en puntos convenientemente espaciados de la superficie del mismo, de impactos de gran energía. Se trata de generar golpes mediante un elevador hidráulico con pesos de 7 a 16 toneladas que se dejan caer desde una pequeña altura de 1-2 metros. Estos impactos se realizan dejando caer una pesada maza, sobre una zapata en contacto con la superficie del terreno, especialmente diseñada para tal fin. Se suelen dar entre 40 y 80 golpes por minuto. En condiciones adecuadas se podría compactar un espesor entre 4 y 7 metros de profundidad. Normalmente se dan entre 40 y 60 golpes por punto en mallas de 2 a 3 m de lado.
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IV.
ELECCIÓN DEL MÉTODO DE COMPACTACIÓN: La elección del método de compactación ( equipo ), depende de: 1.
Tipo de Suelo
2.
Variaciones del suelo dentro de la obra
3.
Tamaño e importancia de la obra a ejecutar
4.
Especificaciones de compactación del proyecto: Densidad, humedad óptima, Tamaño del sitio, Nº de pasadas.
5.
Tiempo disponible para ejecutar el trabajo
6.
Equipo que ya se posea antes de comenzar los trabajos
7.
Economía
A. SUELOS GRANULARES : Se compactan mejor por vibración. La vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propio peso. -
Placas y rodillos vibratorios
-
Masas desde altura ( comp. dinámica )
B. SUELOS COHESIVOS : Se compactan mejor por amasado e impacto. La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partículas en los vacíos con la vibración. La fuerza de impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie.
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-
Pisones
-
Rodillo Pata de Cabra y Neumático
-
Circulación adecuada del equipo de transporte
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V.
VENTAJAS DE UNA BUENA COMPACTACION -
Es conveniente y necesario compactar el terreno de fundación a humedad óptima y densidad máxima, a fin de mantener estable durante todo el año y especialmente durante la época de lluvias las carreteras calles y pistas de aterrizaje que se construyen.
-
También es bueno tener en cuenta los aumentos de volumen por hinchamiento de los suelos así como su contracción, porcentajes que de acuerdo al material pueden ser muy significativos incidiendo fuertemente en los costos finales de obra
-
La compactación permite el mejoramiento de las siguientes propiedades : o
Aumenta la capacidad de soporte de suelo
o
Reduce los asentamientos del terreno
o
Reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la penetración del agua, El agua fluye y el drenaje puede regularce.
o
Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo, ya que si hay vacíos, el agua penetra y habrá un esponjamiento en invierno y contracción en verano.
o
Impide los daños de las heladas, puesto que el agua se expande y aumenta de volumen al congelarse, haciendo que pavimentos se hinchen y losas y estructuras se agrieten.
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VI.
RELACION DE LA DENSIDAD ALCANZADA EN EL TERRENO VARIANDO EL NUMERO DE PASADAS DE RODILLO
) 2 2100 m / g K O 2000 C E S O S 1900 E P L A A 1800 D I R E F E R 1700
1600
1500 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Si al cabo de 12 pasadas de rodillo no se alcanzó la compactación deseada deberá disminuirse el espesor de las capas del material colocado, o aumentarse el peso del rodillo.
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PROYECTO PRESA DE ARRANQUE PARA EL DEPÓSITO DE RELAVES ATACOCHA
El paramento que estará en contacto con los relaves será cubierto con la geomembrana, con lo cual se evitará la filtración de posibles residuos líquidos contaminados con cianuro. No se considera ningún tipo de drenaje en el cuerpo del dique en vista de que no habrá contacto directo con agua debido a la impermeabilización con la geomembrana. Aunque la cimentación en este tipo de cierres de tierra pequeños no se proyecta, es necesario establecer algunas consideraciones como las siguientes:
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Se trata de una cimentación de tipo permeable que podría causar algún problema si el vaso se proyectara para embalsar agua, que no es el caso, no existirán por tanto fallas debido a tubificaciones. La presa de arranque fue construida con material propio del lugar, es decir, con arenas limosas existentes en las canteras I y II que fueron compactadas mecánicamente por capas niveladas. El volumen de hormigón ciclópeo que se utilizará
es de 5 984 m3 y el área a
impermeabilizarse con la geomembrana es de1 2918 m² y su especificación es: HDP; e= 2.5mm ancho de rollo 97.5 m y longitud 7150 m. Es notorio que este tipo de estructura disminuye el área del vaso consecuentemente el área de geomembrana.
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La Unidad Minera Atacocha considerada actualmente dentro de la mediana minería, siendo su producción polimetálica (concentrados de Zinc, Plomo y cobre). Se decidió la construcción de una presa de tierra en el sector del campamento de la mina Atacocha, El relave depositado proviene de la Planta Concentradora de Chicrín, la cual trata en promedio 3,350 toneladas de mineral, siendo su capacidad instalada de 3,500 t/día. Estos relaves proceden de un proceso de flotación en donde se utilizan reactivos como xantatos, sulfatos y fosfatos necesarios para la obtención de los concentrados de plomo y zinc. Estos relaves son clasificados mediante hidrociclones en la planta de relleno hidráulico. Ello permite separar la fracción gruesa a través de bombeo. Finalmente esta es enviada a las labores de mina para relleno hidráulico. La fracción fina de relaves no es utilizada en el relleno hidráulico. Esta presenta contenidos de plomo, zinc, que no son recuperados en el proceso de concentración, junto a contenidos de hierro, cobre, magnesio, manganeso, etc. del proceso. Dadas sus características serán conducidos al nuevo depósito de relaves. La presa de arranque fue construida con material propio del lugar, es decir, con arenas limosas existentes en las canteras I y II que fueron compactadas mecánicamente por capas niveladas. La presa de arranque tuvo varias modificaciones durante la ejecución, c omo la construcción de un contrafuerte de enrocado compactado hasta el nivel 4055 msnm. La fracción fina de relaves no es utilizada en el relleno hidráulico. Esta presenta contenidos de plomo, zinc, que no son recuperados en el proceso de concentración, junto a contenidos de hierro,
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cobre, magnesio, manganeso, etc. del proceso. Dadas sus características serán conducidos al nuevo depósito de relaves.
La presa de arranque fue construida con material propio del lugar, es decir, con arenas limosas existentes en las canteras I y II que fueron compactadas mecánicamente por capas niveladas. La presa de arranque tuvo varias modificaciones durante la ejecución, como la construcción de un contrafuerte de enrocado compactado hasta el nivel 4055 msnm.
La presa de arranque fue construida con material propio del lugar, es decir, con arenas limosas existentes en las canteras I y II que fueron compactadas mecánicamente por capas niveladas.
· El hormigón ciclópeo se compone de hormigón simple de 180 Kg/cm² en un 50 % y el otro 25 % de piedra La especificación del hormigón simple que forma parte del hormigón ciclópeo será de una resistencia de 180 Kg/cm² que se logra con 350 Kg/m³ de cemento.y una relación agua/cemento = 0.6
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Presa Atacocha El diseño de la presa se realizó tomando como base una presa de arranque, la cual será sobre elevada progresivamente en 3 etapas de crecimiento siguiendo el método de aguas abajo. Análisis de estabilidad La estabilidad de la presa Atacocha fue analizada bajo las condiciones estática y sísmica. En el análisis estático se han empleado parámetros de resistencia drenados (esfuerzos efectivos), mientras que para el análisis pseudoestático se han empleado parámetros de resistencia no drenados (esfuerzos totales). Los análisis han sido desarrollados usando el programa de estabilidad GSLOPE, que es ampliamente usado en el diseño de presas. En general, las superficies de deslizamientos circulares han sido utilizadas para evaluar el factor de seguridad usando el método de Bishop. El programa permite analizar más de 400 superficies potenciales de falla, para ser evaluadas para cada configuración de la presa. Los resultados determinan que la presa Atacocha proyectada es estable en las condiciones estática y sísmica.
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Presa de arranque La presa de arranque será construida con material propio del lugar, es decir, con gravas limosas existentes en las canteras I y II. La presa de arranque considera también la construcción de un contrafuerte de gravas limosas compactadas hasta el nivel 4055 msnm, ubicado en el talud aguas abajo, que además forma parte de la segunda etapa de crecimiento de la presa. Los materiales que conforman la presa de arranque serán compactados en capas. Estudio de Impacto Ambiental, Proyecto “Depósito de Relaves Vaso Atacocha” Resumen Ejecutivo Compañía Minera
Atacocha S.A. Noviembre 2006 15 Vector Perú S.A.C. TABLA 5 CARACTERÍSTICAS DE LA PRESA DE ARRANQUE Característica Valor Cota base del Vaso 4045 msnm Método de Construcción Aguas abajo Altura del Vaso 30.0 m Nivel Máximo de Almacenamiento 4075 msnm Altura de Presa 57 m Nivel de Corona 4084 msnm Ancho de Corona 4.0 m Talud aguas arriba Presa final El diseño de la presa final considera la sobreelevación de la presa de arranque en 3 etapas de crecimiento adicionales, siguiendo el método de aguas abajo hasta el nivel 4128 msnm. Las etapas de crecimiento del método propuesto, indican que la presa homogénea será construida colocando el relleno con gravas limosas compactadas sobre el talud aguas abajo del levantamiento previo. El eje de la presa final en la última etapa tiene una longitud de 430.5 m y 8.0 m de ancho de corona. Estudio de Impacto Ambiental, Proyecto “Depósito de Relaves Vaso Atacocha”
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CONCLUSIONES
Conocer los factores que afectan el proceso de formación
Identificar los equipos a utilizar en diferentes tipos de suelos para una adecuada compactación.
Desarrollar un método de ensayo para determinar la relación entre el contenido de humedad y el peso unitario seco compactado con una energía de compactación determinada.
Determinar el contenido de humedad para el cual el suelo alcanza su máxima densidad seca
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BIBLIOGRAFIA
CONSIDERACIONES SOBRE COMPACTACIÓN DE SUELOS EN OBRAS DE INFRAESTRUCTURA DE TRANSPORTE - Alfonso Rico Rodríguez Hermilo del Castillo Mejía Documento Técnico No. 7 Sanfandila.
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