COMPACTACIÓN Y ESTABILIZACIÓN DE SUELOS. Los suelos son el componente principal de la mayoría de los proyectos de construcción. Estos deben soportar cargas, pavimentos, servir como canales de agua, etc. Los suelos se pueden utilizar en el estado es que se encuentran o bien, ser excavados y tratados para adecuarlos al proyecto. El conocimiento de las cara caract cter erís ístitica cass y prop propied iedad ades es de los los suel suelos os son son muy muy impo import rtan ante tess en el desarrollo de proyectos y también para el diseño.
Desd Desde e 1933 1933,, Proc Procto torr inic inicio io un estu estudi dio o para para ente entend nder er las las prop propie ieda dade dess y compos composici icione oness de los suelos suelos y aunque aunque con con alguna algunass modific modificaci acione ones, s, estos estos métodos aun se utilizan
COMPACTACIÓN. Es un proc proces eso o de la dism dismin inuc ució ión n o mini minimi miza zaci ción ón de espa espaci cios os vací vacíos os por por medi medio o de la acci acción ón mecá mecáni nica ca de los los equi equipo poss de compactación. Durante este proceso se pude mejorar las caracteristicas del suelo, con un aumento simultaneo de densidad. El suelo como un elemento que recibe diferentes estructuras construidas por el hombre como por ejemplo calles, estacionamientos, edificaciones, por lo que con la compactación de un suelo se busca; I.- Mayor capacidad de carga. Al compactar un suelo se obtiene mayor densidad del mismo, debido a lo anterior se obtiene una mejor dist distri ribu bucción ión de fuer fuerza zass que que actú actúan an dire direct ctam amen ente te sobr sobre e el suel suelo o como como consecuencia de la carga que transmite la carga, lo que nos da una mayor capacidad de carga. II.- Mayor estabilidad. Al construirse alguna edificación sobre un suelo sin compactar o compactado en forma desigual, el suelo por la acción de la carga, se asienta en forma desigual, lo cual ocasionara grietas en la estructura, y en un momento dado la inestabilidad de la construcción. III.Disminución de la contracción del suelo. Al existir espacios de aire en el suelo, el agua penetra con facilidad, por lo que se produce un fenómeno de dilatación y contracción del suelo, el cual se separa de la estructura, modificando las condic condicion iones es inicia iniciales les de diseño diseño.. IV.IV.- Dismin Disminuci ución ón de la permea permeabil bilida idad. d. La permeabilidad de un suelo depende de la granulometría del suelo y de su densidad, un suelo bien compactado impide el paso del agua, evitando así
deformaciones en el suelo, modificando las características de diseño, como es el caso de los baches. V.- Disminución de asentamiento. Cuando un suelo esta mal compactado, en esos espacios se puede llenar de agua, el cual con bajas temp temper erat atur uras as se cong congel ela, a, y en los los camb cambio ioss de esta estado do pued puede e prod produc ucir ir agrietamiento en la estructura de los pavimentos, bases de estructuras, muros etc.
Tipo de suelo. Suelo no cohesivo (granular), son suelos compuestos de; rocas, piedras. gravas. y arenas, o sea suelos de granos gruesos.. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibra ibracción, ión, pero ero debe debe tene teners rse e en cuen cuenta ta,, com como ya se sabe sabe,, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho de la granulometría. Así, por ejemplo, en la figura 2 se indican dos curvas, una correspondiente a un suelo bien graduado y otra a un suelo mal graduado. Suelo cohesivo, son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino. Suelos mixtos, en la naturaleza la mayoría de loa suelos están compuestos por una intima mezcla de partículas de muchísimos tamaños. Forma y rugosidad del grano
(partí (partícul cula). a). Distri Distribu bució ción n del tamaño tamaño (distri (distribuc bución ión granul granulomé ométric trica) a) de los granos. Contenido de agua , El contenido de agua óptimo o humedad óptima es el cont conten enid ido o de agua agua nece necesa saria ria para para obte obtene nerr en el mate materi rial al el peso peso volumétrico seco máximo, teniendo en el proceso de compactación el papel de lubricante entre partículas de material, ofreciendo un mejor acomodamiento y un menor número de huecos o vacíos. Equipo de compactación empleado: •
Aplanadoras de rodillo liso de acero
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Compactadores con neumáticos
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Compactadores de rodillo de pata de cabra
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Compactadores vibratorios
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Compactadores de placa vibratoria
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Apisonadoras de impacto
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, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces es
necesario compactar el terreno natural como en el caso de cementaciones en arenas Todo suelo debe ser identificado clasificado por laboratorista antes de ser sometido a un ensayo. Para simplicidad, los suelos se pueden dividir en dos clases: a) Granulares: Son los suelos que no poseen ninguna cohesión, y consisten en rocas, gravas, arenas y limos. b)Cohesivos: Son suelos que poseen características de cohesión y plasticidad . Dichos suelos pueden ser granulares con parte de arcilla o limo orgánico, que les importen cohesión y plasticidad, o pueden ser arcillas o limos orgánicos sin componentes granulares.
Consistencia de los Suelos Cohesivos Los diferentes contenidos de humedad en un suelo, determinan diferentes
consistencias. El contenido de humedad modifica su consistencia. Indican una propiedad importante para la clasificación de los materiales cohesivos y como determinante en su comportamiento. Así, Así, se determ determina inan n median mediante te los llamad llamados os límite límite líquido líquido y límite límite plástico plástico, conocidos como Límites de Atterberg. Los suelos cohesivos se clasifican cualitativamente en: •
Consistencia muy blanda
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Consistencia blanda
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Consistencia media Consistencia firme
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Consistencia muy firme
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Consistencia dura
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PROP PR OPIE IEDA DADE DES S DE LO LOS S SU SUEL ELOS OS.. Ante Antess de mane maneja jarr prob proble lema mass de movimientos o tratamientos de suelo es necesario conocer su clasificación y propiedades. Tipos de suelos: Estos se clasifican dependiendo de tamaño de las partículas que lo conforman y del porcentaje de humedad que se encuentra en los mismos. Grava: Pasa la malla de 3 pulgadas y se retiene en la de 2 mm. Las partículas mayores se conocen como enrocamientos. Arena: Arena: Pasan la malla malla de 2 mm y se retienen retienen en la de .074 mm. Limo: Es un material más pequeño que la arena y se retiene en la maya de .005 mm. Este es poco resistente resistente,, tiene poca humedad humedad y es poco compresib compresible. le. Arcilla: Arcilla: Es un material cohesivo y sus partículas pasan la malla de .005 mm. Presentan plasticidad dependiendo del contenido de humedad y con muy compresibles. Material orgánico: Son partes podridas de vegetación y no son recomendables para proyectos de construcción.
OBSERVACIONES: a) Le forma de las curvas indica que a medida que la graduación mejora, tiene mayor influencia el contenido de agua, es decir, que en un suelo grueso mal graduado aunque varíe el contenido de agua el peso volumétrico seco del material no cambia mucho. Una posible explicación de este hecho puede ser el que a medida que la granulometría mejora, los huecos se hacen más pequeños y, por lo tanto, desde este punto de vista se asemeja a un suelo fino en donde la influencia del agua es fundamental. b) La mejor granulometría permite alcanzar mayores pesos volumétricos secos, pero debe tenerse en cuenta que no siempre la mayor compactación es la mejor. La granul granulome ometrí tría a efecti efectivam vament ente e influy influye e en el compo comportam rtamien iento to de los suelo sueloss gruesos compactados y puede observarse esa influencia porque los gruesos sometidos a la misma prueba de laboratorio determinan humedades óptimas diferentes si sus granulometrías también lo son. Cualquiera que sea la forma de compactar los suelos gruesos se debe tomar en cuenta dos peligros; el primero de ellos es que a medida que se compacta el suelo grueso su rigidez aumenta y la tendencia a la falla frágil se incrementa. El otro peligro consiste en que el suelo grueso adquiera una cierta deformación a partir de la cual se comporta como plástico, pues en ese caso cambia de forma mas no de volumen y si está situado en una zona sísmica puede producir el fenómeno de
licitación. Se piensa que la resistencia de un suelo fino arcilloso se incrementa notablemente al compactar; pero aun cuando se varíe el contenido de agua, la resistencia prácticamente permanece constante siempre que la deformación inducida sea relativamente grande. En general no se puede aceptar como axio axioma ma que que al aume aument ntar ar la compa ompact ctac ació ión n de un sue suelo fino fino arci arcillllos oso o necesa necesaria riamen mente te debe debe increm increment entars arse e la resist resistenc encia ia del suelo suelo.. En términ términos os generales al compactar una arcilla con una humedad mayor a la óptima tiende a disminuir su permeabilidad; una posible aplicación de este hecho es la tendencia a orientarse de las partículas laminares que constituyen la arcilla, esta tendencia se incrementa si se utiliza un sistema de compactación de amas amasad ado o (pat (pata a de cabr cabra) a) pero pero no siem siempr pre e es conv conven enie ient nte e comp compac acta tarr al máximo las arcillas.
PRUEBA PRUEBAS S A MATERI MATERIALE ALES. S. Antes ntes de emp empezar ezar con el dis diseño eño de una una construcción, se deben analizar en un laboratorio las muestras representativas de tipo de suelo en que se desea construir. En estas pruebas se analiza la granulometría, composición y resistencia de los suelos. Para esta prueba se pone ponen n tres tres dife difere rent ntes es capa capass de mate materi rial al en un cilin cilindr dro o de dime dimens nsio ione ness establecidas, se compacta cada una de estas con 25 golpes de una pesa a una altura calculada y a partir de esto y de pesar la muestra en su estado seco se puede puede obtene obtenerr la compa compacta ctació ción n que el suelo suelo puede puede tener. tener. Se maneja maneja en porcentajes de compactación tomando como el 100% la mayor compactación que se dio en la prueba. A partir de eso, el proyecto pedirá un porcentaje de compactación que será tomado sacando muestras inalteradas del suelo ya compactado y servirá para asegurarnos que la resistencia que esperamos sea
PRUEBAS DE COMPACTAC COMPACTACIÓN. IÓN. Actualmente verdadera. PRUEBAS Actualmente existen existen muchos muchos méto método doss para para repr reprod oduc ucir ir al meno menoss teór teóric icam amen ente te en el labo labora rato tori rio o unas unas cond condic icio ione ness dada dadass de comp compac acta taci ción ón de camp campo. o.
PRUEBA PRUEBA PROCTO PROCTOR R
ESTÁNDAR. El primer método, en el sentido de la técnica actual, es él debido a R.R. R.R. Proc Procto tor, r, conoc onocid ida a hoy hoy en día día como como prue prueba ba Proc Procto torr Está Estánd ndar ar o A.A.S.H.O. PRUEBA DE COMPACTACIÓN NUCLEAR. Esta prueba es usada para obtener porcentajes de humedad, el equipo necesario se puede llevar fácilmente al lugar de la obra y los resultados aparecen en una pantalla digital.
Esta prueba utiliza rayos gama que determinaran las densidades y por este medio se conoce la humedad. Ventajas de este método sobre otros: •
El tiempo que tarda es menor y no hay demoras en la construcción.
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Es no destructivo, por lo tanto, ahorra tiempo y dinero.
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Nos Nos da la dens densida idad d de suel suelos os con con agre agrega gado doss gran grande dess y mate materia riall congelado.
•
Reduce la posibilidad de errores humanos. Se deben de tomar todas las medidas de seguridad al usar este tipo de aparatos ya que emiten cierta radiación.
LABO LABORA RATO TORI RIO O VS. VS. CAMP CAMPO. O. La densi nsidad dad máx máxima ima seca es máxim áxima a solamente para un esfuerzo en especifico, por lo tanto, cuando se compacta en campo, el esfuerzo puede ser mayor y la curva obtenida en el laboratorio se desplazara, aunque no perderá sus propiedades geométricas. Si se tiene un suelo con un porcentaje de humedad especifico, un numero de capas por compactar, una carga de compactación y un numero de pasadas. El contratista no tiene opción mas que cumplir con la especificación. ESPECIFICACIONES. El contratista puede elegir el método mas adecuado de compactación que quiera y el resultado debe ser el porcentaje de compactación que se le indica en el proyecto. MÉTODOS. El método de compactación seleccionado debe estar de acorde con las especificaciones de proyecto de los proyectos excepto cuando se han realizado numerosas pruebas para quitar la posibilidad de que el suelo se comporte de una manera diferente a la proyectada.
COMPACTAC COMPACTACIÓN IÓN DINÁMICA. DINÁMICA. Apli Aplica caci ción ón de la carga carga en form forma a diná dinámi mica ca (equipo vibratorio). TIPOS DE EQUIPO DE COMPACTACIÓN. TIPOS: • Peso estático. • Vibración • Impacto • Explosivos
EQUIPOS: • Rodillos irregulares. • Rodillos modificados • Rodillos lisos. • Rodillos de llantas. • Rodillos con vibración. • Bailarinas. • Rodillos manuales.
PATAS DE CABRA. Estos sirven para compactas suelos finos cohesivos. Consisten en concentrar todo el peso de la maquina en áreas más pequeñas para inducir un esfuerzo mayor. La forma de uso es dar un numero de pasadas dependien iendo de las las necesidades de compactación. RODILLOS MODIFICADOS. Estos trabajan igual que la pata de cabra pero el dibujo de los rodillos es distinto, además puede ser que estos no cuenten con una maquina RODILLOS LISOS. LISOS. Estos prop propia ia y sean sean arra arrast stra rado doss por por otra otra maqu maquina ina.. RODILLOS funcionan para suelos friccionantes y en su mayoría presentan vibración para ayudar al mejor acomodo de las partículas. La compactación que estos dan depende del peso del equipo y del tipo de suelo que se compacta. RODILLOS DE LLANTAS. Sirven el mismo propósito que los anteriores y tienen una serie de llantas que no dejan que pase nada de suelo sin ser compactado. En ocasiones tienen ilesas de 9 o más llantas y también sirven para compactar suelos suelos cohesi cohesivos vos.. Para Para estos estos es import importan ante te tomar tomar en cuenta cuenta lo siguie siguiente nte:: • Peso de la llanta • Tamaño de la llanta. • Dibujo de la llanta. • Presión de inflado.
TEOR TEORÍA ÍA DE LA VÁL VÁLVUL VULA DE PRES PRESIÓ IÓN N PARA PARA DIST DISTRI RIBU BUCI CIÓN ÓN DE CARGAS. Esta Esta trata trata de pres presion iones es dada dadass por por círc círcul ulos os,, y se apro aproxi xima ma al fenómeno de compactación con llantas o rodillos. Sobre la base de esta, podemos calcular la carga que damos al suelo al compactar y trazar una curva.
COMPA COMPACTA CTADOR DORES ES CON VIBRAC VIBRACIÓN IÓN.. En los los mate materi rial ales es grue grueso sos, s, es importante que las partículas son reacomoden para la compactación, por lo tanto, la vibración son indispensables en estos casos. BAILARINAS. Están hechas a base de un plato que vibra y compacta dando golpes al suelo. Es
oper operad ado o manu manual alme ment nte e y es muy muy usad usado o en comp compac acta taci cion ones es de cepa cepass rellen rellenada adas, s, guarni guarnicio ciones nes y áreas áreas peque pequeña ñass donde donde no vale vale la pena pena meter meter
DENSIFICA ICACIÓ CIÓN N DE SUELO SUELOS S POR EXPLOS EXPLOSION IONES ES maquinaria maquinaria grande. grande. DENSIF VIBRATORIAS. Este es poco utilizado por su difícil calculo y el posible daño a estructuras adjuntas, sin embargo, al aplicar explosivos una capa de suelo se podría exentar entre 2 y 10%. Esto pasa por el reacomodo de las partículas debido
a
la
vibración
que
produce
el
explosivo.
MÉTO MÉTODO DOS S DE
VIBROCOMPACTACIÓN. MÉTODO DE LA PILA VIBRANTE. Este es a partir de una pila que es cargada por una especie de grúa. Al poner a vibrar a la pila sobre el suelo, sus partículas sé recamado y se compacta el suelo. El arreglo de puntos en donde se pone la pila es cuadrado y las distancias dependen del tipo de suelo, el grado de compactación y la capacidad de vibración de la pila.
VIBROFLOTACIÓN. Este es parecido a la pila con la diferencia que contiene unas bombas de agua y extensiones que producen vibración en el suelo al ser hincado el aparato unos 3 pies por su propio peso. Ya que esta hincado, el agua comienza a trab rabajar jar y el suelo se compacta por vibración.
COMPACTACIÓN DINÁMICA. Esta consiste en dejar caer grandes cantidades de peso sobre el material que se desea compactar. Esto funciona a base de una grúa que carga una pesa con una cara lisa que caerá sobre la superficie provocando un fenómeno de compactación. Las cargas comunes son de unas 20 toneladas y se dejan caer desde 100 pies de altura. ESTABILIZACIÓN DE
SUELOS. Much Muchos os suel suelos os está están n suje sujeto toss a expa expans nsio ione ness y enco encogi gimi mien ento toss dife difere renc ncia iales les,, por por lo tant tanto o es nece necesa sari rio o esta estabi biliz lizar arlo los, s, ya sea sea quím químic ica a o mecánicamente para poder así llevarlos a una actividad adecuada para poder desarrollar nuestro proyecto. En la construcción la estabilización casi siempre se refiere a ponerle un material barato (estabilizante) al suelo para hacerlo más homogéneo
y
los
métodos
más
comunes
son
los
siguientes.
MOLE MOLER R Y MEZC MEZCLA LAR R SUEL SUELOS OS.. Si el suelo uelo es hete hetero rogé géne neo o desd desde e su exca excava vaci ción ón,, este este pued puede e ser ser mezc mezcla lado do con con maqu maquin inar aria ia desd desde e la mism misma, a, excavando en diferentes capas horizontales. Cuando este material se pone en un rel relleno, se debe moler aun más con un compactado dinámico.
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON LIMOS. Este es un proceso químico que
mejora el suelo al adherir limos. Esto pasa casi siempre en suelos arcillosos con mucha agua que se vuelven plásticas y no resistentes, por lo tanto, la
ESTABILIZ LIZACI ACIÓN ÓN CON LIMOS LIMOS reac reacci ción ón de los los limo limoss mejo mejora ra el suel suelo. o. ESTABI CENIZA. Esta tiene el mismo sentido que la anterior con la diferencia de que este es un material derivado de las plantas de energía y puede ser utilizado a un costo muy bajo para fines de mejoramiento de suelos. ESTABILIZACIÓN
DE SUELOS CON ASFALTO. Al mezclar las partículas granulares con asfalto, se produce un material más durable y resistente. También se le agregan algunas partículas finas para llenar los vacíos. Es importante el contenido de humedad del material al anexar el asfalto y también esperar a que se evaporen los
gases
que
este
contiene
antes
de
tenderlo
y
compactarlo.
ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO. El poner cemento Pórtland en los suelos es un método muy bueno para suelos con contenidos mínimos de partículas finas, es decir, que en suelos granulares este método es muy bueno aunque un poco caro por el alto precio del cemento.
