UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTA FACULTAD D DE INGENIERÍA INGENIERÍ A ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL DOCENTE:
Ing. Huertas Polo Jose CURSO:
Mecánica de Mecánica de Suelos I
TEMA:
INFORME DE COMPACTACION ALUMNOS:
Mora In In!ante Adrian Mora Mora In!a In!ant nte e Fa"ri a"ric cio Hua# Hua#a an $a $a%án %án Je Je!!er !!ers son Sol Solor%a or%an no A& A&ila ila Jun Junio ior r
CICLO:
' TURNO/NRC:
(unes ).*+ , -./ 0 NRC12)+
TRUJILLO – PERÚ
COMPACTACIÓN DE SUELOS INTRODUCCIÓN La compactación es la densifcación del suelo por medios mecánicos y el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios acíos! aumentando así su densidad y en consecuencia! su capacidad de soporte y esta"ilidad entre otras propiedades# Los ensayos de compactación de suelos son de gran importancia ya $ue a tra%s de ellos se puede &allar ciertas características &idráulicas y mecánicas con la fnalidad de usar estas particularidades para aumentar la resistencia de un suelo en el cual se a a construir una o"ra ciil# 'ste grupo de prácticas tiene como o"(etio )undamental el estudiar un tipo de suelo en específco! determinar sus pesos unitarios! densidades y &umedades para así me(orar las propiedades del material# 'l propósito de un ensayo de compactación en la"oratorio es determinar la cura de compactación para una determinada energía de compactación# 'sta cura considera en a"scisas el contenido de &umedad y en ordenadas la densidad seca# * partir de ella! se podrá o"tener la &umedad llamada óptima $ue es la $ue corresponde a la densidad má+ima# Con estos resultados se podrá determinar la cantidad de agua de amasado a usar cuando se compacta el suelo en terreno para o"tener la má+ima densidad seca para una determinada energía de compactación# ,ara cumplir este propósito! un ensaye de la"oratorio de"e considerar un tipo de compactación similar a la desarrollada en terreno con los e$uipos de compactación a especifcar# 'l agua (uega un papel importante! especialmente en los suelos fnos# -ay $ue &acer notar $ue cuando &a"lamos en este párra)o de suelos fnos! no estamos refri%ndonos a suelos $ue contengan más de un ./0 de fnos! sino a la )racción fna $ue controla este comportamiento# 'sta )racción fna! $ue puede ser para graas so"re un 10 y para arenas so"re un 230 4-olt5 26789! llea a limitar el uso de la densidad relatia y! por lo tanto! o"liga a su reempla5o por el ensayo de compactación# 'l agua en poca cantidad! se encuentra en )orma capilar produciendo tensiones de compresión entre las partículas constituyentes del suelo $ue llean a la )ormación de grumos di)íciles de desintegrar y $ue terminan por difcultar la compactación# :irado desde un punto de ista )ísico;$uímico! se produce una tendencia a la
disminuir la tensión capilar y a niel )ísico $uímico )acilita la separación de las partículas &aciendo $ue una misma energía de compactación produ5ca me(ores resultados en el grado de consistencia del suelo! representado por un menor índice de acíos y un mayor peso unitario seco# =i por otra parte! el agua pasa a e+istir en una cantidad e+cesia antes de iniciar la compactación! ella difcultará el despla5amiento de las partículas de suelo de"ido a la "a(a permea"ilidad del suelo y por ende a la difcultad de su eliminación ; produciendo una disminución en la efciencia de la compactación# 'n consecuencia! e+istirá para un determinado suelo fno y para una determinada energía de compactación! una &umedad óptima para la cual esta energía de compactación producirá un material con densidad seca má+ima# Teoría De La Compactación Desde tiempos pre;&istóricos los constructores &an reconocido el alor de la compactación del suelo para producir masas )uertes! li"res de asentamiento y resistentes al agua# ,or más de 3/// a>os la tierra &a sido aprisionada con maderos pesados! por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos! pero el costo de este tra"a(o "ruto era mayor! en muc&os casos! $ue el alor de la compactación# ,or otro lado! si la tierra se descarga meramente en el lugar! y no se compacta! )recuentemente )alla por e)ecto de las cargas y contin?a asentándose por d%cadas# @ue R# R# ,roctor $uien indicó el camino de la compactación e)ectia a "a(o costo! defnió cuatro aria"les $ue a)ectan a la compactación en suelos con co&esiónA B ,eso unitario seco B Contenido de agua B Tipo de suelo B 'nergía de Compactación Otras aria"les $ue a)ectan al proceso de compactaciónA B :%todo de compactación B -umedad original del suelo B =entido $ue recorre la escala de &umedades B Temperatura B Recompactación B Numero y espesor de capas! n?mero de pasadas etc La compactación o reducción de la relación de acíos se produce de arias manerasA reordenación de las partículas! )ractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reordenación y la
compactación de la má$uina de compactar# La efcacia de la energía gastada depende del tipo de partículas $ue componen el suelo y de la manera como se aplica el es)uer5o de compactación#
O'TIEO= =u o"(etio es el me(oramiento de las propiedades de ingeniería del suelo! con el fn de esta"lecer un me(or criterio del comportamiento mecánico# ,ermite el me(oramiento de las siguientesA •
• •
Reduce la permea"ilidad del suelo! el escurrimiento y la penetración del agua# 'l agua
,RINCI,IO= F'N'R*L'= Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación! este act?a como un agente a"landador de las partículas de suelo! $ue &ace $ue se deslicen entre si y se muean a una posición de empa$ue más denso# 'l grado de compactación de un suelo se mide en t%rminos de su peso específco seco# ,roceso De Compactación 'n Campo La compactación se defne como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densifcación del suelo al reducirse los espacios acíos por la e+pulsión de parte del aire contenido en ellos a tra%s de la aplicación de una determinada carga# No todo el aire puede ser e+pulsado durante este proceso por lo $ue el suelo se considera parcialmente saturado# :%todos ,ara Compactar 'l =uelo =e emplean cuatro m%todos principales de compactaciónA Compactación 'stática O ,or ,resión La compactación se logra utili5ando una má$uina pesada! cuyo peso comprime las partículas del suelo! sin necesidad de moimiento i"ratorio# =on apropiados para rodadas de prue"a de su"rasantes y para la operación fnal de rellenos con suelos arenosos y arcillosos! no son apropiados para producir altos pesos específcos de compactación al usarse en capas gruesas# ,or e(emploA Rodillo 'stático o Rodillo Liso
Compactación ,or Impacto La compactación es producida por una placa apisonadora $ue golpea y se separa del suelo a alta elocidad# ,or e(emploA Un apisonador
Compactación ,or Ei"ración Los rodillos i"ratorios son muy efcientes en la compactación de suelos granulares# La compactación se logra aplicando al suelo i"raciones de alta )recuencia! las cuales se producen girando pesos e+c%ntricos# Compacta los primeros 3// a 8// mm! por lo tanto es necesario compactar por capas# Las placas i"ratorias manuales se usa para la compactación e)ectia de suelos granulares so"re un área limitada# ,or e(emploA ,laca o rodillos i"ratorios# Compactación ,or *masado La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distri"uidas en áreas más pe$ue>as $ue los rodillos lisos# Tienen su mayor e)ectiidad en la compactación de suelos arcillosos# ,or e(emploA Un rodillo G,ata de Ca"raH 'nsayo de compactación ,roctor
Cura de Compactación de la cual se o"tiene la &umedad óptima y la masa específca# 'n mecánica de suelos! el ensayo de compactacin P!octo! es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno# * tra%s de %l es posi"le determinar la densidad seca má+ima de un terreno en relación con su grado de &umedad! a una energía de compactación determinada#
'+isten dos tipos de ensayo ,roctor normali5ados el J'nsayo ,roctor =tandardJ! y el J'nsayo ,roctor :odifcadoJ# La di)erencia entre am"os se encuentra en la energía utili5ada! la cual se modifca seg?n el caso ariando el n?mero de golpes! el pisón 4cam"ia altura y peso9! el molde y el n?mero de capas# *m"os ensayos se de"en al ingeniero $ue les da nom"re! Ralp& R# ,roctor 426889! y determinan la má+ima densidad $ue es posi"le alcan5ar para suelos! en determinadas condiciones de &umedad y energía# 'l ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con olumen conocido! &aci%ndose ariar la &umedad para o"tener la cura $ue relaciona la &umedad y la densidad seca má+ima a determinada energía de compactación# 'l punto má+imo de esta cura corresponde a la densidad seca má+ima en ordenadas y a la &umedad óptima en a"scisas# La energía de compactación iene dada por la ecuaciónA K n#N#,#-ME DondeA •
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K ; energía a aplicar en la muestra de suelo n ; n?mero de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado
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N ; n?mero de golpes aplicados por capa
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, ; peso del pisón
•
- ; altura de caída del pisón y
•
E ; olumen del cilindro#
'l Frado de compactación de un terreno se e+presa en porcenta(e respecto al ensayo ,roctor es decir! una compactación del 1.0 de ,roctor =tandard $uiere decir $ue se alcan5a el 1.0 de la má+ima densidad del ,roctor =tandard# 'l porcenta(e puede ser mayor al 2//0! por e(emplo! en casos en $ue la energía de compactación en campo es mayor a la del ,roctor =tandard# Las principales normatias $ue defnen estos ensayos son las normas americanas *=T: D;61 4*=T: es la *merican =ociety )or Testing :aterials! =ociedad 'stadounidense para el 'nsayo de :ateriales9 para el ensayo ,roctor estándar y la *=T: D;2..7 para el ensayo ,roctor modifcado# 'n 'spa>a e+isten las normas UN' 2/8;.//;6 $ue defne el ensayo de compactación ,roctor normal y la UN' 2/8;
./2;6 $ue defne el ensayo ,roctor modifcado# 'n *rgentina se puede re)erir a las normas de Eialidad Nacional#
:%todos De Control 2# :%todos DestructiosA ; :%todo del Cono y la *renaA La arena a utili5ar en este m%todo tiene $ue ser pasante del tami5 NP 3/ y retenida en el tami5 NP 8/# 'sta se coloca en el &oyo preiamente a"ierto y se a acomodando con relación de acíos mínima pudiendo calcularse así el olumen de la muestra# ,ara ello se coloca encima del orifcio una placa con a"ertura central de ó pulgadas de diámetro y luego un cono do"le unido con una alula y un )rasco en uno de sus e+tremos conteniendo en la arena! esta se de(a caer so"re el &oyo midiendo la empleada para llenarlo# ;:%todo del )rasco Eolum%tricoA Consiste en medir el olumen del orifcio preiamente a"ierto en la capa compactada mediante la introducción en %l de una goma plástica de apro+imadamente 3mm de espesor! la cual se encuentra dentro del aparato siendo introducida dentro del orifcio a tra%s de la inyección de agua a presión# ;:%todo del aceiteA Consiste en medir el olumen del orifcio mediante la introducción %n el de un olumen conocido de aceite! el cual de"e retirarse al concluir el ensayo# 'ste m%todo no se recomienda en el caso de suelos arenosos# 3# :%todo No DestructiosA 'stos permiten la o"tención del peso unitario y la &umedad del suelo directamente en campo mediante la utili5ación de radiaciones gamma proenientes de un elemento radioactio $ue se encuentra dentro del aparato de medición# 'ste e$uipo se conoce como densímetro nuclear y e+isten tres tiposA 29 Tro+les! 39 Camp"ell ,acifc Nuclear! 89 -um"oldt# 'sta"ili5ación De =uelos 'l proceso por el cual se me(ora el suelo para $ue pueda alcan5ar los re$uisitos f(ados se llama esta"ili5ación de suelos# 'n su más amplio sentido! la esta"ili5ación incluye la compactación! el drena(e! la pre; consolidación y la protección de la superfcie contra la erosión y la infltración de la &umedad sin em"argo! al termino esta"ili5ación se
le a restringiendo gradualmente su alcance a un solo aspecto al me(oramiento del sueloA la modifcación del propio material del suelo# Re$uisitos De La 'sta"ili5ación 'l modo de modifcar y el grado de modifcación necesarios dependen del carácter del suelo y de sus defciencias# =i el suelo no es co&esio! esto se puede lograr dándole co&esión por medio de un agente ligante# =i es co&esio se puede aumentar su resistencia &aciendo el suelo resistente a la &umedad alterando la película de agua a"sor"ida! aumentando la co&esión y aumentando la )ricción interna# La inmunidad a la retracción y la e+pansión se pueden lograr sementando! modifcando la capacidad del mineral arcilloso para la a"sorción de agua &aciendo el suelo resistente a los cam"ios de &umedad# La permea"ilidad se puede reducir llenando los poros con un material impermea"le o modifcando la estructura del mineral de arcilla y el agua a"sor"ida para impedir la
*ditios para retener la &umedad# *ditios resistentes a la &umedad# Cementación# Congelación# Relleno de los poros# *lteraciones )ísico $uímicasA 'sta"ili5ación $uímica#
Tipos De 'sta"ili5ación 'sta"ili5ación =uelo Cemento#; 'n esta esta"ili5ación se emplea cemento ,ortland para )ormar una me5cla como concreto en el propio lugar en esta me5cla el suelo es el árido# 'ste tipo de esta"ili5ación &a tenido muc&o %+ito en la construcción de paimentos de "a(o
costo para tránsito ligero y como capas rígidas de "ase para tránsito pesado# Cementación Con *s)alto#; Los ligantes "ituminosos se &an usado para su"rasantes y paimentos de "a(o costo# La esta"ili5ación as)áltica tiene su mayor uso en suelos arenosos con poca o ninguna arcilla# Cementación Química#; La cementación $uímica consiste en unir las particular del suelo con un agente cementante! $ue se produce por una reacción $uímica dentro del suelo# La reacción no incluye necesariamente las partículas del suelo! aun$ue en la unión o liga5ón si están implicadas las )uer5as intermoleculares del suelo# 'sta"ili5ación :ecánica#; 's el me(oramiento del suelo por el cam"io de graduación# Consiste generalmente en me5clar dos o más suelos naturales para tener un material compuesto $ue sea superior a cual$uiera de sus componentes pero tam"i%n incluye la adición de roca triturada o escoria o la tami5ación del suelo para remoer partículas de cierto tama>o# 'sta"ili5ación 'lectro$uímica#; Implica un cam"io de "ase producido por una corriente el%ctrica# Los cationes de aluminio se desprenden de un electrodo positio de aluminio y emigran en el suelo! &acia el electrodo negatio y en el curso de sus moimientos se e)ect?a el cam"io de "ase# *l mismo tiempo el drena(e electroósmosis &acia el electrodo negatio $ue tiene la )orma de un poso#
')ectos de la compactación del suelo La compactación del suelo produce un aumento en su densidad 4densidad aparente9! aumenta su resistencia mecánica! destruye y de"ilita su estructuración# Todo esto &ace disminuir la porosidad total y la macroporosidad 4porosidad de aireación9 del suelo# Los e)ectos $ue la compactación produce! se traducen en un menor desarrollo del sistema radical de las plantas y! por lo tanto! un menor desarrollo de la planta en su con(unto! lo $ue redunda en una menor producción 4@igura 29#
@igura 2# Desarrollo de un cultio en un suelo sin restricciones )ísicas de suelos 4a9 y el mismo cultio desarrollándose en un suelo $ue tiene una estrata de suelos compactada 4"9# De los )actores mencionados! son dos los $ue an a tener un e)ecto directo so"re el crecimiento de las raíces! estos sonA # *umento de la resistencia mecánica del suelo# # Disminución de la macroporosidad del suelo# 'l aumento de la resistencia mecánica del suelo a a restringir el crecimiento de las raíces a espacios de menor resistencia! tales como los $ue se u"ican entre las estructuras 4terrones9! en caidades )ormadas por la )auna del suelo 4lom"rices9 y en espacios $ue se producen por la descomposición de restos orgánicos gruesos 4raíces muertas9# 'sta situación a a producir un patrón de crecimiento característico de raíces aplanadas! u"icadas en fsuras del suelo! con una escasa e+ploración del olumen total del suelo La disminución de la macroporosidad del suelo a a producir una "a(a capacidad de aireación y o+igenación del suelo! lo $ue a a producir una disminución de la actiidad de las raíces y! consecuentemente! un menor crecimiento de %stas! un menor olumen de suelo e+plorado! una menor a"sorción de agua y nutrientes# 'ste e)ecto se agraa cuando se riega en )orma e+cesia! llegando a producirse la muerte de las raíces por asf+ia# 'sto de"ido a $ue los escasos macroporos $ue pueden airear el suelo an a permanecer llenos de agua gran parte del tiempo# ,reención de la compactación del suelo La compactación del suelo es un )enómeno di)ícil de corregir y de un eleado costo# ,or lo tanto! &ay $ue tomar las medidas necesarias para $ue este )enómeno no ocurra o "ien se mitigue! de manera $ue no llegue a nieles $ue limiten el potencial productio de la especie
cultiada# Tam"i%n de"e tenerse en consideración $ue si "ien el pro"lema puede ser aliiado con algunas medidas de corrección! e+iste el riesgo de recompactar el suelo y el recurso suelo puede $uedar en un niel de mayor degradación# ,or lo tanto! luego de aliiada la compactación! es necesario reali5ar prácticas de mane(o de suelos $ue eiten $ue este )enómeno se uela a producir en )orma intensa# * continuación se presentan los )actores $ue an a incidir en el proceso de compactación del suelo y $ue de"en tenerse en consideración al momento de comprar o arrendar ma$uinaria agrícola y al programar o reali5ar las la"ores agrícolasA @actores relacionados con la ma$uinaria # ,eso de la ma$uinariaA a mayor peso de la ma$uinaria mayor posi"ilidad de compactar el suelo y mayor pro)undidad puede alcan5ar la compactación# # Distri"ución del peso de la ma$uinariaA si el peso de la ma$uinaria es desuni)orme! por e(emplo mayor peso en ruedas traseras! la presión e(ercida por %stas so"re el suelo será mayor# # *nc&o de los neumáticosA si el peso de la ma$uinaria se distri"uye en un área mayor 4neumáticos más anc&os9! la presión so"re el suelo será menor $ue en el caso de usar neumáticos más angostos# # ,resión de in
@actores relacionados con el suelo # Características )ísicas y propiedades mecánicas del suelo 4te+tura! tipo y esta"ilidad de la estructura! densidad aparente! carga &istórica! resistencia a la de)ormación9# # Contenido de &umedad del sueloA a mayor contenido de &umedad! el suelo puede de)ormarse y compactarse con menores presiones reci"idas# ,or lo tanto! las la"ores de"en reali5arse con el suelo lo más seco posi"le# :edidas $ue pueden ayudar a eitar el pro"lema 2# Incorporación de materia orgánica al sueloA la materia orgánica incorporada al suelo act?a directa e indirectamente )aoreciendo la )ormación y la esta"ilidad de la estructura del suelo! lo $ue puede ayudar a preenir la compactación# 3# Uso de cu"iertas egetalesA la penetración de las raíces y su posterior muerte producen poros continuos $ue ayudan al moimiento del aire y el agua en el suelo# ,or medio de la cu"ierta egetal! se incorpora tam"i%n materia orgánica al suelo# 8# Uso de camellones para la &uella del tractorA al construir camellones para el paso de las ruedas de la ma$uinaria se eita $ue el e)ecto de la compactación llegue a mayor pro)undidad# # Uso de pistas de circulaciónA al u"icar pistas e+clusias para el tránsito de la ma$uinaria se puede eitar el paso innecesario de ma$uinaria por la superfcie del suelo# .# *(ustar ma$uinaria a una misma troc&aA esta medida está orientada a reducir el área $ue es usada por la ma$uinaria! manteniendo una sola &uella para el paso de las ruedas# 'n)rentando la compactación del suelo ,ara a"ordar el pro"lema de la compactación se pueden tomar medidas correctias! como en el caso del su"solado! y medidas de tipo complementaria! $ue no modifcan rápidamente la condición actual del suelo pero $ue ayudan a me(orar el comportamiento del cultio o "ien tiene un e)ecto en el suelo a un mediano o largo pla5o# * continuación se anali5an "reemente algunas de estas medidas# =u"solado
La práctica del su"solado consiste en soltar el suelo "a(o la pro)undidad normal de cultio! usando un arado de uno o más "ra5os rígidos! con el o"(etio de romper capas de suelos compactadas# Los su"soladores normalmente tra"a(an a pro)undidades de 8/;7/ cm# '+iste tam"i%n la alternatia de usar alg?n tipo de arado de ertedera! teniendo en consideración $ue la capacidad de pro)undi5ar es menor y tiene mayores re$uerimientos de potencia# Cuando el su"solador pasa por el suelo a soltando las capas compactadas! leantándolas y disgregándolas! )ormándose una red de macroporos interconectados# *lgunos de los cuales an desde el su"suelo suelto &asta la superfcie! actuando como ías para la penetración de raíces y el
penetrar por grietas y poros muy pe$ue>os! las paredes de %stos de"en ser capaces de ceder ante la presión e(ercida por la raí5# Con)orme a aumentando la densidad del suelo el crecimiento de las raíces a re$uiriendo un mayor gasto de energía y su desarrollo se a iendo a)ectado! pudiendo erse totalmente impedido si la compactación es e+cesia#
CONCLUSIONES:
Todas las construcciones se a3o4an en el suelo5 3or lo tanto 6a4 7ue sa"er c8#o se co#3ortan los distintos suelos ante di&ersas solicitaciones. Cual7uier o"ra de construcci8n in&olucra #iles de trans!or#aciones 7u9#icas5 las cuales 6an con&ertido los 3roductos en 3ol&o 4 los l97uidos en s8lidos 7ue 3er#anecen 3er!ecta#ente unidos entre s9. S8lo el !raguado del 6or#ig8n in&olucra #ás de &einte reacciones 7u9#icas distintas. Miles de 3e7ue:os #ilagros de trans!or#aci8n de la #ateria ocurren durante el 3roceso de construcci8n. (a 7u9#ica no es un as3ecto #ás de la construcci8n sino la "ase del 3roceso constructi&o.
LINOFR*@RS* &ttpAMMicc#uc#clMgeotecniaM/8docenciaM/8clasescatedraMcl asescatedrams3Mms3Mcompactacionsuelos#pd) &ttpAMMes#slides&are#netMedison"arros61Mcompactaciones;de; los;suelos &ttpsAMMes#scri"d#comMdocM3/2.68817MIN@OR:';D'; 'N=*KO=;D';CO:,*CT*CION;D';=U'LO=;K;CONTROL;D'; CO:,*CT*CION;'N;C*:,O &ttpAMM#academia#eduM77..82MIn)ormedeCompactaci on
