INGENIERIA CIVIL
UNIDAD 10 MEJORAMIENTO MECANICO DE LOS SUELOS
MECANICA DE SUELOS 1
CATEDRATICO: ING. ALEJANDRO GARCÍA VAZQUEZ
PRESENTA: IVON CRUZ GARCIA
JILOTEPEC, MÉXICO
AGOSTO 2011
UNIDAD 10 MEJORAMIENTO MECANICO DE LOS SUELOS TEMA 10.1
Determinación de pesos volumétricos de campo por los métodos de:
El problema de la compactación de los suelos estuvo desde un principio ligado a la Necesidad de controlar los trabajos de campo. En las vi as terrestres, estos trabajos suelen realizarse a contrato, por lo que la verificación de lo realizado está ligada a problemas de pago y otros de carácter legal. La verificación no sólo ha de referirse a que el contratista ejecute todas las operaciones que se le encomienden, sino también a que se alcancen en la obra los resultados técnicos exigidos por el proyecto. Para medir la resistencia, la compresibilidad, la permeabilidad y todas las demás propiedades relevantes de los suelos se requieren pruebas especializadas, que necesitan laboratorios con un cierto nivel de equipamiento y tiempos de ejecución casi siempre demasiado largos para controlar un proceso de compactación que avance de manera normal. Por ejemplo, para controlar la compresibilidad de suelos finos podría pensarse en la utilización de pruebas cada una de las cuales exige varios di as de trabajo; en otros casos, no existen pruebas estandarizadas y reconocidas, tal como podría suceder al desear controlar la resistencia a la erosión. La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa un cierto porcentaje.
EQUIPO EMPLEADO PARA LA PRACTICA Y SU PROCEDIMIENTO 1. Molde próctor con molde 2. Fluxómetro 3. Equipo (compuesto de un frasco, un cono metálico y arena silica o de Ottawa que pase la malla #20 y se retenga en la #30) 4. Base metálica para el cono 5. Balanza de 20 Kg. con aproximación de un gramo 6. Una charola cuadrada 7. Una brocha y un cordell 8. Una cápsula de aluminio 9. Un horno con temperatura controlable 10. Un cincel y un martillo 11. Bolsas de hule 12. Una placa de 10cm de diámetro PROCEDIMIENTO: Se mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; después se pesa el cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca éste sobre las mariposas del cilindro evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde con arena hasta que ésta se derrame; se cierra la válvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del frasco y se enraza el cilindro ayudado por un cordell para evitar ejercer presión, se limpia la base con la brocha y se pesa; por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el
volumen del cilindro nos proporcionará el peso volumétrico. Se repite el proceso anterior de 3 a 5 veces dependiendo las variaciones en el peso de la arena. Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana (en este caso la charola), se cierra la válvula y se coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula y, se pesa el equipo con la arena sobrante.
TEMA 10.1.1
Cono de arena
La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso especifico y de la humedad óptima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este método de conocer el grado de compactación es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de una cala, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactada.
EQUIPO EMPLEADO Y PROCEDIMIENTO
El equipo empleado fue el siguiente : 1. Molde próctor con molde 2. Flexómetro 3. equipo (compuesto de un frasco, un cono metálico y arena sílica o de Ottawa que pase la malla #20 y se retenga en la #30 4. Base metálica para el cono 5. Balanza de 20 kg con aproximación de un gramo 6. Una charola cuadrada 7. Una brocha y un cordell 8. Una cápsula de aluminio 9. Un horno con temperatura controlable 10.Un cincel y un martillo 11.Bolsas de hule 12.Una placa de 10cm de diámetro
PROCEDIMIENTO
Se mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; después se pesa el cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca éste sobre las mariposas del cilindro evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde con arena hasta que ésta se derrame; se cierra la válvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del frasco y se enraza el cilindro ayudado por un cordell para evitar ejercer presión, se limpia la base con la brocha y se pesa; por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el volumen del cilindro nos proporcionará el peso volumétrico. Se repite el proceso anterior de 3 a 5 veces dependiendo las varaciones en el peso de la arena.
Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana (en este caso la charola), se cierra la válvula y se coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula y, se pesa el equipo con la arena sobrante.
El siguiente paso es la obtención del peso volumétrico de campo, para ello se pesa el equipo con arena y la cápsula. En el campo, en el lugar en que se realizará la prueba se debe nivelar, colocar la placa y trazar el diámetro de ésta, se extrae el material procurando evitar perdidas hasta una profundidad de 8 a 10 cm. El material extraído deberá colocarse en una bolsa de plástico para evitar que pierda agua. Después se coloca el cono sobre la base, se cierra la válvula y cuando esté listo se abre la válvula para que fluya la arena dentro de la cala y el cono, cuando se llenen ambos elementos, se cierra la válvula y se pesa el equipo con la arena restante. Se pesa el material extraído de la cala y de ahí mismo se obtiene una muestra representativa que será pesada para obtener el contenido de humedad, con estos datos se obtiene el peso específico seco máximo de campo y dividiéndolo entre el peso volumétrico seco máximo de laboratorio nos indica el grado de compactación de campo. TEMA 10.2.
Prueba procto modificada
El procedimiento de al prueba consiste en: 1. Secar la muestra de unos 21.5 Kg de peso y retirara todo el material posible mayor a la malla No. 4. 2. Determine y registre la tara del molde proctor teniendo colocada una placa de base. 3. Mézclese la muestra con el agua suficiente para tener una mezcla ligeramente húmeda. 4. Divídase la muestra en el numero requerido de porciones, una por cada capa que vaya a usarse, cada capa con el numero de golpes requerido, dados por el correspondiente pisón. 5. Cuidadosamente quítese la extensión del molde y enrase la parte superior del cilindro. 6. Determine y registre el peso del cilindro con el suelo compactado. 7. Retírese le suelo del molde y obténgase el contenido de agua de dos muestras representativas. 8. Reputase le procedimiento anterior con un contenido de agua mayor, hasta que hayan obtenido por lo menos dos puntos en la grafica de compactación Errores posibles 1. El mezclado incompleto del suelo con el agua. 2. No repartir uniformemente los golpes del pisón. 3. No determinar el número suficiente de puntos como definir la curva de compactación. 4. El uso continuo de la misma muestra.
La humedad óptima es la que se corresponde con el máximo de la curva de densidad. La rama seca es la que se corresponde al suelo bajo de humedad, donde la fricción y cohesión dificultan su densificación. La rama húmeda, es asintótica a la línea de saturación, que se desplaza hacia óptima de compactación, dado que la energía de compactación de un suelo muy húmedo la absorbe el agua y no el esqueleto mineral. La curva de saturación, o de contenido de aire nulo, es dibujada como auxiliar para el análisis, es teórica y no depende de los resultados del ensayo. La ecuación es:
Penetrómetro Proctor. Herramienta que se hinca a mano. Se trata de una aguja o varilla con un dispositivo para medir la fuerza requerida (en libras), para que la penetre (variable en tamaño y forma) profundice en el suelo 3’’por lo general. La operación se hace en laboratorio y en campo, simultáneamente, para comparación de , o de la humedad si se quiere. (No debe existir grava en el suelo).
TEMA 10.2.3
Prueba porter
El objeto de esta prueba consiste en determinar el peso volumétrico seco máximo de compactación porter y la humedad optima en suelos con material mayor a 3/8”. También nos sirve esta prueba para determinar la calidad de los suelos en cuanto a valores de soporte se refiere, midiendo la resistencia a la penetración del suelo compactado y sujeto a un determinado periodo de saturación. La prueba consiste en dos partes: a) Determinación del peso volumétrico máximo porter y la humedad optima. b) Determinación de la resistencia a la penetración después de compactado y sujeto a un periodo de saturación Para llevar a cabo lo anterior es necesario: Un molde cilíndrico de compactación de 15.75cm de diámetro interior y 20.32cm de altura Maquina de compresión con capacidad mínima de 30 ton Una varilla metálica de 1.9 cm de diámetro y 30 de altura con una punta de bala La humedad optima portes es la humedad mínima requerida por el suelo para alcanzar su peso volumétrico seco máximo cuando es compactado con la carga unitaria anterior mente indicada.
TEMA 10.3
Factores que intervienen en el proceso de compactación
Comparación entre los resultados de un proceso de compactación de campo con rodillo “ pata de cabra “ y pruebas dinámicas.
25 PESO VOLUMÉTRICO SECO Ton/m3 1.85 AASHTO 1.80 MODIFICADA 1.75 1 1.70 2 1.65 C LINEA DE B SATURACIÓN 3 (Ss=2.72) con agua adicional puede ser muy costoso por razón de acarreos de agua. No es fácil en obras lineales llegar a los contenidos de agua óptimos de campo por simple observación o experiencia; lo más recomendable es iniciar el tren de compactación con atenta observación experimental y constantes mediciones del peso volumétrico alcanzado, hasta llegar a un contenido de agua que proporcione el peso volumétrico seco contratado, con una utilización razonable del equipo disponible y con un espesor de capa y número de pasadas también adecuados. Relaciones posteriormente analizadas entre ¡as variables que afectan el proceso de compactación orientarán estas tareas, abriendo la posibilidad de sacar los mejores resultados posibles de las condiciones reales de un proceso, cuyo equipo a emplear muchas veces está condicionado por la disponibilidad que en la obra tenga el contratista. Existen otros factores que influyen en la compactación de los suelos si bien su efecto práctico es menos importante. En la Ref. 4 se mencionan algunos. IX. Algunas relaciones importantes entre los factores que influencian la compactación de los suelos. Entre los factores analizados en el inciso VIII existen algunas relaciones de carácter general que conviene destacar desde este momento; otras de carácter más circunstancial se desprenderán de la lectura de otras partes de este escrito. El comportamiento mecánico de los suelos arcillosos compactados, se dice en la Ref. 6, está condicionado por tres variables principales; estas son el peso volumétrico seco, (más a tono con lo acostumbrado en la- Mecánica de Suelos se representarla mejor por la relación de vacíos del suelo); el grado de saturación y la estructura del suelo compactado. Estas variables juegan su papel dentro de los diferentes métodos de compactación y de alguna manera condicionan las propiedades mecánicas de los suelos compactados en lo referente a resistencia, compresibilidad y comportamiento esfuerzo deformación, por mencionar las propiedades de mayor interés en obras lineales. Según podrá discutirse más adelante las relaciones entre esos factores y las importantes propiedades mencionadas, distan con frecuencia de ser rígidamente fijas. -La Fig. 3 se refiere a una relación de gran generalidad en los procesos de compactación tanto en el campo como en el laboratorio entre la energía de compactación, el peso volumétrico seco alcanzado y el contenido de agua dado al suelo para alcanzarlo, manteniendo fijo el método de compactación. Puede verse que para un mismo método de compactación y, obviamente un mismo suelo, a mayor energía de compactación empleada corresponden humedades óptimas menores y pesos volumétricos secos mayores. Este resultado consistente reviste gran importancia práctica en la solución de muchos problemas de campo. Por ejemplo, puede llegarse en el campo a pesos volumétricos iguales, con equipos cada vez más ligeros aumentando el contenido de agua de compactación. Otro caso particular de interés podría tenerse en regiones en que
escasée el agua que haya de incorporarse al suelo, teniendo entonces en cuenta que el equipo disponible, trabajando con contenidos de agua substancialmente abajo del óptimo puede alcanzar (siempre dentro de ciertos limites) un peso volumétrico previamente pactado, sin más que hacer crecer la energía de compactación, por ejemplo, lastrándolo, aumentando el número de pasadas o disminuyendo el espesor suelto -de la capa compactada. Podrían plantearse otros ejemplos, pues es indudable que el juego de energía de compactación y contenido de agua se presta para ello. TEMA 10.3.1
Contenido de agua
TEMA 10.3.2
Energía de compactación
Compactación con rodillo pata de cabra. Efecto del número de pasadas en el grado de compactación de diversos suelos
Efecto de la presión de inflado. Del número de pasadas y de la humedad de compactación.
PESO VOLUMÉTRICO SECO PESO VOLUMÉTRICO SECO PESO VOLUMÉTRICO SECO KG/M3 KG/M3 KG/M3 se obtiene con 16 pasadas de un equipo que dé presión de inflado de 5.5 Kg/cm2. El mismo resultado lo obtendrían 8 pasadas de un equipo cuya presión de inflado estuviera en el orden de 6 Kg/cm2, pero un equipo cuya presión de inflado fuera de 7.5 Kg/cm2 requeriría sólo 4 pasadas para llegar a los deseados 1,760 Kg/m3. Finalmente, si el suelo se compacta con 18 % de contenido de agua el mismo peso volumétrico seco puede obtenerse 8 pasadas de un rodillo cuya presión de inflado sea del orden de 5 Kg/cm2 o 4 pasadas de un equipo que comunique una presión de 6 Kg/cm2. De todo lo anterior destaca con gran valor práctico el hecho de la gran influencia del contenido de agua de compactación; de la gran sensibilidad del proceso a la presión de compactación empleada, de manera que cambios aparentemente pequeños en ella conducen a diferencias muy importantes en el número de pasadas requerido y, finalmente, el hecho de que a partir de un cierto nivel de la energía empleada, aumentos en la presión de inflado o en el número de pasadas son ya muy poco eficientes o irrelevantes. Otra conclusión importante es que determinados pesos volumétricos, combinados con determinados contenidos de agua pueden no ser alcanzados por ningún equipo de determinadas características por más pasadas que con él pretendan darse. X. Estructuración de los suelos compactados. Como se señaló en el inciso IX, la estructuración que adoptan los suelos al ser compactados es una de las condicionantes básicas de su comportamiento posterior, de acuerdo con las ideas actualmente prevalecientes.
TEMA 10.3.3
Método de compactación
PROCESO DE COMPACTACION EN CAMPO. La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE COMPACTACION.− Por vibración. Las primeras trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos. Las segundas, de impacto, trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática. Apisonadoras clásicas de rodillos lisos. Rodillos patas de cabra. Compactadores de ruedas neumáticas
Las ultimas, o sea, las de vibración, trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas.
TEMA 10.3.4
Cantidad de fracción grueso
La presente invención se refiere a método para separar un material en partículas en una fracción gruesa y una fracción fina, cada una incluyendo una porción de una fracción intermedia, que comprende: (a) suspender el material en un flujo de gas de transportación (b) dirigir la suspensión del gas de transportación en un patrón de flujo de simétrica radial en una dirección dada; (c) dirigir una banda de gas limpio en dicha dirección con el fin de rodear concéntricamente la suspensión de gas con una banda de gas limpio que no contiene substancialmente partículas con el fin de que contenga fracciones finas e intermedias en el gas de suspensión, esa banda de gas limpio tiene substancialmente la misma velocidad que la suspensión del gas; (d) dirigir el flujo de gas de transportación y la banda de gas limpio para que pase un rotor de aletas jirables que tiene un eje de rotación axialmente alineada con el eje concéntrico de los gases; (e) arrojar las fracciones gruesas y las fracciones gruesas intermedias en una dirección radialmente hacia afuera por acción del rotor con aletas, y (f) dirigir la fracción fina y la fracción fina intermedia restantes en el flujo de gas para que pase al rotor por separación subsecuente a partir del gas.
