Proceso mecánico por el cual se busca mejorar artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el comportamiento esfuerzo – deformación.

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2 Proceso mecánico por el cual se busca mejorar artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el comportamiento esfuerzo – deformación de los mismos. Habitualmente esta técnica se aplica a rellenos artificiales, como terraplenes para caminos o ferrocarriles, bases o sub - bases para pavimentos, estabilizados, presas de tierra. Sin embargo, en no pocas ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural a fin de mejorar su capacidad portante. Capacidad del terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él.

3 La compactación de un suelo:
- Reduce la compresibilidad (disminuye las deformaciones para cargas verticales) - Aumenta la resistencia al corte (disminuye la probabilidad de falla del terraplén) - Crea cohesión y resistencia a la compresión - Con la mayor cohesión, aumenta la resistencia a la erosión interna y externa.

4 Lo caro y lento de la compactación es colocar en capas delgadas.
Las condiciones para poder compactar: En suelos arcillosos las capas son de ~ 10 a 15 cm. En suelos granulares (gravas y enrocados) las capas son de ~ 30 a 150 cm.

5 Se distribuye el material
Relleno de una zanja: Si hay que compactar, el suelo se debe hacer llegar al fondo, esparcirlo en capas delgada. Si no requiere compactación, sencillamente se deja caer desde arriba hasta rellenar en una sola capa toda la zanja. A lo más hay que esparcir y darle forma a la superficie terminada Se distribuye el material MATERIAL COMPACTADO

6 Para depósitos (botaderos)
Para depósitos (botaderos). Si no se requiere compactación el material se descarga desde la superficie final por la ladera. El terraplén va avanzando. Sólo se requiere acceso a un punto en el nivel definitivo. Si se especifica compactación hay que tener acceso a todos los niveles para ir subiendo por capas la superficie. Se debe descargar en toda la superficie, corregir humedad si el suelo es cohesivo, después pasar el rodillo.

7 Tipos de suelos Granulares o NO Cohesivos Cohesivos
- Partículas en las que predomina el peso - Poca superficie de contacto - Poca adherencia entre granos - Se compacta por movimiento y golpes (vibración) Cohesivos - Partículas aplanadas de poco espesor - Predomina la adherencia - Son suelos pegajosos, difíciles de compactar y relativamente débiles - Se compacta por amasado y presión

8 Suelos No Cohesivos: (granular) compuestos de rocas, piedras, gravas y arenas, o sea suelos de granos gruesos. Suelos Cohesivos: son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino, y la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas. Suelos Mixtos: en la naturaleza la mayoría de los suelos estan compuestos por una intima mezcla de partículas de muchísimos tamaños

9 Un suelo está formado por tres partes
Al aplicar presión en suelos granulares el agua es expulsada debido a la alta permeabilidad En suelos impermeables (cohesivos), si se aplica presión la expulsión de agua es muy lenta Aire Agua Sólido

10 Compactación de suelos granulares - laboratorio

11 Compactación de suelos granulares - terreno
Una vez completa, compactada y controlada una capa: se coloca el suelo de la capa siguiente. Los camiones descargan en montones. Se ubican a los camiones para que los montones queden a una distancia tal que al esparcir el espesor de la capa sea el deseado Se retiran los sobre tamaños, es decir los bloques que tienen espesor superior o cercano al espesor de la capa. Ya que el rodillo se monta sobre ellos y no compacta a su alrededor.

12 En terreno la energía absorbida es:
- Directamente proporcional al nº de pasadas del compactador - Inversamente proporcional al espesor de la capa - Directamente proporcional al peso del compactador Vibración ~ rpm En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones mas altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es critico.

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15 EFICACIA DE LA COMPACTACIÓN EN OBRA
La eficacia de la compactación que se puede lograr en obra depende, entre otros factores, de: · Naturaleza del suelo a compactar. · Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de neumáticos, área de contacto, frecuencia de vibración. · La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo por unidad de volumen durante el proceso mecánico de que se trate). · Contenido de humedad del suelo. · Cantidad y espesor de las capas del terraplén. · Número de pasadas del equipo de compactación.

16 Métodos para la Compactación

17 Los métodos usados para la compactación dependen del tipo de suelo
Los métodos usados para la compactación dependen del tipo de suelo. Los friccionales, como las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas vibratorias), mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos (rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos).

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19 Ensayo Proctor Estándar. La prueba consiste en compactar
el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un pisón de 2,5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 30,5 [cm] Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo.

20 Ensayo Proctor Modificado
(AASHTO T–180), como respuesta a las exigencias de subrasantes más densas en aeropistas, demandadas por los pesados equipos de aviación militar que se desarrollaron por entonces. Este ensayo modificó el Estándar aumentando el número de capas de 3 a 5; el número de golpes en cada una de ellas se llevó de 25 a 55; el peso del pisón se elevó a 4,5 [kg] y la altura de caída a 45,7 [cm].

21 Propiedades hidráulicas del suelo

22 FLUJO UNIDIRECCIONAL Características del flujo de agua en el suelo Ley de Darcy Velocidad de flujo Carga hidráulica en el suelo Sifonamiento o Ebullición en arenas

23 NECESIDAD DEL ESTUDIO DEL FLUJO DE AGUA EN LA MASA DEL SUELO
Determinación del estado de presiones (u) Para determinar el estado de tensiones efectivas En cuerpos de presa de tierra, estabilidad de obras Determinación de velocidad y caudal de flujo Filtración a través y bajo presas Consolidación de suelos

24 CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO EN EL SUELO
En los intersticios se da flujo de líquidos y gases Laminar Flujo f (Nº de Reynolds (R)) Turbulento Generalmente en suelos: velocidades bajas diámetros pequeños Flujos laminares Flujos turbulentos pueden darse en arenas gruesas (SP) o gravas (GP)

25 Conductividad Hidráulica
Mayor o menor facilidad con que los fluidos fluyen por los poros del suelo Conductividad hidráulica depende: Tipo de fluido Tipo de suelo Granulometría: graduación, forma de los granos Relación de vacíos Grado de Saturación En arcillas: Doble capa difusa

26 LEY DE DARCY (1856) Flujo laminar unidireccional a través de filtros de arena Tubo de sección constante Q L Arena 1 h 3 2 4 entra sale Plano de referencia Caudal proporcional a pérdida de carga por unidad de longitud

27 Ley de Darcy: Q: Caudal Dh: Pérdida de carga hidráulica L: Longitud de probeta A: Sección de probeta k: Coeficiente de conductividad hidráulica Gradiente hidráulico

28 Validez de la Ley de Darcy
Para todo suelo donde el flujo sea laminar: Arenas finas a medias (SC y SM) Arenas gruesas bien graduadas (SW) Arcillas y Limos

29 Velocidad de Descarga k: Velocidad de descarga para i = 1 k = [cm/seg]
Q L Arena 1 h 3 2 4 entra sale Plano de referencia

30 Velocidad de Filtración
s Velocidad de Filtración A: área de la sección de la muestra As: área de los intersticios Av < A  por continuidad Q es cte.  vs > v v: velocidad de descarga vs: velocidad de filtración Velocidad real (vr) no será ni v ni vs

31 Carga Hidráulica Carga piezométrica En suelos: velocidades muy pequeñas  carga de velocidad despreciable En suelos H = h

32 Medida de la Carga de presión
Laboratorio Piezómetros Campo Piezómetros de Laboratorio: Tubo o manómetro abierto Manómetro de Bourdon Dificultad: tiempo de estabilización grande para medir

33 Piezómetros de Campo: Casagrande

34 SIFONAMIENTO O EBULLICIÓN
Situación en la que presión de poros modifica la tensión efectiva Caso de arena donde se presenta flujo ascendente a L g w h .a .(L+a) .a+ .L s u Como no hay gradiente hidráulico; régimen hidrostático Peso específico sumergido

35 g w H a g w g .a w h g L s u f g .h g .a+ g .L w w Consecuencia de la Ley de Darcy distribución de presiones de poro lineal

36 Si h sigue aumentando entonces puede llegarse a la situación
w h .a .h .a+ .L s u f Si h sigue aumentando entonces puede llegarse a la situación Sifonamiento o Ebullición

37 Efecto físico del sifonamiento
s ’ = 0  Pérdida de contacto entre partículas sólidas  Pérdida de capacidad resistente del suelo. El suelo se comporta como un fluido denso «Arenas movedizas» Casos en los que se produce sifonamiento Arenas con flujo de agua ascendente Otros casos donde u afecta s´ Cargas de gran intensidad y períodos muy cortos de aplicación (sismos, impactos) En arcillas no necesariamente se da sifonamiento

38 Gradiente crítico de sifonamiento (ic)
L g w h .a .h .a+ .L s u f Gradiente crítico de sifonamiento (ic) Como g  2 gw ic  1

39 Flujo en suelos finamente estratificados
Suelos sedimentarios lacustres en los que se intercalan capas muy finas de arcilla y capas de limo (condiciones de Westergaard) No cumple hipótesis de suelo no homogéneo para Ley de Darcy Además: knormal a capas  kparalelo a capas Se puede extender la Ley de Darcy bajo ciertas hipótesis determinando una permeabilidad equivalente del conjunto (ke) en sentido vertical y en sentido horizontal

40 Flujo en dirección paralela a los estratos
k1 k2 kn H q1 H1 H2 Hn q2 qn L h: Diferencia de carga que produce el flujo q: gasto por unidad de ancho Gradiente hidráulico único para todas las capas y el conjunto k equivalente en sentido paralelo a los estratos

41 Flujo en dirección normal a los estratos
k1 k2 kn H q H1 H2 Hn h: Diferencia de carga que produce el flujo Hipótesis de Trabajo: El flujo es sólo vertical y no hay acumulación de agua en ningún estrato  q en cada estrato es constante Las áreas son iguales  La velocidad de flujo en todos los estratos es constante k equivalente en sentido normal a los estratos

42 Plan b Ensayo parejas

43 NECESIDAD DEL ESTUDIO DEL FLUJO DE AGUA EN LA MASA DEL SUELO
Permeabilidad de los suelos: Ensayos de permeabilidad. Gradiente hidráulico crítico NECESIDAD DEL ESTUDIO DEL FLUJO DE AGUA EN LA MASA DEL SUELO CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO EN EL SUELO LEY DE DARCY (1856) Medida de la Carga de presión Piezómetros Permeabilidad de las masas estratificas de suelos.

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MARTES 8 MAYO 2012