DISEÑO DE PAVIMENTOS (DPV)
Ingº M.Engº. Jorge Timaná Rojas
COMPACTACIÓN
DEFINICIONES •
Compactación: Es el proceso de “empaquetamiento” de partículas de suelo, lo mas cercanamente posible, por medio mecánico, aumentando la densidad seca
•
Óptimo contenido de humedad: es la humedad del suelo que produce la máxima densidad seca
•
Máxima densidad seca: Es la densidad obtenida aplicando una energía de compactación, con el contenido óptimo de humedad
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PROCESO DE COMPACTACION •
A bajo contenido de agua el grano de suelo es rodeado por una delgada película de agua
•
El agua adicional permite juntar los granos más fácilmente
•
El aire es desplazado y la densidad seca se incrementa
•
La adición de agua permite expulsar aire durante la compactación
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PROCESO DE COMPACTACION •
Los granos de suelo se muestran lo más cercanos posible hasta cierto punto y de ahí aumenta la cohesión
•
Cuando la cantidad de agua excede lo requerido, el exceso de agua empuja los granos del suelo hacia afuera y la densidad adquirida disminuye
•
A mayor contenido de humedad , el aire es desplazado por la compactación y la densidad continua disminuyendo
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FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN •
La naturaleza del suelo
•
La energía de compactación
•
El contenido de agua
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• La naturaleza del suelo
•
Suelos de estructura simple: gravas, arenas y limos no plásticos
•
Suelos de estructura compleja: estructuras laminares de limos plásticos o arcillas
•
Romper y modificar la estructura original del suelo
•
Actuar sobre él, modificando la disposición de partículas para que el conjunto adopte una nueva estructura más densa 8
• La naturaleza del suelo
Gravas
Arenas
Limos
Arcillas
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• La naturaleza del suelo
•
Suelos de estructura simple (granulares): •
La intervención produce otra estructura simple más densa
•
Estructura estable ante la absorción o pérdida de agua
•
Se produce un reacomodo de partículas que incrementa su resistencia conforme aumenta la compacidad
•
A mayor compactación más resistencia
•
La sobre compactación puede romper las partículas
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• La naturaleza del suelo
•
Suelos de estructura compleja (arcillosos): •
La intervención produce estructuras más densas, compresibles, tanto más inestables al absorber agua cuanto más densificadas y más rígidas a compactación elevada
•
La resistencia aumenta con la compactación
•
Sobre compactado, la resistencia se puede perder si el suelo absorbe agua y se expande
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• La energía de compactación
•
No es fácil conocer su valor exacto en un momento dado
•
Es más fácil modificarla de manera gradual, tanto en campo como en laboratorio
•
En laboratorio se cuantifica con el uso de las pruebas de impacto (Próctor)
•
En el campo, puede modificarse cambiando peso o presión de rodillos, número de pasadas, espesores de capa, etc.
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• La energía de compactación
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• La energía de compactación
Rodillos pata de cabra
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• La energía de compactación
Rodillos lisos
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• La energía de compactación
Rodillos neumáticos
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• El contenido de agua
•
Factor determinante en campo y laboratorio
• Ensayo Próctor :
Describe la influencia del contenido de agua, estableciendo una relación entre el peso volumétrico seco (Densidad seca) del suelo compactado y contenido de agua, cuando se emplea cierta energía de compactación
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RELACIÓN HUMEDAD – DENSIDAD PRÓCTOR
RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933) •
La energía aplicada durante la compactación en laboratorio, con un martillo que cae de una altura constante (compactación por impacto) es la siguiente:
•
Ec = (Wp. h. Nb. N) / V
cm. Kg. /cm3
Donde: •
Wp peso del martillo, kg.
•
h
altura de caída del martillo, cm.
•
Nb
número de golpes por capa
•
N
número de capas
•
V
volumen del molde en cm 3 19
RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933) •
PROCTOR ESTANDAR AASHTO T 99 (MTC E 116)
•
Ensayo recomendado para suelos finos usados como subrasante o sub base
•
El suelo se coloca dentro de un molde, en tres capas, cada de las cuales se compacta con 25 o 56 golpes de martillo (según el método).
•
Peso de martillo: 5.50 lb (2.50 Kg)
•
Altura de caída: 12 ” o 1 pie (30 cm.)
•
Volumen de molde: 0.033 pie3 (943.8 cm3), moldes de 4 ” de diámetro.
•
Volumen de molde: 0.075 pie3 (2,124.0 cm3), moldes de 6 ” de diámetro.
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933) •
PROCTOR ESTANDAR AASHTO T 99 (MTC E 116)
•
Energía de compactación:
•
Para molde de 4”:
•
Ec = (3 capas x 25 golpes x 1pie x 5.5 lb) / 0.033 = 12,375 lb-pie/pie 3
•
Para molde de 6”:
•
Ec = (3 capas x 56 golpes x 1pie x 5.5 lb) / 0.075 = 12,320 lb-pie/pie 3
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933) •
PROCTOR MODIFICADO AASHTO T 180 (MTC E 115)
•
Ensayo recomendado para suelos granulares usados como base
•
El suelo se coloca dentro de un molde, en cinco capas, cada de las cuales se compacta con 25 o 56 golpes de martillo (según el método).
•
Peso de martillo: 10 lb (4.53 Kg)
•
Altura de caida: 18 ” o 1.5 pie (45.7 cm.)
•
Volumen de molde: 0.033 pie3 (943.8 cm3), moldes de 4 ” de diámetro.
•
Volumen de molde: 0.075 pie3 (2,124.0 cm3), moldes de 6 ” de diámetro.
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933) •
PROCTOR ESTANDAR AASHTO T 99 (MTC E 116)
•
Energía de compactación:
•
Para molde de 4”:
•
Ec = (5 capas x 25 golpes x 1.5 pie x 10 lb) / 0.033 = 56,250 lb-pie/pie3
•
Para molde de 6”:
•
Ec = (5 capas x 56 golpes x 1.5 pie x 10 lb) / 0.075 = 56,250 lb-pie/pie3
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR
3/8” ¾”
3/8”
¾”
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933)
•
Para el ensayo se tienen como constante Ec y Vm
•
Además de necesita el peso del molde, Pm
•
Se ensayan por lo menos 4 puntos (de preferencia cinco) con incrementos de humedad de 2 %
•
En la practica el incremento de agua es por tanteo, según el tipo de suelo y en base a la experiencia
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933) Punto
Peso molde
Peso del
Densidad
% de
Densidad
+ suelo
suelo
húmeda
humedad
seca
húmedo
húmedo
1
P1
Psh1
Dh1
h1
Ds1
2
P2
Psh2
Dh2
h2
Ds2
3
P3
Psh3
Dh3
h3
Ds3
4
P4
Psh4
Dh4
h4
Ds4
5
P5
Psh5
Dh5
h5
Ds5
Pshi = Pi - Pm
Dhi = (Pshi / Vm )
Dsi = (100 x Dh i / (100 + hi ) 27
RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR (1933)
La humedad se calcula tomando del centro del molde, una muestra de material compactado (MTC E 108):
% h = [(Pcsh – Pcss) / (Pcss – Pc)] x 100
Pcsh
: Peso de cápsula más suelo húmedo
Pcss
:Peso de suelo más suelo seco
Pc
: Peso de cápcula
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RELACIÓN HUMEDAD – DENSIDAD
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RELACION HUMEDAD – DENSIDAD ENSAYO PROCTOR
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• El contenido de agua
•
La curva de compactación presenta formas relativamente similares para los diversos modos de compactar
•
Para contenidos bajos de agua, ésta se encuentra en el suelo en forma capilar
•
Produce impresiones inter particulares, que son más fuertes cuando más fino es el suelo
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• El contenido de agua
•
Se forman grumos difíciles de desintegrar. Dificultad para reacomodar partículas individuales
•
La compactación se dificulta y se alcanza densidad relativamente baja
•
Los efectos capilares se van disipando si la misma energía de compactación se aplica a suelos con contenidos de agua crecientes
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• El contenido de agua
•
Agregando agua se van alcanzando pesos volumétricos cada vez mayores (mayor densidad)
•
Si el contenido de agua alcanza valores muy elevados y comienza a ocupar los vacíos del suelo, la compactación se dificulta
•
El agua no puede desplazarse dentro del suelo y comenzará a absorber parte de la energía aplicada, devolviéndola en forma de simple rebote
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• El contenido de agua
•
Próctor atribuyó la disminución de la densidad en la rama húmeda al efecto de lubricación entre cristales que constituyen las partículas del suelo
•
Se entiende que en condición saturada es prácticamente imposible compactar un suelo
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• El contenido de agua
•
Entonces, la forma y disposición de la curva de compactación no sólo depende del tipo de suelo
•
También depende del método de compactación empleada
•
Por tanto, los conceptos de humedad óptima y del peso volumétrico seco máximo (Dsmax.) asociado a ella no son constantes del suelo
y de la energía
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• El contenido de agua
•
Lo anterior implica una consideración fundamental : La humedad óptima de laboratorio para alcanzar una Dsmáx especificada en un proyecto, no necesariamente será la misma en el campo
•
Entre laboratorio y el campo cambia el método de compactación
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• El contenido de agua
•
Se debe especificar el proceso de campo para obtener la Dsmáx deseada y además, se debe establecer el contenido de agua con el que el proceso debe realizarse
•
Problema común en obra: tratar de llegar a una Dsmáx con un contenido de agua que no es apropiado con la energía que se está utilizando
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TIPOS DE CURVAS DE COMPACTACION •
En general, los suelos arcillosos, las arenas bien gradadas y los suelos limosos tienen un pico definido en la curva de compactación
•
En los suelos uniformemente gradados (rango limitado de tamaño de partículas), la curva es más aplanada y la condición óptima no es fácil definir
•
El “doble pico” es típico de arenas finas uniformemente gradadas. Para estos materiales el contenido de humedad para una óptima compactación en menos crítico
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TIPOS DE CURVAS DE COMPACTACION
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TIPOS DE CURVAS DE COMPACTACION
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DENSIDAD DE CAMPO
DENSIDAD DE CAMPO •
•
Determinación de la densidad de una superficie de suelo acabado y compactado por medios mecánicos: •
Rodillo liso o vibratorio
•
Rodillo neumático
•
Rodillo pata de cabra
•
Compactación manual, con plancha
•
Pisón manual, etc.
Métodos de ensayo: •
Cono de arena
•
Globo de hule
•
Densímetro nuclear 43
METODO DEL CONO DE ARENA •
ASTM D 1556
•
E117 MTC
•
Determinación de la densidad in situ de los suelos
•
Herramientas: •
Recipiente de plástico o metal
•
Cono metálico
•
Arena de Ottawa (calibrada malla Nº 10 y Nº 60)
•
Base metálica con circulo hueco
•
Espátula y cuchara
•
Balanza, comba, cincel, bolsas plásticas 44
METODO DEL CONO DE ARENA •
Se realiza un agujero de entre 15 o 20 cm de profundidad y 16.5 cm de diámetro
•
Se requiere obtener el volumen del agujero
•
Se utiliza arena seleccionada y se calcula el peso requerido para llenar el agujero
•
La arena usada es mediana, uniforme, de densidad suelta constante
•
El cono sirve como embudo
•
Se pesa arena en depósito más el cono
•
El depósito de coloca sobre el agujero y se abre la válvula para que fluya arena
•
Cuando la arena deja de fluir se cierra la válvula, se retira el cono y se pesa nuevamente con lo que quedó de arena
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METODO DEL CONO DE ARENA •
La diferencia de peso indica el material requerido para llenar el agujero y el cono
•
La cantidad requerida para llenar el cono es una constante
•
Con la diferencia y la densidad suelta de la arena se calcula el volumen del agujero
•
La muestra extraída se guarda en una bolsa para que no pierda humedad.
•
Se determina la humedad de la muestra, la cual puede ser medida en campo
•
La densidad de la capa compactada se calcula como el peso seco del suelo extraído, dividido entre el volumen del agujero
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METODO DEL CONO DE ARENA
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METODO DEL CONO DE ARENA
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METODO DEL CONO DE ARENA
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METODO DEL CONO DE ARENA: EJEMPLO •
Peso inicial de arena + aparato de cono
•
Constante del cono (arena suelta en el cono) : 851.00 gr
•
Densidad suelta de la arena
• Peso final del aparato con arena
: 4,527.80 gr : 1.43 gr/cm3 : 3,223.90 gr
•
Peso suelto húmedo extraído del agujero
: 639.50 gr
•
Peso seco del suelo extraído
: 547.90 gr
•
Humedad de suelo extraído
: 16.7 %
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METODO DEL CONO DE ARENA: EJEMPLO •
Peso de arena utilizada
: 4,527.80 – 3,223.90 = 1,303.90 gr
•
Peso de arena en el agujero
: 1,303.90 – 851.00 = 452.90 gr
•
Volumen del agujero
: 452.90 / 1.43 = 316.70 gr/cm3
• Densidad seca obtenida
: 547.90 / 316.70 1.73 gr/cm3
•
Si la especificación indica que la densidad en campo debe ser como mínimo el 95 % el valor de la densidad obtenida en el Proctor Modificado y ésta es 1.77 gr/cm3, entonces:
•
1.73/1.77 = 98 %....ok!
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