110 Compactación y Suelo Cemento

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Compactación de suelosSuelo – cemento

(84.07) Mecánica de Suelos y Geología

Alejo O. Sfriso: asfriso@fi.uba.ar

Mauro Codevilla: mcodevilla@aosa.com.ar

Índice

• Propósito de la compactación de suelos

• Equipos de compactación

• Ensayo de Proctor

• Controles de compactación

• Suelo cemento

• Aplicación en pavimentos

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Com

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de

sue

los

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Com

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cta

ción

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Propósito y aplicación de la compactación de suelos

Para qué se compacta el suelo

• Mayor resistencia del terreno

• Mayor rigidez

• Mayor estabilidad volumétrica

• Menor permeabilidad

Aplicaciones

• Sub-bases de caminos, pistas, playas de acopio

• Rellenos, terraplenes, pedraplenes

• Presas

Índice

• Propósito de la compactación de suelos

• Equipos de compactación

• Ensayo de Proctor

• Controles de compactación

• Suelo cemento

• Aplicación en pavimentos

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Com

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Com

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Equipos de compactación

Rodillo pata de cabra

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Com

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cta

ción

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Equipos de compactación

Rodillo liso, estático o vibratorio

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Com

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Equipos de compactación

Rodillo vibratorio liviano

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cta

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Equipos de compactación

Motoniveladora

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Equipos de compactación

Retroexcavadora

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Equipos de compactación

Camión regador

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Equipos de compactación

Vibroapisonador manual

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Compactación en obra

Reglas del buen arte

• Selección del material de aporte

• Selección del equipamiento según tipo de suelo

• Calibración de número de pasadas y velocidad

• Calibración de espesor de capa

• Calibración de humedad de compactación

• Controles de compactación adecuados

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Com

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Índice

• Propósito de la compactación de suelos

• Equipos de compactación

• Ensayo de Proctor

• Controles de compactación

• Suelo cemento

• Aplicación en pavimentos

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Com

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Ensayo de Proctor

Molde de ensayo Proctor Std. y Modificado

Procedimiento de ensayo

• Se prepara suelo con humedad uniforme

• Se coloca la primera capa

• Se apisona con golpes del pisón

• Se repite en las demás capas

• Se enrasa

• Se mide peso unitario y humedad

• Se calcula peso unitario seco

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Com

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Tipos de ensayo Proctor

• Estándar 4”

– Molde 4” (V ~ 944 cm3)

– Martillo ~ 2.5kg x 30cm

– Suelo pasante por #4

– 3 capas de 25 golpes

• Modificado 4”

– Molde 4” (V ~ 944 cm3)

– Martillo ~ 4.5kg x 45cm

– Suelo pasante por #4

– 5 capas de 25 golpes

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Com

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cta

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de

sue

los • Estándar 6”

– Molde 4” (V ~ 2124cm3)

– Martillo ~ 2.5kg x 30cm

– Suelo pasante por 3/4

– 3 capas de 56 golpes

• Modificado 6”

– Molde 4” (V ~ 2124 cm3)

– Martillo ~ 4.5kg x 45cm

– Suelo pasante por 3/4

– 5 capas de 56 golpes

d

c

Proctor Modificado

Proctor Standard

opNopM

Mmax

Nmax

Ensayo Proctor

Objetivo: Encontrar el par de valores �����, ����

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��

�����,�

�����,�

����,�����,� �

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Peso unitario seco por compactación

El límite de las curvas de compactación se alcanza cuando se elimina todo el aire de la muestra

Para eliminar todo el aire por compactación se requiere energía infinita

Se define este peso unitario como un “peso unitario seco por saturación teórica”

�� = 1 → � = � �����→ ����� =

��1 + �

=��

1 +� · ����

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Pesos unitarios teóricos

d

c

s

dteor

� = 0 → ����� = ��

� = ∞ → ����� = 0

����� =��

1 +� · ����

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Experiencia de laboratorio: Ensayos de Proctor

Ejecutar un ensayo de Proctor sobre un limo de baja plasticidad

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Índice

• Propósito de la compactación de suelos

• Equipos de compactación

• Ensayo de Proctor

• Controles de compactación

• Suelo cemento

• Aplicación en pavimentos

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Controles directos - volumenómetro

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Controles directos - cono de arena

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Controles indirectos - rigidez

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Controles indirectos - resistividad

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Controles indirectos - nucleodensímetro

Índice

• Propósito de la compactación de suelos

• Equipos de compactación

• Ensayo de Proctor

• Controles de compactación

• Suelo cemento

• Aplicación en pavimentos

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Estabilización de suelos

El objeto de la estabilización es modificar algunas propiedades naturales del suelo

• Resistencia y rigidez

• Estabilidad volumétrica

• Durabilidad

• Permeabilidad

Tipos de estabilizaciones

• Mecánica: Compactación

• Físico-química: suelo cemento, otros

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Suelo cemento

Mezcla de suelo, cemento y agua, compactada y curada durante el endurecimiento

Estabilización físico-química en la que interviene la estabilización mecánica (compactación)

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Suelo cemento

Según el % de cemento se define:

• Suelo modificado

– % bajos de cemento (< 2%)

– Se usa generalmente para: bajar el IP, controlar cambios volumétricos, modificar granulometría

– No se busca aumentar la resistencia

• Suelo estabilizado

– Generalmente entre un 5 y 15% de cemento

– Se obtiene un material endurecido con alta rigidez y resistencia mecánica, prácticamente insensible al agua y durable

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Suelos que pueden emplearse

Todos los suelos excepto

• muy plásticos

• con contenidos altos de materia orgánica

• con sales nocivas para el cemento

Condicionante de diseño de mezcla

• Granulometría

• Plasticidad

• Sales presentes

Suelos finos plásticos: Suelo-cal

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Etapas de la reacción del suelo-cemento

• Hidratación: forma gel de CSH en la superficie de los granos de cemento y aumento del pH en el agua de poro

• Activación de componentes del suelo: sílice y alúmina de arcilla reacciona con iones Ca(OH)2, baja el pH ambiente

• Endurecimiento: reacciones evolucionancon el tiempo. Aumento de la rigidez y resistencia del material

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los C

S

Dosificación de cemento según tipo de suelo

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Proceso de fragüe

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Lapso para trabajar la mezcla

Dosificación y compactación

ϒd y ωopt varia según tipo de suelo, % de cemento y energía de compactación

Mejoran las propiedades mecánicas con el aumento de densidad seca

Con una energía de compactación mayor se requiere menos cemento para obtener las resistencias especificadas

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Resistencia a la compresión simple

Factores

• Tipo de suelo

• Cantidad y tipo de cemento

• Densidad seca

• Humedad

• Edad

• Duración y condición de curado

• Eficiencia de mezclado

Intervienen muchos factores: alta dispersión

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Resistencia a compresión simple

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4%CP 6%CP

3 dias

7 dias

14 dias

28 dias

Resistencia a compresión simple

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de

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8%CP 10%CP

3 dias

7 dias

14 dias

28 dias

Rigidez

Los factores que influyen en la rigidez son los mismos que para la resistencia a la compresión

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Evolución de rigidez con el tiempo

• Cuatro grupos de probetas

• Cuatro edades de curado

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Ei vs contenido de cemento

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Ei vs tiempo

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los Modelo cinético: la

rigidez es proporcionala la concentración de agentes cementados

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 20 40 60 80 100 120

Tiempo (dias)

Ei (Mpa)

4% Cemento

6% Cemento

8% Cemento

10% Cemento

�� � = ��� − ��

� ���� + ��

UCS vs contenido de cemento

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los La resistencia tiene una dependencia del contenido de

cemento muy similar a la de la rigidez

UCS= 0.0463cp2 - 0.3838cp + 1.951R² = 0.9734

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5

UCS (MPa)

%cp

UCS vs Ei

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Ei= 968.99.UCS - 869.16

R 2 = 0.9941

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0.8 1.3 1.8 2.3 2.8 3.3

UCS(MPa)

Ei(Mpa)

�����

= 1048

Rigidez mediante ultrasonidoC

om

pa

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de

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Resistencia al desgaste

Resistencia al efecto abrasivo vehicular (en obras viales) o del agua (obras hidráulicas)

La resistencia al desgaste aumenta con el % de cemento

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Resistencia al desgaste

Congelamiento y deshielo

Humedecimiento y secado

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Índice

• Propósito de la compactación de suelos

• Equipos de compactación

• Ensayo de Proctor

• Controles de compactación

• Suelo cemento

• Aplicación en pavimentos

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Aplicaciones para pavimentos

Capa del paquete estructural delpavimento (rígido o flexible)

Capa de rodamiento encaminos rurales

Se exige

• Resistencia a la compresión simple (7dias) > 2MPa

• % de pérdida en peso por ensayosde durabilidad según tipo de suelo

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Bibliografía

Básica

• Jiménez Salas y otros. Geotecnia y Cimientos. Ed. Rueda

Complementaria

• Sagüés, P. (2008). Rigidez a baja deformación en el Pampeano Compactado. Tesis de grado, LMS, FIUBA.

• Serigós, P. (2009). Rigidez a baja deformación de mezclas de suelo de la Formación Pampeano y Cemento Portland. Tesis de grado, LMS, FIUBA.

• Laría, T. (2013). Rigidez a baja deformación de Suelo Cemento mediante técnicas directas de medición. Tesis de grado, LMS, FIUBA.

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