Embed Size (px)
Citation preview
Compactación de suelosSuelo – cemento
(84.07) Mecánica de Suelos y Geología
Alejo O. Sfriso: [email protected]
Mauro Codevilla: [email protected]
Índice
• Propósito de la compactación de suelos
• Equipos de compactación
• Ensayo de Proctor
• Controles de compactación
• Suelo cemento
• Aplicación en pavimentos
2
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
3
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
4
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
5
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Equipos de compactación
Rodillo pata de cabra
6
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Equipos de compactación
Rodillo liso, estático o vibratorio
7
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Equipos de compactación
Rodillo vibratorio liviano
8
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Equipos de compactación
Motoniveladora
9
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Equipos de compactación
Retroexcavadora
10
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Equipos de compactación
Camión regador
11
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Equipos de compactación
Vibroapisonador manual
12
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
13
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Índice
• Propósito de la compactación de suelos
• Equipos de compactación
• Ensayo de Proctor
• Controles de compactación
• Suelo cemento
• Aplicación en pavimentos
14
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
15
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
16
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
17
Com
pa
cta
ción
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 �����, ����
18
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
��
�����,�
�����,�
����,�����,� �
19
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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 +� · ����
20
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Pesos unitarios teóricos
d
c
s
dteor
� = 0 → ����� = ��
� = ∞ → ����� = 0
����� =��
1 +� · ����
21
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Experiencia de laboratorio: Ensayos de Proctor
Ejecutar un ensayo de Proctor sobre un limo de baja plasticidad
22
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Índice
• Propósito de la compactación de suelos
• Equipos de compactación
• Ensayo de Proctor
• Controles de compactación
• Suelo cemento
• Aplicación en pavimentos
23
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
24
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Controles directos - volumenómetro
25
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Controles directos - cono de arena
26
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Controles indirectos - rigidez
27
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Controles indirectos - resistividad
28
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Controles indirectos - nucleodensímetro
Índice
• Propósito de la compactación de suelos
• Equipos de compactación
• Ensayo de Proctor
• Controles de compactación
• Suelo cemento
• Aplicación en pavimentos
29
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
30
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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)
31
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
32
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
33
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
34
Com
pa
cta
ción
de
sue
los C
S
Dosificación de cemento según tipo de suelo
35
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Proceso de fragüe
36
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
37
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
38
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Resistencia a compresión simple
39
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
4%CP 6%CP
3 dias
7 dias
14 dias
28 dias
Resistencia a compresión simple
40
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
41
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Evolución de rigidez con el tiempo
• Cuatro grupos de probetas
• Cuatro edades de curado
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
42
Ei vs contenido de cemento
43
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Ei vs tiempo
44
Com
pa
cta
ción
de
sue
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
45
Com
pa
cta
ción
de
sue
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
46
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
cta
ción
de
sue
los
47
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
48
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Resistencia al desgaste
Congelamiento y deshielo
Humedecimiento y secado
49
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
Índice
• Propósito de la compactación de suelos
• Equipos de compactación
• Ensayo de Proctor
• Controles de compactación
• Suelo cemento
• Aplicación en pavimentos
50
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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
51
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
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.
Com
pa
cta
ción
de
sue
los
52
