COMPACTACIÓN DE SUELOS

Concepto

Factores que influyen en la compactación

Efecto en las propiedades de los suelos finos

Ensayos de laboratorio

Compactación en campo

Control de compactación

COMPACTACIÓN

• Terraplenes– Pavimentos– Presas– Escolleras, Muelles– Piletas de Tratamiento

COMPACTACIÓN

Rellenos

Proceso de aplicación de energía mecánica al suelo para disminuir su volumen por reducción de

relación de vacíos debido a eliminación del aire de los poros

CONCEPTO DE COMPACTACIÓN

Esfuerzo de Compactación

+ Agua =

• Físicos• Reducción de relación de vacíos (e)• Aumento de peso específico (γ)• Aumento de contacto entre granos

EFECTOS DE LA COMPACTACIÓN

• Mecánicos• Aumento de resistencia• Disminución de deformación• Disminución de conductividad hidráulica

• Construir un material a partir de un suelo con propiedades mecánicas apropiadas

Efectos de la Compactación

• Se expresa cuantitativamente en términos de peso específico seco o relación de vacíos

wd

1

1d

se

• Tiempo de aplicación muy breve condición no drenada

• Disminución de volumen de vacíos por eliminación de aire Reducción de volumen de aire

CARACTERÍSTICAS DE LA ENERGÍA MECÁNICA

CompactaciónPara suelos o materiales no saturados

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN

R. R. Proctor (1933)

Prueba de laboratorio consistente en compactar suelo por impacto variando contenido de humedad

• Factores que influyen en la compactación:– Contenido de humedad – Energía de compactación– Tipo de suelo– Volumen compactado

Influencia de Humedad de Compactación

17,0

17,5

18,0

18,5

19,0

19,5

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Contenido de Humedad (%)

Peso

Esp

ecífi

co S

eco

(kN

/m3)

Suelo SC (Salto)

Experimento

Óptimo

Aumenta w Aumenta d

Aumenta w Disminuye d

Peso Unitario Seco Máximo (PUSM)

umedad óptima (wópt)

Causas del comportamiento PUS - w

• Para w < wópt: Suelo muy seco Succión elevada Baja eficiencia de compactación

• Aumenta w Disminuye Succión Mejora eficiencia de compactación

• Para w > wópt: Suelo casi saturado Poco aire a eliminar Baja eficiencia de compactación

Influencia de Humedad de Compactación

Influencia de Energía Específica de Compactación

Energía 2 > Energía 1

Curva de 100% de Saturación

• Curva correspondiente a humedad de saturación para cada peso específico seco

• A mayor d menor e menor wsat

100wG

1

G

SwG

1

G

SwG

1e1wwss

d

• Igualmente pueden definirse curvas para otros grados de saturación (S)

Curva de 100% de Saturación

17,0

17,2

17,4

17,6

17,8

18,0

18,2

18,4

18,6

18,8

19,0

19,2

19,4

19,6

19,8

20,0

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Humedad (%)

Peso

Esp

ecíf

ico

Seco

(kN

/m3)

Curva Proctor

Línea S = 100%

Zona donde no es posible compactar

Suelo compactado a PUSM igual tiene aire en compactación no es posible expulsar todo el aire de vacíos

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

19,0

20,0

21,0

22,0

0 5 10 15 20 25 30

Humedad (%)

PU

S (

kN/m

3)

Fm Salto (GP)

Desagregado Fm Arapey (GP-GM)

Fm Fray Bentos (ML)

Descompuesto Fm Arapey (CL)

Influencia del Tipo de Suelo

Cuanto más fino el suelo mayor wópt

Cuanto más grueso el suelo mayor PUSM

Influencia del Tipo de Suelo

14,0

14,2

14,4

14,6

14,8

15,0

15,2

15,4

15,6

15,8

16,0

17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Humedad (%)

PU

S (

kN/m

3)

Ruta 1, km 60 (CH)LL=81%, IP=50%

15,0

15,5

16,0

16,5

17,0

17,5

18,0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Humedad (%)

PU

S (

kN/m

3)

Cantera Pérez Bustos (SW-SM)

Forma de Curva de Compactación depende de tipo de Suelo

• Curvas de Compactación

• Con un pico

• Con 1½ pico

• Con doble pico

• Sin forma

Curvas de Compactación con Doble Pico

Curvas de Compactación con Uno y Medio Pico

Tipos de Curvas de Compactación

• Suelos con 30% < LL < 70%: Curvas de un solo pico• Suelos con LL > 70% (illitas, montmorillonitas)

• Curvas con doble pico• Curvas sin forma

• Suelos con LL < 30% (caolinitas)• Curvas con doble pico• Curvas con 1½ pico

• Arenas y Gravas mal graduadas:• Curvas sin forma

Influencia de Compactación en Estructura de Suelos Finos

Influencia de Compactación en Conductividad Hidráulica de Suelos Finos

Influencia de Compactación en Resistencia al Corte de Suelos Finos

Ensayos de Compactación

• Dinámicos (impacto): Ensayo Proctor• Amasado: Ensayo Mini-Harvard (Wilson, 1950)• Estáticos: Edómetro• Vibración

Ensayo de Compactación ProctorASTM D698-78; AASHTO T99-86

Relación d – w de suelos o materiales granulares compactando en moldes por impacto de masa de 5,5 lb (2,5 kg) y caída libre de

12 in (305 mm)

Moldes metálicos cilíndricos

4 in (101,6 mm); V = 944 cm3 (1 lt): suelos con tamaño máximo 4,75 mm (pasa tamiz #4)

= 6 in (152,4 mm); V = 2124 cm3: suelos con tamaño máximo 3/4”

Ensayo de Compactación Proctor

• Compactación en 3 capas

– 25 golpes/capa molde de 4 in

– 56 golpes/capa molde de 6 in

• Energía específica: 6 kg.cm/cm3

• Mínimo 5 probetas con diferentes humedades

Ensayo de Compactación Proctor ModificadoASTM D1557-78; AASHTO T180-86

Relación – w de suelos o materiales granulares compactando en moldes por impacto con masa de 10 lb (4,54 kg) y caída libre de 18 in (457 mm)

Moldes metálicos cilíndricos

• = 4 in para materiales con tamaño máximo 4,75 mm

• = 6 in para materiales con tamaño máximo 3/4”

• Compactación en 5 capas

– 25 golpes/capa en molde de 4 in

– 56 golpes/capa en molde de 6 in

• Energía específica: 27,2 kg.cm/cm3

• Mínimo 5 probetas con diferentes humedades

Compactación en Campo

• Requisitos: PUSM y wópt de ensayo Proctor

• Dificultades:– Compactación de campo Compactación de

laboratorio

– Proceso de agregado de agua o de secado wcampo wópt

• PUS de campo difícilmente coincide con PUSM de laboratorio

Grado de Compactación (Gc)

• Control de obra por Grado de compactación

• Se establece Gc mínimo admisible en función de importancia y tipo de obra

• Dificultades:

– Inadecuado para arenas uniformes (compacidad relativa)

– No representa estructura y propiedades mecánicas adecuadamente

– No permite comparar materiales diferentes

100(%) dmáx

dcG

Control de Compactación

• Métodos destructivos– Cono de Arena– Aceite– Balón de goma (ASTM D2167-94)

• Métodos no destructivos– Densímetro nuclear (ASTM D2922-91)– Densímetro de ultrasonido

Método del Cono de ArenaASTM D 1556-90; AASHTO T 191

Método del Cono de Arena1 2

3

4 5

Método del Cono de Arena

Pi: Peso inicial de Arena

Pf: Peso final de Arena

Pc: Peso de arena en cono

Vc: Volumen del cono

carena d

fi

arena d

cfipozo V

PPPPPV

pozo

suelosuelo V

P

carena dc VP