2. COMPACTACIONgeneralidades ¿Qué es Compactación? La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar mas en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieríles. 2
3. COMPACTACIONgeneralidades ¿Cuál es la Importancia de la Compactación? La importancia de la compactación de suelos estriba en el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. 3
4. COMPACTACIONgeneralidades ¿Dónde se aplica mayormente la Compactación? Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc. 4
5. COMPACTACIONgeneralidades ¿De que depende los métodos empleados para la Compactación? Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los más eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el mas ventajoso. En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. 5
6. COMPACTACIONfundamentos Los fundamentos de la compactación no están perfectamente explicados, sin embargo, se reconoce que el agua juega un papel importante, especialmente en suelos finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen, es decir, un peso específico seco máximo. Para bajos contenidos de humedad, el agua está en forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a la formación de grumos difícilmente desintegrables que dificultan la compactación. 6
7. COMPACTACIONcurva de compactacion 7 Elevada Energía de Compactación ﻻdmax ﻻdmax Pequeña Energía de Compactación Wop Wop HUMEDAD DE MOLDEO
8. COMPACTACIONfundamentos El aumento del contenido de humedad hace disminuir esta tensión capilar en el agua, haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados. Si el agua es tal que se tienen parte importante de los vacíos llenos de agua, esta dificulta el desplazamiento de las partículas de suelo produciendo una disminución en la eficiencia de la compactación. Por esta razón se habla de una humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen 8
9. COMPACTACIONfundamentos La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en laboratorio la compactación que se puede obtener in situ con el equipo disponible. De entre todos los factores que influyen en la compactación, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica, empleada en dicho proceso. Por energía específica se entiende la energía de compactación la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen. 9
10. COMPACTACIONbeneficios Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor. Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total. Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado seria el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca. Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo. 10
11. COMPACTACIONtipos de suelos 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 No Cohesivos: (granular)son suelos compuestos de rocas, piedras. gravas. y arenas, o sea suelos de granos gruesos. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración, pero debe tenerse en cuenta, como ya se sabe, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho de la granulometría. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y 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. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso especifico y la resistencia aumenta. Suelos Mixtos:en la naturaleza la mayoría de loa suelos estan compuestos por una intima mezcla de partículas de muchísimos tamaños. 11
12. COMPACTACIONobjetivos Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas. No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta. No debe ni retraerse ni expanderse excesivamente Debe conservar siempre su resistencia e imcompresibilidad Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función. 12
13. COMPACTACIONmaquinas de compactación Por presión estática: fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos. Por impacto: trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas Por vibración: trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos mas pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores 13
14. COMPACTACIONmaquinas de compactación Por presión estática: Apisonadoras clásicas de rodillos lisos.—Rodillos patas de cabra.—Compactadores de ruedas neumáticas.APISONADORAS CLASICAS DE RODILLOS LISOS.- En estas apisonadoras la característica mas importante es la preside que ejercen sobre el terreno. Se considera un área de contacto en función del diámetro de los rodillos, peso de la maquina y tipo de suelo, a través del cual se transmite la preside estática. Estas maquinas, aunque muy empleadas, la verdad es que su efecto de compactación alcanza muy poca profundidad en suelos coherentes 14
15. COMPACTACIONmaquinas de compactación Por impacto: algunas maquinas de compactación que trabajan según el principio de impacto:—Placas de caída libre.— Pisones de explosión. PLACAS DE CAIDA LIBRE.- Se trata de unas places de hierro de superficie de contacto lisa de 0,5 m2, de forma rectangular y con un peso que oscila entre las 2 y 3 Tm., las cuales se eleven mediante cables hasta una altura de 1,5 a 2 m. sobre el suelo y se les deja caer libremente sobre el mismo. Para ello se necesita una maquina adicional tal como una excavadora, grúa, etc. La preside de contacto que produce la caída es muy alta y comprime en combinación con una cierta sacudida hasta los suelos pesados, rocosos. Es únicamente en la compactación de roca donde puede ser interesante. PISONES DE EXPLOSION.- Este tipo de maquina se levanta del suelo debido a la explosión de su motor, que por reacción contra el mismo produce la suficiente fuerza ascendente pare elevar toda ella unos 20 cm. Al caer ejerce un segundo efecto compactador dependiente de su peso y altura de elevación. Estos pisones son muy apropiados pare suelos coherentes, aunque también den resultado con otra clase de materiales. Son muy buenos pare la compactación de zanjas, bordes de terraplenes, cimientos de edificios, etc 15
16. COMPACTACIONmaquinas de compactación Por vibración: Placas vibrantes.—Rodillos vibratorios. Hoy día es quizá la maquina mas utilizada. En los últimos anos ha sido tal _I numero de tipos y marcas disponibles en el mercado, que casi resulta materialmente imposible conocerlas todas. Se han empleado en la compactación de toda clase de suelos sin distinción: bases granulares artificiales, sub-bases naturales, suelo-cementos, rellenos rocosos, asfaltos, arcillas, arenas, etc., y naturalmente, el éxito ha sido variable. Hay que considerar primordialmente los efectos de resonancia. Esta es función, por una parte, de la composición o tipo del terreno, contenido de humedad del mismo, etc., y por otra, del propio vibrador. Es decir, que lo importante es la adecuación de frecuencia de resonancia del suelo y de la mesa del vibrador 16
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18. Lambe, T. William (1974) Mecánica de los Suelos. Editorial Limusa. Caracas, Venezuela. Tomo I y Li.17
