MECÁNICA DE SUELOS

Tecnológico Nacional de México

Instituto Tecnológico de Oaxaca

INTRODUCCIÓN

Todos los métodos aquí mencionados se enfoca básicamente en un término muy importante la cual es la compactación, esta definición es muy importante y beneficioso en mecánica de suelos ya que este propicia a que aumenta la capacidad para soportar cargas, es decir, los vacíos se reducen y la incapacidad para soportar cargas pesadas queda nula, otro beneficio es que impide el hundimiento del suelo y por consiguiente el de la estructura o edificación.

En los laboratorios determinar el contenido de agua optimo es de vital importancia ya que dé él depende que el estrato mantenga su estabilidad, es decir, que no sea muy plástico ni muy seco ya que cada extremo presenta desventajas.

Las técnicas de mejoramiento de suelos consisten en modificar las características de un suelo por una acción física (vibraciones por ejemplo) o por la inclusión en el suelo de una la mezcla del suelo con un material más resistente, con el fin de:

- aumentar la capacidad y/o la resistencia al corte,

- disminuir los asentamientos, tanto absolutos como diferenciales, y acelerarlos cuando sucedan,

- disminuir o eliminar el riesgo de licuefacción en caso de terremoto o de vibraciones importantes

Los ámbitos de aplicación de las distintas técnicas dependen esencialmente de la naturaleza y la granulometría de los terrenos que se desea mejorar.



7.1. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE COMPACTACIÓN.

La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más 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 ingenieriles.

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. 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.

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 más ventajoso.

La compactación es el proceso realizado generalmente por medios mecánicos, por el cual se produce una densificación del suelo, disminuyendo su relación de vacíos. El objetivo de la compactación es el mejoramiento de las propiedades geotécnicas del suelo, de tal manera que presente un comportamiento mecánico adecuado.

FUNDAMENTOS DE LA COMPACTACIÓN

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 (Wop) 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 (الmax o DMCS).

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.



VENTAJAS

- Aumento de resistencia y capacidad de carga- Reducción de la compresibilidad- Disminución de vacíos.- Mejora el comportamiento esfuerzo-deformación del suelo.- Incremento de estabilidad de taludes de terraplenes

APLICACIÓN

- Terraplenes para caminos y ferrocarriles- Cortinas para presas de tierra- Diques- Pavimentos- Mejoramiento de terreno natural para cimentación

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIÓN

Tipo de Suelo

Tiene influencia la granulometría del suelo, forma de sus partículas, contenido de finos, cantidad y tipo de minerales arcillosos, gravedad específica, entre otros. De acuerdo a la naturaleza del suelo se aplicarán técnicas adecuadas en el proceso de compactación En laboratorio, un suelo grueso alcanzará densidades secas altas para contenidos óptimos de humedad bajos, en cambio los suelos



finos presentan valores bajos de densidades secas máximas y altos contenidos óptimos de humedad.

Energía Específica

La energía específica es la presión aplicada al suelo por unidad de volumen, durante cualquier proceso de compactación. En laboratorio, la compactación por impacto queda definida por:

Dónde:

- E : Energía Específica- N : Número de golpes del pisón por capas- n : Número de capas- W : Peso del pisón compactador- h : Altura de caída del pisón- V : Volumen total del molde de compactación.- Ensayo Próctor Modificado : Ee = 27.2 kg-cm/cm- Ensayo Próctor Estándar : Ee= 6.1 kg-cm/cm

El empleo de una mayor energía de compactación permite alcanzar densidades secas mayores y óptimos contenidos de humedad menores, esto se comprueba al analizar los resultados obtenidos con las pruebas Proctor Estándar y Proctor Modificado



Método de Compactación

En el campo y laboratorio existen diferentes métodos de compactación. La elección de uno de ellos influirá en los resultados a obtenerse.

La Re compactación

En laboratorio, a veces se acostumbra a utilizar un mismo espécimen para obtener todos los puntos de la curva, esto causa una deformación volumétrica de tipo plástico que causan las sucesivas compactaciones. La compactación muy intensa puede producir un fractura miento de las partículas y originar un material susceptible al agrietamiento.

Humedad

La humedad que nos permite alcanzar una compactación óptima es el óptimo contenido de humedad, la cual nos permitirá alcanzar la densidad seca máxima. Si el contenido de humedad está por debajo del óptimo, el suelo es rígido y difícil de comprimir, originando densidades bajas y contenidos de aire elevados. Cuándo está por encima del óptimo, el contenido de aire se mantiene pero aumenta la humedad produciendo la disminución de la densidad seca.

Sentido de recorrido de la escala de humedad

En las pruebas de laboratorio, tiene influencia también el sentido en que se recorre la escala de humedades al efectuar la compactación, se obtienen curvas diferentes si se compacta comenzando con un suelo húmedo y luego se va agregando agua, ó si se empieza con un suelo húmedo y luego se va secando.

En el primer caso se obtienen densidades secas mayores ya que al agregar el agua está tenderá a quedar en la periferia de los grumos, penetrando en ellos después de un tiempo, por lo tanto la presión capilar entre los grumos es pequeña favoreciendo la compactación. En el segundo caso se obtienen densidades secas menores, ya que al evaporarse el agua e irse secando el suelo, la humedad superficial de los grumos se hace menor que la interna, aumentando la presión capilar haciendo más difícil la compactación.

Temperatura y presencia de otras sustancias

Dependiendo de la temperatura puede producirse la evaporación ó condensación del agua, la presencia de sustancias extrañas, puede también producir variación del resultado en la obtención de la densidad seca

LA CURVA DE SATURACIÓN



La curva de saturación representa las densidades de un suelo en estado de saturación, es decir cuando el volumen de vacíos es cero, razón por la cual se le conoce también como “Curva de cero vacíos de aire” o de "saturación completa" Esta curva es prácticamente paralela a la rama derecha de la curva de compactación y varía en función del peso específico de sólidos del material

La curva del de saturación es una ayuda para dibujar la curva de compactación. Para los suelos que contienen más de un 10% de finos las dos curvas generalmente se hacen aproximadamente paralelas en el lado húmedo de la curva de compactación entre el 92% y 95% de saturación a contenidos de humedad muy por encima del óptimo. Teóricamente, la curva de compactación no puede cruzar a la derecha de la curva del 100% de saturación. Si ocurre así, hay un error en la gravedad específica de los sólidos, en las medidas, en los cálculos, en los procedimientos de ensayo, o en el gráfico.

Beneficios de la compactación

1.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 debidas a que las partículas mismas que soportan mejor.

2.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 más profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

3.Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.



4.Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

5.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.

7.2. PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN EL LABORATORIO



ESPECIFICACIONES DE ENSAYOS DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO



7.2.1. PRUEBA PROCTOR ESTÁNDAR



7.2.2. PRUEBA PROCTOR MODIFICADA



7.2.3. PRUEBA PROCTOR (CARGA ESTÁTICA)



7.3 DETERMINACIÓN DE PESOS ESPECÍFICOS EN CAMPO

Existe gran diversidad de métodos para la obtención del peso volumétrico en campo, los cuales en determinado momento deberán adaptarse al tipo de material y a las condiciones en que éste se encuentre. La determinación del peso específico o volumétrico en el lugar, consiste esencialmente hacer una excavación en el sitio de prueba elegido (cala volumétrica), pesar el material extraído y relacionar este peso con el volumen del sondeo. Dicho volumen se determinara con los siguientes métodos.

CONO DE ARENA

La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa un cierto porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de la humedad óptima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este método de conocer el grado de compactación es un método destructivo ya que se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de una cala, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactada.

Se mide el diámetro y altura del cilindro y se calcula el volumen del cilindro; después se pesa el cilindro con la base, se cierra la válvula del cono, se coloca éste sobre las mariposas del cilindro evitando que se mueva, se abre la válvula y se llena el molde con arena hasta que ésta se derrame; se cierra la válvula una vez que ha cesado el movimiento al interior del frasco y se enraza el cilindro ayudado por un cordell para evitar ejercer presión, se limpia la base con la brocha y se pesa; por diferencia de pesos se obtiene el peso de la arena que dividida entre el volumen del cilindro nos proporcionará el peso volumétrico. Se repite el proceso anterior de 3 a 5 veces dependiendo las variaciones en el peso de la arena.

Para obtener el peso de la arena que llena el cono y la base se procede a hacer lo siguiente: se pesa el equipo con arena, se coloca la base sobre una superficie plana (en este caso la charola), se cierra la válvula y se coloca el cono sobre la placa permitiendo que fluya la arena dentro del cono, cuando se detenga el movimiento de la arena dentro del frasco se cierra la válvula y, se pesa el equipo con la arena sobrante.

BALON DE DENSIDAD

Método del balón de caucho. A través de este método, se obtiene directamente el volumen del agujero dejado por el suelo que se ha extraído. Por medio de un cilindro graduado, se lee el volumen de agua bombeado que llena la cavidad protegida con el balón de caucho que impide la absorción del agua en el terreno.

Como ventaja, este método resulta ser más directo y rápido que el cono de arena, pero entre sus desventajas se encuentran la posibilidad de ruptura del balón o la imprecisión en adaptarse a las



paredes del agujero, producto de cavidades irregulares o proyecciones agudas lo que lo hacen poco utilizado.

EMPLEANDO ACEITE

Consiste en medir el volumen del orificio mediante la introducción en. El de un volumen conocido de aceite, el cual debe retirarse al concluir el ensayo. Este método no se recomienda en el caso de suelos arenosos.

TROMPA Y ARENA

Dispositivo para colocar la arena en el sondeo que consiste esencialmente en un recipiente en forma cilíndrica con fondo cónico, y una extensión de tuvo metálico flexible. Primeramente se verifica el peso específico de la arena seca a utilizar. Para medir el volumen de la cala volumétrica, se pesa arena seca en una cantidad estimada superior en 25% a la que se requiere para llenar el volumen de la cala; se anota su peso y con ella se alimenta el dispositivo. Se introduce la trompa del dispositivo dentro del sondeo con su extremo levantado hasta tocar el fondo del sondeo; simultáneamente y en forma gradual se levanta el dispositivo y se suelta el cordel que sujeta la trompa, hasta que este quede en posición vertical y deje salir la arena con una altura mínima de caída, distribuyendo la arena en toda la sección de cala. Esta operación se repetirá hasta llenar el sondeo, se enraza con una regla con el menor número de pasadas. Posteriormente se obtiene el volumen del sondeo mediante la relación de la diferencia del peso inicial de la arena preparada con el peso final de la arena sobrante incluyendo la del dispositivo y el peso específico de la arena.

MEDIDOR HIDRÁULICO

Dispositivo esencial que incluye una bomba manual, que hace pasar el agua desde un recipiente graduado hasta un globo de material impermeable, colocado dentro del agujero; a la vez que la presión de la bomba ayuda a un mejor contacto entre las paredes de agujero y la membrana de plástico, el recipiente graduado permite conocer automáticamente la cantidad de líquido que se empleó para llenar el agujero.

EMPLEO DE LA MEMBRANA DELGADA DE PLÁSTICO Y AGUA

La prueba consiste en efectuar un sondeo de forma regular cubica o cilíndrica cuyo volumen aproximado sea de 100 decímetros cúbicos o más.

Una vez terminado el sondeo, se coloca la tela de platico cubriendo las paredes y piso de dicho sondeo. Se vierte agua sobre la tela de plástico hasta llenar el sondeo, utilizando una probeta se anota el volumen de agua que se necesitó para llenar el sondeo como volumen de sondeo.

MÉTODO BASADO EN EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

De la manera inalterada se labra un espécimen de forma regular, con volumen aproximado a cien centímetros cúbicos. Se trata de una balanza con un hilo, se sujeta el espécimen con este hilo, a



continuación se pesa el espécimen. El espécimen se sumerge en parafina sumergido en agua. El volumen del espécimen se calcula restándole al peso del espécimen con parafina el peso del espécimen con parafina sumergido en agua todo esto menos el volumen de la parafina; nos da como resultado el volumen de la muestra.

MÉTODO NUCLEAR

Esto métodos se desarrollan sobre todo para el ahorro de tiempo en las operaciones de control.

Todos los aparatos para medir el peso volumétrico tiene una fuente emisora radiactiva, generalmente de rayos gamma que penetran en el suelo y chocan contra los electrones de las orbitas exteriores de los átomos del mismo, rebotando con una energía menor a la inicial. Estos rayos de retorno son captados por un detector. La pérdida de energía en los choques aumenta la probabilidad de que los rayos sean absorbidos antes de alcanzar el detector, cuando aumenta el número de choques. Sin un suelo tiene mayor Ym, es lógico pensar que los rayos gamma chocaran en él más veces en su recorrido que en otro suelo menos denso y aquí nace la responsabilidad de una correlación entre las lecturas del detector y el peso volumétrico de la masa del suelo.

Los medidores nucleares de la densidad emiten radiaciones al suelo que se está probando y miden tanto la densidad como el contenido de humedad. La prueba es rápida y se puede efectuar sin afectar material.

Hay dos métodos básicos para medir la densidad, el medidor de dispersión de retorno y la transmisión directa. El método de transmisión directa ofrece la mayor precisión, menos error por la composición y desigualdad de la superficie. Se puede usar este método para probar una amplia gama de profundidades, desde 51 mm hasta 305 mm. El aspecto más importante del método de transmisión directa es que el operador tiene el control directo de la profundidad de la medición.

El método de medición de dispersión de retorno elimina la necesidad de hacer una perforación en el suelo compactado debido a que el dispositivo descansa sobre la superficie, sin embargo, no es un método muy preciso porque son probables los errores por composición. Este método funciona mejor en capas de 50 a 75 mm de espesor.



CONCLUSION.

Algunas de las técnicas de mejoramiento de suelo son usadas a nivel mundial, pues posibilitan lograr convertir un suelo de propiedades mecánicas no aptas, para ser usados como material base de un vial u otra obra de cimentación, en un excelente material; con alta resistencia al corte, se logra disminuir su deformación o acelerar está en un período de tiempo corto, y así tener una mayor confianza en la construcción a realizar.

En algunas ocasiones al realizar los proyectos de una construcción no se tiene el suelo deseado o planeado en el proyecto, por eso es de gran importancia tener conocimiento de las diferentes técnicas de mejoramiento de un suelo para no tener que excavar algo innecesario y que puede ser tratado de alguna forma especial.



BIBLIOGRAFIA.

http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/generalM6.htm

http://civilgeeks.com/2011/10/02/la-compactacion-de-suelos/

http://imt.mx/archivos/Publicaciones/DocumentoTecnico/dt7.pdf

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/7285/capitulo3.pdf

http://ingenieriacivil-emi.blogspot.mx/2013_07_01_archive.html

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INSTITUTO TECNÓLOGICO DE OAXACA.

SISTEMAS DE TRANSPORTE

(CLAVE: ICJ1026)

INGENIERIA CIVIL

CATEDRATICO: RAMIREZ MARTINEZ SILVIA OLIVIA

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

- RODRIGUEZ LOPEZ SAUL- GARCIA CRUZ PEDRO ALBERTO- HERNANDEZ REYES ANGEL- CHIGO QUINTERO NORMA ANGELICA- SILVA ZURITA LUIS RENE- HUMBERTO GUADALUPE HERNANDEZ JIMENEZ

GRUPO: ICB

UNIDAD 7: MEJORAMIENTO MECÁNICO DE LOS SUELOS.

MECÁNICA DE SUELOS

Engineering

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