UNIVERSIDAD DIEGO PORTALES FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES IOC2010 - 1 MECÁNICA DE SUELOS

Ayudantía # 3-01 Compactación de Suelos

Resumen: Compactación: La compactación corresponde a la densificación del suelo por remoción de aire, esto incrementa las características de resistencia del suelo y ayuda a prevenir posibles asentamientos. Para lograr esta densificación se requiere comúnmente energía mecánica.

Figura 1: Principios de compactación

Fuente: Das, Braja M. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. (4ta. Edición).

Maquinaria utilizada para compactar: • Plancha vibradora • Rodillo liso • Rodillo liso vibratorio • Rodillo con placas • Rodillo pata de cabra • Rodillo neumático Ensayos de compactación: • Proctor Estándar • Proctor Modificado (se utiliza en la actualidad)

Relaciones de importancia: • Energía de compactación:

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Profesor: PascaleRouséHollemart Ayudante: Javiera González Fuentealba

• Peso específico seco:

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�1 � ��

• Compactación relativa:

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��������� 100%

Control de calidad de la compactación:

• Ensayos destructivos: Cono de arena • Ensayos no destructivos: Densímetro nuclear.

Relación energía, peso específico seco y humedad:

Figura 2:Efectos de la energía de compactación sobre la compactación de una arcilla arenosa.

Fuente: Das, Braja M. Principios de Ingeniería de Cimentaciones. (4ta. Edición).

Problema 1: Se desea construir un relleno compactado de 50000 m3. Para esto se acude a un empréstito cercano, donde las características del suelo natural son: - w = 18% - S = 65% - G = 2.75

El suelo es excavado del empréstito y transportado en camión al relleno. Este es esparcido en capas delgadas, agregando agua hasta alcanzar una humedad homogénea igual a la del Proctor modificado. Si se pide un grado de compactación del 95% del Proctor modificado, determinar:

a) la cantidad en m3 de material que es necesario excavar Datos ensayo Proctor modificado

Volumen molde (cm3)

Masa de suelo húmedo en el molde

(gr)

Contenido de humedad del suelo (%)

943.3 1890 16 943.3 1980 18 943.3 2090 20 943.3 2060 22 943.3 2010 24 943.3 1890 16

b) A continuación se presentan los resultados de un ensayo para control de calidad del

peso específico de terreno usando el método del cono de arena: Peso específico seco calibrado de arena Ottawa = 1.58 ton/m3 Masa de arena Ottawa para llenar el cono = 0.125 Kg Masa de recipiente + cono + arena (antes de usarse) = 6.565 kg Masa de recipiente + cono + arena (después de usarse) = 2.752 kg Masa del suelo húmedo agujero = 2.956 kg Contenido de agua del suelo húmedo = 19.5%

i) Determinar la densidad seca de terreno. ii) ¿Cuál es el valor de CR (compactación relativa)? iii) ¿Cae este valor dentro de los límites permitidos?

Solución

a) Obtener el wop y γdmax

Volumen molde (cm3)

Masa de suelo húmedo en el

molde (gr)

Contenido de humedad del suelo

(%)

γt (gr/cm3)

γd (gr/cm3)

943.3 1890 16 2.00 1.73 943.3 1980 18 2.10 1.78 943.3 2090 20 2.22 1.85 943.3 2060 22 2.18 1.79 943.3 2010 24 2.13 1.72 943.3 1890 16 2.00 1.73

Graficando tenemos:

Del gráfico, la humedad óptima es de 20% y γdmax = 1.85 gr/cm3 Para el relleno se pide una densidad seca correspondiente al 95% del proctor modificado, por lo que: γdrell = 0.95 x 1.85 = 1.76 gr/cm3 Además sabemos que el peso seco de material del empréstito es igual al peso seco del material del relleno por lo que: Pdemp = Pdrell � γdempVTemp = γdrellVTrell Sabemos que: VTrell = 50000 m3 y γdrell = 1.76 gr/cm3 = 1.76 ton/m3 Nos falta obtener γdemp y VTemp

Sabemos que:

ws

d e

G γγ+

=1

y e = Gw/S � 3/56.11

65.0

18.075.21

75.2mtond =×

×+=γ

1.70

1.72

1.74

1.76

1.78

1.80

1.82

1.84

1.86

10 12 14 16 18 20 22 24 26

w (%)

γγ γγ d (

gr/

cm3 )

De donde: VTemp = 1.76x50000/1.56 = 56410 m3 b) Peso específico seco calibrado de arena Ottawa = 1.58 ton/m3 Masa de arena Ottawa para llenar el cono = 0.125 Kg Masa de recipiente + cono + arena (antes de usarse) = 6.565 kg Masa de recipiente + cono + arena (después de usarse) = 2.752 kg Masa del suelo húmedo agujero = 2.956 kg Contenido de agua del suelo húmedo = 19.5% i) La masa de arena necesaria para llenar el cono y agujero es: 6.565 – 2.752 =3.813 kg Por lo que la masa para llenar el agujero es igual a: 3.813 – 0.125 = 3.688 kg Dado que conocemos la masa de arena necesaria para llenar el agujero y el peso específico de la arena Ottawa, podemos obtener el volumen del agujero: V = M / γ = 3.688 / 1.58x103 = 2.33 x 10-3 m3 Ahora, dado que conocemos la masa de suelo húmedo y la humedad del suelo, podemos obtener la masa de suelo seco: Md = Masa suelo húmedo/(1+w%) = 2.956 / (1+0.195) = 2.474 kg Dado que conocemos la masa seca y el volumen del agujero, podemos obtener el peso específico del suelo seco: γd = M / V = 2.474 x 10-3 / 2.33 x 10-3 = 1.06 ton/m3 ii) CR = peso unitario seco en terreno/peso unitario seco en ensayo (x100%) En este caso: CR = 1.06/1.76 x 100 = 60.2 % iii) Los límites permitidos para CR son 90% - 105 % por lo que no cumple

Problema 2: Los siguientes resultados fueron obtenidos de un ensayo Proctor Estándar:

El volumen del molde es de 1000 �# y el valor de la gravedad especifica de los sólidos es de 2,67. Se pide:

a) Determinar la densidad máxima y contenido de humedad óptimo. b) Si la relación entre la densidad seca y el contenido de aire está dado por:

�� �$%�&'(�

&)*$%�+ , dibujar las líneas correspondientes a 0%,5% y 10% contenido

de aire.

c) Determine el valor del contenido de aire para la densidad máxima d) Grafique la evolución de la densidad máxima y la humedad optima a medida que

se aumenta la energía de compactación. Solución a)

Del gráfico, wopt=15% y γd=1.831g/cm3

b)

Masa (g) 2010 2092 2114 2100 2055

w(%) 12,8 14,5 15,6 16,8 19,2

c) A = 4% d)

Problema 3: Para los datos de la tabla se pide:

a) Dibuje las curvas de compactación de cada ensayo b) Que ensayo corresponde al Proctor Modificado (justifique su respuesta) c) Obtenga la densidad máxima y el contenido de humedad óptimo para cada ensayo d) Calcule el grado de saturación en el óptimo para el ensayo A. Considere que la

gravedad específica es 2.64 e) Dibuje la curva de saturación y de contenido de aire de 10% f) Obtenga el contenido de aire para los 3 óptimos

Ensayo A Ensayo B Ensyo C

γd (t/m3) w (%) γd (t/m

3) w (%) γd (t/m3) w (%)

1.87 9.3 1.69 9.3 1.63 10.9 1.91 12.8 1.72 11.8 1.64 12.3 1.8 15.5 1.76 14.3 1.74 16.3 1.7 18.7 1.75 17.6 1.71 20.1 1.64 21.1 1.69 20.8 1.65 22.4

1.62 23 Solución

b) El proctor modificado corresponde al ensayo A ya que se obtiene una densidad máxima mayor a una humedad óptima menor c) Ensayo A: γd = 1.91 t/m3 - w =12.5% Ensayo B: γd = 1.76 t/m3 - w =15.3%

Ensayo C: γd = 1.745 t/m3 - w =17.0% d) Se=Gw y �e = 0.38 � S = 86.8%

a) Ensayo A: A = 3.8% Ensayo B: A = 6.4% Ensayo C: A = 4.2%

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

2.1

2.2

0 5 10 15 20 25 30

w (%)

γγ γγd (

t/m

3 )

Ensayo A

Ensayo B

Ensayo C

A = 0 (o S=100)

A = 10% (o S=90)