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.
10.1. DETERMINACION DE PESOS
VOLUMETRICOS DE CAMPO POR LOS METODOS DE:
10.1.1.
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.
10.1.2 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.
10.1.3
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.
10.2 PRUEBAS DE COMPACTACIÓN EN EL LABORATORIO
Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos
teóricamente, en el laboratorio unas condiciones dadas de compactación de
campo. Históricamente, el primer método, en el sentido de la técnica actual, es
el debido a R. R. Proctor, y es conocida hoy en día como "Prueba Proctor
Estándar". La prueba consiste en compactar el suelo en cuestión en tres
capas dentro de un molde de dimensiones y forma determinadas por medio de
golpes de un pisón, que se deja caer libremente desde una altura especificada.
Con este procedimiento de compactación Proctor estudió la influencia que
ejercía en el proceso el contenido inicial del agua en el suelo, encontrando
que tal valor era de vital importancia en la compactación lograda. En efecto
observó que a contenidos de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se
obtenían más altos pesos específicos secos y, por lo tanto, mejores
compactaciones del suelo, pero que esa tendencia no se mantenía
indefinidamente, sino que la pasar la humedad de un cierto valor, los pesos
específicos secos obtenidos disminuían, resultando peores compactaciones.
Proctor puso de manifiesto que, para un suelo dado y usando el procedimiento
descrito, existe una humedad inicial llamada "óptima", que produce el
máximo peso específico seco que puede lograrse con este procedimiento de
compactación.
EQUIPO EMPLEADO:
El objetivo de la práctica es obtener el peso específico seco máximo de
laboratorio y la humedad óptima de compactación. El material y equipo utilizado
fue el siguiente:
- Molde de acero de
4" de diámetro y aprox. 12 cm de altura
- Martillo de compactación
con guía
- Base y extensión
para el molde
- W del martillo (
prueba estándar): W=
- W del martillo (
prueba modificada): W=
- Malla del No. 4
- Cucharón
- Enrazador
- Probeta de 100ml
- 5 cápsulas de
aluminio
- Desarmador plano
- Charola cuadrada
- Balanza con
aproximación de un gramo
- Balanza
electrónica
- Vernier o flexo
metro
҉
Después de
recibir el material y equipo, se comenzó por medir el diámetro y la altura del
molde y a pesarlo; mientras otros compañeros calculaban el número de golpes a
aplicar para cada capa.
҉
Al mismo
tiempo otros compañeros cribaban el material por la malla #4. después se le
comenzó a agregar agua hasta que al apretarlo con la mano formó un grumo que no
se deshacía fácilmente.
҉
Se colocó
el molde con la base y la extensión en la base para compactar, se le adicionó
material suelto y se precedió a compactar, se escarifico para agregar la
segunda capa y se compacto, lo mismo se hizo para la tercera capa. Se rasco el
perímetro del molde para evitar que se viniera la tercera capa con la extensión
y se enrazó el material excedente; se pesó el cilindro sin la base pero con el
material compactado y por diferencia de pesos se obtuvo el peso del suelo húmedo.
҉
Hecho lo
anterior se procede
a extraer el material del cilindro ayudados por un gato hidráulico y se extrajo
una muestra representativa de aproximadamente 100gr. para obtener el contenido
de humedad del material.
҉
Se repite
el procedimiento descrito anteriormente hasta que el peso del material húmedo
disminuya en dos ocasiones consecutivas.
10.2.2. PRUEBA PROCTOR MODIFICADO
Actualmente
existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en laboratorio
las condiciones dadas de compactación en terreno. El más empleado, actualmente,
es el denominado prueba Proctor modificado en el que se aplica mayor
energía de compactación que el estándar siendo el que está mas de acuerdo con
las solicitaciones que las modernas estructuras imponen al suelo.
También para algunas condiciones se
utiliza el que se conoce como Proctor de 15 golpes. La
energía específica de compactación se obtiene aplicando la siguiente fórmula:
Ee = N * n * W * h
V
Con
este procedimiento de compactación, Proctor estudió la influencia que ejercía
en el proceso el contenido inicial de agua de suelo. Observó que a contenidos
de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían más altos pesos
específicos secos y, por lo tanto, mejores compactaciones de suelo, pero que
esa tendencia no se mantenía indefinidamente, sino que al pasar la humedad de
un cierto valor, los pesos específicos secos obtenidos disminuían, resultando
peores compactaciones en la muestra. Es decir, que existe una humedad inicial
denominada humedad optima, que produce el máximo peso específico seco que puede
lograrse con este procedimiento de compactación y, por consiguiente, la mejor
compactación del suelo.
Los
resultados de las pruebas de compactación se grafican en curvas que relacionan
el peso específico seco versus el contenido de agua, lo que se puede apreciar
en la Figura 5.17, para diferentes
suelos.
10.2.3PRUEBA
PORTER
Este método de prueba sirve para
determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima en suelos con
partículas gruesas que se emplean en la construcción de terracerías; también se
puede emplear en arenas y en materiales finos cuyo índice plástico sea menor
que 6. El método consiste en preparar especímenes con material que pasa la
malla de una pulgada, a los que se le agregan diferentes cantidades de agua y
se compactan con carga estática.
Objetivo: En esta práctica se determinara
la compactación por carga estática ya que es igual que la prueba. Proctor se
calculara el peso específico seco máximo y contenido de humedad.
Como se ha visto en la teoría, la
influencia de la humedad del suelo en el proceso de compactación es importante,
por lo que parece obvio que debería controlarse el contenido de humedad de la
capa granular objeto de la compactación.
Si esto no se realizase, las variaciones de humedad
que se produzcan después de la construcción, al provocar cambios de volumen con
determinados tipos de suelos, pueden producir deformaciones.
Un problema es cuando el material que va a formar la
capa granular, llega a la obra con poca humedad, se debe estudiar cual es la
humedad que tenía antes en el terreno o en el acopio, ya que puede suceder que
durante las fases de extracción, transporte y extensión el suelo pierda
demasiada humedad. Si esto es así un reestudio de estas operaciones puede
reducir o eliminar el problema.
Pasando ahora al caso de que la humedad es excesiva,
se debe estudiar como en el caso anterior todo el proceso que sufre el material
y corregir si se observase algún defecto. También es importante resolver el
problema de la variación de humedad al trabajar con lluvia.
En el caso de que el estudio del proceso no diera
resultado, se debe proceder al oreo del material que forma la capa, hasta que
este alcance la humedad adecuada, o incluso a la adición de cal.
Al compactar varias muestras del
mismo suelo con la misma energía de compactación pero con diferente porcentaje
de humedad, nos encontramos como la densidad seca de la capa compactada se va
incrementando al aumentar la humedad, hasta que se alcanza un valor máximo, a
partir del cual el aumento de la humedad lleva a valores decrecientes de la
densidad seca, por el efecto del agua en la compactación que se ha expresado
anteriormente.
Cuando la compactación se
realiza con una humedad inferior a la óptima, se dice que la compactación se
realiza del lado seco, mientras que cuando se realiza con una humedad superior
a la óptima se dice que se compacta del lado húmedo.
Al aumentar la energía de
compactación para un mismo suelo, la humedad óptima se va reduciendo, al tiempo
que aumenta la densidad seca máxima que se obtiene en el proceso.
En el laboratorio se estudia
la humedad óptima del proceso y la densidad seca máxima esperable mediante el
ensayo Proctor.
En este ensayo se compacta
una muestra del suelo con una cierta energía y mediante aportaciones diferentes
de agua se obtiene la curva densidad seca versus humedad. De ella se deducen
los valores de la humedad óptima y de la densidad seca máxima.
La compactación es el procedimiento de aplicar
energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su
densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras
propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del
suelo.
Se emplean cuatro métodos principales de compactación:
Ø Compactación estática o por presión:
La compactación se logra utilizando una máquina
pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de
movimiento vibratorio. Por ejemplo:
rodillo estático o rodillo liso.
Ø Compactación por impacto.
La compactación es producida por una placa
apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad.
Por ejemplo: un apisonador
Ø compactación por
vibración :
La compactación se logra aplicando al suelo
vibraciones de alta frecuencia. Ideales para suelos granulares por ejemplo:
placa o rodillos vibratorios.
Ø
compactación por amasado:
La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas
en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Ideales para suelos cohesivos Por ejemplo: Un rodillo “Pata de
Cabra”.
La forma
de las partículas gruesas de un suelo influye en la compacidad y estabilidad
del depósito del mismo.
Cuando se
examinan las partículas más gruesas del suelo a simple vista o con una lupa
pequeña, se debe tratar de estimar el grado de meteorización. La presencia de
materiales débiles, como latitas y mica, deberá también tenerse en cuenta, ya
que estos materiales pueden influir en la durabilidad o compresibilidad del
depósito.
Los dos factores que más influyen
son el reúso y el logro de una homogénea distribución del contenido de agua.
En muchos laboratorios es práctica
común usar la misma muestra para la obtención de puntos sucesivos de las
pruebas de compactación; ello implica la continuada re compactación del mismo
suelo. Se ha visto que esta práctica es inconveniente en lo absoluto, toda vez
que la experimentación ha demostrado, sin género de duda, que si se trabaja
con suelos re compactados lo pesos
volumétricos que se obtiene son mayores que los que se logran con muestras vírgenes en igualdad de
circunstancias, de modo que con suelos re compactados la prueba puede llegar a
dejar de ser representativa. Una explicación sencilla de este efecto radica en
la deformación volumétrica de tipo plástico que causan sucesivas
compactaciones.
Una muestra con una distribución
homogénea del contenido de humedad servirá para realizar pruebas correctas de
compactación.
