Cortes, terraplenes y compactación

Transcripción

1 Cortes, terraplenes y compactación La compactación de un suelo: - Reduce la compresibilidad (disminuye las deformaciones para cargas verticales) - Aumenta la resistencia al corte (disminuye la probabilidad de falla del terraplén) - Crea cohesión y resistencia a la compresión - Con la mayor cohesión, aumenta la resistencia a la erosión interna (tubificación o piping) y externa Lo caro y lento de la compactación es colocar en capas delgadas y en condiciones para poder compactar En suelos arcillosos las capas son de ~ 10 a 15 cm. En suelos granulares (gravas y enrocados) las capas son de ~ 30 a 150 cm. Se distribuye con un tractor Relleno de una zanja: Si hay que compactar, el suelo se debe hacer llegar al fondo, esparcirlo en capas delgada, rodillarlo Si no requiere compactación, sencillamente se deja caer desde arriba hasta rellenar en una sola capa toda la zanja. A lo más hay que esparcir y darle forma a la superficie terminada. Costo y plazo 1/3 Montones, cuñas o conos Para depósitos (botaderos). Si no se requiere compactación el material se descarga desde la superficie final por la ladera. El terraplén va avanzando. Sólo se requiere acceso a un punto en el nivel definitivo. Si se especifica compactación hay que tener acceso a todos los niveles para ir subiendo por capas la superficie. Se debe descargar en toda la superficie, corregir humedad si el suelo es cohesivo, después pasar el rodillo. Caro y Demoroso. El que redacta especificaciones o el que coloca notas en los planos que considere el costo. 1

2 Lo más frecuente es que se requiera compactación. Sin embargo al poner en los planos la frase relleno compactado se debe tomar en cuenta que cuesta y demora el triple. Rellenos para jardines o para superficies en que asentamientos no provocan problemas y que están confinados y no requieren resistencia al corte y a la erosión. Poner Relleno Tipos de suelos Granulares - Partículas en las que predomina el peso - Poca superficie de contacto - Poca adherencia entre granos - Se compacta por movimiento y golpes (vibración) Cohesivos - Partículas aplanadas de poco espesor - Predomina la adherencia - Son suelos pegajosos, difíciles de compactar y relativamente débiles - Se compacta por amasado y presión Un suelo está formado por tres partes de suelos granulares - laboratorio Aire Agua Hay que eliminarlas Sólido (no compresible) Al aplicar presión en suelos granulares el agua es expulsada debido a la alta permeabilidad En suelos impermeables (cohesivos), si se aplica presión la expulsión de agua es muy lenta Eje excéntrico de suelos granulares - laboratorio Medición en laboratorio 1. Depositar material en la forma más suelta posible (material seco) 2. Se mide Volumen y Peso γ min 3. Vibrar con tiempo, amplitud y frecuencia normalizados 4. Se mide Volumen y Peso γ max γ max *(γ suelo - γ min ) D r = Densidad relativa = γ *(γ - γ ) *100 suelo max min - Si γ suelo = γ min D r = 0 % - Si γ suelo = γ max D r = 100 % de suelos granulares - terreno Una vez completa, compactada y controlada una capa: se coloca el suelo de la capa siguiente. Los camiones descargan en montones. El loro ubica a los camiones para que los montones queden a una distancia tal que al esparcir el espesor de la capa sea el deseado 2

3 de suelos granulares - terreno Se retiran los sobre tamaños, es decir los bloques que tienen espesor superior o cercano al espesor de la capa. Ya que el rodillo se monta sobre ellos y no compacta a su alrededor. de suelos granulares - terreno En terreno la energía absorbida es: - Directamente proporcional al nº de pasadas del compactador - Inversamente proporcional al espesor de la capa - Directamente proporcional al peso del compactador Vibración ~ rpm w2 w1 e = espesor de la capa Control en Terraplén Una vez que se estima que está completa la compactación de una capa, se debe medir su densidad = Peso/volumen Se excava un hoyo y se debe medir el volumen del hoyo y el peso del suelo que lo ocupaba. Para medir el volumen se rellena con arena de densidad conocida. Se pesa la arena. de suelos granulares - terreno Medición de densidad: Arena densidad conocida Se determina el peso de la arena y se deduce volumen Se pesa material excavado γ Se determina la humedad, que se resta al peso y se calcula densidad En todos los casos se especifica y hay que medir la densidad seca. Se requiere restar la humedad. Es lo más lento ya que hay que llevar al laboratorio y secar en horno. Hay métodos para medida rápida en terreno pero, poco prácticos. Personal en terreno a ojo corrige humedad, se verifica en el laboratorio. Cuando hay pocas canchas para colocar rellenos, el control de la densidad se pone en el paso crítico. Antes de poner nuevos rellenos sobre una capa ya compactada, deben medirse las densidades. 3

4 de suelos granulares - terreno D r ~85% ~75% Nº de pasadas Las especif. técnicas pueden especificar: - Espesor máximo de la capa (opcional) - Dr >= 83% (por ejemplo) de suelos granulares - humedad En suelos granulares gruesos la humedad tiene poca influencia. El agua produce un efecto de lubricación por lo que se reduce la energía necesaria para compactar pero se puede lograr el mismo efecto con un mayor número de pasadas. Sin embargo, en arenas finas existe el fenómeno de falsa cohesión. Granos de arena Película de agua de suelos granulares - humedad La tensión superficial del agua atrae las partículas. Sólo si están presentes las tres fases: sólido (arena fina), agua y aire. Solución inundar. Fenómeno visible en cortes en arenas finas. Hay que mantener húmedo para que haya cohesión de suelos granulares - humedad Hay espec. técnicas que obligan a regar en todos los terrenos lo que en algunas ocasiones puede ser demasiado caro (zonas desérticas) Regando no se obtiene una mayor densidad sino que menos nº de pasadas de rodillo, rodillo más liviano o capas más gruesas. Nuevamente, conciencia de los costos al especificar. de suelos cohesivos - laboratorio Hay una gran influencia de la humedad Se compacta con golpes, amasado y presión (simultáneamente) γ máx γ seco Proctor de suelos cohesivos - laboratorio γ seco Proctor modificado Proctor estándar Con 3 ensayos se realiza la curva y se determina humedad óptima y densidad máxima Humedad óptima Dependen de la energía de compactación Humedad Humedad óptima Proctor modificado Humedad óptima Proctor estándar Humedad 4

5 10/6/08 de suelos cohesivos - laboratorio de suelos cohesivos - terreno Ensayo Golpes Capas Kg. del Altura martinete de caída (cm) Vol. total φ del molde (cm) Energía P. Estándar P. Modif Las especif. técnicas pueden especificar: - Se deberá obtener una densidad > 95% (por ej.) de la máxima en laboratorio con Proctor estándar. - La humedad estará comprendida entre la óptima y la óptima ± 3% (por ej.) En suelos muy secos o muy húmedos no se puede compactar. Se trabaja en espesores pequeños ~10 a 15 cm. (si es muy cohesivo) Si la humedad es baja, el material se riega, se revuelve (con motoniveladora, arado u otro), se alisa y se compacta. Si la humedad es alta, hay que secar (airear). Se usa arado de disco o motoniveladora. Los suelos cohesivos tienen baja resistencia, son deformables, difíciles de compactar y sensibles a la humedad. de suelos cohesivos - terreno Equipos τ Granular Cohesivos φ Granulares Cohesivos Vibratorio Pata de cabra φ Granular τ = σ*tg(φ) σ Cohesivos τ = c + σ*tg(φ ) φ ~ º Pisones φ ~ 0-20 º Equipos rendimiento (cohesivos y granulares) por traslapo (metros) Vol/hora = Velocidad*(B 0.1)*espesor de la capa Número de pasadas B Una pasada vale por dos Más maniobrable 5

6 10/6/08 6

7 10/6/08 Primeras pasadas, las puntas se hunden completas hasta que el tambor toca el suelo Se va densificando por amasado y presión y ya no se hunde completo Al final sólo deja huellas Suelos granulares: Poca compresibilidad Buena resistencia a la compresión Resistencia al corte aumenta con la presión : T = c+p*tgfi en gravas fi =47 Mientras más agua al compactar mejor no dependientes del clima al construir terraplenes Pocas pasadas rodillo (4 a 6) Suelos Cohesivos -Cohesión c grande -Fi bajo -No se pueden compactar si humedad alta: no se puede construir terraplenes en periodos lluviosos. - en capas delgadas (10 a 15 cm) pues se requiere amasar el suelo de suelos granulares - humedad 7

8 Cortes y Terraplenes En los proyectos, especialmente de caminos, se busca compensación. Que el volumen de los cortes sea igual a los de los terraplenes. Cortes y Terraplenes En caso contrario: Volúmenes de corte en exceso hacen necesarios botaderos Déficit de materiales de corte: yacimientos empréstitos En ambos casos: Mayores costos e impactos ambientales. El ideal sólo botadero para el escarpe. Cortes y Terraplenes Especialmente, en caminos se usan diagramas de masa. En abscisas el km. En ordenadas volúmenes acumulados. Corte positivo. Relleno negativo. No aplicable si los materiales de los cortes no aptos para terraplenes. 8