En general, todo terraplén debe compactarse para que forme una masa resistente y poco compresible.

En la compactación de un suelo juega un papel importante la cantidad de agua que contiene. Si se compactan muestras de un mismo suelo en condiciones idénticas, pero variando la humedad, se obtiene una gráfica como la de la figura, donde en abscisas se sitúan las humedades y en ordenadas las densidades secas obtenidas. La curva presenta un máximo que indica la densidad máxima que puede obtenerse con el procedimiento de compactación que se haya empleado, y que corresponde a una “humedad óptima”, que es la que hay que dar al suelo para llegar a dicho resultado.

Una muestra compactada al + 2% quiere decir que su humedad de compactación es la óptima más 2%. Si por el contrario se dice que está compactada al - 2% se quiere decir que su humedad de compactación es la óptima menos 2%.

Cuanto mayor es la compactación mayor es la densidad alcanzada y más pequeña es la humedad óptima. El aumento de densidad que se obtiene al aumentar la energía de compactación es mucho mayor con humedades bajas que con humedades altas. En cualquier caso, para un determinado grado de humedad, la densidad después de la compactación no puede ser mayor que la que corresponde a la muestra totalmente saturada.

Las curvas correspondientes al grado de saturación se obtienen de la expresión:

El ensayo de compactación Proctor es el más extendido. Está regulado por la norma UNE - 103 500/94.

El ensayo consiste en apisonar una muestra de suelo, que pasa por el tamiz UNE 20 mm, en tres capas sucesivas en un molde cilíndrico de un litro de capacidad. Cada capa se apisona por medio de 25 golpes, distribuidos por toda su superficie, con un pistón de 2.5 kg de peso y 5 cm, aproximadamente, de diámetro, con una altura de caída de 30.5 cm. La energía de compactación por unidad de volumen es de 0.583 J/cm3.

El ensayo Proctor modificado se emplea en aquellos casos en que el tamaño del terreno no pase por el tamiz UNE 20 mm.

El ensayo consiste en apisonar una muestra de suelo en tres capas sucesivas en un molde cilíndrico de 2.318 litros de capacidad. Cada capa se apisona por medio de 60 golpes, distribuidos por toda su superficie, con un pistón de 4.535 kg de peso y 5 cm, aproximadamente, de diámetro, con una altura de caída de 45.7 cm. La energía de compactación por unidad de volumen es de 2.632 J/cm3.

Los fenómenos de expansión son propios de suelos parcialmente saturados que aumentan de volumen al aumentar la humedad del suelo, mientras que el colapso se produce en suelos parcialmente saturados que sufren un asiento adicional tras haber asentado bajo condiciones de carga y humedad.

Los suelos expansivos suelen ser suelos compactos, plásticos, poseen montmorillonita y al humedecerse se hinchan. El colapso es más importante en suelos de estructura floja como los limos yesíferos o el loess, que se caracterizan por su poca o nula plasticidad y su asiento en presencia de humedad.

El colapso también se puede producir en suelos compactados del lado seco del óptimo, aunque las densidades sean altas. En un suelo granular el colapso se puede producir por un debilitamiento de la estructura por la acción del agua. Esto está relacionado con el hecho de que un suelo húmedo es más compresible que un suelo seco.

El ensayo se realiza con la ayuda de un edómetro y varias muestras. La primera muestra se introduce en el edómetro conservando su humedad natural y no se inunda. Se le realiza un ensayo de humedad natural aplicándole una serie de cargas y midiendo las deformaciones a medida que el suelo va asentando.

A continuación se toman una serie de muestras. A la primera se le aplica una pequeña carga y se inunda, si el suelo es expansivo éste se hinchará, y se mide su aumento de volumen. El proceso se repite con las siguientes muestras y se observa que cada vez el hinchamiento es menor hasta llegar a un punto en que el suelo en lugar de hincharse asienta. Llegado a este punto el suelo se ha colapsado. La presión de hinchamiento será aquella en la que el suelo ni se hinche ni asiente.

La capa activa es la capa que está sometida a cambios de humedad y por tanto será en ella donde se produzcan los aumentos de volumen.

La aplicación práctica de este ensayo radica en que los suelos ni son colapsables ni son expansivos, sino que depende de la presión a que estén sometidos. Además, el inconveniente de este ensayo es que los suelos no se suelen inundar, en todo caso varían ligeramente su humedad, por lo se estaría siempre del lado de la seguridad de manera excesiva.

Este ensayo permite medir la expansividad de un suelo parcialmente saturado. El ensayo está regulado por la normativa UNE - 103 601.

El ensayo consiste en colocar una muestra en el edómetro, se coloca a cero el cuadrante y se inunda el edómetro hasta un nivel en que el agua sólo penetre en la pastilla por la piedra porosa inferior, para evitar que quede aire aprisionado en el interior de la muestra, y se mide el hinchamiento, que se expresa en tanto por ciento del espesor de la muestra, y se designa con el nombre de hinchamiento libre.

El hinchamiento libre no es más que un punto de la curva de inundación bajo carga.

Este ensayo permite medir la expansividad de un suelo parcialmente saturado. El ensayo está regulado por la normativa UNE - 103 602.

El ensayo es similar al ensayo de hinchamiento libre con la diferencia de que en lugar de medir el hinchamiento de la muestra lo que se hace es aplicar cargas para no permitirlo. La presión máxima que hay que añadir para que no haya hinchamiento se conoce como presión de hinchamiento.

El aparato de Lambe tiene por objeto descubrir mediante un ensayo rápido (que se pueda determinar en dos horas) la peligrosidad de un suelo desde el punto de vista del hinchamiento o la retracción.

El ensayo se realiza con una muestra de suelo que pase por el tamiz UNE 2 mm. Al comenzar el ensayo la muestra debe estar en uno de estos tres estados: seco, húmedo o en el límite plástico. Seco quiere decir expuesto a un ambiente de humedad relativa del 50% hasta humedad constante. Húmedo significa con una humedad relativa del 100%, por lo que la muestra se ha de introducir en una cámara húmeda o en un desecador cerrado que contenga agua, hasta humedad constante.

La muestra se compacta con la maza del ensayo de Proctor normal en el interior de la célula, en las condiciones siguientes:

Una vez compactada la muestra y ensamblado el aparato, mediante un vástago ajustable se da una presión a la muestra de 1 T/m2 (la fuerza se mide en el anillo, y corresponderá a un número determinado de divisiones del micrómetro). A continuación se inunda la muestra. La presión que actúa sobre ella al cabo de las dos horas se designa con el nombre de índice de expansividad. Según el índice de expansividad la gráfica siguiente permite obtener el cambio potencial de volumen, que da una idea acerca de la peligrosidad del suelo.

Tema 7: COMPACTACIÓN DE SUELOS

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MECÁNICA DEL SUELO