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MECANICA DE SUELOS I

INTRODUCCION

La compactación de suelos constituye un capitulo importantisimo y esta relacionado mucho con las obras como canales, pavimentacion de carreteras, vial urbanas y pistas de aterrizaje.

La importancia de la compactación de suelo estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación que obtienen al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su 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 pata caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar al terreno natural, como en el Caso de cimentaciones sobre arenas sueltas.

La compactación o reducción de la relación de vacíos se produce de varias maneras: reordenación de partículas, fractura de granos o de las ligaduras entre ellas seguidas por reordenación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas absorbidas.

En este trabajo se podrá apreciar conceptos relacionados a la compactación de suelos, las maquinas utilizadas en terreno, los objetivos y métodos de compactación.

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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Conocer los tipos de ensayo y procedimientos de ensayo de compactacion .

OBJETIVOS ESPECIFICOS: Aumentar la resistencia al corte y mejorar la estabilidad de

terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos. Disminuir la compresibilidad y reducir los asentamientos. Disminuir la relación de vacíos y reducir la permeabilidad. Reducir el potencial de expansión, contracción, o expansión por

congelamiento

BENEFICIOS DE REALIZAR UNA COMPACTACIÓN EN EL SUELO:

Las principales beneficios que se producen con la compactación son:

i. Reducción o prevención de los asentamientos perjudiciales. Si la estructura se construye en un suelo sin compactar o compactado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos). El hundimiento es más profundo generalmente en un lado o esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total de la estructura.

ii. Aumento de la resistencia del suelo y mejoramiento de la estabilidad del talud. Los vacíos producen debilidad al suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando el suelo compactado, se reducen los vacíos y todas las partículas del suelo están más apretadas, por lo tanto estas pueden soportar cargas mayores.

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

iv. 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.

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v. Reduce el escurrimiento del agua. Un suelo compactado reduce la penetración de agua

Ventajas de compactar un suelo:

contacto más firme entre partículas. las partículas de menor tamaño pasan a ocupar los vacíos

formados por las de mayor dimensión. Aumenta la capacidad soporte y estabilidad. Nº de vacíos reducido al mínimo => la capacidad de absorber agua

quedará reducida. Aumenta la resistencia y capacidad de carga del suelo. Reduce la compresibilidad y disminuye la aptitud para absorber el

agua. Reduce los asentamientos debido a la disminución de la relación

de vacíos. Reduce el efecto de contracción. Mejora las condiciones de esfuerzo-deformación del suelo

Desventajas : La compactación muy intensa produce un material muy

susceptible al agrietamiento. Aumenta el potencial de hinchamiento (con la humedad) en suelos

finos y el potencial de expansión por las heladas.

COMPACTACION DE SUELOS NATURALES Y MEZCLAS3


1. Compactación:

Compactar es la operación previa, para aumentar la resistencia superficial de un terreno sobre el cual deba construirse una carretera y otra obra. Aplicando una cantidad de energía la cual es necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de hueco del material utilizado.

1.1. Compactación de suelos:

El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteración física, química o biológica. La compactación es la principal causa de alteración del suelo.

Hay dos situaciones con elevado riesgo de compactación: áreas con fuerte tránsito de vehículos y personas, y áreas cercanas a lugares en construcción. Hay suelos con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la composición, estructura y contenido de humedad. Las constructoras a menudo trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se encuentran y se plantarán árboles. Se desconocen cuál es la superficie que abarca el aparato radical, así como, se ignoran los efectos derivados de la compactación y dificultad que se encuentran para intentar resolverlo.

1.2. Características de la Compactación de suelos:

La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la

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reorientación de los granos para formar una estructura más densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento.

Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución más compacta. El agua que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace más fácil la compactación, sin embargo, el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución más compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el agua abandona los poros o huecos rápidamente

Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso específico y la resistencia aumenta.

1.2.1. Compactación de suelos Cohesivos

Suelos Cohesivos: son suelos arcillosos y limosos o sea material de grano muy fino, y la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.

1.2.2. Compactación de Suelos No Cohesivos:

Son suelos compuestos de rocas, piedras, Gravas y arenas, o sea suelos de granos

gruesos. En el caso de suelos granulares el proceso de compactación más adecuado resulta el de la vibración, pero debe tenerse en cuenta, como ya se sabe, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho de la granulometría. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico. La eficiencia se mejora

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aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso específico y la resistencia aumentan.

1.3. TEORIA DE LA COMPACTACION Desde tiempos pre-históricos los constructores han reconocido el valor de la compactación del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por más de 2000 años la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muchos casos, que el valor de la compactación. Por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y continúa asentándose por décadas. Fue R. R. Proctor quien indicó el camino de la compactación efectiva a bajo costo.

La compactación o reducción de la relación de vacíos se produce de varias maneras: reordenación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reordenación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. La energía que se gasta en este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactación de la máquina de compactar. La eficacia de la energía gastada depende del tipo de partículas que componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactación.

“Ralph R. Proctor”

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1.4. OBJETIVOS DE LA COMPACTACION:Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un pavimento, debe llenar ciertos requisitos:

Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.

No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.

No debe ni retraerse ni expanderse excesivamente. Debe conservar siempre su resistencia e incompresibilidad. Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de

drenaje para su función.

1.5. CURVA DE LA COMPACTACIÓN.

Cuando se compacta un suelo bajo diferentes condiciones de humedad y siendo cualquiera el método empleado, se relaciona las densidades con los porcentajes de humedad, lo que da como resultado una curva como la que se muestra:

Las curvas nos indican un máximo absoluto para el valor de la densidad (MDS) y la humedad correspondiente a este punto (OCH).

Cada suelo tiene su propia curva de compactación, que es característica del material y distinta de otros suelos.A la parte de curva situada en el lado izquierdo se le conoce con el nombre de rama seca y al de la derecha como rama húmeda.

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1.6. ESTUDIO DE LA COMPACTACION DE SUELOS EN EL LABORATORIO

La compactación se mide cuantitativamente por la densidad seca del suelo, en cual esta íntimamente relacionado con la densidad húmeda del suelo y el contenido de agua que posee este, estando estos valores influenciados por una seria de factores:

Humedad Tipo de Suelo Energía Especifica El Método de Compactación La Recompactación La Temperatura y la Presencia de Otras Sustancias.

1.6.1. Energía Especifica o intensidad de compactación

Cuando se emplea en el laboratorio la compactación por impacto la energía queda definida por:

Ee=((N∗n∗W∗h))/VEe = Energía específica N = Número de golpes por capa n = Número de capas de sueloW = Peso del pisón h = Altura de caída libre del pisón V = Volumen del suelo compactado

1.7. PROCESO DE COMPACTACION EN CAMPO:La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera parcialmente saturado. Este proceso, para obtener un mejor resultado, implica el uso de las distintas que se nombran a continuación:

La compactación de campo de acuerdo a la forma de aplicación de la carga puede clasificarse:

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a) Compactación por Amasadob) Compactación por Presiónc) Compactación por Impactod) Compactación por Vibración e) Compactación por Métodos Mixtos

a) Compactación por Amasado

Los equipos por amasado están constituidos básicamente por el rodillo pata de cabra, el cual se caracteriza por:

La compactación se realiza de abajo hacia arriba, originando una mayor presión en el lecho inferior.

Se recomienda compactar en capas de 0.30m de espesor, utilizando una penetración del vástago del 20% al 50% de su longitud de acuerdo a la plasticidad del suelo

Se recomienda un numero mínimo de 24 pasadas. Son apropiados para suelo finos (cohesivos)

b) Compactación por Presión

Los equipos por presión están constituidos por los rodillos lisos y neumáticos, presentando las siguientes características:Rodillos Lisos

En un rodillo liso la compactación se realiza de arriba hacia abajo disminuyendo con la profundidad de la capa.

Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm. Se recomienda un número de 8 pasadas.

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Son utilizados principalmente en suelos gravosos y arenosos limpios así como para el acabado de la superficie superior de las capas compactadas y en los concretos asfálticos.

Rodillos Neumáticos

Las características de los equipos neumáticos que influyen en la compactación son: la presión del aire en los neumáticos y el área de contacto entre el neumático y el terreno.

Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm. Se recomienda un numero de pasa de 16. Son aplicables principalmente a los suelos arenosos con finos

poco plásticos, tratamientos superficiales, etc.

c) Compactación por impactoLos equipos por impacto están constituidos por los pisones.

Son utilizados en áreas pequeñas. Se recomienda un numero de pasadas de 4. Son utilizados en los suelos plásticos o suelos granulares de

granulometría apropiada.

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c) Compactación por Vibración

Los equipos por vibración están representados por los rodillos vibrantes, los cuales presentan las siguientes características:

Producen una disminución o casi suprimen el rozamiento entre los granos, teniendo una acción notable en la profundidad mas no así en la superficie.

Se pueden compactar capas hasta de 60cm en el caso de GP y GW con resultados positivos.

Se recomienda compactar en capas de hasta 20cm Se recomienda un numero de pasadas mínimo de 8

Son recomendables para los suelos granulares y a las gravas con pocos finos plásticos ( en un orden de 10%) así como en la compactación de firmes modernos (gran angularidad) y arenas de granulometría cortada.

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d) Compactación por métodos mixtos

Los equipos mixtos están representados por los rodillos lisos vibratorios.

1.8. FACTORES PRINCIPALES DE LOS QUE DEPENDE LA COMPACTACIÓN DE UN SUELO EN CAMPO:

El numero de pasadas del rodillo compactador. El espesor o profundidad del suelo a compactar.

La presión de inflado en el caso de rodillos neumáticos

1.9. PRUEBAS DE LABORATORIO

Las pruebas de laboratorio de acuerdo al método de compactación pueden ser de los siguientes tipos:

a) Pruebas dinámicas

Pruebas dinámicas mas usadas en el medio. • Proctor Estándar y Modificado• Cono de arena in situ.

Otras pruebas dinámicas solo mensionadas.• Impacto California• Británica Estándar• E-10 del Vs Bureau

Otras pruebas de laboratorio solo mensionadas

b) Pruebas Estáticas o Precisión 12


• Porter Sop c) Pruebas por Amasado• Miniatura Harvard • Hveen

d) Pruebas por Vibración • Mesa Vibratoria

e) Pruebas Especiales • Pruebas Nucleares

1.9.1. Ensayo proctor Es un ensayo de compactación del sueloTiene como finalidad obtener la humedad optima de de comparación de un suelo para una determinada energía de compactación

La humedad optima de compactación (% de agua), para lo cual la densidad del suelo es máxima , es decir que cantidad de de agua le hemos de añadir a un suelo para poderlo compactarlo al máximo, con una energía concreta.

PRUEBAS DE COMPACTACIÓN PROCTORR.R Proctor y es conocido hoy día como Prueba Proctor Estándar o A.A.S.H.O. (American Association of State Highway Offícials)

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PROCTOR ESTANDAR .-

La prueba consiste en compactar el suelo en cuestión en tres capas, dentro de un molde de dimensiones y forma especificadas, por medio de golpes de un pisón, también especificado, que se deja caer libremente desde una altura prefijada.

Caracteriscas del molde El molde es un cilindro de 0.94 lts capacidad aproximada 1/30 pie3 10.2 cm (4 pulgadas) de diámetro y 11.7 cm (4.59 pulgadas) de

altura provisto de una extensión desmontable de: diámetro y 5 cm (2 pulgadas) de altura El moljle puede fijarse a una base metálica con tornillos de mariposa El pisón es de 2.5 Kg (5.5 libras) de peso consta de un vastago en cuyo extremo inferior hay un cilindro

metálico de 5 cm (2 pulgadas) de diámetro Los golpes se aplican dejando caer el pisón desde una altura de 30.5

cm (12 pulgadas)

Dentro del molde el suelo debe colocarse en tres capas que se compactan dando 25 golpes, repartidos en el área del cilindro a cada una de ellas.

Con los datos anteriores la energía específica de compactación es de 3.5 Kg. cm/cm3 ), calculada con la fórmula:

Ee=((N∗n∗W∗h))/V

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Ee = Energía específica N = Número de golpes por capa n = Número de capas de sueloW = Peso del pisón h = Altura de caída libre del pisón V = Volumen del suelo compactado

Proctor Estándar empezó a no lograr representar en forma adecuada las compactaciones mayores

PROCTOR MODIFICADAEsto condujo a una modificación de la prueba aumentando la energía de compactación:Conservando el numero de golpes por capa se elevó el número de éstas de 3 a 5. Aumentando al mismo tiempo el peso del pisón y la altura de caída del mismo

Las nuevas dimensiones son: 4.5 Kg (10 libras) y 45.7 cm (18 pulgadas) respectiva y aproximadamente

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La energía específica de compactación es ahora de 27.2 Kg cm/cm3 (56,200 libras - pie/pie3) sobre la base de que el molde utilizado es el mismo que en la prueba Proctor Estándar

Obviamente el peso específico máximo obtenido con esta mayor energía de compactación resultará mayor que el obtenido en la prueba Proctor Estándar y, consecuentemente, según la discusión precedente en torno al contenido inicial de agua, la nueva humedad óptima será ahora menor que en aquel casoEsta prueba modificada es conocida como Prueba Proctor Modificada o A.A.S.H.O. Modificada

PROCEDIMIENTO El suele se mezcla con

cantidadaes variables de agua

Se compacta en tres capas iguales por medio de un pison

Peso 24.4 n Altura de caida

304.8mm Con el pison se

transmiten 25 golpes a cada capa

Se realiza cuatro ensayos con un mismo suelo pero con diferentes humedades después de haber realizado las compactaciones

Se obtienen cuatro densidades para cuatro humedades diferentes

Estas no son las humedades optimas sin embargo se usan para obtener mediante interpolación.

Calculos

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Para cada ensayo se calcula el paeso especifico humedo de compacta cion

Donde :

W : peso del suelo compactado en el moldeV(m) = volumen del molde(943,3cm3)

CALCULOS:Para cada ensayo, el contenido de agua del suelo compactado se determina en el laboratorio.Con el contenido de agua conocido, el peso especifico seco se calcula con la siguiente expresiojn.

Los valores se grafican contra los correspondientes contenidos d e humedad para obtener el peso especifico seco maximo y el contenido de humedad optimo para el suelo.

Curva de Compactación:

Se determina la densidad seca máxima: g dmáx en lab.

Rama Seca:El agua se encuentra de forma capilar,produciendo atracciones interarticular. Grumos difícilmente disgregables.

Rama Húmeda:El agua ocupa lugares vacíos entre partículas, ésta no se desplaza instantáneamente y empezará a absorber parte de la energí aplicada.

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DIFERENCIA ENTRE PROCTOR ESTANDAR Y MODIFICADO

La diferencia básica entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado es la energía de compactación usada. En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes. Esta diferencia se debe a la existencia de modernos equipos de compactación más pesados que permiten densidades más altas en campo.

PROCTOR STANDAR PROCTOR MODIFICADO

PESO DE CAIDA 2.5KG 5KGALTURA DE CAIDA 30CM 45CMNUMERO DE GOLPES 25 50NUMERO DE CAPAS 3 5

Existen diferentes Normas que definen estos ensayos, entre la cuales pueden ser destacadas las Normas americanas, ASTM D-698 para el Proctor Normal y ASTM D-1557 para el ensayo de Proctor modificado y la norma brasileña NBR 7182 que se refiere a ambos ensayos.

Por lo tanto, cuando es exigido un suelo compactado al 90% Proctor normal o modificado, significa que la compactación debe alcanzar

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una densidad seca de por lo menos 90% de la densidad seca máxima obtenida con los ensayos correspondientes.

1.10. Ensayo de cono arena en situ:Se hace un hueco en el suelo, de forma cilíndrica, se pesa el suelo extraído, húmedo y seco. Se llena de arena el hueco (de densidad conocida) y se determina su volumen. Se determina la densidad en Campo: γcampo Grado de compactación = γcampo/ γ dmáx en laboratorio.

El procedimiento de esta prueba es la siguiente:

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1. Llenar el recipiente del cono con la arena de Ottawa.

2. Determinar el peso del recipiente más el cono más la arena de Ottawa dentro el recipiente. (W1)

3. Realizar la excavación del agujero en el área del terreno donde se realizara la compactación en campo.

4. Determinar el peso del suelo excavado del agujero. (W2)

5. Se debe conocer el contenido de humedad del suelo excavado. (w)

Determinar el peso seco del suelo, mediante la ecuación

7.- Después de la excavación del agujero el cono lleno de arena es colocado inversamente sobre el agujero, como muestra la

Luego se abre la válvula del cono y la arena dentro el recipiente empezara a ingresar al agujero hasta que este se llene totalmente.

8. Determinar el peso de la arena más el peso del cono más el peso de la arena que sobro en el recipiente y el cono.

9. Determinar el peso de la arena que llena el agujero, W5 por medio de la ecuación

W5 =W1 – W4

1.11. EQUIPOS DE COMPACTACIÓN EN CAMPO MÁS COMUNES:

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Mayormente la compactación en campo se hace con rodillos. Los cuatro tipos de rodillos más comunes son:

1. rodillos de rueda-Lisa (o rodillos de tambor-liso)

2. Rodillos neumáticos

3. Rodillos pata de cabra.

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4. Rodillos vibratorios.

1.8

CONCLUSIONES

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La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su peso específico secos, 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, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el suelo natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas..

Los métodos utilizados para la compactación de los suelos dependen de los tipos de materiales con los que se trabaje en cada caso; con base en un experimento sencillo que los materiales puramente friccionantes, como la arena, se compactan eficientemente por métodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulte más ventajoso.

Para obtener un Grado de Compactación adecuado se tiene que seguir la siguiente secuencia.

BIBLIOGRAFÍA

www.buenastareas.com/.../peso-especifico

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www.construaprende.com/Lab/2/Prac2_1.html http://www.docstoc.com/docs/25974092/Compactaci%EF%BF%BDn-de-

suelos http://www.fabianhoyos.com/pdfs/cursos/Compactacion.pdf MECANICA DE SUELOS – JUAREZ BADILLO

UNIVERSIDAD DE HUANUCOFACULTAD INGENIERIAE.A.P. INGENIERIA CIVIL

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COMPACTACION DE SUELOSDOCENTE : Ing. FRANCISCO CIELO MEDRANO

CURSO : MECANICA DE SUELOS I

INTEGRANTES : CABELLO RODRIGUEZ ANTHONY KEBY CALDERON ROMERO DOANE VICENTE CONDEZO APAC RUBEN. MARIN DAVILA ERICKA LUZ

GRUPO : IIISECCION : “A”

HUANUCO – PERÚ

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