A1 Compactacion de Suelos

8/6/2019 A1 Compactacion de Suelos

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MATERIAL DE APOYO

COMPACTACIN DE SUELOS Y MATERIALES ESTABILIZADOS

CATEDRA TRANSPORTE III

ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERA Y AGRIMENSURA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO

Ao 2002


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Compactacin de Suelos y Materiales Estabilizados. Ao 2002 Pg. 2 de 16

Ctedra Transporte III F.C.E.I. y A. U.N.R. Ing. Jorge A. Pramo

COMPACTACIN DE SUELOS Y MATERIALES ESTABILIZADOS

1.- Introduccin:La compactacin de suelos y materiales estabilizados es el proceso por el cual se obliga a laspartculas a ponerse ms en contacto unas con otra. Se realiza generalmente por medios me-cnicos, producindose la expulsin del aire de los poros. La compactacin se mide cuantitati-

vamente por la densidad seca del suelo (peso de las partculas slidas del suelo por unidad devolumen, [gr/cm3]; [Kg/dm3]). La humedad del suelo es el peso del agua que contiene, expresa-do con respecto al peso del suelo seco. La densidad seca se puede determinar entonces, apartir de determinar la densidad hmeda del suelo y su porcentaje de humedad.

Densidad seca = densidad hmeda1 + % de humedad

R. R. Proctor hacia 1933, propone un ensayo emprico de compactacin en laboratorio. Para undeterminado trabajo de compactacin, relaciona la densificacin de los suelos con el contenidode humedad. Actualmente tal ensayo se encuentra normalizado con algunas variantes. Permiteobtener resultados reproducibles que ofrecen la posibilidad de emplearlos como referencia decontrol de densificacin en obra.

Las variables que entran en juego son:

a) Energa por unidad de volumen de suelo compactado, en el trabajo mecnico de com-pactacin, en Kg. cm/cm3. Trabajo logrado mediante impactos de un pisn.

b) Composicin en volumen de las distintas fases: partculas del suelo, aire y agua.c) Naturaleza del suelo y la proporcin de partculas gruesas.

2.- El Proceso de Densificacin:2.1.- Trabajo Mecnico o energa de Compactacin:La realizacin de ensayos de compactacin, implica la entrega de un trabajo mecnico quecomprende: nmero de golpes, altura de cada, peso del pisn, nmero de capas. Adems,est en juego la forma de entrega de esa energa: amasado, presin esttica, impacto.

La entrega unitaria de trabajo, debe ser suficiente para vencer la resistencia al corte del suelo ypor lo tanto, poder deformarlo de manera irreversible. Ello se expresa en la desigualdad de laley de Coulomb:

rabajo externo > C + tg

Este trabajo determina la orientacin de las part-culas con modificacin de las caractersticas me-

cnicas de los suelos y materiales estabilizados.La representacin grfica (figura 1) de la relacindensidad seca humedad, da lugar a lo que habi-tualmente se denomina curva de compactacino curva Proctor. La primer parte ascendente sedenomina rama seca . El punto mximo superior es un punto singular, del cual se obtiene el valor dela densidad seca mxima y la humedad p-tima. La parte descendente se conoce como rama hmeda.

Para un mismo suelo compactado con diferentes energas de compactacin, los puntos corres-pondientes a las densidades mximas, se ordenan sobre una lnea marcadamente paralela a lacurva de saturacin. Adems sus respectivas ramas hmedas, exhiben una considerable coin-cidencia y paralelismo con la curva de saturacin. La figura 2 muestra las curvas de compacta

Figura 1


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cin para dos energas diferentes. A mayor trabajo mecnico de compactacin, se obtiene unamayor densidad seca mxima y una menor hu-medad ptima.

Dicho alineamiento tiene marcado paralelismocon la curva de saturacin y contiene entre 4 y 6

% de aire. Ambas caractersticas responden alfenmeno fsico de oclusin de aire, el que man-tiene aproximadamente el mismo volumen inde-pendientemente de la energa exterior aplicada.

El grado de saturacin de los suelos en las lneasde ptimos, se mantiene en un mbito restringi-do. Para los suelos granulares graduados el gra-do de saturacin es del orden de 0,73, en loscohesivos del orden de 0,83 y algo mayor paralos suelos netamente arcillosos.

2.2.- Composicin en Volumen de las Distin-tas Fases:En un suelo parcialmente saturado se encuentranpresentes la fase slida, las partculas, y la fase fluida constituida por agua y aire.

La figura 3, muestra un sistema ideal, consti-tuido por esferas rgidas de igual tamao enarreglo cbico. En este estado, cada esferatiene contacto con otras seis resultando el es-tado ms suelto. Este suelo ideal es capaz deretener una cierta cantidad de agua, que nodrena por accin gravitacional. Se dispone enforma de anillos cnicos aislados alrededor decada contacto. Ello determina el desarrollo detensin superficial, como se muestra en la figura.

La fuerza T que acta en direccin tangencial a la super-ficie de tales anillos de agua, opera reteniendo la misma dela accin de la gravedad. Como consecuencia las esferasse mantienen unidas por este efecto, como si existiera unapresin exterior. (figura 4).

Una aproximacin a este esquema se tiene en las arenas

naturales de granulometra uniforme, parcialmente satura-das, donde se desarrolla una cohesin aparente dada por los anillos de agua.

2.3.- Naturaleza del Suelo y la Compactacin:Los factores inherentes al suelo que condicionan la compactacin, estn vinculados a las ca-ractersticas de las partculas, a saber:

Forma. Textura de la superficie. Orientacin relativa entre partculas. Distribucin de los tamaos (granulometra). Actividad superficial.

2.3.1.- Forma de las Partculas:

Figura 2

Figura 4

Figura 3


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La forma de las partculas de los suelos se aparta en distinto grado de la esfrica y en conse-cuencia tambin de la de los anillos de agua en cada contacto. Simples consideraciones geo-mtricas, indican que la superficie contactada para un mismo volumen de partculas, ser tantomayor cuando la forma de las partculas se aparte ms de la esfrica.

2.3.2.- Textura de las Partculas del Suelo:La textura de la superficie de las partculas condiciona el coeficiente de friccin entre las mis-mas y por ende la accin de un esfuerzo exterior destinado a lograr la densificacin.

2.3.3.- Orientacin de las Partculas:La orientacin relativa de las partculas incide en la forma de los anillos de agua. Por otra partepender de la forma de entrega de la energa de compactacin, (golpes, amasado, presin es-ttica, etc.). Cuanto mayor sea el paralelismo en su distribucin, mayores sern los puntos decontacto y por ende la cantidad de anillos de agua que se formen.

2.3.4.- Granulometra del Suelo:Para un mismo volumen slido y forma de las partculas una granulometra bien graduada, pro-vee mayor nmero de contactos que en una granulometra uniforme. A mayor uniformidad detamaos, el contenido de humedad tiene menor influencia en la compactacin, lo que se evi-dencia en curvas de forma ms achatada comparativamente con suelos similares mejor gra-duados granulomtricamente.

2.3.5.- Actividad Superficial de las Partculas del Suelo:Las fracciones finas son superficialmente activas, por lo tanto capaces de retener e inmovilizar agua por adsorcin (orientacin polar). sta acta como un incremento de su volumen slidoreal. El agua est retenida por energas muy elevadas y la de contactos solo puede existir,cuando el contenido de humedad supera el necesario para saturar la capacidad de adsorcinpropia de cada suelo.

2.4.- Caractersticas de un Suelo Granular:En la figura 5 se muestra un modelo simplificado desuelo granular parcialmente saturado, sometido a es-fuerzos externos . Como consecuencia de este pro-ceso de carga, en los puntos de contacto entre part-culas, quedan actuando cargas normales P y tangen-ciales T. El cociente entre T/P brindar un valor ms omenos prximo al coeficiente de rozamiento entre par-tculas .

Cuando a este sistema se lo somete a un incrementode la carga exterior, aunque sea en forma istropa, se

producir un incremento de la carga normal P, pudin-dose sealar las siguientes situaciones:

(T/P+P) el sistema colapsar producindose movimientos relativos entre partculas,

hasta que el acomodamiento genere nuevos puntos de contacto que reestablezca nue-vamente el equilibrio.

En el lmite sin embargo, el agua llena los huecos, y la adicin posterior de agua desplaza laspartculas, dando lugar a una densidad seca ms baja.

2.5.- Caractersticas de un Suelo Arcilloso:Resulta difcil representar de modo simplificado la arcilla en un solo modelo. Sin embargo a losefectos conceptuales, se puede considerar que est formada por partculas de arcilla agrupa-das en paquetes, segn puede apreciarse en la figura 6. Los granos de arena, limo y los pa

Figura 5


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quetes de arcilla, se encuentran unidos entre s yrodeados de agua en sus puntos de contacto. Laspartculas de la fraccin arcillosa tienen forma de l-minas, con elevadas superficie especfica y actividadsuperficial unitaria.

El comportamiento volumtrico, depende de los mo-vimientos relativos de las partculas gruesas y de lascaractersticas de expansividad y retraccin de lospaquetes de arcilla. Dentro de los mismos tienen lugar las siguientes fuerzas:

La tensin superficial en la interfase aire / agua dentro de la estructura del suelo. Las de interaccin entre las partculas del suelo y las molculas de agua .

El agua de adsorcin es un valor inherente a cada suelocohesivo dependiendo del contenido y actividad de lafraccin arcillosa, del ndice de plasticidad y de la capaci-dad de intercambio de cationes.

Los iones presentes en el agua, actan como agentes deenlace. En el agua hay iones cargados positivamente)cationes) como Na+ K+ Ca++ y Al+++ entre otros, en nmerosuficiente para neutralizar las cargas negativas de lasarticulas del suelo, haciendo el sistema elctricamenteneutro, (figura 7). Tanto la actividad superficial como lapresencia de tales iones, son responsables de los cambios volumtricos de los paquetesarcillosos ante un cambio del contenido de humedad.

3.- Secuencia de las Etapas del Ensayo de Compactacin:3.1.- Rama Seca:Antes de comenzar a desarrollarse la rama seca de la curva de compactacin, el suelo se en-cuentra con un contenido muy bajo de humedad. Es el tenor de agua que determina un espe-sor de pelcula del orden molecular, enrgicamente unida al suelo. Corresponde al agua adsor-bida, y en este estado se considera que el suelo est seco. El suelo debe superar ese umbralde humedad, para que el agua tome el rol de lubricante entre partculas . Hasta que ello noocurra, la friccin entre los granos impide el deslizamiento de unas partculas sobre las otras; ypor consiguiente, que se densifique.

3.1.1.- Lubricacin y Expulsin del Aire:La adicin de agua al suelo que se distribuye alrededor de cada contacto, no solamente modifi-

ca la composicin en volumen, sino que acta como un lubricante entre partculas. La efectivi-dad del trabajo de compactacin, depende de este rol del agua. Alcanzado este efecto, se obli-ga a las partculas a desplazarse hacia un empaquetamiento ms cerrado, que conduce a unareduccin de los poros. La presin en la fase fluida obliga al aire a drenar hacia el exterior .Este proceso ocurre en la medida que existan poros comunicados entre s y con el exterior.

Cada impacto determina un incremento positivo de la presin de poros por compresin del aire.En el comienzo de la rama seca, la permeabilidad al aire es alta y va decreciendo a medidaque se aproxima al punto de mxima densidad. La presin que cada impacto provoca en elaire, se disipa rpidamente en tiempos del orden de 1/100 de segundo, ms lentamente cercadel ptimo y no llega a ser total en la rama hmeda.

Paralelamente el volumen de agua presente, se subdivide en un nmero mayor de anillos devolumen individual menor. Consecuentemente se desarrollan menores radios de curvatura delos meniscos, que implican mayor succin y cohesin aparente entre partculas.

Figura 6

Figura 7


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Cuando se eleva la energa exterior aplicada, se vence ms fcilmente la resistencia al despla-zamiento de partculas. Ello se manifiesta en un corrimiento de la curva de compactacin haciauna mayor densidad mxima y una menor humedad ptima, como lo muestra la figura 2.

La presin de poros negativa de los suelos arcillosos compactados (presin de poros residual)

disminuye a lo largo de la curva de compactacin tendiendo a anularse en la rama hmeda.Ello muestra que la disipacin de la sobrepresin del aire es cada vez menor en estos suelos.

3.2.- Densidad Seca Mxima y Humedad ptima:La reduccin de porosidad y el incremento de la humedad, conducen a un estado lmite en elque se forma una red continua de agua. Ms all de cierto contenido de humedad, el agua co-mienza a tener una continuidad que cierra los poros comunicados. Como consecuencia el airequeda encerrado en forma de burbujas aisladas. stas son retenidas en cada poro y no es po-sible lograr una mayor densificacin en el suelo para un mismo trabajo mecnico.

A partir de este estado, surge un neto cambio de propiedades por la existencia de un compo-nente perfectamente elstico (aire ocluido). Su presencia implica que la permeabilidad al airetienda a valores mnimos, dado que las burbujas solo pueden drenar junto con el agua o biendeslizndose dentro del conjunto.

3.3.- Rama Hmeda:La zona hmeda comienza en el punto de mxima densidad de la curva. En l se dan las con-diciones para que una proporcin del aire pase al estado ocluido. En esta condicin el aire secomporta como un material perfectamente elstico, lo que aunado al incremento de humedadse traduce en una separacin de las partculas con una disminucin de la densidad seca.

En esta parte de la curva, la interfase curva agua/aire de las burbujas, se asimila a una mem-brana elstica en tensin.

El nico drenaje de aire posible, es por deslizamiento con coalescencia de las burbujas. Enconsecuencia, la porosidad resulta ligeramente inferior a la lograda en el estado lmite que de-termina la densidad mxima y la humedad ptima. Para tal condicin, las curvas en la zonahmeda se acercan sin alcanzar la lnea de saturacin terica sin aire y con marcado parale-lismo con estaltima (figura 1).

4.- Curvas Tpi-cas para Dife-rentes Tipos de

SuelosLas curvas tpicasde compactacinpara diferentestipos de suelos,se muestran en lafigura 8.

Puede apreciarseque para sueloscon granulometrabien graduada, los valores de densidad mxima son elevados y las humedades ptimas relati-vamente bajas.

Caractersticas y plasticidad de los suelosN Descripcin Arena Limo Arcilla L.L I.P1 Granular grueso biengraduado 68 10 2 16 NP

2 Granular medio biengraduado 78 15 13 16 NP

3 Granular medianamentegraduado 73 9 18 22 4

4 Limo arenoso - arcilla 32 33 35 28 95 Limo arcilloso 5 64 31 36 156 Loes arenoso 5 85 10 26 2

7 Arcilla pesada 6 22 72 67 408 Arena mal graduada 94 6 NP

Figura 8


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En los suelos finos, las densidades secas mximas son tanto ms elevadas cuando mejor gra-duada es su granulometra, sin exceso de arcilla. Las arenas limosas son en general las quedan densidades secas ms elevadas, las arcillas puras por el contrario dan densidades secasrelativamente bajas, con humedades ptimas ms elevadas.

En el caso de las arenas uniformes (curva 8), se obtienen densidades bajas y se evidencia una

curva ms achatada. Es el caso de las arenas del ro Paran por ejemplo, donde la diferenciade densidades entre el estado ms suelto y el ms denso es muy estrecha.

Las curvas Proctor de arcillas son con mucha frecuencia ms aplastadas que las curvas dearenas y limos arenosos.

5.- Aplicacin de los Valores de Densidad Mxima y Humedad ptimaEn la figura 9 se han representado una curva Proctor y la resistencia mecnica del suelo paradiferentes condiciones de densidad y humedad. Se ha considerado que el suelo puede satu-rarse manteniendo su densidad seca, hiptesis que dista significativamente de la reali-dad, particularmente en presencia desuelos cohesivos.

En la rama seca, punto A, el suelo alcan-za una elevada resistencia mecnica. Estasituacin puede evolucionar hacia una muybaja resistencia si el suelo se satura, dandocomo resultado una diferencia de resisten-cias A.

Para el punto B, correspondiente a ladensidad seca mxima y humedad ptima,ocurre algo similar. No obstante ser la re-sistencia mecnica inferior a la que propor-ciona el punto A, la prdida por saturacin B, resulta menor.

En la rama hmeda, el punto C ofrecesimilares condiciones, salvo que el entorno Cde resistencias, se ubica en valoresinferiores.

En el concepto de estabilizacin de suelos,la compactacin es la primer forma de pro-porcionarla. Puede adems sealarse, co-

mo el proceso por el cual se mejora elcomportamiento de un material. Siendo elcriterio dominante el mantener sus propie-dades en un cierto entorno bajo las condi-ciones de servicio a que estar sometido. Por esta razn, la eleccin de la densidad mxima yla humedad ptima quedan justificadas.

6.- Implicancia de Diferentes Energas de Compactacin:6.1.- Suelos Granulares:La resistencia mecnica puede incrementarse al aumentar la energa de compactacin, ele-vando el punto de densidad mxima, (figura 2). En los suelos granulares dar lugar a una curvade resistencia tambin ms elevada, motivado en su menor sensibilidad a la accin del agua.Por este motivo, es habitual que los suelos granulares se compacten con mayor energa quelos cohesivos.

Figura 9


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6.2.- Suelos Finos Cohesivos:No ocurre lo propio con los suelos arcillosos donde la resistencia al corte es preponderante-mente cohesiva. La tendencia de los materiales arcillosos a hincharse, si son de naturalezaexpansiva, originan un aumento de volumen delconjunto de las partculas. En consecuencia, se pue-de alcanzar la saturacin con una disminucin apre-

ciable de la densidad seca. Si el material es someti-do a un proceso de secado, no se verifica una recu-peracin de la densidad seca inicial. Sobreviene unmecanismo de fisuracin por retraccin del suelo.

En servicio, el resultado final de una serie de ciclosde humedecimiento y secado, lleva al suelo a fluctuar en un entorno de densidad seca y humedad acota-dos. A ambos entornos se lo suele asociar con lahumedad y densidad de equilibrio . Los mismosdependern de factores tales como la carga exterior a que est sometido, las caractersticas expansivasde los materiales arcillosos interpuestos entre losgranos, la permeabilidad del material. Adems, de-pende del tiempo en que actan y que tardan en po-nerse en accin cada uno de los efectos menciona-dos.

Un exceso de densificacin en un suelo arcilloso, har evolucionar la humedad y densidadhasta que se alcance dicho mbito de equilibrio. Es el caso que esquemticamente se muestraen la figura, donde una arcilla compactada con una elevada energa, evoluciona hacia el mis-mo. En el caso inverso, una insuficiencia de densificacin, provocar la consolidacin del mate-rial con incremento de la densidad seca.

En un terrapln, las condiciones de ingreso y egreso de agua, no son uniformes. Por lo tantoesta situacin puede derivar en expansiones y contracciones irregulares. Esta situacin puedemanifestarse como deformaciones permanentes en la superficie del pavimento. Sobre la basede este escenario es que importa poder predecir tal mbito antes de la construccin, lo queredundar en ventajas tcnicas y econmicas.

7.- Exigencias de Compactacin:

La experiencia acumulada enreparticiones viales, ha condu-cido a recomendaciones y es-

pecificaciones sobre la forma decompactar los diferentes suelos.

En la figura 11 se seala cmoel grado de densificacin seemplea para definir condicionesde diseo y de exigencias dedensificacin en obra.

En la siguiente tabla y en la figura 12, se sintetizan los criterios de la Direccin Nacional de Via-lidad para la densificacin de suelos en capas de subrasante y base de asiento. Se expresancomo un porcentaje de la densidad mxima de un determinado ensayo de compactacin.

Figura 10

Figura 11


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(1) Compactacin segn (A)(2) Compactacin segn (B)(3) Preparacin de la subrasante, compactacin segn (A)(4) Compactacin segn (B)(5) Base de asiento en terraplenes:

Si H 2 m: Compactacin especial (C) $ D/(B) x100 + 5 %. Donde D es la densidad natural delsuelo.

Si H > 2 m: No se exige compactacin especial (C).

HINCHAMIENTO 2 % > 2 %

Exigencia de com-pactacin en obraClasificacinHRB Ensayo Fino Granular Ensayo Fino Granular (A) (B)

CBR dediseo

A-1A-2A-3

100 % 95 % 95 %

A-4A-5

AASHTOT-180 II V

95 % 90 % 90 %

A-6A-7

AASHTOT-99 I IV

AASHTOT-99 I IV

100 % 95 % 95 %

Figura 12


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Los ensayos de compactacin indicados en la tabla, corresponden a la normativa AASHTO ylos nmeros romanos, a las variantes de tamao de molde establecidos por la Direccin Nacio-nal de Vialidad. La siguiente tabla muestra las caractersticas de diferentes de ensayos decompactacin normalizados y otros alternativos de aplicacin especial.

Nota (1): Pisn chico: Peso 2,495 Kg; altura de cada: 30,48 cm.Pisn grande: Peso 4,536 Kg; altura de cada: 45,72 cm.

Con el criterio de la equiparacin de diferentes ensayos a travs de la energa por unidad devolumen, pueden realizarse los mismos en moldes de diferentes tamaos. Sin embargo es me-nester sealar que debe complementarse con el siguiente requisito fsico:

La aplicacin de cada golpe de un pisn, debe ser capaz de vencer la resisten-cia al corte del material.

Trabajo mecnico > C + tg

8.- Control de la Compactacin:8.1.- La Densidad como Control:La compactacin se mide cuantitativamente por la densidad seca del suelo. Sin embargo, re-sulta en un parmetro indirecto para medir o calificar las propiedades mecnicas. Para elloexiste una muy amplia correlacin experimental, que avala su empleo con este propsito. Enmuy contadas oportunidades se requiere el uso directo de la densidad. Una de ellas corres-ponde a aquellas situaciones en las cuales se pretende estimar la consolidacin de capas delterreno natural, debido al peso de un terrapln.

8.2.- Ensayos de Control de Compactacin:Los controles en el camino pueden ser destructivos o no destructivos. Los ensayos destructivosinvolucran la excavacin y remocin de parte de la capa, mien-tras que los ensayos no destructivos miden indirectamente por medio de radiaciones nucleares.

8.2.1.- Ensayos Destructivos:Comprenden las siguientes etapas:

CARACTERSTICAS DE LOS ENSAYOS DE COMPACTACIN DINMICAENERGA POR UNIDAD DE VOLUMEN (Kg x cm / cm3) 5,86 6,04 8,46 12,20 27,46

DENOMINACIN CORRIENTEC.B.R.Dinm.

12Golpes

Proctor estndar

Proctor estn-dar 35Golpes

C.B.R.Dinm.

25Golpes

Proctor modific

adoDENOMINACIN DE LA DIRECCIN NACIONAL DE VIALIDAD I / IV III II / V

DENOMINACIN NORMAS IRAM 10520/71

10511/72

10511/72

10520/71DENOMINACIN NORMAS AASHTO T-99 T-180

DENOMINACIN NORMAS ASTM D-698 D-1557Caractersticas

generalesVolumen

cm3Altura

cm cm Pisn(1)

Ca-pas

Golpesx capa

Chico 3 25Chico 3 35Chico 5 30Molde Proctor chico 943,93 11,643 10,16

Grande 5 25Chico 3 56Chico 3 79

Grande 5 25Molde Proctor grande 2.123,85 11,643 15,24

Grande 5 56Chico 5 52

Chico 5 72Grande 5 38MoldeC.B.R.dinmico 3.243,33 17,78 15,24 Grande 5 86

Grande 5 12Grande 5 25

OtrosC.B.R. Din.con disco

espaciador 2.123,85 11,643 15,24

Grande 5 56

Figura 13


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1) Excavacin del material de la capa a controlar. La dimensin de la excavacin depende-r del tamao mximo del agregado. Se determina el peso del material extrado, en la-boratorio.

2) Se determina la humedad de la muestra en laboratorio.3) Se mide el volumen de la excavacin realizada. Las tcnicas ms comnmente em-

pleadas son las del cono de arena y la del volumenmetro a membrana. Segn mues-

tran las figuras 13 y 14.4) Se calcula la densidad seca como cociente entre el peso de la muestra seca y el volu-men que ocupaba en la capa.

5) Se compara con los requerimientos de densificacin especificados.

Existen numerosos problemas asociados con los ensayosde naturaleza destructiva.

Primero, es difcil y costoso obtener un nmero suficientede muestras, para un anlisis estadstico de los resulta-dos de los ensayos de densidad. El volumen de materialinvolucrado en cada ensayo constituye un porcentaje ex-tremadamente pequeo del volumen total de la capacontrolada.

Segundo, las partculas de gran tamao presentes en elsuelo, obligan a una correccin de la densidad. Del mismo modo en que se condiciona el ta-mao mximo de las partculas en los ensayos de compactacin de laboratorio.

El tercer problema de significacin, resulta del tiempo que demanda la determinacin de la hu-medad de cada muestra. No obstante, debe sealarse que existen numerosos mtodos queagilizan la determinacin, incorporando a su vez otros inconvenientes. Por ejemplo el empleodel carburo de calcio para que reaccione con el agua y medir la presin del gas producido enun recipiente hermtico (speedy test). La presin desarrollada resulta proporcional a la presen-cia de agua en el suelo.

Otro problema de significacin resulta en la determinacin del volumen de la excavacin. En elcaso del cono de arena, son varios los factores que lo afectan: el peso especfico de la arena,su granulometra, las vibraciones durante su vertido, regularidad de las paredes de la excava-cin etc. Para el caso del volumenmetro, la lisura de las paredes, la fijacin de la placa base,el ajuste para obtener la lectura inicial y el muy bajo volumen de medicin entre otros factoresconstituyen problemas no siempre adecuada-mente atendidos.

8.2.2.- Ensayos no Destructivos:

El empleo de istopos radioactivos, posibilita me-dir la densidad y la humedad en forma muy rpiday precisa. En el mismo tiempo en que se realizauna determinacin densidad y humedad por me-dios destructivos, se pueden realizar decenas deensayos con un nucleodensmetro. Ello posibilitala verificacin inmediata de resultados y el trata-miento estadstico de los mismos. La desventajade este mtodo radica en el elevado costo inicialdel equipo y los potenciales daos por acumula-cin de radiacin. No obstante debe sealarseque empleado correctamente por un operador durante todo un ao, el nivel de radiacin acu-mulada resulta ser inferior a la que se recibe enuna radiografa dental. Ello no inhabilita de las

Figura 14

Figura 15


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correspondientes verificaciones del rgano de control de equipamiento radioactivo.

La figura 15 muestra las dos formas ms usuales de medicin con equipos porttiles: medicindirecta y retrodispersin.

La rapidez y precisin del ensayo permite seguir el proceso de compactacin y efectuar correc-

ciones tendientes a su optimizacin. Surgen en a partir de ello los tramos de prueba o ajustedel proceso, los que pueden ser empleados como referencias de control para secciones deconstruccin posteriores. Los rditos derivados de la optimizacin de los procesos de compac-tacin, terminan justificando la inversin en equipamientos de esta naturaleza.

8.3.- Nmero de Determinaciones de Control:El nmero de determinaciones para el control suele figurar en las especificaciones tcnicas. Esusual en los procedimientos destructivos efectuar tres determinaciones cada 100 metros decapa construida, alternando entre el borde izquierdo, eje y borde derecho. Sin embargo, cuan-do se requiere un tratamiento estadstico, el empleo de mtodos expeditivos se impone.

No se pretende en este apunte incursionar en temas de estadstica, No obstante y dado que elpromedio de resultados es ampliamente empleado en las especificaciones, se hacen algunasconsideraciones sobre el nmero de muestras. Se considera conveniente sealar un procedi-miento sencillo, para determinar el nmero mnimo de ensayos para alcanzar cierta confiabili-dad en el promedio.

En la obtencin de un promedio con determinado nivel de confianza, se deben considerar dosfactores que lo determinan: El valor de las tolerancias de aceptacin y la variabilidad de lasmediciones.

Un promedio basado en pocos ensayos es menos confiable que uno basado en un gran nme-ro de ellos. Se requieren ms mediciones para obtener un valor medio de mayor precisin.Tambin se requieren ms determinaciones, cuando la diferencia entre los valores extremos delos datos se incrementa.

En todo los casos, la informacin es ms confiable cuanto mayor es el nmero de muestrasensayadas. No obstante, el nmero de muestras que se toman est limitado por el costo y eltiempo que requieren los ensayos. Por ende optimizar el nmero de muestras y de ensayos, esun objetivo deseable.

8.3.1.- Estimacin del Nmero de Ensayos:A continuacin se expone un sencillo procedimiento, que permite verificar si el nmero de en-sayos es suficiente para alcanzar un promedio con una determinada precisin.

Para ello considera un nmero mnimo de muestras (4) y el rango de las mismas (diferenciaentre el valor ms alto y el ms bajo de la serie). Emplea adems, un algoritmo y un valor refe-rencial que contempla la incidencia del nmero de datos.

Se emplea la siguiente ecuacin para determinar el nmero de ensayos que deben realizarse,para obtener un valor medio confiable, cuando la variabilidad no se conoce.

N1 + N2 = N1 (F) (R/D)2Donde:


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Los equipos de compactacin en obra se basan fundamentalmente en hacer circular cargaselevadas sobre una capa de suelo, previamente distribuido y nivelado. La formad de entrega dela energa de compactacin son variados peroen general responden a una combinacin delos siguientes tipos de esfuerzos, que puedendenominarse elementales: Vibratorio, Estti-co; Amasado e Impacto. Los mismos se ilus-tran en la figura 16.

El esfuerzo vibratorio produce una rpidasucesin de impactos y, por lo tanto de ondasde presin que se propagan en profundidad.

El esfuerzo esttico produce bajo la cargacirculante tensiones con predominio de lacomponente vertical.

El esfuerzo de amasado produce esfuerzosen dos sentidos, vertical y horizontal, obligandoal material a deformarse en ms de una direccin.

El esfuerzo de impacto produce una onda de presin que se propaga hacia abajo producien-do movimiento relativos entre partculas. Se alcanza un esfuerzo mayor que el correspondienteal peso esttico.

9.1.- Clasificacin de los Equipos:Las formas de clasificar los equipos son muy variadas, no obstante una de las ms generaliza-das consiste en la forma en que se entrega la energa de compactacin.

El tamao del equipo y la magnitud de la entrega unitaria de energa constituye otra forma declasificacin. En algunos pases los equipos son sometidos a la verificacin de su aptitud por un organismo pblico (Francia). Sin embargo estas disposiciones han sido muchas vecescuestionadas por fabricantes de otros pases que encuentran en esta certificacin una forma deproteccin de la industria local.

9.1.1.- Equipos que Entregan la Energa por Compresin y Amasado: Rodillos cilndricos metlicos lisos. Rodillos neumticos. Rodillos con salientes (pata de cabra).

9.1.2.- Equipos que Entregan la Energa por Impacto: Placas. Vibropisones. Cada de masa.

9.1.3.- Equipos que Entregan la Energa por Vibracin: Placas vibratorias. Rodillos cilndricos metlicos lisos, operados en modo vibratorio.

9.2.- Definiciones:Se define como pasada al viaje de ida o vuelta de un equipo de compactacin sobre unadada seccin de compactacin.

Se define como cobertura a la acumulacin del nmero de pasadas que permite aplicar unapasada, al ancho completo de la capa que se est compactando.

Figura 16


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9.3.- Diagrama de Cobertura:Consiste en graficar la variacin de la densidadseca de una capa en funcin del nmero de co-berturas. Para ello es necesario recurrir a un m-todo expeditivo para la determinacin de la densi-

dad. La figura 17 muestra un ejemplo de grafica-cin.

Un esquema similar, en donde se pone en eviden-cia la evolucin del proceso de compactacin,puede realizarse mediante la determinacin de laresistencia del suelo. En este caso tambin debeemplearse un procedimiento expeditivo, por ejem-plo el penetrmetro dinmico de cono (DCP).

9.4.- Rodillos Metlicos Lisos:Los rodillos lisos pueden operar en modo esttico o en modo vibratorio. En el primer caso elpeso propio ms el lastre hace que en la generatriz de contacto con el material, se ejerza unapresin destinada a densificar el material.

En modo vibratorio una masa excntrica gira dentro del cilindro para proveer una mayor ener-ga de compactacin. El efecto vibratorio reduce la friccin interna del material y permite lograr la acomodacin de partculas ms eficientemente. En los casos de suelos finos cohesivos, esteefecto pierde prcticamente sentido por la naturaleza de las fuerzas internas que se desarro-llan. Su campo de aplicacin abarca los suelos con comportamiento granular y en los trabajosde compactacin de terminacin superficial de otros equipos.La variacin de la energa aplicada en modo vibratorio reconoce varios parmetros. Entre ellospueden mencionarse:

Peso esttico. Frecuencia de vibracin. Amplitud. Velocidad de avance del equipo.

La figura 18 muestra esquemticamente elproceso de entrega de energa de un cilindrolico en modo vibratorio.

9.5.- Rodillos Pata de Cabra:Esta denominacin genrica se aplica a rodilloscilndricos metlicos que cuentan con protube-rancias. stas se presentan de variadas formas, pudiendo citarse:

Pata de cabra. Segmentos. Grillas.

Los ms frecuentemente emplea-dos son los rodillos de segmentos.

Las protuberancias producen unpunzonado en el material suelto,con desplazamiento y densificacindebajo de cada una de ellas cuan

Figura 19

Figura 17

Figura 18


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do entran en contacto con el mismo. Este hecho ha permitido que se seale que este tipo deequipos compacta desde abajo hacia arriba. Cuando luego de un cierto nmero de coberturasno se producen punzonados de significacin, la superficie queda con marcas que demandan suregularizacin y la posterior compactacin con rodillos lisos o bien neumticos. La figura 19muestra distintos tipos de protuberancias y las respectivas improntas de contacto.

Encuentran su mbito de aplicacin en suelos finos cohesivos. No resultan aptos para com-pactar suelos de comportamiento netamente friccional.

9.5.- Rodillos Neumticos:Consiste en un equipo dotado de ruedas neu-mticas lisas, de un ancho de banda superior al de un neumtico de un vehculo de carga.

Resulta un equipo de gran adaptacin a unaamplia gama de materiales. Sin embargo noresultan los ms adecuados para la compacta-cin de granulares de granulometra uniforme.

El rea de contacto de cada neumtico produ-ce un cierto grado de confinamiento, lo quehace que a la inversa que los pata de cabra, seconsidera que compactan desde arriba. Lafigura 20 muestra la disposicin de los neumticos delanteros y traseros, que permiten lograr por superposicin un ancho dado de compactacin en cada pasada.

El confinamiento que produce cada neumtico, permite realizar tareas de terminacin de com-pactacin. Esta tarea habitualmente se denomina en obra como compactacin de sellado osimplemente sellado.

9.6.- Compactadores de Pequeas Dimensiones:Consisten en equipos de traccin manual o mecnica, destinados a la compactacin de reasde difcil acceso. Pueden ser de placa o de rodi-llos, siendo la aplicacin del esfuerzo vibratorio.La figura 21 muestra el esquema de un doblerodillo liso, autopropulsado de accionamientomanual.

Resultan muy difundidos los compactadores deplaca vibratoria de accionamiento y traccin ma-nual. La vibracin de la placa debido a excntri-

cos produce una componente horizontal quepermite guiar el desplazamiento en forma ma-nual. Las dimensiones de la placa varan en suancho de 30 a 80 cm en tanto su largo oscila en-tre 50 y 100 cm.

Estos equipos en la jerga de obra se los sueledenominar chanchita. La figura 22 muestra unesquema del mismo.

Las placas de impacto son pisones que se accio-nan mediante aire comprimido, elevando unamasa que luego cae por la accin de la gravedad.Se emplean particularmente para compactar enlugares muy reducidos.

Figura 21

Figura 22

Figura 20


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Revisiones:1. Ing. Marta Pagola, falta revisar desde el ttulo 9 en adelante. (23/11/02)2. Ing. Pablo Martnez, falta revisar completo. (23/11/02)

Bibliografa:

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Ronchi. VI Congreso Argentino de Vialidad y Trnsito, tomo III. Mar del Plata 1968. Quality Control for Hot Mix Asphalt Operations. NAPA, Quality Improvement Series 97. Proyecto y Construccin de Carreteras, tomo I. G. Jeuffroy. Barcelona 1972. Compactacin en carreteras y aeropuertos. Georges Arquie. Barcelona 1972. Mecnica del suelo para ingenieros de carreteras y aeropuertos. Road Research Laboratory. Edicin en espa-

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