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3. MECANISMO DEL PROCESO DE COMPACTACIN DE LOSSUELOS

3.1 INTRODUCCIN

La palabra compactacin se deriva del latn Compactus, la que a su vez proviene delparticipio pasivo de compingere que quiere decir unir o juntar.

La conveniencia de compactar los terraplenes que hacen parte de los caminos se conoca enpocas antiguas. La primera tcnica de compactacin consista en llevar borregos de unlado a otro arrastrando aplanadoras pesadas de madera. Los primeros esfuerzos en la cons-truccin de diques de tierra y zanjas de irrigacin demostraron el gran valor de la compac-

tacin al incrementarse mediante sta la resistencia mecnica y su estabilidad contra losdaos producidos por el agua. Igualmente, los primeros edificios sobre tierra apisonadadependan para su estabilidad de una buena compactacin.

Solo con la construccin de grandes caminos durante la era del imperio romano, no se re-conoci verdaderamente el valor de la compactacin de los suelos. Los constructores decaminos romanos conocan que las rodaduras de piedra labrada eran slo estables en la me-dida como el terreno de fundacin lo fuera.

Anteriormente casi toda la compactacin se realizaba en obras de gran magnitud, tales co-mo: carreteras, aeropuertos, presas, etc. y la maquinaria utilizada era grande y pesada. So-

lamente en las ltimas dcadas y con la aparicin de apisonadores y planchas vibratoriasintegrales y porttiles, se ha reconocido la importancia de compactar reas pequeas.

En los ltimos aos ha habido un gran adelanto en la ciencia de la compactacin de los sue-los. A nivel de laboratorio se ha dado solucin a los problemas sobre el comportamiento delos suelos compactados y los fabricantes han diseado una amplia gama de equipos con elfin de producir el mximo de compactacin con el mximo de economa.

La compactacin es un proceso que influye en el comportamiento de todas y cada una delas capas de una estructura de pavimento, y a excepcin de unas buenas caractersticas dedrenaje es el factor que mas influye en la estabilidad y durabilidad de estas estructuras civi-

les, ya que su vida til depender en gran parte del grado de compactacin especificado yde su control para su cumplimiento en obra.

3.2 DEFINICIN DE COMPACTACIN

Es un proceso mecnico mediante el cual se busca mejorar las caractersticas de resistencia,compresibilidad y relacin esfuerzo-deformacin. El proceso de compactacin implica unareduccin ms o menos rpida de los vacos, como consecuencia de la cual ocurren en elsuelo cambios de volumen de importancia, ligados a prdida de volumen de aire. No todo el


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HUGOLEONARENASLOZANO MECANISMO DEL PROCESO DE COMPACTACIN DE LOS SUELOS 48

aire sale del suelo, por lo que la condicin de un suelo compactado es la de un suelo par-cialmente saturado.

3.3 OBJETIVO DE LA COMPACTACIN

El objetivo principal de la compactacin es el de mejorar el comportamiento mecnico delsuelo y que las propiedades mejoradas se mantengan a travs de toda la vida til de la obra.Desde el punto de vista del constructor, su objetivo es el de obtener el estado de compacta-cin exigido por el diseador mediante una especificacin determinada que asegure losmnimos asentamientos y el grado de impermeabilidad estimado (ver Figuras 1 a la 5).

FIGURAS 1Y 2

FIGURAS 3Y 4

SINCOMPACTACIN CONCOMPACTACIN SIN COMPACTACIN CON COMPACTACIN


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FIGURA 5

3.4 PROPIEDADES A MEJORAR

Las propiedades que se quieren mejorar dependen de cada situacin especfica; general-mente se trata de mejorar las siguientes propiedades:

Resistencia.

Compresibilidad. Relacin esfuerzo-deformacin. Permeabilidad. Flexibilidad. Estructura.

Los materiales ms densos o ms compactados pueden soportar mayores cargas sin llegar asufrir deformaciones apreciables. Una capa de subrasante mal compactada puede llegar acompactarse bajo la accin de una carga produciendo un asentamiento de toda la estructuradel pavimento. Con el tiempo todos los materiales sueltos tienden a compactarse de maneranatural; mediante el proceso de compactacin, bajo la aplicacin de fuerzas muy variadas

se reduce de aos a horas el tiempo necesario para su compactacin.

3.5 LAS FUERZAS DE COMPACTACIN Y TRANSMISIN DE LOS ES-FUERZOS

Un material se considera homogneo cuando en todos sus puntos las propiedades fsicasson las mismas. En la prctica es difcil encontrar esta propiedad en los materiales ya quepor lo general nos encontramos con agua y partculas ptreas como componentes perma-nentes. De manera similar, en cada punto de los materiales istropos las propiedades sonlas mismas en todas las direcciones, lo cual tampoco es vlido debido a los diversos grados

SIN COMPACTACIN CON COMPACTACIN


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de consolidacin que han sufrido los suelos durante su formacin, lo cual hace que su resis-tencia en sentido vertical sea diferente a la resistencia en direccin horizontal.

La compactacin es un proceso que busca comprimir al material desde un volumen dadohasta un volumen menor, mediante la aplicacin de una fuerza y movimiento en un rea decontacto, logrando que las partculas se acerquen unas a otras, eliminando vacos entre laspartculas que se encuentran llenos de aire y/o agua.

La compactacin de suelos se realiza ejerciendo una o una combinacin de cualquiera delas siguientes fuerzas (Figuras 6 y 7):

PRESIN ESTTICA IMPACTO VIBRACIN

FIGURA 6

MANIPULACIN

FIGURA 7

Presin esttica: Mediante la aplicacin de una carga por unidad de rea.Impacto: Golpeo con una carga de corta duracin, baja frecuencia y alta amplitud.


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Manipulacin (amasado):mediante una accin de amasado se hace una reorientacin delas partculas causando una disminucin de los vacos.Vibracin: aplicacin de una carga de corta duracin, alta frecuencia y baja amplitud.

Para comprender la forma como se transmiten los esfuerzos de compactacin a un suelo,consideremos la accin de una fuerza F actuando sobre una placa circular y rgida, con unrea de contacto A, transmitiendo una presin de contacto P. (figura 8). Bajo estas condi-ciones en el suelo se desarrollan presiones, obteniendo unas superficies denominadas isoba-ras o bulbos de presin, resultantes de unir puntos de igual presin.

FIGURA 8.TRANSMISIN DE LOS ESFUERZOS DE COMPACTACIN

Al aumentar el tamao de la placa pero incrementando la carga de tal manera que la presinsea la misma, la profundidad del bulbo de presin aumenta. Si aumentamos la presin peroel rea de contacto permanece constante, se observa que el bulbo de presiones no aumentasignificativamente, pero la presin si, incrementando por lo tanto la energa de compacta-cin. Haciendo la analoga con un equipo de compactacin, trabajando capas de determina-do espesor, se pueden sacar las siguientes conclusiones:

Es necesario controlar el espesor de las capas para tener suficiente presin en el suelo

con el fin de obtener el grado de compactacin especificado. No se puede incrementar el espesor de una capa a compactar por el simple hecho de

haber incrementado el peso del equipo de compactacin.

Podemos aumentar el espesor de la capa a compactar si se utiliza un equipo de mayorrea de contacto, aunque de presin similar.

La teora de los bulbos de presin fue desarrollada por Bousinesq con la hiptesis de que elsuelo es un medio elstico e istropo. Otra manera para determinar los esfuerzos transmiti-dos al suelo es con la carta de Newmark, til especialmente cuando se tienen varias reas

.7 x P

.6 x P

.5 x P

.4 x P

REA = 4ACARGA = 4L

PRESIN = P

REA = ACARGA = L

PRESIN = P

.7 x P

.6 x P

.5 x P

.4 x P

REA = ACARGA = 4L

PRESIN = 4P

.7 x P

.6 x P


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cargadas, en donde se aplican en cada una de ellas diferentes presiones a la superficie delsuelo.

3.6 PROCESO DE COMPACTACIN EN EL LABORATORIO

Desde los primeros trabajos de R. R. PROCTOR de los Angeles Bureau of water work (de-partamento de Obras Sanitarias de los Angeles, California) quien desarroll en el ao de1933 un mtodo estandarizado para determinar el ptimo contenido de agua y la correspon-diente densidad mxima, se conoce que existe dependencia entre el grado de compactacinalcanzado por los suelos con el contenido de humedad y la magnitud del trabajo actuante,tanto en las condiciones de trabajo de laboratorio como en la obra.Los ensayos de compactacin que permiten poner en evidencia la relacin entre estas va-riables son empricos y su tcnica normalizada para obtener resultados reproducibles que

permitan fijar lmites de referencia para juzgar la eficiencia de un proceso de compactacinen las obras.

A partir de 1933, en que Proctor desarroll su tcnica han ido apareciendo otras, las cualespueden unirse en los siguientes grupos:

Pruebas dinmicas. Pruebas estticas. Pruebas de amasado. Pruebas por vibracin. Pruebas especiales o en proceso de desarrollo.

Es necesario tener en cuenta que un tipo de prueba se justifica solo en trminos de su repre-sentatividad de los procesos de campo que reproducen.

3.6.1 PRUEBA PROCTOR

Lo ideal en todo proceso de compactacin seria el poder medir directamente la resistenciadel suelo una vez se ha alcanzado la resistencia necesaria, pero los equipos para medir estaresistencia, en especial a esfuerzos de compactacin y cortante, son de difcil manejo, cos-tosos y no son aplicables a todos los suelos. Por lo tanto, es necesario controlar indirecta-mente la resistencia del suelo mediante una prueba de compactacin realizada en el labora-torio.

Proctor estableci una correspondencia entre el peso volumtrico seco de un suelo compac-tado y su resistencia, para lo cual desarrollo una prueba de laboratorio que consiste en: Tomar una muestra representativa del suelo a compactar, con una humedad inicial cono-

cida previamente. En un cilindro estndar de dimetro 101,6 mm y altura 116,6 mm, se coloca el suelo en

tres capas bien distribuidas. Se compacta cada una de las capas mediante un martillo que pesa 2,5 kg, con un rea de

contacto de 20 cm2, el cual se deja caer 25 veces desde una altura de 30,48 cm.


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La muestra compactada se pesa inmediatamente y posteriormente se somete a un proce-so de secado para obtener el peso seco. La diferencia entre estos pesos representa la can-tidad de agua que contena el suelo.

Se calcula la densidad del suelo seco para ese contenido de humedad. Se repite el procedimiento para diferentes contenidos de agua.

Con estos pares de valores se construye la curva de compactacin (Figura 9), la que se uti-lizar para controlar el proceso de compactacin en el campo.

La energa transmitida al suelo se puede calcular mediante la siguiente expresin:

N * n * P * hE especifica = --------------------

V

N : nmero de golpes por capa.P : peso del pisn.n : nmero de capas.h : altura de cada del pisn.V : Volumen del molde o volumen compactado.

FIGURA 9.CURVA DE COMPACTACIN PROCTOR


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Con el incremento en la construccin de estructuras pesadas y la evolucin permanente deltrnsito vehicular, incrementando las cargas que transmiten a las subrasantes han hecho quese exijan mayores grados de compactacin y mayor resistencia usando mayores energasespecficas. Por esta razn se desarroll la prueba Proctor Modificada en donde se aplica alsuelo una energa 4,5 veces mayor que la transmitida en la prueba estndar, adems el suelose compacta en 5 capas con un martillo de 4,5 kg que cae desde una altura de 46 cm . En latabla 1 se muestra una comparacin entre los requisitos exigidos en cada una de las prue-bas.

TABLA 1.ESPECIFICACIONES PARA PRUEBAS PROCTOR ESTNDAR Y MODIFICADO

ESPECIFICACIONESPROCTORESTNDAR

PROCTORMODIFICADO

Peso del martillo 2,50 kg 4,536 kgAltura de cada 30,48 cm 45,72 cmNmero de capas de suelo 3 5Nmero de golpes por capa 25 25Energa transmitida 60.579 kg/m3 274.786 kg/m3Volumen compactado 0,00094 m3 0,00094 m3

3.6.1.1 Caractersticas de la curva Proctor. Las siguientes son las principales caracters-ticas de una curva de compactacin:

Los puntos se sitan sobre una curva que presenta un mximo.

Para mayores energas de compactacin, se obtienen mayores densidades mximas ymenores humedades ptimas.

Un punto en la rama hmeda de la curva de compactacin, para una determinada energay humedad, corresponde a una densidad menor en la rama seca de una curva de menorenerga; o sea que tiene que haber pasado por un ptimo para una energa menor.

En los estados de compactacin comprendidos entre la lnea de ptimos, el contenido deaire se mantiene en un mbito restringido del orden del 4-6% del volumen total en lamayora de suelos; ese volumen de aire incapacitado para drenar en las condiciones del

proceso de compactacin es el que se denomina comnmente aire ocluido.

Para suelos muy permeables, las curvas son bastante aplanadas y terminan en las proxi-midades de la curva de saturacin a menudo con expulsin de agua en el momento de lacompactacin con el pisn. No se presentan presiones de poro en el interior del suelo.

3.7 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE COMPACTACIN

La compactacin correcta ser la que lleve al suelo a un estado tal que genere la mayor es-tabilidad volumtrica, mayor resistencia y menor permeabilidad, lo que se traduce en me-


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nores asentamientos o deformaciones, mayor capacidad de carga y mayor resistencia alesfuerzo cortante.La durabilidad y estabilidad de una estructura de pavimento depender en un alto grado delestado de compactacin proporcionado a cada una de las capas que lo constituyen. Por loanterior es necesario entrar a considerar los factores que mas influyen en la obtencin deuna buena y econmica compactacin. Ellos son:

El tipo de suelo a compactar. El contenido de agua del suelo. Los esfuerzos mecnicos empleados en la compactacin. El sentido en que se recorra la escala de humedades al efectuar la compactacin. Otras variables.

3.7.1 EL TIPO DE SUELO A COMPACTARLa naturaleza y el tipo de suelo con que se trabaja influyen de manera decisiva en el proce-so de compactacin.

Un factor que incide en alto grado es la uniformidad de las partculas del material a com-pactar. Un suelo que contiene un tamao muy uniforme de partculas, ser difcilmentecompactado; mientras que un suelo con una amplia gama de tamaos, se compacta mejorya que las partculas de menor tamao ocuparn los espacios formados entre aquellas demayor tamao.

Un parmetro que nos ayuda a conocer cuando un suelo ser manejable o no durante elproceso de compactacin es el Coeficiente de Uniformidad de Lars Forssblad, definido porla siguiente expresin:

Cu = D60 / D10en donde:

D60: Es el tamao de malla por el que pasa el 60% del material.D10: Es el tamao de la malla por el que pasa el 10% del material.

De manera prctica se puede decir que si el material tiene un Cu >7 es un excelente suelo

para compactar, con amplia gama de tamaos de partculas y cantidades apreciables de ta-maos intermedios. Si el Cu est entre 7 y 3 es necesario mejorar la gradacin para lograruna buena compactacin. Si el Cu es menor a 3 el suelo es prcticamente imposible decompactar.

3.7.2 EL CONTENIDO DE AGUA DEL SUELO

El agua acta como un lubricante natural entre las partculas que componen el material acompactar. La falta o el exceso de humedad exigir una mayor energa de compactacin.Todo material tiene un contenido de humedad, para el cual se obtiene, bajo una ciertaenerga de compactacin, una densidad mxima.


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Para cada estado de compactacin hay una composicin volumtrica diferente. En el estado1 definido en la figura 9, existe una relacin de fases definido por la humedad inicial delensayo. Al aumentar la humedad (estado 2) hay un aumento del volumen del agua, as co-mo el aumento del Volumen de slidos, existen mayores contactos interparticulares y dre-naje de aire. El agua moja la superficie slida con un espesor de pelcula del orden molecu-lar, enrgicamente unida al suelo. Al aumentar el agua en el estado 3, hay un exceso de lamisma, que se distribuye en forma de anillos aislados en cada contacto, con desarrollo decohesin aparente.

Al incrementar el porcentaje de humedad, el aire va quedando atrapado en forma de burbu-jas de aire (componente netamente elstico). Toda carga de impacto hace deformar el sis-tema y al cesar la carga lo expande, o sea que la energa es devuelta elsticamente.

A cada tipo de compactacin le corresponde una curva diferente, cuyos mximos no coin-ciden ni en su valor numrico ni en cuanto a su humedad ptima correspondiente. Cuantomas enrgico es el tipo de compactacin mas alta resulta la curva de densidad y mas se tras-lada su mximo hacia zonas con menor humedad.

3.7.3 LOS ESFUERZOS MECNICOS EMPLEADOS EN LA COMPACTACIN

Los esfuerzos mecnicos empleados en la compactacin de los suelos, son debidos a lossiguientes efectos o combinacin de dos o ms de ellos:

Presin Esttica

Amasado Impacto Vibracin

La magnitud de la energa de compactacin se puede evaluar fcilmente en algunos de losprocesos empleados. En una compactacin por impacto, la energa especfica se determinaconociendo el nmero de golpes por capa, el nmero de capas, el peso del pisn compacta-dor, la altura de cada del pisn al aplicar los impactos al suelo y el volumen del molde decompactacin. Por su parte en la compactacin mediante la aplicacin al suelo de una pre-sin esttica, el clculo de la energa de compactacin se ve alterada por el grado de defor-

mabilidad del suelo y por el tiempo de aplicacin de la carga esttica. En las pruebas decompactacin por amasado en donde cada capa se compacta mediante una serie de aplica-ciones de carga, que producen presiones de diversa magnitud, la energa de compactacines muy difcil de calcular.

La energa de compactacin tiene su aplicabilidad directa durante el proceso de compacta-cin en obra donde a pesar de no ser posible su clculo en trminos absolutos en un casodado, permite la comparacin de los diversos sistemas de trabajo.3.7.4 EL SENTIDO DE RECORRIDO EN LA ESCALA DE HUMEDADES


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Las curvas de compactacin y los estados obtenidos son diferentes si el proceso de compac-tacin se realiza partiendo de un suelo relativamente seco al que se le agrega agua o de unsuelo hmedo que se va secando durante la prueba.

Cuando el suelo est con una humedad baja, tiene tendencia a producirse una cohesin, porlas tensiones interfaciales debidas a las pelculas de agua; proporcionando por lo tanto unaresistencia mecnica elevada al proceso de compactacin, la cual va disminuyendo cuandola humedad se incrementa, ya que se produce un fenmeno de lubricacin que disminuye laresistencia a la compactacin.

Si el proceso se inicia con un suelo muy hmedo, al perder agua se van desarrollando me-niscos al aumentar las presiones intersticiales, generando la formacin de grumos, lo quehace que la resistencia mecnica va en aumento a medida que seca el suelo, siendo menoseficiente el proceso de compactacin y por lo tanto se lograrn menores pesos volumtricossecos que en el primer caso.

3.7.5 OTRAS VARIABLES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE COMPACTA-CIN

Adems de las mencionadas, existen otras variables que afectan en mayor o menor grado elproceso de compactacin en obra y en el laboratorio. Entre las mas importantes se puedenmencionar: el nmero de pasadas del equipo de compactacin, las condiciones ambientales,el proceso de recompactacin del suelo, la humedad inicial del suelo a compactar, etc.

3.8 COMPACTACIN POR AMASADO.

Este mtodo de compactacin relativamente nuevo, se utiliza a nivel de laboratorio en laprueba HARVARD MINIATURA desarrollada por S. D. Wilson en la Universidad deHarvard (EEUU). Se pretende reproducir el efecto tpico que tiene lugar en los equipos decompactacin Pata de cabra, principalmente trata de reproducir la estructuracin interna delos distintos estados de compactacin que adquieren los suelos al compactarlos con estosequipos.

A nivel de laboratorio el efecto de amasado lo da un mbolo de rea especificada al seraplicado un nmero determinado de veces sobre el suelo; en cada aplicacin se transmite

una presin constante.

3.9 CONTROL DEL PROCESO DE COMPACTACIN.

Durante el proceso de compactacin de campo es necesario definir la forma como se de-terminar el resultado final obtenido en el proceso y cual es o sern los instrumentos pararealizar esa determinacin. Se puede controlar la ejecucin de un proceso de compactacinutilizando cualquiera de los mtodos siguientes o una combinacin de ellos:


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Examinando los resultados obtenidos, midiendo propiedades fsicas o mecnicas de lacapa compactada

Realizando controles sobre el material y la forma como est siendo utilizado.

La mayora de los mtodos utilizados para medir la eficiencia de un proceso de compacta-cin se basan en el denominado Grado de Compactacin, que relaciona el peso volumtricoseco obtenido en el sitio y el peso volumtrico seco mximo obtenido en una prueba delaboratorio.

Para obtener en el campo el peso volumtrico seco se utilizan normalmente las siguientespruebas de campo:

Mtodos nucleares

Mtodo del cono de arena Mtodo del Globo de Agua o volmetro.

3.9.1 LOS MTODOS NUCLEARES

Los medidores nucleares emiten radiaciones al suelo que se est examinando y miden ladensidad y la humedad (Figura 10). Se basan en el principio de que los suelos sueltos ab-sorben menos radiacin que los ms densos. Los rayos gamma de una fuente radioactivapenetran en el suelo y, segn sea el porcentaje de vacos con aire, un determinado nmerode rayos se reflejan y regresan a la superficie. Los rayos reflejados son registrados en elcontador y convertidos a unidades de densidad y humedad mediante una serie de curvas de

correlacin. El mtodo nuclear ha adquirido popularidad en los ltimos aos debido a surapidez y exactitud, ya que los resultados de la prueba se obtienen en aproximadamente tresminutos sin perturbar el suelo.

FIGURA 10MEDIDORNUCLEAR3.9.2 MTODO DEL CONO DE ARENA


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El mtodo del cono de arena es un procedimiento que lleva mas tiempo que el mtodo nu-clear, pero su precisin est comprobada. Es muy comn el utilizarlo para la calibracin delos medidores nucleares (Figura 11).

El procedimiento se inicia con la seleccin del lugar de prueba, se procede a su nivelacin,colocando una base sobre la superficie compactada sacando el material de la capa a travsde la perforacin de la base, a una profundidad media de 15 cm. Se pesa el material extra-do, se seca en un horno y se pesa nuevamente para obtener la humedad del suelo. Se mideel volumen del hueco llenndolo con arena seca de determinadas caractersticas, con laayuda del cono de arena previamente pesado; como se conoce la densidad de la arena esposible conocer el volumen del hueco.

FIGURA 11. APARATO DE PRUEBA CON CONO DE ARENA

3.9.3 MTODO DEL GLOBO DE ARENA O VOLMETRO

Conocida tambin como la prueba del Densitmetro de Washington. Se procede de manerasimilar al mtodo del cono de arena, pero para medir el volumen del hueco se usa un dispo-sitivo lleno de agua que se coloca sobre el agujero. El densitmetro tiene una membranaunida a la base, se abre una vlvula y se introduce presin al lquido calibrado previamente.


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A medida que se llena el globo, adopta la forma del hueco, bajando el nivel del fluido. Pordiferencia de niveles es posible conocer su volumen.

En la tabla 2 se presentan los diferentes mtodos que se utilizan para realizar el control deun proceso de compactacin en el campo.

TABLA 2.MTODOS PARA CONTROLAR EL PROCESO DE COMPACTACIN

PRUEBAS DE CAMPO PARA LA DETERMINACIN DEL PESO VOLUMTRICO SECO DE LOS SUELOSCOMPACTADOS.

PRUEBAS DESTRUCTIVASMUESTRA ALTERADA MUESTRA INALTERADA

Reemplazo con arena Muestra cbica.Reemplazo con agua Hinca de muestreadorReemplazo con aceite

PRUEBAS NO DESTRUCTIVASAparato nuclear.Prueba ssmica.

Mtodos ultrasnicos.

CONTROL BASADO EN ENSAYOS MECNICOS

Aguja Proctor

Deflectgrafos.Ensayos con placas

Prueba del compactador.

MTODOS BASADOS EN CONTROLES SOBRE EL EQUIPO

Tramos experimentales.Control del material y nmero de pasadas.

3.10 COMPACTACIN DE SUELOS EN EL CAMPO

Son muchos los factores que influyen en la escogencia de un determinado equipo de com-pactacin; la experiencia previa del contratista, el tipo de suelo a compactar, las especifica-ciones, las condiciones climticas, adaptaciones propias del equipo a las condiciones de laobra, la estandarizacin de equipos, etc., son algunos de los factores que mas influyen en suescogencia.

Hay una gran variedad de equipos de compactacin, siendo necesario agruparlos segn laforma de trabajo. Entre los ms importantes se tienen:


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Los compactadores de Neumtico Los compactadores metlicos Los compactadores pata de cabra

Los compactadores vibratorios

3.10.1 LOS COMPACTADORES DE NEUMTICOS

Estos equipos trabajan por el efecto de presin esttica producida por su peso propio y porel amasado producido por los neumticos de caucho (Figura 12). Las fuerzas de compacta-cin (presin y manipulacin) generadas por los neumticos produce la densificacin desdela capa superior hacia abajo. La energa de compactacin puede variarse al cambiar la pre-sin de las llantas o cambiando el peso del lastre (menos frecuente). Una de las ventajas deestos compactadores es la facilidad que tienen los neumticos para ceirse a la superficie

aun en los puntos ms blandos, lo que permite detectar zonas de posibles fallas.

FIGURA 12.COMPACTADORNEUMTICO

Los compactadores de neumticos pueden ser autopropulsados o remolcados por tractoresde grandes potencias. Por el tamao de sus llantas pueden clasificarse en:

De llantas pequeas: Por lo general presentan dos ejes en tandem y el nmero de llantasvara entre 7 y 13, y las llantas traseras traslapan con las delanteras.

De llantas grandes. Por lo general son remolcados por un tractor y pesan entre 15 y 50 tone-ladas, cuentan con 4 o 6 llantas en un mismo eje. Por su tamao son poco maniobrables porlo que deben usarse donde haya pequeas pendientes, tramos largos y anchos y de fcilacceso.3.10.2 LOS COMPACTADORES METLICOS


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Este tipo de compactador utiliza solamente presin esttica con un mnimo de amasamientoen materiales plsticos. Cuando se inicia el proceso de compactacin con estos rodillos, elrea de contacto es mas o menos ancha y se forma un bulbo de presin con una cierta pro-fundidad, al ir avanzando la compactacin, el ancho del rea de contacto se reduce, la pro-fundidad del bulbo disminuye y aumenta la presin en la cercana de la superficie (ver figu-ra 13). Esta presin es de magnitud suficiente para alcanzar a triturar las partculas de agre-gados, e invariablemente causan la formacin de una costra superficial (encarpetamiento),siendo mas frecuente cuando se hacen riegos adicionales durante el proceso de compacta-cin para compensar la evaporacin en una capa, presentndose una estratificacin de lahumedad.

Los compactadores mas conocidos son los tandem y los compactadores de tres ruedas. Losprimeros tienen dos rodillos metlicos lisos paralelos, huecos para poder ser lastrados conagua y/o arena. Los compactadores de tres ruedas son los mas antiguos y estn provistos dedos rodillos grandes traseros y uno mas pequeo en la parte delantera, que se traslapan cu-briendo una franja uniforme.

FIGURA 13.COMPACTADOR DE RODILLO ESTTICO

3.10.3 LOS COMPACTADORES PATA DE CABRA

Los compactadores de tambor de patas de cabra recibieron su nombre del hecho que los

romanos, ponan las ovejas a pasar una y otra vez sobre el mismo material hasta que el ca-mino quedaba compactado. La palabra pata de cabra es un trmino genrico para descri-bir todos los tipos de tambores de pisones. En realidad, un tambor de patas de cabra es muydiferente de un tambor de pisn en cua, o de un tambor de pisn truncado (ver figura 15).El pisn pata de cabra es cilndrico, de 203 mm de largo. La superficie del pisn es circulary vara en tamao de 45 cm2a 116 cm2. Los pisones en cua o los truncados son cnicos deforma oval o rectangular. Y la cara o superficie del pisn es ms pequea que la base delpisn.Estos compactadores concentran su alto peso sobre la pequea rea de contacto de las pa-tas, ejerciendo por lo tanto unas presiones estticas muy grandes en los puntos en que lasmencionadas patas penetren en el suelo, produciendo un bulbo de presin muy intenso y


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poco profundo. La compactacin se consigue por penetracin y amasamiento ms que porefecto del bulbo de presin. Conforme avanza el proceso de compactacin, las patas pro-fundizan cada vez menos en el terreno, llegando el momento en que no se aprecia mejoraalguna, quedando siempre distorsionada la superficie. Al pasar el equipo sobre la nuevacapa de material se compacta perfectamente la superficie distorsionada de la capa anterior.

FIGURA 14.COMPACTADOR PATA DE CABRA

El uso de un compactador de patas de cabra tiene una ventaja bien definida. Como la capasuperior del suelo queda suelta, el proceso ayuda a airear y secar las arcillas y limos hme-dos.

Entre algunas de las desventajas de los rodillos patas de cabra son: la capa superior del ma-terial suelto acta como esponja cuando llueve, retardando el proceso de compactacin, elmaterial suelto hace que se presenten demoras en el acarreo de los materiales y pueden tra-bajar solamente a velocidades bajas 6 a 10 km/h.

3.10.4 LOS COMPACTADORES VIBRATORIOS

En la actualidad es el compactador mas utilizado para el proceso de compactacin de todotipo de suelos: bases granulares, sub-bases, suelo-cemento, rellenos rocosos, capas de roda-dura asflticas, arcillas, arenas, etc... Los compactadores vibratorios trabajan en una suce-sin de impactos contra la superficie del suelo (Figura 15). Desde la superficie, las ondasde presin penetran hacia adentro del suelo. Las partculas del suelo se ponen en movi-miento y la friccin interna entre ellas queda prcticamente eliminada. Durante el estado demovimiento, las partculas encuentran posiciones que hacen que su volumen sea el menorposible. Se pueden conseguir dos tipos de compactadores vibratorios: de tambor liso y detambor de pisones. Los compactadores vibratorios de tambor liso generan tres tipos defuerzas de compactacin: presin, impacto y vibracin. Las mquinas de tambor de pisonestambin generan fuerza de manipulacin. La densidad proviene de las fuerzas generadaspor un tambor vibratorio que golpea el terreno. Los resultados de la compactacin son una


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funcin de la frecuencia de estos golpes, as como su fuerza y el periodo de tiempo duranteel cual se aplican.

Los compactadores vibratorios de tambor liso fueron los primeros que aparecieron en elmercado, siendo los ms eficientes para compactar materiales granulares con tamao departculas entre rocas grandes y arena fina. Tambin se usan en suelos semicohesivos conun contenido de hasta 10% de material cohesivo.

Cuando aparecieron por primera vez los compactadores de pisn truncado, la gama de ma-teriales se ampli para incluir suelos hasta con el 50% de material cohesivo y un porcentajemayor de finos. Cuando el pisn penetra por la parte superior de la capa de material suelto,se rompen los vnculos naturales entre las partculas de suelos cohesivos para lograr unmejor resultado de compactacin.

FIGURA 15.COMPACTADOR VIBRATORIO


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

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CATERPILLAR. Manual de Compactacin. SantaF de Bogot, 1992.

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RICO, Alfonso y DEL CASTILLO, Hermilio. La Ingeniera de Suelos en las Vas Terres-tres, Volumen 1. Mxico: Limusa, 1982.

WACKER. Compactacin del Suelo. SantaF de Bogot, 1986.

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