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1 INTRODUCCIN

Dentro el proceso de determinacin de las propiedades de compactacin en laboratorio de un suelo, son muchos los factores de error introducidos debido a razones tan diver-sas como la presencia de partculas con sobre tamao, el reuso de la muestra y la degradacin de las partculas.

El presente trabajo cita la norma AASHTO (1986), conocindose que los ltimos cambios realizados dentro esta respecto a los ensayos de compactacin han sido rea-lizados en 1997, los procedimientos mencionados se constituyen en una referencia que debe ser actualizada.

2 ENSAYO DE COMPACTACIN

El ensayo de compactacin de mayor difusin es el de-nominado Proctor. Del ensayo se obtiene la curva de compactacin (i.e. contenido de humedad, w vs. peso uni-tario seco, gd), identificndose en esta los parmetros de compactacin peso unitario seco mximo, gmax y conteni-do de humedad ptimo, wopt.

2.1 Ensayo de compactacin Proctor: estndar y modificado

Los procedimientos de compactacin empleados en nues-tro pas son principalmente los propuestos por la Ameri-can Society for Testing and Materials, ASTM y la Ame-rican Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO.

Proctor (1933) propuso un ensayo para la determina-cin de los parmetros de compactacin en el que se apli-ca al suelo una energa de compactacin de 600 kNm/m3, el procedimiento se encuentra normado bajo la designacin ASTM D698-00a y AASHTO T99-86.

Debido al desarrollo de la maquinara de compacta-cin en campo, cada vez se alcanzaron pesos unitarios mayores, debiendo modificarse el ensayo de compacta-cin Proctor con el propsito de imprimir una energa de compactacin de 2700 kNm/m3, el ensayo de compacta-cin a esta energa es conocido como Proctor modificado. La designacin ASTM D1557-00 y la AASHTO T180-86, presentan las normativas del ensayo.

2.2 Mtodos de compactacin Los procedimientos de compactacin presentan mtodos con variaciones del ensayo en funcin a la distribucin granulomtrica de la muestra de suelo. El tamao mxi-mo de partcula de suelo a compactarse a travs de los procedimientos convencionales (i.e. ASTM D698 y D1557; AASHTO T99 y T180) es de 19 mm (i.e. 3/4").

2.2.1 Mtodos ASTM La norma ASTM presenta tres mtodos de compactacin en funcin al porcentaje de tamao de partculas presen-tes en la muestra de suelo. Los tres mtodos se aplican tanto para ensayo de compactacin Proctor estndar co-mo para Proctor modificado, ver Apndice A.

Para la seleccin del mtodo de compactacin el suelo debe ser tamizado a travs de las mallas 3/4", 3/8" y N4.

El mtodo A utiliza como material de compactacin el suelo que pasa el tamiz N4. Es aplicado a suelos con un porcentaje menor al 20%, por masa del material, retenido en el tamiz N4.

El mtodo B utiliza como material de compactacin el suelo que pasa el tamiz 3/8". Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 %, por masa del material, retenido en el tamiz N4 y con un valor menor al 20%, por masa del material, retenido en el tamiz 3/8".

El mtodo C utiliza como material de compactacin el suelo que pasa el tamiz 3/4". Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 %, por masa del material, retenido en el tamiz N4 y con un valor menor al 30%, por masa del material, retenido en el tamiz 3/8".

2.2.2 Mtodos AASHTO Los mtodos de compactacin presentados por la norma AASHTO son cuatro, ver Apndice B:

El mtodo A utiliza como material de compactacin el suelo que pasa el tamiz N 4. El molde a utilizar es el de 101,6 mm de dimetro.

El mtodo B utiliza como material de compactacin el suelo que pasa el tamiz N 4. La compactacin se realiza en el molde de 152,4 mm de dimetro.

El mtodo C utiliza como material de compactacin el suelo que pasa el tamiz 3/8". El molde a utilizar es el de 101,6 mm de dimetro.

Compactacin: sobretamao, reuso y degradacin.

J.C.Rojas Laboratorio de Geotecnia, Universidad Mayor de San Simn

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El mtodo D utiliza como material de compactacin el suelo que pasa el tamiz 3/8". La compactacin se realiza en el molde de 152,4 mm de dimetro.

3 FACTORES DE ERROR

La experiencia muestra que los mtodos de compactacin son extremadamente difciles de implementar o producen resultados errneos cuando se trata de algunos tipos de suelos (ASTM 2001), Los problemas comunes son los refe-rentes a fraccin gruesa presente en la muestra, degrada-cin de los suelos durante la compactacin y reuso de muestras.

3.1 Fraccin con sobre tamao

La fraccin con sobre tamao o fraccin gruesa es la por-cin total de muestra no incluida en la realizacin del en-sayo de compactacin, pudiendo ser la porcin total de muestra retenida en el tamiz N 4 para el mtodo A, en el tamiz 3/8" para el mtodo B o en el tamiz 3/4" para el mtodo C.

Se denomina fraccin fina o fraccin de finos a la porcin de suelo compuesta por partculas iguales o ms pequeas que el tamao mximo admitido para un mto-do dado.

Las partculas de sobre tamao son retiradas de la muestra de suelo para realizar los ensayos de compacta-cin de laboratorio, debiendo corregirse los pesos unita-rios y contenidos de humedad obtenidos, para as consi-derar en el resultado la fraccin de suelo que no interviene en la prueba.

3.1.1 Correccin ASTM por sobre tamao Si la muestra a ensayar contiene ms del 5 %, por masa, de fraccin de sobre tamao y el material no es incluido en el ensayo, deben realizarse correcciones al peso unita-rio seco y al contenido de humedad de la muestra (ASTM 2001).

El procedimiento ASTM D4718-87 es el apropiado para realizar correcciones de peso unitario y contenido de humedad para suelos que contengan partculas con sobre tamao. Esta correccin esta basada en el trabajo presen-tado por Ziegler (1948).

Este mtodo cubre los casos en los que la porcin considerada como sobre tamao es la fraccin de material retenido en el tamiz N4, siendo esta mayor al 40 %. Adems, considera los casos en los que la fraccin ex-cluida es la porcin retenida en el tamiz 3/8" y 3/4". El procedimiento cubre hasta un porcentaje de sobre tamao retenido en el tamiz 3/4" no mayor al 30 %.

Siguiendo este procedimiento, el peso unitario seco corregido, gdcorr, es determinado con la siguiente expre-sin:

( )d

Cw

M

C

wdcorr P

G

P

gg

gg -

+=

100100

(1)

donde: gw = peso unitario del agua; PC = porcentaje de partculas con sobre tamao por peso; GM =gravedad es-pecfica volumtrica y gd = peso unitario seco de la frac-cin de finos usados en la compactacin de laboratorio.

La gravedad especfica volumtrica, GM, es determi-nada siguiendo el procedimiento ASTM C127.

Para la correccin del contenido de humedad se utiliza la Ecuacin (2):

( ) CCCFcorr PwPww +-= 100 (2) donde: wcorr = contenido de humedad corregido; wF = contenido de humedad de la fraccin de finos y wC = con-tenido de humedad a superficie seca de las partculas de sobre tamao en estado saturado.

La Figura 1 muestra la diferencia entre una curva de compactacin corregida y sin corregir correspondiente a una grava limosa (GM) (Escobar 2001).

21,5

22,0

22,5

23,0

23,5

24,0

24,5

2,5 3,5 4,5 5,5 6,5Contenido de humedad, w [%]

Pes

o u

nit

ario

sec

o, gg

d [

kN

/m3 ]

corregido sin corregir

Gs = 2,7

Figura 1. Comparacin entre la curva de compactacin de una grava limosa con arena (GM) sin corregir por sobretamao y corregida se-gn el procedimiento ASTM D4718-87.

El Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados

Unidos (1995) presenta tambin las Ecuaciones 1 y 2, pe-ro, extendiendo el rango de aplicacin hasta suelos con un 35 % de partculas de sobre tamao retenidas en el tamiz 3/4".

3.1.2 Correccin para porcentaje retenido en el tamiz 3/4" mayor al 30 %

Cuando el sobre tamao considerado en el mtodo C (i.e. porcentaje retenido en el tamiz 3/4") es mayor al 30 %, en masa, la norma ASTM no presenta mtodo alguno para la determinacin de los parmetros de compactacin.

El procedimiento ASTM D1557-78 presentaba un m-todo para este tipo de suelos (i.e. mtodo D), basado en la tcnica de reemplazo, en la que la fraccin de sobre ta-mao es remplazada con una fraccin fina del suelo, sin embargo, por ser esta prctica inapropiada para determi-nar el peso unitario seco mximo de suelos que contienen partculas con sobre tamao, este mtodo fue eliminado.

El Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos (1995) propone una extensin del procedimiento de Ziegler (1948) analizada por Torrey & Donaghe (1991), este procedimiento incorpora el coeficiente de in-terferencia de densidad, Ic:

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Mg

CC GP

RI = (3)

donde: Rc = fraccin decimal del porcentaje de compac-tacin y Pg = fraccin decimal del porcentaje de grava

Para determinar el peso unitario seco mximo corre-gido, gdmaxcorr, correspondiente al total de la muestra de suelo se tiene:

( ) dmaxCCgwCMwdmaxCg

dmaxcorr IPPP

GIP

gg

ggg

+-=

100 (4)

donde: gdmax = peso unitario seco mximo, sin corregir. El contenido de humedad optimo corregido, woptcorr es

calculado con una expresin similar a la Ecuacin 3:

( ) CCCFoptoptcorr PwPww +-= 100 (5)

3.1.3 Correccin AASHTO por sobre tamao El procedimiento AASHTO para la correccin de partcu-las gruesas en ensayos de compactacin de suelos es el T224-86. Este determina la densidad seca mxima corre-gida, D, considerando el porcentaje de partculas gruesas no incluidas en el ensayo. El procedimiento no presenta una correccin para el contenido de humedad ptimo.

Para la correccin recurre a tres cartas, no se incluidos en el presente artculo. La carta de correccin 1 es aplic a-ble a los mtodos A y B, y determina la densidad seca mxima corregida para el porcentaje de partculas con sobre tamao retenidas en el tamiz N 4.

Para la correccin de los porcentajes retenidos en la aplicacin de los mtodos C y D se debe hacer uso de dos cartas de correccin: la primera (i.e. carta de correccin 2) determina la densidad seca mxima ajustada para el porcentaje de partculas con sobre tamao retenidas en el tamiz N 4; la segunda (i.e. carta de correccin 3) deter-mina la densidad seca mxima ajustada para el porcentaje de partculas con sobre tamao retenidas en el tamiz 3/4".

Adems, la normativa T224-86 presenta una ecuacin emprica para ajustar las densidades secas mximas obte-nidas con los mtodos A o B:

( ) ccfc DPDPD 9,01 +-= (5) donde: D = densidad seca mxima ajustada; Pc = porcen-taje en masa de las partculas con sobre tamao retenidas Tabla 1. Valores del coeficiente r (AASHTO 1986). ___________________________________________ r Pc ___________________________________________ 1,00 0,20 o menos 0,99 0,21 0,25 0,98 0,26 0,30 0,97 0,31 0,35 0,96 0,36 0,40 0,95 0,41 0,45 0,94 0,46 0,50 0,92 0,51 0,55 0,89 0,56 0,60 0,86 0,61 0,65 0,83 0,66 0,70 _______________________________________

en el tamiz N 4; Df = densidad seca mxima de la frac-cin fina y Dc = 62,4 GM.

Si se desea un ajuste con mayor precisin se emplea la expresin:

( )f

c

M

c

rD

P

G

PD

-+=

14,624,62

(6)

donde: r = coeficiente que se encuentra en funcin del valor de Pc. La Tabla 1 muestra los valores del coeficien-te r.

3.2 Reutilizacin de muestras

La masa de muestra de suelo seco requerida para los m-todos ASTM A y B y AASHTO A y C es aproximada-mente 16 kg y para los mtodos ASTM C y AASHTO B y C 29 kg, considerando que la muestra en campo se en-cuentra hmeda las cantidades necesarias de suelo, en ese estado, se incrementan a 23 kg y 45 kg respectivamente.

Al ser necesarias cantidades de muestra de suelo con-siderables, en ocasiones por falta de esta, se procede a la reutilizacin de muestra, ignorando la disposicin general para ensayos de compactacin de la norma ASTM que no permite la reutilizacin de muestras suelo, es decir la uti-lizacin de muestras que previamente hayan sufrido un proceso de compactacin en laboratorio.

La Figura 2 muestra la comparacin entre una curva de compactacin, de una grava pobremente gradada con limo y arena (GP-GM), reutilizando y sin reutilizar la muestra (Escobar 2001).

21,5

22,0

22,5

23,0

23,5

24,0

24,5

2,5 3,5 4,5 5,5 6,5Contenido de humedad, w [%]

Pes

o un

itar

io s

eco,

ggd

[kN

/m3 ]

Reutilizando Sin reutilizar

Gs = 2,8

Figura 2. Comparacin entre la curva de compactacin de una grava pobremente gradada con limo y arena (GP-GM) sin re-utilizar y reutilizando la muestra.

3.3 Degradacin del suelo

Los suelos que contienen partculas que se degradan du-rante la compactacin se constituyen en un problema, es-pecialmente cuando se tiene mayor degradacin durante la compactacin en laboratorio que durante la compacta-cin en campo, que es el caso tpico (ASTM 2000;). Como consecuencia de esta diferencia, en muchas ocasiones, no es posible alcanzar en campo los valores de compacta-cin obtenidos a partir de ensayos de laboratorio.

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Los suelos residuales son los que sufren mayor degra-dacin de la estructura de sus partculas al ser compacta-dos. Gidigasu (1974) demostr la influencia tanto de la preparacin de las muestras y del procedimiento de labo-ratorio en las caractersticas de compactacin de los sue-los residuales.

Cuando el suelo a compactar es degradable, se reco-mienda determinar los parmetros de compactacin a tra-vs de un proceso de pruebas en campo, que contribuirn a la optimizacin de la eleccin y operacin del equipo (Simmons y Blight 1997).

4 CONCLUSINES

Es prctica comn el ignorar los factores que alteran los resultados de compactacin en laboratorio, como conse-cuencia de aquello, se ha visto que se pueden sobreesti-mar o subestimar los valores a obtener en campo, inci-diendo estas variaciones, por ejemplo, en la eleccin de bancos de prstamo, con las concernientes prdidas eco-nmicas.

Para evitar la inclusin de errores en los datos de compactacin obtenidos en laboratorio, se debe extraer la cantidad de muestra apropiada y hacer notar en la identi-ficacin de la muestra si se sospecha que el suelo sea de

origen residual. As mismo, se debe exigir a los laborato-rios de geotecnia, se realicen las correcciones pertinentes por sobre tamao.

REFERENCIAS

AASHTO 1986. Standard specifications for transportation ma-terials and methods of sampling and testing. AASHTO: Washington.

ASTM 2000. 2000 Annualbook of ASTM standards Vol 04.08. Escobar, P.J. 2001. Empleo del modulo de deformacin en el

control de compactacin de capas de suelo obtenido me-diante el ensayo de anlisis espectral de ondas superficia-les -SASW. Proyecto de grado. No publicado

Gidigasu, M.D. 1974. Degree of weathering in the identifica-cion of lateritic materials for engineering pourposes- A re-view. Engineering geology 8 (3): 213-266

Proctor, R.R. 1933. Design and construction of rolled hearth dams. Engineering news record Vol. 3.

Simmons, J.V. & Blight, G.E. 1997. Compaction. Mechanics of residual soils. Editor G.E. Blight. Brookfield: Balkema.

United States Army Corps of Engineers, 1995. Engineering manual EM 1110-2-1911.

Ziegler, E.J. 1948. Effect of materials retained on the n 4 sieve on the compaction test soil. Highway Research Boards: Proceedings: Vol. 28, 409-414.

APNDICE

Apndice A. Especificaciones tcnicas del ensayo de compactacin Proctor segn procedimientos ASTM. _________________________________________________________________________________________________________ Procedimiento ASTM D-698 ASTM D-1557 ___________________________ ___________________________ Mtodo A B C A B C _____________________________________________________________________________________________________________________ Molde: - volumen [cm3] 944 944 2124 944 944 2124

- dimetro [mm] 101,6 101,6 152,4 101,6 101,6 152,4 Martillo: - masa [kg] 2,5 2,5 2,5 4,54 4,54 4,54

- altura de cada [mm] 305 305 305 457 457 457 Nmero de capas de compactacin 3 3 3 5 5 5 Nmero de golpes por capa 25 25 56 25 25 56 Energa de compactacin [kNm/m3] 600 600 600 2700 2700 2700 Suelo a usarse: - pasa el tamiz N 4 3/8 3/4" N 4 3/8 3/4" - porcentaje retenido en

el tamiz N 4 < 20 % > 20 % > 20 % < 20 % > 20 % > 20 % - porcentaje retenido en el tamiz N 3/8 < 20 % < 30 % < 20 % < 30 % _________________________________________________________________________________________________________

Apndice B. Especificaciones tcnicas del ensayo de compactacin Proctor segn procedimientos AASHTO. _________________________________________________________________________________________________________ Procedimiento AASHTO T-99 AASHTO T -180 ____________________________________ _____________________________________ Mtodo A B C D A B C D _________________________________________________________________________________________________________ Molde: - volumen [cm3] 944 2124 944 2124 944 2124 944 2124

- dimetro [mm] 101,6 152,4 101,6 152,4 101,6 152,4 101,6 152,4 Martillo: - masa [kg] 2,5 2,5 2,5 2,5 4,54 4,54 4,54 4,54 - altura de cada [mm] 305 305 305 305 457 457 457 457 Nmero de capas de compactacin 3 3 3 3 5 5 5 5 Nmero de golpes por capa 25 25 56 56 25 25 56 56 Energa de compactacin [kNm/m3] 600 600 600 600 2700 2700 2700 2700 Suelo a usarse: - pasa el tamiz N 4 N 4 3/4" 3/4" N 4 N 4 3/4" 3/4" _________________________________________________________________________________________________________