Ensayo Compactación Inteligente GRVP

ACTIVIDAD VII

E N S A Y O

NUEVAS TECNOLOGÍAS DE COMPACTACIÓN.

“COMPACTACIÓN INTELIGENTE, FUTURO EN MÉXICO”

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE INGENIERÍA

DIVISIÓN DE POSGRADO MAESTRÍA EN INGENIERÍA DE VÍAS TERRESTRES

GEOTECNIA APLICADA

A LAS VÍAS TERRESTRES II Dr. Paul Garnica Anguas.*

ACTIVIDAD VII

ENSAYO NUEVAS TECNOLOGÍAS DE COMPACTACIÓN. “COMPACTACIÓN INTELIGENTE, FUTURO EN

MÉXICO”

Elaboro: Graciela del Rosario Vázquez Pascual.

Santiago de Querétaro, Querétaro a 26 de junio de 2012.

ACTIVIDAD VII - ENSAYO



CONTENIDO

I. INTRODUCCIÓN ....................................................................... 2

II. NUDO ........................................................................................ 3

ANTECEDENTES ......................................................................... 3

DEFINICIÓN .................................................................................. 4

MÉTODOS TRADICIONALES DE COMPACTACIÓN ............ 4

COMPACTACIÓN INTELIGENTE .............................................. 6

FUTURO EN MÉXICO DE LA COMPACTACIÓN

INTELIGENTE ................................................................................ 8

III. CONCLUSIÓN ........................................................................ 8

IV. BIBLIOGRAFÍA CITADA ......................................................... 9

NUEVAS TECNOLOGÍAS DE COMPACTACIÓN. “COMPACTACIÓN INTELIGENTE, FUTURO EN MÉXICO”

I. INTRODUCCIÓN

La compactación de suelos es el procedimiento mecánico de aplicar energía a un suelo parcialmente saturado para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia su capacidad de carga, entre otras propiedades; dando como resultado cambios de volumen en las capas del suelo. Su objetivo principal es el mejoramiento de las propiedades del suelo de tal manera que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado para toda su vida útil; y del método a aplicar, el cual dependerá de la clasificación del suelo, vibratorio para suelos puramente friccionantes y/o estático para suelos plásticos; existiendo una gama de diversos equipos de compactación para cumplir con las especificaciones requeridas o alcanzar. El poder controlar el mecanismo de compactación, para equilibrar los resultados de campo con los de laboratorio, se basa en la gráfica de humedad óptima

conformada por el peso específico seco (d) en el eje de la ordena y porcentaje de contenido de humedad (w%) en el eje de las abscisas, obtenida bajo ensayes de prueba y error en laboratorio que arrojan las humedades optimas de cada espécimen ensayado, para lograr la dosificación optima de agua en campo, corroborando está con el peso específico de campo después de realizar la compactación con uno de los tres procedimientos estándar:

Método de Cono de arena (Cala Volumétrica), Método Nuclear y Método de globo de hule.

Seleccionando el más adecuado de acuerdo al método compactación realizado. Cabe recalcar que desde un principio el problema de la compactación de suelos resulta ligado al de control de calidad de los trabajos en campos, los cuales resultan evidentes después de realizar un proceso de comparativa, esto frecuentemente sucedido por el equipo y principalmente por su operador al no tener un control con las pasadas sobre el material compactado, y ello se le incluye la incorrecta adición de agua. Durante años se han analizado diferentes metodologías y procedimiento para obtener un equilibrio de los datos de campos con los de laboratorio, pioneros de

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este tipo de investigaciones se data a los años 70’s en el Continente Europeo donde se obtuvo el primer trabajo de compactación inteligente haciendo hincapié en la compactación del suelo, posteriormente en Estados Unidos, el desarrollo de la compactación inteligente se impulsó partir de iniciativas a nivel federal y estatal; y actualmente en gran parte de Asía. La compactación Inteligente actualmente se aplica para compactación de suelo y/o pavimentos flexibles, bajo novedosos sistemas computaciones que ayudan a eliminar las conjeturas y el error humano al aplicar tecnología al proceso, controlando la medición de la rigidez en lugar de la densidad tanto en suelo como asfalto. Su introducción apenas inicia en México como un método novedoso por la empresa CAT, actualmente distribuidora de quipo para compactación inteligente en Europa y Estados Unidos.

II. NUDO

ANTECEDENTES

La compactación ha figurado entre las técnicas de construcción desde las épocas más remotas de que se tiene noticias, si bien en la antigüedad su aplicación no era ni general ni sistemática. Los métodos de apisonado por el paso de personas o animales se utilizaron en épocas muy lejanas, como por ejemplo en la construcción de grandes obras hidráulicas en diversas partes de Asia; y el antiguo rodillo de compactación que usaron los mayas para la construcción de la importante red de caminos que unía los principales centros ceremoniales de lo que hoy son el estado de Yucatán y el territorio de Quintana Roo. El desarrollo de modernas técnicas de compactación tuvo lugar en los últimos años del siglo pasado donde los primeros del presente, principalmente en los Estados Unidos. En 1906 apareció el rodillo pata de cabra de Fitzgerald, de 200 kg de peso. En 1928 y 1929, 0. J. Porter desarrolló en la División de Carreteras de California las investigaciones básicas de laboratorio que permitieron el inicio de la aplicación razonada de las técnicas de compactación a la construcción de carreteras. En 1933, Proctor comenzó a producir importantes trabajos que hicieron posibles muchas técnicas de uso actual. Con posteridad a estas épocas, ha sido explosivo el desarrollo de equipos de compactación y se han investigado bastante las propiedades de los suelos compactados y las técnicas de campo y de laboratorio, tal es el caso de la compactación inteligente una tecnología que ha estado en desarrollo durante

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muchos años. El concepto ha tenido un enorme atractivo para los gobiernos y clientes europeos, de modo que el desarrollo en Europa ha surgido con mayor prominencia. El trabajo de compactación inteligente inicial abordado durante 1970 y 1980 haciendo hincapié en la compactación del suelo. Algunos fabricantes ofrecieron sistemas de asistencia al operador en la década del ochenta, aunque esos sistemas eran bastante distintos de los sistemas disponibles en la actualidad. Por ejemplo, los sistemas de documentación anteriores requerían que el operador ingresara el inicio y la finalización de cada pasada de compactación, y el resultado se registraba en una impresora más adecuada para un entorno de oficina que para las obras de construcción. El equipo moderno es menos complicado para operar y más apropiado para el entorno. Actualmente se ofrecen compactadores de suelo equipados con medidores de compactación y módulos de registro, algunos de ellos operando en Europa y Estados Unidos, por durante muchos años. La más recientemente tecnología de la compactación del suelo se ha aplicado a la compactación del asfalto y existiendo pruebas en progreso destinadas a verificar su valor

DEFINICIÓN

Se entiende por compactación de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades mecánicas por medios mecánicos (Juárez B. E. – Rico R. A., 1972). La compactación de suelos y de otros tipos de materiales en las vías terrestres se define como el proceso el cual se busca mejorar las características de capacidad de carga y de asentamientos (Rico R. A., 1974). Braja (2001) coincide con la definición de Rico Rodríguez y Juárez Badillo, ampliando que la compactación es la densificación por remoción de aire, requiriendo de una energía mecánica. MÉTODOS TRADICIONALES DE COMPACTACIÓN Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje, suelos friccionantes y/o suelos plásticos, ya que de estos dependerá el tipo de compactador a utilizar, vibratorio y/o estático existiendo una variedad de equipos disponibles: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o pata de cabra.

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En México se emplean diversos tipos de compactadores, los cuales presentan un funcionamiento de la siguiente manera (Braja M. D. ,2001):

Compactador de rodillo liso. Estos no son adecuados para para producir altos pesos específicos al usarse en capas de espesores mayores, y son adecuados para finales de rellenos de suelos arenosos y arcillosos y por lo regular tienen una cobertura de 70% a 80%.

Compactador de neumáticos de hule. Se usan para suelos arcillosos y arenosos, la compactación se logra a una combinación de presiones y amasamientos. Tiene mayor cobertura que el primero.

Compactador con rodillos de pata cabra. Estos tienen mayor efectividad en suelos arcillosos ya que son tambores de gran número de protuberancias.

Compactador de rodillos vibratorios. Y finalmente estos son muy eficientes para suelos granulares ya que generan vibraciones que hacen que las partículas se reacomoden.

Seleccionado el método correspondiente para la realización de la compactación y está finalizado en campo a la distancia conveniente para ser evaluada, se realiza el control de humedad, el cual se inspecciona con el peso específico en campo, a través de la selección de la metodología estandarizada conveniente de las tres que se nos brindan:

Método del cono de arena. Consiste en llevar a campo un recipiente saturado de arena calibrada (partículas uniformes), con su peso específico respectivo y pesos totales de cono, recipiente y arena. Para ser vaciada en un pequeño sondeo del diámetro y altura del anillo. El suelo extraído se guarda rápidamente para que no pierda humedad y posteriormente calcular su contenido de humedad. Las diferencias de pesos, contenidos de humedad, volumen de arena cabida en la perforación son los datos con los que obtenemos el peso específico seco del material compactado.

Método del globo de hule. Realiza el procedimiento anterior, con la variante en el volumen del agujero, este se calcula colocando un globo con agua de un recipiente calibrado.

Método nuclear. Mide el peso de suelo húmedo por volumen unitario y también el peso del agua presente en un volumen unitario de suelo; para obtener el peso específico seco restando el peso del agua del peso específico húmedo del suelo.

Cabe señalar que estos Métodos tradicionales de compactación presentan problemáticas al realizar las comparativas de los resultados de campo con los del

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laboratorio, estos presentan discrepancias muy altas o en su defecto muy bajas, como resultado, ocasionando que la vida útil de la compactación no se logre en el tiempo determinado; las principales causas de esta problemática son los errores humanos y la tardanza en la obtención de datos al realizar las pruebas de campo ya que al aplicar los Métodos del Cono de arena y Globo de hule, se requiere ingresar las muestras a laboratorio lo cual ocasiona pérdida de tiempo en la obtención de resultados oportunos que ayuden a la compactación (caso de la humedad optima); por otra parte el Método Nuclear es práctico y rápido para la una buena toma de decisión, lamentablemente es un equipo caro y severamente perjudicial para la salud de quien lo opera. Debido a estos escenarios es imposible obtener un contenido de humedad de campo confiable y oportuno, para evaluar el control de la capa de material compactado, y con ello determinar las condiciones (humedad óptima) de la capa por compactar; recalcando que el material se compacta en capas de 20 centímetros de espesor, de acuerdo a la Normativa Mexicana e Internacional. También como parte de la problemática de los métodos tradicionales, ya mencionado, son los errores humanos, en particular al operar el equipo, muchas veces el operador pierde de control con el número de pasadas (aplanados) sobre el material, resultando de esto, son los desniveles no deseados en la capa o las capas de suelos compactados. Ambas situaciones factores comunes al realizar una compactación, de las cuales en México, aun no se cuenta con el control y equipo adecuado para su funcionamiento idóneo en los resultados campo-laboratorio.

COMPACTACIÓN INTELIGENTE

Si bien aún no se ha establecido una definición universal para la compactación inteligente, por lo general se acuerda que la compactación inteligente ayuda a eliminar las conjeturas y el error humano al aplicar tecnología al proceso de compactación. La compactación Inteligente tiene por objetivo brindar mayor confiablidad y calidad, a través del monitoreo de Sistemas de posicionamiento global (GPS), conjugado con un software computacional que brinda al operador del equipo de compactación una mejor alineación para proceder a compactar de acuerdo a las especificaciones de diseño y normativa; de igual forma a tomar medidas oportunas en tiempo real.

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Si bien la compactación inteligente es actualmente un icono en países Europeos, Asiáticos y en Estados Unidos; esta data ya de cuatro décadas de aplicación, con satisfactorios resultados en compactación de suelos y pavimentos. Su operación requiere de una máquina equipada (equipo común de compactación) con un sistema de compactación inteligente que brinda cuatro funciones básicas:

1) Medir la rigidez del suelo o del asfalto, 2) Controlar o dirigir el esfuerzo de compactación en respuesta a la rigidez

medida. 3) Muestra la medida de rigidez al operador y 4) Planifica y registra los resultados de compactación.

Esta última función del sistema le permite al usuario producir gráficos detallados de los niveles de rigidez, la cantidad de pasadas de rodillos que se han aplicado e incluso la cantidad de aplicaciones en todas las ubicaciones del sitio de trabajo, con ello permitiendo la oportuna modificación de la compactación en caso de requerirse. Por citar el caso de la compactación de concretos asfalticos, la HAMM Compaction Quality innova en Alemania, se trata de un equipo que incluye receptores de GPS los cuales emiten señales que llegan de los equipos portátiles del equipo de compactación, al igual que a los de gabinete para proyectar gráficamente al operador del equipo y responsables en gabinete la capa compactada para verificar si fue correctamente adecuada, de tal manera ilustra al operador para indicarle el número de pasadas por realizar, y en otra grafica le muestra las temperaturas del asfalto por colocar, indicándole así porque parte debe iniciar la compactación . De la misma manera estos receptores indican el esfuerzo, hacia el pavimento, condiciones climáticas, velocidad, entre otras, para brindar el resultado de porcentaje de compactación. En cuanto a la función uno y dos del sistema de compactación inteligente mide la rigidez definiéndola como la capacidad de un material de resistir la deformación bajo una carga; en lugar de la densidad determinándola como la cantidad de peso por volumen. Reflejando un alejamiento importante de las medidas de evaluación de calidad utilizadas tradicionalmente en Norteamérica. Esta función tiene una fuerte correlación entre la rigidez y la capacidad de carga, que es lo que persiguen los diseñadores de carreteras. La compactación inteligente, representa un cambio progresivo al sistema tradicional de compactación ofreciendo ventajas de eficiencia y productividad, reflejadas al momento de ejecutar la compactación reduciendo el número mínimo

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de pasadas, mayor capacidad de adaptación, resultados óptimos de compactación (más uniformidad), menor proporción de agregado triturado, evaluación completa de la compactación, medición dinámica de la rigidez del suelo, el control de la compactación es en campo e inmediata y fácil de operar; pero no todo suele ser perfecto así como sus ventajas cuenta con desventajas, el alto costo de aplicación del sistema, la poca experiencia en personal y el costo extra de capacitación para los usuarios.

FUTURO EN MÉXICO DE LA COMPACTACIÓN INTELIGENTE

México actualmente en su mayoría de sus obras utiliza y aplica la metodología tradicional de compactación, lo cual ha generado estragos esta área de la ingeniería por su deficiencia en el control de campo-laboratorio. Debido a este hecho hace poco menos de un año la empresa y distribuidora CAT de equipo de compactación, ha ofrecido en México el sistema de compactación Inteligente debido a que es una tecnología nueva en el país su alto costo de adquisición y escaso personal capacitado para su uso, han hecho que solo sea un producto atrayente, y no comerciable. Pese al gran beneficio que este tipo de compactación brinda, su costo aun no es costeable en obra y mucho menos rentable, generando su estancamiento en México. Buscando en las obras más importantes, construidas en los últimos años en México, ninguna pese a su magnitud ha aplicado el sistema de compactación Inteligente, lo cual demuestra lo anteriormente escrito. México necesita de manera rápida la aplicación de este sistema de compactación inteligente, por ser un país muy accidentado topográficamente, lo cual se ve reflejado en su gran sector carretero; ya se tiene el primer paso ya se ofrece en su mercado, ahora solo hay que hacerlo costeable.

III. CONCLUSIÓN

Los sistemas de compactación tradiciones carecen de control, por cuestiones de evaluación, al comparar lo obtenido en campo con lo obtenido en laboratorio que es el factor que rige para el buen funcionamiento de la compactación, esto reflejado

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en su vida útil; pese a los materiales que se le pueden adicionar al suelo compactado para su mayor estabilidad, tal como la cal, cemento, etc. La evaluación de su control continúa con discrepancias, debido al factor Humano y sus pertinencias. Estos se pueden abatir con la aplicación de los sistemas de compactación inteligente, ya que su principal función es eliminar el error humano, y tener el control de lo obtenido en laboratorio para ejecutarlo en campo; pero pese a su novedad y beneficio, aún se encuentra a largo plazo para aplicarse en México debido a su alto costo, y al poco o nada de personal capacitado o bien familiarizado con el sistema. Cabe recalcar que el sistema ya se ofrece en el país, lo cual abre la pauta para ser aplicable, buscando la manera de que su compra sea costeable y rentable. Para finalmente abatir la problemática existe en la Compactación.

IV. BIBLIOGRAFÍA CITADA

Braja M., D. (2001). Fundamentos de Ingeniería Geotécnica. México: Thompson

Learning.

CAT. (s.f.).

http://latinamerica.cat.com/cda/components/fullArticle?m=312616&x=9&id=927320.

Juárez Badillo, E., & Rico Rodríguez, A. (1972). Mecánica de Suelos, Fundamentos de Mecanica de Suelos (Vol. I). Distrito Federal, México: LIMUSA.

Rico Rodríguez, A., & Del Castillo Mejía, H. (1974). La Ingeniería de Suelos en las

Vías Terrestres, Carreteras, Ferrocarriles y Aeropistas (Volumen 1). México: LIMUSA.

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