UNIVERSIDAD PERUANA UNIÓN

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

E.A.P. Ingeniería Civil

INFORME DE ENSAYO DE COMPACTACION

Trabajo presentada en cumplimiento de

La asignatura de Mecánica de Suelos

INTEGRANTE:

PROFESOR

Lima, Julio 2015

COMPACTACION DE SUELOS EN PAVIMENTOS

INTRODUCCION

El presente trabajo de investigación se refiere a la comparación entre varios países vecinos sobre la compactación de suelos en pavimentos donde es necesario conocer a mayor profundidad a fin de tomar las previsiones del caso desde la elaboración de los proyectos y la posterior ejecución de las obras.

DEFINICIONCOMPACTACION DE SUELOS:

Compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo. La compactación es el proceso de incrementar, mecánicamente, el peso, por unidad de volumen, de un suelo o material granular para base. La compactación incrementa la densidad unitaria, expresada en lb/ft3 (kg/m3); incrementa la capacidad portante del suelo y de la base, previene los asentamientos y reduce el aumento de volumen y la contracción del suelo, debido a cambios estacionales en la humedad y la temperatura. La compactación mueve las partículas de suelo o de agregado, reacomodándolas más cerca, unas de otras, y obliga a salir el aire que estaba atrapado entre ellas. Además, remueve el aire de la arena de asiento, la base granular, los suelos secos, las arcillas húmedas y los suelos cohesivos. Al incrementar la densidad, el suelo o la base, son más capaces de soportar una carga, sin asentarse ni ahuellarse. Sin compactación, o con una compactación inadecuada, el suelo o la base que soportan la carga, se asentarán o se ahuellarán lentamente, lo cual reducirá la vida del pavimento. El grado al cual el suelo (o la base) se puede compactar, está gobernado por tres factores: La

1. El tipo o clasificación del suelo - Naturaleza, gradación o propiedades físicas de los materiales de base o del suelo.

2. El contenido de humedad del suelo o base que se está compactando.

3. El tipo y cantidad de esfuerzo compactante requerido - compresión, apisonado o vibración.

VENTAJAS:

Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo, ya que si hay vacíos, el agua penetra y habrá un esponjamiento en invierno y contracción en verano.

Sin compactar Compactado Sin compactar Compactado.

DESVENTAJAS:

Aumenta el hinchamiento Aumenta el potencial de expansión por heladas.

Impide los daños de las heladas, puesto que el agua se expande y aumenta de volumen al congelarse, haciendo que pavimentos se hinchen y losas y estructuras se agrieten.

OBJETIVOEl presente trabajo tiene como finalidad realizar una comparación sobre la compactación de suelos en pavimentos, entre países vecinos basándonos principalmente según las normas establecidas y tablas de resultados.

PERU

COMPACTACION EN EL CAMPOLa compactación de campo de acuerdo a la forma de aplicación de la carga puede clasificarse:

Compactación por Amasado Compactación por Presión Compactación por Impacto Compactación por Vibración Compactación por Métodos Mixtos

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

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

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

Se recomienda un número mínimo de 24 pasadas.

Son apropiados para suelo finos (cohesivos)

Compactación por PresiónLos equipos por presión están constituidos por los rodillos lisos y neumáticos, presentando las siguientes características:

Rodillos Lisos

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

Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm.

Se recomienda un número de 8 pasadas.Son utilizados principalmente en suelos gravosos y arenosos limpios así como para el acabado de la superficie superior de las capas compactadas y en los concretos asfálticos.

Rodillos Neumáticos

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

Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm.

Se recomienda un número de pasa de 16.

Son aplicables principalmente a los suelos arenosos con finos poco plásticos, tratamientos superficiales, etc.

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

Son utilizados en áreas pequeñas.

Se recomienda un número de pasadas de 4.

Son utilizados en los suelos plásticos o suelos granulares de granulometría apropiada.

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

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

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

Se recomienda compactar en capas de hasta 20cm

Se recomienda un número de pasadas mínimo de 8

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

a) Compactación por métodos mixtos

Los equipos mixtos están representados por los rodillos lisos vibratorios.

Pruebas de laboratorio

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

Pruebas dinámicas Proctor Estándar y Modificado Impacto California Británica Estándar E-10 del Vs Bureau Pruebas Estáticas o Precisión Porter Sop Pruebas por Amasado Miniatura Harvard Hveen Pruebas por Vibración Mesa Vibratoria

Pruebas Especiales Pruebas Nucleares Compactación de suelos Perú

Compactación en campo

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

Compactación por Amasado Compactación por Presión Compactación por Impacto Compactación por Vibración Compactación por Métodos Mixtos

a) Compactación por Amasado

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

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

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

Se recomienda un número mínimo de 24 pasadas.

Son apropiados para suelo finos (cohesivos)

b) Compactación por Presión

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

Rodillos Lisos

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

Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm.

Se recomienda un número de 8 pasadas.

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

Rodillos Neumáticos

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

Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm.

Se recomienda un número de pasa de 16.

Son aplicables principalmente a los suelos arenosos con finos poco plásticos, tratamientos superficiales, etc.

c) Compactación por impacto

Los equipos por impacto están constituidos por los pisones.

Son utilizados en áreas pequeñas.

Se recomienda un número de pasadas de 4.

Son utilizados en los suelos plásticos o suelos granulares de granulometría apropiada.

d) Compactación por Vibración

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

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

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

Se recomienda compactar en capas de hasta 20cm

Se recomienda un número de pasadas mínimo de 8

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

e) Compactación por métodos mixtos

Los equipos mixtos están representados por los rodillos lisos vibratorios.

Pruebas en laboratorio

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

Pruebas dinámicas Proctor Estándar y Modificado Impacto California Británica Estándar E-10 del Vs Bureau

Pruebas Estáticas o Precisión Porter Sop Pruebas por Amasado Miniatura Harvard Hveen Pruebas por Vibración Mesa Vibratoria Pruebas Especiales Pruebas Nucleares

COLOMBIA

RESUMENEl propósito de este trabajo es analizar experimentalmente una metodología alternativa para el proceso de compactación de suelos en laboratorio. Tradicionalmente se ha utilizado el método conocido como “compactación proctor”, aunque siempre se ha reconocido que no representa fielmente las condiciones en que se produce la compactación en el campo. En el ensayo de compactación giratoria, el proceso se produce por amasado, lo cual asemeja mejor el efecto de los equipos de vibro compactación en obra.

Se realizaron diferentes ensayos con presiones verticales entre 100 y 400 kPa, se mantuvo constante el ángulo de giro (1.25º) y el material se ensayó con diferentes contenidos de humedad. Con los resultados de los ensayos se determinó que para obtener una curva de compactación similar a la conseguida en el ensayo de proctor modificado se pueden utilizar dos opciones, la primera es trabajar con una presión vertical de 400 kPa, 100 giros y ángulo de 1.25º y la segunda opción es aplicar una presión 350 kPa, 300 giros y un ángulo de 1.25º.

INTRODUCCIÓN

Para reducir el porcentaje de vacíos de un suelo y mejorar sus propiedades mecánicas como la resistencia al corte, la compresibilidad y el potencial de expansión, se realizan diferentes procedimientos o ensayos de compactación de suelos, logrando conseguir una estructura de máxima densidad que presenta deformaciones mínimas cuando se somete a diferentes cargas.

En materiales granulares, el estado de compactación del suelo se determina por medio del parámetro densidad relativa, la cual está en función del peso unitario seco máximo, peso unitario seco mínimo y el peso unitario seco in- situ [1], de acuerdo con la Ecuación 1.

γd - γd min γ d max

Dr = γ

- γ * γ (1) d max d min d

El peso unitario seco que puede alcanzar el material está relacionado con la cantidad de energía aplicada, el método de aplicación, el volumen de material compactado, la densidad de las partículas y el contenido de humedad del suelo. Los ensayos de compactación en laboratorio buscan establecer la relación entre el peso unitario seco y el contenido de humedad para un determinado tipo de suelo (i.e. densidad de partículas) y un proceso de compactación determinado (i.e. volumen de suelo y cantidad y forma de aplicación de la energía de compactación). Está relación permite determinar el contenido de humedad óptimo con el que el suelo debe ser

compactado en obra, para que se pueda logar una densidad o peso unitario máximo.

Se utilizan varios métodos de compactación en campo como por ejemplo la compactación vibratoria, la compactación por amasado y la compactación estática. Para evaluar el porcentaje de compactación obtenido en campo, es necesario compararlo con los resultados obtenidos en laboratorio. Los procedimientos de laboratorio más conocidos son los ensayos de proctor estándar y proctor modificado (Normas INV E- 141 e INV E- 142, respectivamente [8]). Estos procedimientos, sin embargo no son rigurosamente comparables con los procedimientos equivalentes aplicados en campo, principalmente porque la forma de compactación varía considerablemente. Mientras que en los ensayos de compactación proctor se aplica una forma de energía por impacto, en el campo el amasado es la forma de transferencia de energía aplicada al suelo. Las energías de compactación aplicadas en obra tienden a ser mayores que las que se aplican en los ensayos de proctor en el laboratorio [6]. Es por esto que se han llevado a cabo diferentes estudios sobre el tema de compactación de suelos en la búsqueda de diferentes alternativas de compactación en el laboratorio. Un ejemplo de esto, es el trabajo realizado por el Departamento de Transporte de Florida en el año 2003, en el cual se evaluaron las ventajas de la compactación del suelo en un equipo de compactación giratoria.

El uso del compactador giratorio se inició en 1930, mientras que los trabajos de investigación desarrollados durante las siguientes décadas fueron enfocados a los diseños de cementos y mezclas asfálticas. En el año de 1987 surgió el programa SHRP (Strategic Highway Research Program), que en la actualidad se conoce como la metodología Superpave (Superior Performing Asphalt Pavement), sistema de diseño que se utiliza para establecer el desempeño de las mezclas asfálticas.

Para la década de 1990, el Departamento de Transporte del estado de Texas inició trabajos de investigación en suelos con el equipo de compactación giratoria. En este trabajo se encontró que los ensayos Proctor, que comúnmente se realizan en el laboratorio, presentan resultados lejanos a los obtenidos en la compactación en campo, caso contrario ocurrió con los ensayos de compactación de suelos en el compactador giratorio.

Este artículo presenta los resultados obtenidos en los ensayos de compactación giratoria de un suelo granular normalmente utilizado como sub base granular en las vías de la ciudad de Bogotá y una comparación con las curvas de los ensayos de proctor modificado y proctor estándar. Esta comparación permitirá evaluar que parámetros del ensayo de compactación giratoria deben establecerse para obtener la densidad seca máxima del material.

MARCO CONCEPTUAL

COMPACTACIÓN DEL SUELOLa aplicación de energía a un espécimen de suelo, con el fin de incrementar su densidad o peso seco unitario y reducir el volumen de vacíos, es lo que se conoce

como compactación del suelo. La compactación del suelo aporta a este las siguientes ventajas:

Aumenta la resistencia al corte y así mismo mejora la capacidad de soporte de vías y subestructuras.

Reduce o previene la compresibilidad y los asentamientos. Reduce el volumen de vacíos Permite reducir y controlar los potenciales de expansión, contracción y

expansión por congelamiento

Para conocer el porcentaje de compactación del suelo en campo es necesario que previamente se haya determinado la densidad seca máxima de éste, por medio de la ejecución de un ensayo o prueba de laboratorio en el que se mantenga una energía constante. Estos ensayos permiten obtener una relación entre el peso seco unitario y el contenido de humedad (ver figura 1), además conduce a establecer el contenido de humedad con el que se debe compactar el suelo para que se logre alcanzar el peso unitario seco máximo.

Figura 1. Peso unitario seco en función del contenido de humedad. Resultados típicos obtenidos en un ensayo de compactación proctor.

La relación entre el contenido de humedad del suelo (ω), el peso unitario seco (γd) y el peso unitario húmedo (γh), se presenta en la Ecuación 2, la cual es requerida para los cálculos de cualquier ensayo de compactación.

γd = 1 + ω γ h (2)

MÉTODOS UTILIZADOS EN CAMPO Compactación estática: en este tipo de compactación se utilizan equipos conocidos como rodillos lisos, neumáticos y de tractor; el tambor de estos equipos algunas veces se puede llenar con agua y arena, lo que incrementa el peso del

equipo y por ende también incrementa la presión ejercida sobre el suelo, las presiones ejercidas por el equipo pueden alcanzar 400kN/cm². Este método se utiliza en suelos bien gradados que tengan aproximadamente el 20% de finos.

Compactación por amasado: para este caso se utiliza el rodillo pata de cabra (Figura 2), las presiones de compactación que se obtienen por este método están entre 1500 kN/cm² y 7500 kN/cm². Este método es ideal para la compactación de suelos arcillosos porque produce mayores esfuerzos de cizallamiento en toda la masa de la capa de suelos por compactar, concentrando grandes presiones en ciertos puntos; gracias a la presencia de los vástagos que concentran gran energía en áreas pequeñas y se penetran en el interior de la capa de suelo.

Figura 2. Compactador pata de cabra.

Compactación por vibración: en este método se pueden utilizar equipos como los descritos en los métodos anteriores, solo que para este caso, el equipo cuenta con un efecto especial de vibración. Dentro de los equipos utilizados en este caso se encuentra los rodillos tipos tramper, vibro compactadores, canguros y pisones. Es muy común que los canguros y pisones sean utilizados en áreas pequeñas.

MÉTODOS UTILIZADOS EN LABORATORIOCompactación por impacto: también conocido como método dinámico, consiste en colocar una cantidad de material con cierto contenido de humedad en un molde cilíndrico y compactarlo con un determinado número de golpes por capa. La cantidad de energía aplicada a cada ensayo se determinada por medio de la ecuación 3.

E = n . N . W . h (3)

νSiendo:

N = número de capas, n = número de golpe, W = Peso del martillo, h = altura de caída del martillo y v = Volumen del molde.

Los ensayos más utilizados son el proctor estándar y el proctor modificado, que se rigen por normas estadounidenses, sin embargo, también existen ensayos fundamentados en normas británicas cuyas especificaciones se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Especificaciones de los ensayos de compactación en laboratorio.

EnsayoReferencia Estándar

Martillo Volumen delmolde

CapasGolpes por capa

MasaAltura de caída

Proctor estándarAASHTO estándar

ASTM D - 698-78 ASSHTO T -99

2.49 Kg. (5.5 lb.)

305 mm(12 pul )

944 cm3 3 25

Proctor estándarAASHTO modificado

ASTM D- 1557 - 78ASSHTO T-180

4.54 Kg. (10 lb.)

457 mm(18 pul )

944 cm3 5 25

Proctor estándarNormasINVIASMÉTODO A *

INV E – 141Método A yMétodo C

2.5 Kg. (5.5 lb.)

305 mm(12 pul )

817 cm3 3 25

INV E – 141Método B yMétodo D

2.5 Kg. (5.5 lb.)

305 mm(12 pul)

1815 cm3 3 56

ProctorModificadoNormasINVIASMÉTODO A *

INV E – 142Método A yMétodo C

4.54 Kg. (10 lb.)

457 mm(18 pul )

817 cm3 5 25

ProctorestándarNormasINVIASMÉTODO B

INV E – 142Método B yMétodo D

4.54 Kg. (10 lb.)

457 mm(18 pul )

1815 cm3

5 25

MARTILLO VIBRATORIO

BS 1377:1975 Ensayo 14

Se utiliza un molde CBR para compactar una muestra aproximadamente 2360 cm3 de volumen mediante el uso de un martillo vibratorio; el suelo se compacta en tres capas iguales mediante vibración.

* Nota: Para los ensayos de las normas INV E – 141 y INV E – 142, el método depende del tamaño máximo del material

Otro de los ensayos que se encuentran en la Tabla 1, es el del método del martillo vibratorio, que consiste la aplicación de una presión estática y vibración al suelo durante un tiempo de 60 segundos, a tres capas iguales de suelo.

Harvard Miniatura: este método de laboratorio es usado en materiales finos, plásticos y con partículas menores a 2 mm, fue desarrollado por el Profesor S.D Wilson, en la Universidad de Harvard. Consiste en la compactación del suelo por medio de presión, para lo cual se requiere una cámara cilíndrica metálica de 3.3 cm de diámetro y 7.2 cm de altura, el molde está provisto de una extensión removible de 3.5 cm de altura y además de una barra metálica de 1.3 cm de diámetro, que actúa como un émbolo y aplica presión.

Compactación giratoria: este método consiste en la aplicación de acciones simultáneas como la presión vertical y la acción giratoria, con un ángulo de inclinación con respecto al eje vertical, ejercidas por el equipo, asemejando los procesos constructivos en obra.

Las primeras compactaciones con este equipo se desarrollaron en el año de 1939 en el Texas Highway Institute, para mezclas asfálticas por el método de prueba y error. Más adelante, un equipo similar fue utilizado por el cuerpo de ingenieros GMT en la Segunda Guerra Mundial y en Francia se construyó el compactador giratorio LCPC. El Highway Research Program (SHRP) creado en 1987, inició las investigaciones de compactación giratoria con cementos asfálticos, más adelante, en la década de los noventa, estudios realizados con mezclas asfálticas condujeron a determinar las especificaciones de la metodología SUPERPAVE, la cuales se presentan en la Tabla 2. Las acciones simultáneas que se aplican al material sometido a un ensayo de compactación giratoria se ilustran en la Figura 3, los valores corresponden a la especificación de la metodología Superpave.

Tabla 2. Especificaciones de la metodología superpave

Parámetro Rango o valor especificado

Presión vertical 600 kPa

Angulo de giro 1.25 º

Velocidad de giro 30 rpm

Figura 3. Acciones ejercidas por el equipo de compactación giratoriaEn el año de 1962 los Ingenieros de la Armada de los Estados Unidos estudiaron la compactación giratoria de materiales utilizados en la conformación de sub bases y

bases granulares, trabajo en el que se obtuvieron las siguientes conclusiones: el método de compactación por impacto es poco recomendado para suelos no cohesivos, el incremento en la presión vertical produce pesos unitarios mayores y el ángulo de giro con el que se deben compactar los materiales deben estar entre 1° y 2°.

Una de las investigaciones más destacadas, en la que se estudiaron los efectos de la compactación giratoria en un suelo, fue desarrollada por el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de Florida. En este trabajo se realizaron pruebas de compactación en campo, en tres lugares diferentes, para cada sitio se utilizaron dos niveles de energía de compactación y diferentes contenidos de humedad, el estado de compactación del material se determinó mediante la pruebas con densímetro nuclear. Luego se procedió a la ejecución de los ensayos de compactación vibratoria, compactación por impacto y compactación giratoria en el laboratorio. En este trabajo de investigación se concluyó que:

• El método de compactación por impacto no es el más adecuado para arenas y suelos no cohesivos, debido a que los resultados en campo arrojaron pesos unitarios superiores a los que se obtienen en el laboratorio y las humedades en campo eran menores a las de las pruebas de laboratorio.

• El método de laboratorio que arrojó resultados más cercanos a los obtenidos en campo, fue el método de compactación giratoria.

• Para obtener el peso unitario máximo del suelo estudiado se debe trabajar a una presión vertical de 200 kPa, con 1.25° de inclinación y 90 giros a una velocidad de 20 giros por minuto.

Por otro lado, en el año 2001, el Centro de Desarrollo e Investigación de Ingeniería de la Armada de los Estados Unidos, preparó probetas para ensayos de compresión encofinada (de 102 mm de diámetro y 152 mm de altura), para realizar estudios de compactación giratoria. Los resultados establecieron que para que las probetas obtuvieran la densidad seca máxima, resultado del ensayo de proctor, las muestras debían someterse a un ángulo de giro de 1.25º, una presión de 870 kPa y 90 revoluciones.

METODOLOGÍA EXPERIMENTALPrevio a la ejecución de los ensayos de compactación giratoria, se realizaron ensayos de caracterización del material de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados:

Límites de Atterberg: estos ensayos se realizaron de acuerdo con los procedimientos indicados en las normas INV E – 125 e INV E – 126; se obtuvo un límite líquido igual a 22%, un límite plástico de 13% y un índice de plasticidad del 9%.

Granulometría: en la Figura 4 se observa la distribución granulométrica del material utilizado en esta investigación; el 90.20% de las partículas pasan el tamiz No. 4 y el 38.20% tienen un diámetro inferior a 0.074 mm. De acuerdo con estos valores y la clasificación unificada de suelos (USC), se determinó que el material clasifica dentro del grupo de las arenas limosas. Este ensayo se realizó según lo indicado en la norma INV E – 123.

Figura 4. Granulometría del material de granular

Gravedad específica: se realizó la gravedad específica del material de acuerdo con las normas INV E – 128, INV E – 222 e INV E – 223, el valor de gravedad específica de los sólidos del material es 2.65, valor requerido para obtener la curva teórica de cero vacíos del material.

Proctor modificado y Proctor estándar: estos ensayos se ejecutaron como lo indican las normas INV E – 141 y INV E – 142, resultados de los que se obtuvieron las curvas peso unitario seco vs. Contenido de humedad que se ilustran en la Figura 5.

Una vez realizada la caracterización del material se realizaron las pruebas de compactación en el equipo de compactación giratorio Rainhart’s SHRP de la Universidad Militar Nueva Granada, trabajo en el que se establecieron los siguientes parámetros.

• Números de giros: todos los ensayos se hicieron hasta alcanzar los 300 giros. Como el equipo tiene un sensor de desplazamiento vertical, es posible conocer la altura de la muestra en cada giro.

• Ángulo de giro: se trabajó con un ángulo constante de 1.25º. • Velocidad de rotación: este parámetro depende de las características propias del

equipo, para este caso el equipo utilizado trabaja con 30 rpm. • Presión vertical: se trabajó con presiones de 100 kPa, 150 kPa, 200 kPa, 300 kPa,

350 kPa y 400 kPa. • Contenido de humedad: para cada presión de compactación se prepararon

muestras con cinco contenidos diferentes de humedad, para un total de 30 muestras.

Figura 5. Curvas de Compactación – Ensayos de Proctor Estándar y Modificado.

Según los parámetros definidos anteriormente fue necesario realizar un total de 30 pruebas, luego de la ejecución de cada prueba se obtuvieron probetas como la ilustrada en la Figura 6.

Figura 6. Probeta obtenida luego de finalizada la prueba

Durante la ejecución de los ensayos el programa traza una gráfica en que se representa la altura de la muestra en función del número de giros. Una vez éste finaliza, se obtiene un archivo de datos con la siguiente información: número de giro, altura de la muestra, ángulo de giro y presión vertical. Luego se procede a determinar la humedad final de la muestra y como el diámetro es constante y la altura de la muestra la registra el programa, es posible calcular el peso unitario seco para cada uno de los puntos. Los resultados que se presentan a continuación se dan en función del peso unitario seco y el contenido de humedad.

ANÁLISIS DE RESULTADOSTodos los ensayos realizados en el equipo de compactación giratoria registran en un archivo de texto para cada número de giro la altura de la muestra, la presión vertical y

el ángulo de giro. La altura de la muestra permite determinar el volumen de ésta y con el peso y el contenido de humedad, que se toman al finalizar el ensayo, es posible llegar a conocer el peso unitario seco en función del número de giros (ver Figura 7).

Figura 7. Gráfico del Peso Unitario Seco en función del número de giros para un ensayo de Presión de 100 kPa y humedad de 2.5%

Lo anterior conduce a determinar las variaciones del peso unitario seco en función de los diferentes contenidos de humedad, ver figuras 8, 9, 10, 11 y 12, para cada una de los ensayos realizados a presiones diferentes. En los siguientes gráficos es posible comparar como cambia el peso unitario seco de acuerdo con el número de giros y además se comparan las curvas producto de estos ensayos con las curvas obtenidas en los ensayos de proctor estándar y proctor modificado.

Figura 8. Presión vertical de 100 kPa

Figura 9. Presión de vertical de 150 kPa

Figura 10. Presión de vertical de 200 kPa

Figura 11. Presión de vertical de 300 kPa

Figura 12. Presión de vertical de 350 kPa

Figura 13. Presión de vertical de 400 kPa

Comparando el grupo de ensayos en cada figura, puede observarse que la presión vertical es el principal factor que contribuye a obtener un mayor grado de compactación. Para presiones verticales inferiores a 200 kPa, existe una relación creciente entre el contenido de humedad y el peso unitario seco. Solo a partir de 200 kPa, se registra un máximo en la curva, es decir se puede identificar un punto óptimo en el contenido de humedad.

Al tratar de utilizar mayores contenidos de humedad, se observó que la presión aplicada junto con el amasado produce drenaje parcial del agua, posiblemente debido a la permeabilidad del material y al ángulo de giro utilizado. El drenaje de las muestras en compactaciones a humedades altas fue un fenómeno que también se presentó en la investigación realizada por el departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Florida.De acuerdo con las figuras 12 y 13 se observa que en dos casos es posible alcanzar curvas similares a la obtenida mediante el ensayo de proctor modificado usando el equipo de compactación giratoria: estos son para una presión vertical de 350 kPa y 300 giros, o para una presión vertical de 400 kPa y 100 giros. Esta comparación solo

puede considerarse válida para el tipo de material analizado. Una relación general solo puede obtenerse bajo un estudio más amplio en el que se experimente con otros tipos de gradación y plasticidad de los finos. Para obtener curvas similares a la curva de compactación normal, es necesario utilizar un ángulo de giro menor al utilizado en este estudio.

CONCLUSIONESSe propuso un método alternativo en laboratorio para estudiar las relaciones peso unitario, contenido de humedad, utilizando el compactador giratorio. Para demostrar su potencial utilización se realizaron ensayos de compactación proctor y giratoria sobre un material granular.

Además de simular mejor el proceso de compactación en campo, el método de compactación giratoria, es más versátil, permite un mayor control de las variables utilizadas y es más rápido que el método convencional.

Durante el transcurso de cada ensayo se observó que las mayores variaciones de altura y de peso unitario seco se presentan en los primeros 100 giros. Este comportamiento se evidencia en la Figura 7, donde para los últimos 100 giros las variaciones en altura no fueron significativas y la tendencia de la curva es lineal.

El proceso de compactación giratoria no presenta buenos resultados cuando se utiliza baja presión vertical y el material tiene un contenido de humedad superior al óptimo, puesto que parte del agua sale de la muestra. Este comportamiento deberá ser estudiado en diferentes tipos de suelo.

Se obtuvieron curvas semejantes a las del proctor modificado cuando se utilizó una presión vertical de 350 kPa, 300 giros y un ángulo de 1.25º y para una presión vertical de 400 kPa, 100 giros y un ángulo de 1.25º. Esta aproximación se considera válida para el tipo de material utilizado, siendo necesario extender el estudio a otro tipo de materiales.

Es necesario desarrollar un programa de ensayos más extenso para incluir el efecto de otras variables como el ángulo de giro o el número de capas, utilizando diferentes tipos de material Compactación en laboratorio.

ESTADOS UNIDOS

COMPACTACIÓN DE SUELOS Y RELACIÓN HUMEDAD / DENSIDAD

CompactaciónLa compactación es el proceso de incrementar, mecánicamente, el peso, por unidad de volumen, de un suelo o material granular para base. La compactación incrementa la densidad unitaria, expresada en lb/ft3 (kg/m3); incrementa la capacidad portante del suelo y de la base, previene los asentamientos y reduce el aumento de volumen y la contracción del suelo, debido a cambios estacionales en la humedad y la temperatura.

La compactación mueve las partículas de suelo o de agregado, reacomodándolas más cerca, unas de otras, y obliga a salir el aire que estaba atrapado entre ellas. Además, remueve el aire de la arena de asiento, la base granular, los suelos secos, las arcillas húmedas y los suelos cohesivos.

Al incrementar la densidad, el suelo o la base, son más capaces de soportar una carga, sin asentarse ni ahuellarse. Sin compactación, o con una compactación inadecuada, el suelo o la base que soportan la carga, se asentarán o se ahuellarán lentamente, lo cual reducirá la vida del pavimento.

El grado al cual el suelo (o la base) se puede compactar, está gobernado por tres factores:

El tipo o clasificación del suelo - Naturaleza, gradación o propiedades físicas de los materiales de base o del suelo.

El contenido de humedad del suelo o base que se está compactando. El tipo y cantidad de esfuerzo compactante requerido - compresión,

apisonado o vibración.

Tipo o clasificación del sueloLos suelos, usualmente, están constituidos por una mezcla de arcilla, limo y arena. Como se mostró en las Secciones previas, la granulometría determina la clasificación y la utilidad, del suelo, como material de subrasante. Los limos y las arcillas pueden requerir más tiempo de compactación, que los suelos arenosos, debido a que tienen muchas partículas pequeñas, que están dentro de un rango estrecho de tamaños de tamices. En algunos limos y en la mayoría de los suelos de arcillas, más del 30% de sus partículas pasa el tamiz No.200 (0.075 mm). Esas pequeñas partículas son cohesivas, se pegan unas a otras, con la humedad, y mantendrán su forma, al ser compactadas. En contraste, la arena o los suelos granulares, dependen de la fricción entre sus partículas para mantenerse unidas, al ser compactados. El mayor tamaño de sus partículas, hace que sean más fáciles de compactar que los suelos arcillosos. Sin embargo, la habilidad de los suelos arenosos, de incrementar su densidad por medio de la compactación, puede depender mucho del contenido de humedad que tengan.

Contenido de Humedad El control del contenido de humedad del suelo o de la base durante la compactación, es crítico para poder lograr la máxima densidad. Cuando se está compactando, se debe tener el contenido óptimo de humedad; es decir, ni demasiado ni muy poco. Se necesita la cantidad correcta de agua, para que las partículas, de suelo o de agregado,

se deslicen contra las otras. El agua, en efecto, actúa como un lubricante. Si hay mucha agua en el suelo, ésta ocupará espacio entre las partículas y evitará que permanezcan juntas.

La Figura 4-4 ilustra el efecto de la humedad en la densidad de un suelo o base. Muestra que el contenido óptimo de humedad corresponde a la mayor densidad seca. A medida que se incrementa la humedad, yendo de cero hacia el porcentaje óptimo, se incrementa la densidad. Si se adiciona mucha humedad al suelo o a la base, se reduce su densidad y no se alcanzará el nivel de densidad óptima. La relación entre la densidad del suelo o base, y la humedad óptima, variará de suelo a suelo y de base a base.

Sección 4 Parte D: Medición de la Compactación del Suelo

Medición de la Compactación

La causa más frecuente para reclamos por parte de los clientes es el asentamiento en los pavimentos de adoquines de concreto. En la mayoría de los casos, el origen del problema se puede encontrar en la inadecuada compactación, o la falta de medición de esta, en el sito de la obra.

Se han usado métodos subjetivos, como el clavar el tacón del zapato en la base o el suelo, para evaluar su grado de compactación. El ICPI no recomienda este método para evaluar la compactación.

En algunos proyectos, el contratista no es responsable por la compactación del suelo o de la base. Sin embargo, se debe verificar la densidad de compacta-ción antes de colocar la arena de asiento y los adoquines. Esta Sección cubre los métodos de ensayo para poder asegurar una adecuada compactación del suelo y de la base.

Ensayo de Campo, Sencillo, para Estimar la Humedad Óptima¿Cuándo tiene, el suelo, la humedad óptima para ser compactado? A continuación se indica un método de ensayo de campo, sencillo, para evaluar la cantidad correcta de humedad para compactación, de un suelo.Exprimir, entre las manos, una cantidad de suelo, suficiente como para conformarlo al tamaño de una bola de tenis.

Dejar caer la bola, al piso, desde una altura de 1 ft (300 mm). Si la bola se quiebra en pocos fragmentos, bastante uniformes, el suelo se

encuentra cerca de su humedad óptima. Si el suelo no se deja conformar como una bola, es que está muy seco y se

le debe agregar agua. (Las gravas y la mayoría de los suelos arenosos, con frecuencia no se dejarán conformar como una bola).

si el suelo está demasiado húmedo, la bola no se quebrará, a no ser que el suelo sea muy arenoso. En este caso, el suelo a ser compactado se debe dejar secar.

Densidad PróctorContrario a los métodos subjetivos, la única manera de establecer la cantidad correcta de compactación, es midiendo la densidad del suelo o de la base a un determinado contenido de humedad, durante la compactación. La densidad y la humedad óptima varía con el tipo o la clasificación del suelo. La Figura 4-5 muestra diversos tipos de suelos con sus rangos de densidad y sus contenidos de humedad óptimos. Por lo tanto, el conocer el tipo de suelo proporciona información sobre la densidad y el contenido de humedad relativo que se requiere para alcanzar la densidad máxima durante la compactación.

El método más común para determinar el grado de compactación, es la densidad Próctor. R.R. Próctor fue un ingeniero de Los Ángeles City Bureau of Wáter Works and Supply, que publicó una serie de artículos en 1933, que describen los resultados de estudios relativos a los procedimientos de evaluación de la compactación. De allí el nombre de ensayo Próctor de densidad. En primera instancia se llevan a cabo ensayos Próctor sobre muestras de suelo o del material de la base, en el laboratorio, para determinar la máxima densidad que se puede alcanzar, con éstos, y su contenido de humedad óptimo correspondiente, puesto que ambos factores influyen en la compactación. Posteriormente, los resultados de laboratorio se comparan con los ensayos de densidad realizados en el sito de la obra.

Los resultados de los ensayos en el sitio, se dividen por los resultados de los ensayos del laboratorio, para encontrar qué porcentaje de la densidad Próctor (obtenida en el laboratorio), se obtuvo en el sitio.Existen dos clases de ensayos Próctor, según la compactación que se requiera para la obra: ensayos de densidad Próctor estándar y Próctor modificado. En-sayo Próctor Estándar - El ensayo Próctor estándar se realiza en un laboratorio de ensayo de suelos, tomando una muestra de suelo del sitio y compactándola, en un recipiente de 1/30 ft3 (0.00094 m3) de capacidad, en tres capas. Se deja caer un pisón de 5 1/2 lb (2.5 kg) de peso, con una superficie de impacto de 3.1 in2 (2,000 mm2), desde una altura de 12 in. (300 mm), 25 veces sobre cada una de las tres capas, de igual espesor, con que se va llenando el recipiente. Luego se pesa el conjunto, se le resta el peso del recipiente, y se registra el peso como peso húmedo/ft3 (peso húmedo/m3). El material se seca en un horno durante 12 horas y se determina el contenido de agua.

Este ensayo es el AASHTO T 99, Método de ensayo de la evaluación de las re-laciones densidad - humedad de suelos, usando un apisonador de 5.5 lb (2.5 kg) y una caída de 12 in. (300 mm) (Test Method of Test for The Moisture Density Re-lations of Soils Using a 5.5 lb (2.5 kg) Rammer and a 12-in. (305 mm) Drop), de la American Association of State Highway and Transportation Officials - AASHTO (Asociación Americana de Oficiales Estatales de Transporte y Carreteras). Un en-sayo similar se encuentra en la norma ASTM D 689, Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort [12,400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3)], de la American Society for Testing and Materials - ASTM (Sociedad Americana para Ensayos y Materiales). Ver la Figura 4-6.

El siguiente es un rango de densidades que se esperan de estos ensayos:

Arcilla - Densidad máxima: 90 a 105 lb/ft3 (1,440 a 1,689 kg/m3) Contenido óptimo de humedad: 20% a 30%.

Arcillas Limosas - Densidad máxima: 100 a 115 lb/ft3 (1,600 a 1,840 kg/m3) Contenido óptimo de humedad: 15% a 20%.

Arcillas Arenosas - Densidad máxima: 110 a 135 lb/ft3 (1,760 a 2,160 kg/m3) Contenido óptimo de humedad: 8% a 15%.

Ensayo Próctor ModificadoEl ensayo Próctor modificado se hace, fundamentalmente, de la misma manera que el estándar, pero se usa un pisón de 10 lb (4.54 kg) que se deja caer, 25 veces, desde una altura de 18 in. (457 mm). El material se ensaya en un recipiente de 1/30 de ft3 (0.00094 m3), llenado en cinco capas iguales. El esfuerzo de compactación producido en el Próctor modifica-do es 56,000 lbf (75,926 N), mientras que en el Próctor estándar es 12,400 lbf (16,812 N). El ensayo modificado se usa, normalmente, para ensayar materiales de suelo y base, para una resistencia al corte mayor, que soporten cargas más altas como las encontradas en calles y pavimentos industriales.

Este ensayo también se denomina el AASHTO T 180, Método de ensayo de la evaluación de las relaciones densidad - humedad de suelos, usando un pisón de 10 lb (4.54 kg) y una caída de 18 in. (457 mm) (Test Method of Test for The Moisture Density Relations of Soils Using a 10 lb (4.54 kg) Rammer and an 18 in. (457 mm) Drop). Un ensayo similar se puede encontrar en la norma ASTM D 1557, Método de ensayo para determinar, en laboratorio, las características de compactación de un suelo, usando un esfuerzo estándar [56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)] (Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort [56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)]), publicado por la American Society for Tes-ting and Materials - ASTM (Sociedad Americana para Ensayos y Materiales). En la Figura 15 se comparan los ensayos de densidad Próctor estándar y modificado.

Puesto que este ensayo involucra una fuerza de compactación mayor, las den-sidades máximas obtenidas pueden ser de 10 lb/ft3 a 20 lb/ft3 (160 kg/m3 a 320 kg/m3), mayores que las del ensayo Próctor estándar. Los contenidos de hume-dad serán de 3% a 10% menores. En términos prácticos, para obtener la densidad Próctor modificada, es necesario más tiempo de compactación en el campo o usar equipo más pesado. El resultado es una fundación sustancialmente más fuerte y un pavimento con una vida potencialmente más larga.

Ensayos de Campo para CompactaciónEl ensayo con el densímetro nuclear se usa, comúnmente, para determinar la densidad de un suelo o de una base, después de que se han compactado el ensayo con densímetro nuclear se describe en la Norma ASTM D 2922 y en la AASHTO T 238.

La densidad del suelo o de la base en el sitio de la obra, la mide un técnico de un laboratorio de suelos. Esta densidad se divide por el valor de densidad Próctor obtenida en el laboratorio, y se determina el porcentaje de la densidad alcanzado. Por ejemplo:

Ensayo (Próctor) de laboratorio Ensayo de campo (usando el densímetro nuclear)

Densidad máxima del suelo: Densidad después de compactación:

117 lb/ft3 (1,875 kg/m3) 114.7 lb/ft3 (1,837 kg/m3)

En este caso, el equipo de compactación, en la obra, ha alcanzado 114.7/117 (1,837/1,875) = 98% de la densidad Próctor. Este resultado se debe comparar con las especificaciones para el trabajo, con el fin de evaluar su cumplimiento.Es posible que el suelo o la base se hayan compactado a más del 100% de la densidad Próctor. Por ejemplo, un Próctor del 104% significa que se ha obtenido más compactación y más densidad en el campo, que en el suelo ensayado en el laboratorio.

El ensayo con el densímetro nuclear (ver la Figura 4-7), consiste en una sonda de medición que usa una fuente radioactiva en combinación con un medidor Geiger, para medir tanto la densidad como la humedad. Se inserta una sonda externa de detección dentro del suelo que se ha compactado a una determinada densidad. Dicha sonda tiene una longitud, por lo general, de 6 in. (150 mm) para pavimentos peatonales, y de 12 in. (300 mm) para pavimentos vehiculares. Los rayos Gamma, emitidos de la sonda del detector, son absorbidos por los átomos de suelo y de agua. Mientras más denso el suelo y mientras más agua esté presen-te, más rayos serán absorbidos; por lo tanto, menos rayos llegan al detector del instrumento, para poder ser contados.

“Bombardear” el suelo o la base, es el ensayo de densidad más fácil, rápido y preciso que se puede hacer. El ensayo de densidad nuclear lo debe efectuar un técnico experimentado y certificado para usar el densímetro nuclear. El densímetro nucelar es costoso (unos US $ 8,000), y, generalmente, no lo compran los contratistas de adoquines sino que contrata un técnico experimentado, de un laboratorio de suelos, para que haga las mediciones. Con una llamada a un laboratorio de ensayo de suelos, se pueden definir los costos y el tiempo requerido para hacer dichos ensayos en el campo. Estos costos, con seguridad, serán menores que los costos de reparación de los asentamientos reportados el reclamo de algún cliente.

Se recomienda a los contratistas, emplear una empresa de ingeniería con experiencia, para efectuar los ensayos de densidad nuclear, en vías de acceso y en calles, debido a que:

El equipo puede verificar la densidad, inmediatamente después de cada pasa-da del equipo de compactación.

El equipo puede determinar el uso óptimo del equipo de compactación, eliminando la pérdida de tiempo de mano de obra, desgaste de equipo y dinero, debida a la sobrecompactación o la subcompactación.

El equipo se puede fijar a los compactadores de rodillo, para obtener lecturas instantáneas durante el proceso de compactación, y los ajustes del equipo se pueden hacer inmediatamente. En resumen, el ensayo del densímetro nuclear es un seguro poco costoso que se paga para reducir la posibilidad de asentamiento y los costos de un reclamo.

Existen otros métodos, razonablemente precisos, para medir la compactación de suelos:

Sensores de Compactación El uso de sensores de compactación y de equipos de monitoreo, es una opción accequible, para determinar si la densidad, de suelos y bases compactadas, es la adecuada. El equipo portátil de monitoreo cuesta unos US $ 2,200, y cada sensor desechable unos US $ 15. Los sensores se colocan en el fondo del suelo, antes de compactarlo. Sus cables se conectan al monitor, que indica cuán-do se ha alcanzado la densidad. Estos sensores se dejan dentro del suelo. Este procedimiento se puede seguir para compactar materiales para bases granulares. Los suelos y las bases se deben humedecer antes de la compactación, para lo cual se debe utilizar los métodos manuales de ensayo, que se indican en este Manual, con el fin de determinar el contenido de agua adecuado en cada uno. El nivel de densidad que se alcance en el suelo o base, cuando se usa el sensor, se ve afectado por el contenido de agua del suelo (que debe ser el adecuado), por el espesor de las capas (que debe ser el correcto) y por el tipo de equipo de compactación.Los sensores de compactación proveen un monitoreo instantáneo del suelo y el control de calidad de la compactación del suelo y de la base. No requiere de la determinación de la densidad Próctor, previa a la ejecución del ensayo en la obra. La información sobre la compactación, se puede bajar del equipo de monitoreo y almacenar como documentación de la obra.

Un fabricante de equipos sensores de compactación reporta que las densidades se correlacionan bien con las medidas con un densímetro nuclear. Para tener mayor seguridad de que se ha alcanzado la densidad Próctor, recomendada en este Manual, se deben elaborar correlaciones periódicas de la densidad Próctor, usando los sensores y el densímetro nuclear. El bajo costo de este equipo se paga con cinco o seis trabajos, comparado con el de tener que contratar una persona que realice los ensayos con un densímetro nuclear. Para mayor información, puede contactarse con MBW Inc., en <www.mbw.com>, con relación al Supervisor de Compactación de Suelos (Soil Compaction Supervisor).

Penetrómetro Dinámico de Cono - Este equipo y método de ensayo está descrito en la Norma ASTM D 6951, Standart Test Method for Use of the Dynamic Cone Penetrómeter in Shallow Pavement Applicationes (Método de ensayo estándar para el uso del penetrómetro de cono dinámico en aplicaciones con pavimentos planos). La Figura 4-8 ilustra este equipo. Un penetrómetro de cono dinámico (DCP) cuetas

menos de US$ 1,000, incluyendo una caja para su transporte y puntas de reemplazo para el cono. El aparato consiste en un eje de acero, con un martillo o peso que se desliza por dicho eje y que se levanta hasta determinado nivel para dejarlo caer luego. El impacto del martillo hace que la barra con punta de cono, penetre en el suelo o la base. Se registran el número de golpes y la penetración (en mm) que se obtiene con cada golpe. El número total de golpes y la penetración se correlacionan con la densidad, el valor de CBR, la rigidez y otras características del material. El penetrómetro se usa para suelos y bases con partículas menores de 2 in. (50 mm) de diámetro.Antes de usar el DPC, el contratista necesitará establecer el rango de golpes sobre suelos o bases cuya densidad Próctor se haya medido con un densímetro nuclear. Esto le dará al contratis-ta un indicativo del número de golpes y de la penetración requerida para confirmar un mínimo del 98% de la densidad Próctor utilizando el DPC. El suelo o la base deben tener la humedad óptima o estar cerca de ella. Después de los ensayos iniciales y los gastos debidos a la correla-ción, el DCP se puede usar, por si mismo, para verificar la densidad. Un DCP se puede comprar a través de un proveedor de equipos para laboratorios de suelos como Durham Geo, Kessler o SoilTest/ELE.

Pasadas con un Equipo de Compactación Específico - Este método se funda en un deter-minado número de pasadas, sobre el suelo o base (con un espesor de capas de compactación específico y consistente en todo el espesor). Por ejemplo, seis (6) pasadas con un compactador de rodillo de 9,000 lbf (40 kN), puede brindar una densidad Próctor del 98% en ciertos tipos de suelo. Igual que para los otros métodos de ensayo, el densímetro nuclear brinda el medio para correlacionar el número de pasadas del compactador con la densidad (al contenido de humedad óptimo). De nuevo, el contratista necesitará efectuar ensayos sobre suelos y bases para obtener correlaciones para el número de pasadas del equipo de compactación.

Guías para la Compactación de SuelosLos suelos varían mucho en toda Norteamérica, y su habilidad para ser compactados también varía de la misma manera. Muchos suelos pueden ser compactados hasta, al menos, el 95% de la densidad Próctor estándar. Este es el mínimo recomendado para andenes peatonales y entradas de vehículos. Sin embargo es deseable obtener valores más altos de densidad Próctor estándar. La Tech Spec 2 del ICPI—

Construcción de Pavimentos de Adoquines de Concreto recomienda que la compactación sea por lo menos del 98% de la densidad Próctor estándar; no obstante, se prefiere una densidad Próctor modificada para el tráfico vehicular,

La profundidad de compactación, con la densidad Próctor estándar, debe ser de, al menos, 6 in. (150 mm) para áreas peatonales, y 12 in. (300 mm) para áreas sujetas a tráfico de vehículos. Los suelos que están permanentemente húmedos, son muy finos o contienen materia inorgánica (hojas en descomposición, madera, etc.), no compactarán hasta esos mínimos recomendados. Pueden requerir otros tratamientos, que incluyen el reemplazo de suelos débiles por uno que se pueda compactar, la estabilización del suelo con cal o cemento, o colocar una base granular sobre ellos, antes de colocar el material de base.

La densidad Próctor modificada requiere más tiempo de compactación. Con frecuencia se requiere equipo que ejerza más fuerza, para alcanzar las densidades asociadas con el Próctor modificado. Es deseable, al menos, el 98% de la densidad Próctor modificada para calles, y para pavimentos de tráfico pesado, como puertos y aeropuertos. Sin importar el método de ensayo utilizado, se debe verificar la densidad de los suelos y de la base en áreas donde es difícil que llegue el equipo de compactación. Entre ellas se tienen las áreas cercanas a las losas de concreto, los bordillos de concreto, las esquinas, la proximidad a los muros y a las estructuras de redes de servicios y cuando se tienen suelos o bases húmedas. Cualquiera que sea el método que se use, la medición de la densidad reducirá la posibilidad de reclamos y le ahorra tiempo si se dedica mucha mano de obra a la compactación. La medición de la densidad se puede promover, ante los clientes, como un aspecto fundamental de un trabajo de calidad. Todos estos aspectos mejoran la reputación del contratista.

MÉTODOS Y EQUIPOS DE COMPACTACIÓN DE SUELOS

Equipo de Compactación y SelecciónLa acción del equipo de compactación está descrita por su frecuencia (cuán-tas veces) y la amplitud (o qué tan alto rebota). La frecuencia se expresa en vibraciones por segundo o hercios (Hz) y la amplitud se expresa como la mitad de la distancia vertical que se desplaza el tambor vibrador o la placa de base.

Tipos de EquiposLos equipos de compactación generalmente se clasifican en cinco tipos de máquinas, y cada uno produce un tipo diferente de labor de compactación: apisonadores (o saltarines (“jumping jacks”)), placa delantera, placa reversible, rodillos vibradores y rodillos estáticos. Los apisonadores se distinguen por su baja frecuencia (800 a 2,500 golpes por minuto) y su gran desplazamiento [1.5 in. a 3.5 in. (40 mm a 90 mm)]. El desplazamiento de un apisonador, en funcionamiento, es la altura que alcanzala zapata o la placa, con relación al nivel de suelo. La diferencia entre la acción de apisonamiento y de vibración es que los apisonadores saltan más alto, pero a una frecuencia menor que los vibradores. La fuerza de impacto es más alta para el apisonador (ver las Figuras 4-9 y 4-10) y es necesaria para comprar los suelos arcillosos.

La Figura 4-9 muestra un apisonador de placa reversible, autopropulsado, que usa ex-céntricas de rotación contraria, para proveer tanto la fuerza apisonadora, como la velocidad de avance. Este equipo se puede usar para compactar suelos cohesivos arcillosos y limosos y materiales granulares para base. Estos compactadores generalmente tienen una fuerza de compactación (excitadora) que comienza en 5000 lbf (22kN) y aumenta hasta 14000 lbf (60 kN). Los apisonadores verticales, de soporte manual (saltarines), usan un mecanismo de resorte.

Los apisonadores se pueden usar para suelos granulares (arenosos), si el suelo que se va compactar se encuentra dentro de un área confinada como una zanja. Si el área no está confinada, el apisonador empujará el suelo granular hacia los lados, en vez de compactarlo. Los apisonadores de placa también se usan sobre material granular, en áreas confinadas, o en áreas abiertas, pero con placas de extensión.

Se recomienda usar compactadores de placa delantera para suelos granulares cohesivos y arenosos. Se parecen mucho al compactador mostrado en la Figura 4-9; no obstante, tienen una fuerza de compactación mucho menor, que suele oscilar entre 1500 lbf (7kN) y 4500 lbf (20 kN). Emiten una baja amplitud y una alta frecuencia (2,000–6,000 Hz).

En las Figuras 4-11 y 4-12 se muestran compactadores vibratorios del tipo de rodillos. La rotación de una excéntrica, dentro del tambor vibrador, transmite la energía al suelo. Esta energía de vibración pone en movimiento a las partículas de suelo y las reacomoda de manera más ajustada. Son adecuados para compactar mezclas de arcilla y material granular.

Los rodillos estáticos usan sólo su peso, sin vibración alguna, para la compactación. Los rodillos estáticos se usan para emparejar los adoquines en aplicaciones de puertos y aeropuertos, luego de que se han compactado con placas

vibrocompactadoras. Se usan para compactar base y asfaltos de gradación abierta, pero no para compactar suelos.

Para entender la compactación y seleccionar el equipo correcto, se necesita conocer las propiedades básicas del suelo y su clasificación. Puesto que muchos suelos son, usualmente, mezclas de arena, limo y arcilla, la elección del equipo se hace más difícil. Generalmente el equipo a usar debe ser el requerido por el tipo de suelo, con el mayor porcentaje en la composición del material, basado en su clasificación. La Figura 4-13 ofrece una guía para aplicar el equipo correcto de compactación a varios tipos de suelo.

Figura 4-12: Rodillo vibratorio, de operación desde cabina.

Compactación de suelos arcillosos - Puesto que la arcilla es cohesiva, y las partículas se pegan unas a otras, se usa un equipo de impacto que apisona el suelo, forza el aire y el agua a salir, y reacomoda las partículas. Para suelos arcillosos, el mejor equipo es la placa reversible, o un compactador de rodillo patas de cabra. Compactación de materiales granulares - La arena y el material granular para bases no son cohesivos. Por lo tanto, sus partículas requieren agitarse por la acción de la vibración, para poderse mover. Las placas delanteras y los rodillos vibratorios son los ideales para compactar bases granulares, arena de asiento bajo adoquines o asfalto. Los

compactadores de placa delantera también se usan sobre los adoquines ya colocados sobre la arena de asiento, para reacomodar la arena, de manera que quede estrechamente compactada. También forzan la arena a fluir, hacia arriba, por las juntas.

Los apisonadores (saltarines, canguros, etc.) también se pueden usar para suelo granular, si el suelo que se va a compactar está dentro de un área confina-da, como una zanja. Si el área no está confinada, el apisonador empujará el suelo hacia los lados en vez de compactarlo. Las placas reversibles también se pueden usar sobre materiales granulares, en áreas confinadas, o en áreas abiertas, usando placas de extensión.

Métodos de Compactación de SuelosUn error común en la compactación de suelos o bases, es compactar todo su espesor en una operación. En vez de esto, se deben compactar en capas, de suelo o material granular. Se coloca una capa de suelo o material granular suelto, se compacta, y luego se coloca otra capa, y se compacta. Esto continúa hasta que el suelo o base, se lleve al nivel especificado de altura, usualmente marcado en las estacas de nivel.

Si la capa es demasiado gruesa, el equipo necesitará más tiempo para compactar el suelo o la base. Puede que el suelo o la base nunca alcancen la compactación total, especialmente si se compacta una capa dura en la parte superior y la densidad no es consistente, de ahí hacia el fondo. No existe una definición precisa del espesor de cada capa, para la compactación de suelo o material granular. El espesor depende del equipo de compactación disponible para el contratista; y la selección del equipo depende de cuál alcanzará la máxima densidad, en el menor tiempo.

Muchos contratistas de instalación de adoquines tienen equipos de compactación pequeños, bien sea de placa vibratoria o de rodillo. Dado que este equipo ejerce una cantidad limitada de fuerza de compactación, las capas de suelo o de base no deben ser muy gruesas, usualmente de no más de 4 in. (100 mm). Los equipos delanteros y reversibles compactan el suelo y la base en la misma dirección, desde abajo de la capa hacia arriba. Cuando el equipo golpea el suelo o la base, el impacto viaja hacia las capas inferiores, más duras, y regresa hacia arriba. Esta acción hace que las partículas se muevan y que la compactación se lleve a cabo. A medida que se compacta el suelo o la base, el impacto tiene que viajar una distancia menor, de manera que más fuerza regresa hacia el equipo, lo que lo hace rebotar más alto, sobre la superficie.

Los equipos compactadores que permiten variar la frecuencia y la amplitud de la vibración, son más eficientes para la compactación de suelos y bases. Se pueden ajustar para que ejerzan el nivel de fuerza correcto, según el material. Esto ahorra tiempo (y dinero), al poder seleccionar la frecuencia, amplitud y la fuerza apropiada para alcanzar la densidad Próctor adecuada para cada suelo o base.

La selección del equipo compactador tendrá un efecto importante sobre la eficiencia del trabajo, sin importar que sea comprado o alquilado. Un contratista compacta suelos y bases bajo miles de pies cuadrados (m2) cada año. Si se ahorra unas cuantas horas en cada trabajo, usando un equipo mayor, podrán ser equivalentes a ahorrarse días de trabajo en un año, y estos ahorros implican ganancias y rentabilidad. Se puede

consultar, anticipadamente, a los funcionarios de las empresas que venden o manejan equipos de compactación sobre el tipo de equipo que se debe utilizar para el tamaño de cada trabajo.

CONCLUSION

Las conclusiones que he podido sacar sobre la compactacion de suelos entre los diferentes paises hechos en este informe (Mexico, EE.UU, Peru) es que en cada pais influye diferentes factores como el factor geologico, temperatura entre otros.

OBSERVACIONES Al evaluar la cantidad correcta de humedad para compactación, de un suelo

tener en cuenta: Exprimir, entre las manos, una cantidad de suelo, suficiente como para

conformarlo al tamaño de una bola de tenis. Dejar caer la bola, al piso, desde una altura de 1 ft (300 mm).

Si la bola se quiebra en pocos fragmentos, bastante uniformes, el suelo se encuentra cerca de su humedad óptima.

Si el suelo no se deja conformar como una bola, es que está muy seco y se le debe agregar agua. (Las gravas y la mayoría de los suelos arenosos, con frecuencia no se dejarán conformar como una bola).

Si el suelo está demasiado húmedo, la bola no se quebrará, a no ser que el suelo sea muy arenoso. En este caso, el suelo a ser compactado se debe dejar secar.