Estabilizacion por compactaciondoc

Desde cuando se compacta el suelo
La compactación de los más variados tipos de suelos para cimientos (fundamentos)
ya era un hecho en la antigüedad. Entonces los métodos empleados eran sumamente
primitivos, como por ejemplo el apisonado del suelo mediante el pisar de esclavos.
Posteriormente, y después de que fuera descubierta, se comenzó a compactar el suelo
rodando por encima de él pesadas ruedas de madera o de piedra.
Mientras que hoy en día las redes de rutas y carreteras son utilizadas para el turismo
y el intercambio de mercaderías y bienes, en el pasado fueron principalmente las
intenciones belicosas, los necesarios rápidos movimientos de tropas, los factores
determinantes para la construcción de las obras viales y de comunicación.
Durante el apogeo del imperio romano y bajo el mando de Julio Cesar, se procedió a
construir aproximadamente 70.000 Km de calles; en comparación existían en el año 1990
apenas 9.000 Km de autopistas en la República Federal Alemana y aproximadamente
82.000 Km en los Estados Unidos de Norteamérica. La construcción de calles, un trabajo
artesanal de alto nivel, se basaba ya en aquellos tiempos (y esto es válido hasta el día de
hoy) en la noción de que una calle era sólo tan buena como lo era el fundamento sobre la
cual descansaba.
Así que, antes de colocar las piedras labradas a mano, los constructores romanos
hacían compactar (apisonar) el subsuelo de los futuros caminos por medio de la acción de
la acción de la gran presión superficial provocada por las pequeñas patas de grandes
rebaños de lanares y manadas de vacunos.
Aún hoy día se encuentran restos de estos caminos en Europa, construidos hace
aproximadamente 2000 años bajo increíbles dificultades y con métodos sumamente
primitivos en relación con los empleados en la actualidad.
Si bien ya en la literatura de los años 1725 se encuentran referencias a un rodillo,
tan sólo en el siglo 20 se desarrolla la técnica de compactación de suelos en combinación
con la vibración, debido esto en gran parte a las, cada vez más elevadas exigencias en la
construcción y en parte al avance de la tecnología industrial. Esto significa que
adicionalmente a la compactación estática generada por el peso propio de la máquina, tal
como era el caso del ya histórico rodillo a vapor, ahora también actuarían fuerzas dinámicas
para alcanzar la compactación requerida de los suelos.
Tan sólo por medio de la vibración puede obtenerse una elevada densidad de los
estratos (capas), y paralelamente, una mayor capacidad de carga del suelo.
Ventajas Derivadas de la Compactación de Suelos
Casi todas las estructuras construidas por el hombre descansan sobre uno u otro tipo
de suelo. En general, durante la construcción de una estructura (un edificio), el suelo
natural es perturbado (movido) por ej. Por operaciones de desmonte, excavación o
aplanado. Durante el transcurso de estos trabajos el aire penetra dentro del suelo,
aumentando el volumen del mismo con la consecuente reducción del peso por unidad
cúbica (densidad).
El suelo, en su función de subsuelo, fundamento o infraestructura para, por ej.
calles, estacionamientos, pisos para naves industriales etc. como también como sub-base o
relleno en el caso de cimientos y construcciones, no sólo deberá ser colocado en capas
horizontales, sino que también deberá ser compactado (apisonado) mecánicamente. En
general, tanto los suelos finos como también los suelos de partículas de mayor tamaño,
alcanzan una mayor densidad seca a la que tenían en su estado natural.
Gracias a este proceso de compactación, es decir, al mayor grado de densidad, se
dan las siguientes ventajas:
1. Mayor capacidad de carga
Las inclusiones de agua y aire en el suelo conducen a un debilitamiento del mismo y
disminuyen su capacidad para soportar cargas.
Con la compactación 8apisonado) artificial del suelo aumenta la densidad del
mismo, con la consecuente disminución del porcentaje de espacios porosos (volumen de los
poros). Debido a ello se obtiene una mejor distribución de fuerzas dentro de la estructura de
los granos, con el consiguiente aumento de la resistencia al corte y una mayor capacidad de
carga del suelo.
2. Mayor Estabilidad
Al construirse un edificio sobre un suelo apisonado (compactado) en forma irregular
o desigual- o también simplemente sin compactar, el suelo se asienta (hunde) debido a la
carga estática y el edificio se encontrara expuesto a fuerzas de deformación . Al existir un
asentamiento mayor de un solo lado del edificio o en una esquina, causado por ejemplo por
una compactación desigual, aparecerán grietas o se producirá una destrucción total del
edificio.
3. Disminución de la contracción del suelo
Al haber inclusiones de aire, el agua podrá penetrar con facilidad dentro del suelo y
llenar estos espacios vacíos. Consecuentemente, durante épocas de lluvia, el suelo aumenta
su volumen (se hincha) y vuelve a contraerse durante la estación seca.
4. Disminución de la permeabilidad
La permeabilidad de un suelo se define por medio del factor de permeabilidad Kf.
Este depende esencialmente de la distribución granulométrica del suelo y de su densidad
(es decir, del porcentaje de espacios vacíos). Un suelo bien compactado impide casi
totalmente o en buena parte el paso del agua. De esta forma es posible controlar con cierta
facilidad el volumen de agua en un suelo o el drenaje del mismo.
5. Disminución del Asentamiento
Cuando el agua se congela tiende ha expandirse, su volumen aumenta (por ej:
botella rota en el congelador). Este cambio de estado del agua frecuentemente es la causa
de la formación de grietas en los pavimentos, placas base o paredes.
Razones para estabilizar suelos
La necesidad de estabilizar suelos puede deberse a algunos u varios de estos
requerimientos:







Disminuir asentamientos de estructuras
Disminuir el potencial de expansión y contracción de los suelos
Aumentar la resistencia de los suelos
Facilitar el trabajo de construcción
Reducir la permeabilidad de ciertos suelos
Escasez de materiales de construcción
Disminuir el potencial de daños causados durante el congelamiento y
descongelamiento progresivo de suelos
 Mejorar las propiedades del suelo temporalmente (solamente durante la etapa de
construcción)
Se debe tener en cuenta en el proceso para estabilizar suelos, los siguientes puntos:
a)
Diagnóstico de las propiedades de los suelos, antes de proceder a
estabilizarlos: se determina entonces la prioridad de estabilizarlos teniendo en
cuenta el futuro uso de los suelos.
b)
Los tipos de estabilización dependerán de su efectividad en lograr el
mejoramiento en la propiedades de los suelos, si el tipo de estabilización es
disponible en el sitio de construcción, y teniendo en cuanta además. Las
variables económicas.
Estudio de las propiedades de los suelos de gran importancia en su estabilización:
El material suelo es un material de construcción, generado por la naturaleza a través
de los tiempos y que aparece en un sinnúmero de variedades. Algunas de sus propiedades
principales, en relación con la estabilización, son las siguientes:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Granulometría
Plasticidad
Densidad Relativa
Ensayo de penetración estándar
Ensayo de compresión inconfinada
C.B.R
Cambio de volumen (potencial de expansión y contracción).
Durabilidad (resistencia a daños causados por su
descongelamiento)
i) Resistencia a la carga y al corte
j) Contenido de humedad durante la compactación
k) Permeabilidad
l) Compresibilidad
m) Reacción a componentes químicos
n) Ph capacidad de intercambio de cationes, mineralogía.
congelamiento
y
Granulometría:
La distribución granulométrica de las partículas del suelo, esto es la proporción de
agregados gruesos y finos, es un factor importante en la resitencia del suelo y en un
comportamiento ingenieril favorable.
La granulometría determina el porcentaje de suelo contenido en cada tamaño; por
otro lado , clasifica los suelos de acuerdo con el tamaño de las partículas más comunes.
Debido a su gran heterogeneidad y variabilidad intrínseca, el suelo presenta
problemas muy serios que comúnmente no se encuentran en otro materiales de
construcción. Con el objeto de minimizar esto problemas y obtener una economía adecuada
en el diseño y utilización de los suelos estabilizados, es necesario tener un conocimiento
teórico práctico de los principales tipos de suelos y sus propiedades.
Una forma de clasificar los suelos por su tamaño es la que se presenta a
continuación.
MATERIAL
Bolón
Grava
Arena
Limo
Arcilla
Ultra arcilla
CARACTERÍSTICAS
Sobre tamaño
Gruesa
Mediana
Gruesa
Mediana
Fina
Grueso
Fino
Gruesa
Fino
Coloides
TAMAÑO
Mayor de 70 mm
30 a 70
5 a 30
2a5
0.2 a 2
0.1 a 0.2
0.05 a 0.1
0.002 a 0.05
0.0006 a 0.002
0.0002 a 0.00006
0.00002 a 0.0002
Plasticidad
Refleja la habilidad de los componentes del suelo en contener el agua. Para medir la
plasticidad de las arcillas existen varios criterios, Atterberg definió que la plasticidad no era
una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido
de agua.
Cuando la humedad de un suelo es muy elevada, éste corresponde a un fluido denso
y se dice que está en estado líquido; a medida que se va evaporando el agua, él se endurece
y para una cierta humedad, pierde su capacidad de fluir, pudiendo ser moldeado fácilmente
conservando la forma adquirida; el suelo se encuentra ahora en un estado plástico. Al
continuar la pérdida de humedad, el estado plástico desaparece y para una cierta humedad,
el suelo es difícil de ser moldeado, constituyendo un semisólido. Continuando el secado, se
pasa gradualmente al estado sólido.
La siguiente figura ilustra esquemáticamente estos estados, físicos, llamado “estados
de consistencia”, y sus fronteras se denominan “límites de consistencia”.
Límites de Consistencia
ESTADO
SOLIDO
ESTADO
ESTADO
SEMI-SOLIDO PLASTICO
w
LC
0%
Límite de
Humedad Contracción
LP
Límite
Plástico
LL
Límite
Líquido
ESTADO
LIQUIDO
w
Contenido de Humedad
La diferencia entre la humedad correspondiente, al límite líquido y la que
corresponde al límite plástico, se denomina indice de plasticidad, como se ve en la relación
siguiente:
Indice de plasticidad
IP = LL - LP
El IP es uno de los parámetros que puede ser más afectado por estabilizadores de
naturaleza química.
Densidad relativa:
Se usa en el control de compactaciones de suelos granulares. Puede dar una
indicación del ángulo de fricción de estos mismos suelos, la relación se expresa de la
siguiente forma:
Dr =(emax – e) * 100/(emax – emin)
Dr = densidad relativa
e = índice de vacíos del suelo natural
emax = índice de vacíos en el estado más suelto posible.
emin = índice de vacíos del suelo en el estado más compacto posible
C.B.R:
El ensayo CBR mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones de
humedad y densidad controladas.
El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en libras por
pulgada cuadrada (psi) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del
piston (con un área de 19,4 centímetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de
suelo a un contenido de humedad y densidad dadas, con respecto a la carga unitaria patrón
requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra stándard de
material triturada. En forma de ecuación, esto se expresa de la siguiente manera:
CBR = Carga unitaria de ensayo * 100
Carga unitaria patrón
Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:
Valores de carga unitaria
Mm
2.54
5.08
7.62
10.16
12.70
Penetración
Pulgada
0.10
0.2
0.3
0.4
0.5
Mpa
6.9
10.3
13.1
15.8
17.9
Carga unitaria patrón
Kg/cm2
70.00
105.00
133.00
162.00
183.00
Psi
1000
1500
1900
2300
2600
El número Cbr usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de
2.54 mm (0.1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08mm (0.2”) es
mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final del CBR.
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido
de humedad óptimo para el suelo específico que se determina por medio del ensayo del
proctor modificado.
El ensayo CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de
los suelos principalmente utilizados como bases y subrasante bajo pavimentos de carreteras
y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificación típica.
CBR
0 -3
3–7
7 – 20
Clasificación
general
Muy pobre
Pobre a regular
Regular
20 – 50
Bueno
> 50
Excelente
Usos
Sistema de Clasificación
Unificado
AASHTO
Subrasante
OH, CH, MH, OL
A5, A6, A7
Subrasante
OH, CH, MH, OL
A4, A5, A6, A7
Sub-Base
OL, CL, ML, SC, SM, A2, A4, A6, A7
SP
Base-Sub-Base GM, GC, SW, SM,
A16, A2-5, A3,
SP, GP
A2-6
Base
GW, GM
A1-a, A2-4, A3
Durabilidad
Existen alguno suelos los cuales sometidos a temperaturas muy bajas, a
congelamiento y descongelamiento repetitivos, pierden gran parte de su resistencia. Arcillas
y limos, por lo general, sufren este tipo de daño.
Durante la etapa de congelamiento es posible de que estos suelos den lugar a la
formación de lentes de suelo, llegando a crecer de una forma apreciable, hasta el punto en
que pueden alcanzar deformaciones alarmantes en la superficie de carreteras. Tres
elementos son necesarios para que este tipo se desarrolle, suelo susceptible, bajas
temperaturas, fuente de agua subterránea que alimente los lentes del suelo.
Es necesario considerar la penetración de la línea de congelamiento durante el
invierno (varía con la latitud), y también, el número de ciclos de congelamiento y
descongelamiento. La mayor parte del daño (pérdida de resistencia)ocurre durante el primer
ciclo, la influencia de más de un ciclo de congelamiento – descongelamiento no es tan
marcada.
Para determinar si un determinado suelo es susceptible a este tipo de daño hay que
sujetarlo a ciclos de congelamiento y descongelamiento (ensayo de compresión
inconfinada), así ensayados pueden compararse con aquélla de especímes no sometidos a
estos ciclos.
El aparato a utilizar por los investigadores es una combinación de horno y
congelador.
Resistencia a la carga y al corte:
La resistencia de los suelos, por lo general, baja cuando éstos se encuentran
húmedos.
Los suelos arcillosos al secarse alcanzan grandes resistencias, teniéndose inclusive,
la condición más alta de resistencia cuando se calientan a temperaturas muy elevadas como
sucede en la fabricación de tabiques y ladrillos.
El ensayo de compresión inconfinada puede usarse como indice, también puede
usarse el C.B.R.
Se pueden preparar muestras que no contienen elemento estabilizador y otras que si
lo tienen a diferentes porcentajes con respecto al peso seco del suelo.
Es posible de que el suelo en sí, debido a su composición química, no sea reactivo a
este tipo particular de estabilizador.
En otros casos, la resistencia a la compresión inconfinada primeramente aumenta y
luego comienza a disminuir a medida que el porcentaje de estabilizador aumenta, o puede
ser que el aumento de la cantidad de estabilizador no es lo suficientemente grande para
justificar una cantidad mayor de elemento estabilizante.
Es posible, entonces, determinar un contenido óptimo del estabilizador, teniendo en
cuenta ciertas pérdidas que pueden ocurrir durante la etapa de construcción.
Contenido de humedad durante la compactación
Los ensayos de compactación estándar y modificado permiten la determinación de
un óptimo contenido de humedad, al cual el suelo tiene un peso unitarios seco máximo.
Este ensayo ejecutado en el laboratorio permite la construcción de la curva de
compactación y la determinación de la humedad óptima y la densidad máxima compactada
y seca.
Los resultados de laboratorio se comparan con los controles de compactación en
terreno, utilizando el grado de compactación que es la relación entre la densidad máxima de
laboratorio y la densidad compactada de terreno expresada en porcentaje. Normalmente la
especificación de compactación solicita que el grado de compactación varíe entre 90% y
100%.
Es importante tener el equipo de compactación adecuado en terreno, por ejemplo, en
suelo granulares la mejor compactación se obtiene con rodillos vibratorios y en suelo
cohesivos, con rodillos pata de cabra.
Es recomendable construir una pequeña sección de pruebas con el fin de determinar
el número de pasadas y rodillo que asegurará la compactación óptima.
Permeabilidad
En términos generales, la permeabilidad en los suelos se plantea en dos problemas
básicos, como lo es el relacionado con la disipación de las presiones de poro y el
relacionado con el flujo de agua a través del suelo. El tener presione de poro excesivas
puede originar deslizamientos en terracerías y el flujo de agua puede originar tubificaciones
y arrastres.
i) Compresibilidad
El fenómeno de compresibilidad se presenta en aquellos suelos, especialmente los
finos, que disminuyen su volumen cuando son cargados.
Varios de los métodos de estabilización disminuyen la posibilidad de que ocurran
asentamientos apreciables cuando las cargas son aplicadas a los suelos.
La compresibilidad depende de factores como:
a)
b)
c)
Relacionar la carga aplicada con la carga inicial
Tiempo de aplicación de la carga
Humedad de compactación
Reacción de componentes químicos
Existen agentes estabilizadores que son activos (se produce reacción química) y
otros son inertes (únicamente cubren las partículas del suelo).
El uso de un cierto tipo de estabilizador que ha dado buenos resultados en otras
partes, no necesariamente implica que vaya a dar resultados en todas las ocasiones. El suelo
tiene que ser reactivo al estabilizador para obtener buenos resultados. La reactividad del
suelo se determina mediante ensayos de laboratorios.
La composición química del suelo tiene influencia en el tipo de reacción con el
estabilizador.
PH: Capacidad de intercambio de cationes, mineralogía
Todos estos parámetros afectan la capacidad del suelo, en cuestión, de reaccionar
favorablemente cuando se combinan con un estabilizador.
ESTABILIZACIÓN POR COMPACTACIÓN
Se denomina compactación de suelos al proceso por el cual se busca mejorar las
características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos. Se
define simplemente, la compactación, como el proceso artificial por el que las partículas de
suelo son obligadas a estar más en contacto los unos con los otros, disminuyendo la
cantidad de vacíos, utilizando para ello métodos mecánicos.
El estudio sistemático de la compactación tuvo lugar en los último años de hace dos
siglos y en los primeros del siglo pasado, principalmente en los Estados Unidos ante la
necesidad de perfeccionar la construcción de pasos de tierra; los cuales, dada la deficiente
técnica empleada, presentaron un número relativamente elevado de accidentes. La
preocupación por caminos y aeródromos eran elementales y estos consistían en carreteras
pegadas al terreno o simples campos de hierba como aeródromos.
En los años 1928 y 1929 O.J Porter desarrolló las investigaciones básicas de
laboratorio que permitieron el inicio de la aplicación razonada de las técnicas de
compactación, sus métodos fueron en gran parte popularizados por Purcell. En el año 1933,
proctor comenzó a producir importantes trabajos que hicieron posible muchas de las
actuales técnicas de uso.
El principal objetivo de la compactación es mejorar las propiedades ingenieriles del
material en todas o en algunos de los siguientes aspectos:
a) Aumentar la resistencia al corte y por consiguiente, mejorar la estabilidad de
terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.
b) Disminuir la compresibilidad y por consiguiente reducir los asentamientos
c) Disminuir la relación de vacíos y por consiguiente, reducir la permeabilidad.
d) Reducir el potencial de expansión, contracción o exposición por congelamiento.
Variable que efectúan el proceso de compactación de suelos:
Los resultados de un proceso de compactación dependen de varios factores, unos se
refieren al tipo de suelo, otros relativos al método de compactación que se emplea. Estos
factores suelen denominarse “las variables” que rigen el proceso de compactación. Las
principales se indican a continuación:
Naturaleza del suelo
La clase de suelo con que se interactúa influye de manera decesiva en el
proceso de compactación Las técnicas se emplean y los resultados que se obtengan se
diferencian precisamente en el tipo de suelo empleado.
Como criterio general se consideran los siguientes antecedentes:
a)
En suelos de peso ligero y de origen volcánico, se obtiene menor peso
volumétricos que en aquellos provenientes de rocas (gravas, arenas, limos y
arcillas), al ser sometidos a idénticos métodos de compactación.
b)
Las arcillas pesadas pueden ser compactadas con una gran variación del
contenido de humedad, con cambios relativamente pequeños en el peso
volumétrico.
c)
Los suelos granulares y bien graduados pesos volumétricos altos a una cierta
energía de compactación; pero reaccionan drásticamente ante pequeños cambios
del contenido de humedad, produciéndose cambios acentuados en su peso
volumétrico.
d)
Los suelos no plásticos, limpios y mal graduados, son inestables a los cambios de
humedad y a cualquier energía de compactación, se obtienen pesos volumétricos
bajos.
e)
Un aumento excesivo de grava, afecta las características de compactación y
señala la disminución del peso volumétrico total.
El método de Compactación
Se define por energía específica de compactación la que se entrega al suelo, por
unidad de volumen, durante el proceso mecánico de que se trate.
La energía específica de compactación es una de las variables que mayor influencia
ejerce en el proceso de compactación de un suelo dado, con un procedimiento determinado.
En relación a la compactación por impactos, los datos que determinan la energía
específica en la prueba de laboratorio, fueron establecidos por Proctor como los más
adecuados para reproducir los pesos volumétricos secos que podrán lograrse
económicamente en el terreno (con un numero moderado de pasadas) con el equipo
comercialmente disponible en aquella época.
Es fácil evaluar la energía específica en una prueba de laboratorio en que se
compacta al suelo por impactos dados por un pisón, para tal efecto se tiene la siguiente
expresión:
Ee = N*n*W*h
V
Donde:
Ee = Energía específica
N = Número de golpes del pisón compactador por cada una de las capas en que se acomoda
el suelo en el molde de compactación.
n = Número de capas que se dispone hasta llenar el molde
W = Peso de pisón compactador
h = Altura de caída del pisón al palicar los impactos al suelo
V = Volumen total del molde de compactación, igual al volumen total del suelo
compactado.
En las pruebas de laboratorio en que se compacta el suelo con la aplicación de
presión estática, en principio, la energía específica se puede evaluar de manera análoga en
términos del tamaño del molde, en número de presión que se aplique a cada capa y el
tiempo de aplicación. Sin embargo, en este caso, la evolución no resulta tan sencilla y la
energía especifica se ve afectada por la deformabilidad del suelo y por el tiempo de
aplicación dela presión.
Contenido de agua del suelo
En los primeros estudios sistematizados y principalmente con Proctor, se puso de
manifiesto que el contenido de agua del suelo que se compacta es otra variable fundamental
del proceso,. Proctor observó que con contenidos crecientes de agua, a partir de valores
bajos, se obtenían más altos pesos unitarios secos para el material compactado si se usa la
misma energía de compactación; pero observó también, que esta tendencia no se mantienen
indefinidamente, ya que cuando la humedad pasa de cierto valor, disminuyen los pesos
unitarios secos logrados. Es decir, Proctor puso de manifiesto que para un suelo dado y
usando determinado proceso de compactación, existe un contenido de agua, llamado el
óptimo, que produce el máximo peso volumétrico seco que es doble obtener con ese
proceso de compactación.
La curva de compactación:
Los procesos de compactación comenzaron a desarrollarse en terreno, como
técnicos de construcción. Al estudiar de modo más riguroso los efectos de estas técnicas y
establecer procedimientos de control de calidad y verificación de resultados en el campo,
fue cuando nacieron las pruebas de compactación de laboratorio, al principio sólo con base
en la original desarrollada por Proctor y después, con base en toda una serie de pruebas,
variantes más o menos cercanos a la primera, que se desarrollaron con el afán de ir
logrando en el laboratorio mayor acercamiento a los procesos de campo.
La compactación en laboratorio consiste esencialmente, en compactar una muestra
de suelo húmedo en un molde cilíndrico de un volumen específico y con una energía de
compactación especificada. Por lo general, se utilizan diferentes ensayos, tres de los cuales
se basan en las normas británicas y dos en las normas de los Estados Unidos. En la tabla
siguiente, se presentan las características de dichos ensayos y sus ensayos. Los primeros
cuatro ensayos están basados en la compactación dinámica creada por el impacto de un
martillo metálico de una masa específica que se deja caer libremente desde una altura
determinada; el suelo se compacta en un determinado número de capas iguales, cada capa
recibe un número específico de golpes.
Ensayos de compactación en laboratorio
Ensayo
Martillo
Masa
Altura
caída
Método del martillo de 2.5 kg
300 mm
2,5 kg
Método del martillo de 4.5 kg
450 mm
4,5 kg
Porctor (estándar)
2.49 kg 305 mm
AASHTO estándar
(5.5
(12 pulg)
Lbs)
Proctor modificado
4.54 kg 457 mm
ASSHTO modificado
(10 Lbs) (18 pulg)
Método del
vibratorio
Volumen Capas
de del molde
Golpes por
Capas
1.000 cm3 3
27
1.000 cm3 5
27
944 cm3 3
25
(1/30
pie3)
944 cm3 5
25
(1/30
pie3)
martillo Se utiliza un molde CBR para comactar una muestra de
aproximadamente 2.360 cm3 de volumen mediante el uso de un
martillo vibratorio, el suelo se compacta en tres capas iguales,
mediante 60 segundos de vibración.
Después de preparar la muestra compactada, se miden su densidad de vibración
aparente y su contenido de humedad, la densidad seca correspondiente al contenido de
humedad de la muestra, se calcula mediante la siguiente ecuación:
d = 
1+W
 = Densidad de vibración aparente
W = Contenido de humedad.
Este procedimiento se repite por lo menos cinco veces haciendo el contenido de
humedad de un rango escogido, las características de compactación del suelo se presentan
en un gráfico que relaciona las densidad seca en función del contenido de humedad.
DIBUJAR GRAFICO
Métodos de compactación profunda:
La utilización de rodillos compactadores es particularmente adecuada para
materiales de relleno que se colocan en capas de espesor controlado. La compactación con
rodillos comunes es solo efectiva para no mas de 10 pulgadas (25 centimetros9. Si la capa
que se va a compactar es más gruesa, su parte inferior no se compactará muy bien y
eventualmente en el uso que se le al suelo, habría una disminución de volumen que se
transmite a deformaciones permanentes en la superficie. Sin embargo, en las capas de suelo
natural la influencia sde este tipo de equipos se restringe sólo a unos pocos metros por
debajo de la superficie (D’ Appolonia etal, 1969). Por consiguiente, cuando se requiere
aumentar la densidad de depósitos naturales profundos de suelos granulares sueltos o de
arcillas blandas, los rodillos compactadores superficiales no son eficaces aunque sean los
más pesados. En estos casos, deben utilizarse otras técnicas.
a)
Vibroflotación:
En esta técnica se utiliza una sonda de gran tamaño o vibroflot, que está constituido
por un tubo cilíndrico por el que se inyectan abonos de agua en su partes superior e inferior
y está dotada de pesas que giran excéntricamente para provocar un movimiento vibratorio
en el plano horizontal. La sonda tiene unos 400 milímetros de diámetro, 2 metros de largo y
una masa de alrededor de 2 toneladas.
La sonda vibratoria se suspende de una grúa y se introduce por vibración en el suelo
hasta alcanzar la profundidad requerida. En ese momento se disminuye la presión de
inyección y se envía ekl agua por los chorros superiores para mantener un espacio vacío
entre el suelo y la sonda; ese espacio se rellena con arena o grava de río que se alimenta
desde la superficie, la sonda se lleva a manera progresiva en estapas de aproximadamente
300 milímetros y se compacta el relleno de cada capa hasta llegar a la superficie, como se
muestra en la figura Nº 3.2. la dimensión de la zona compactada que se forma alrededor de
la sonda dependen del tipo de vibroflotador utilizado, pero a menudo tiene un radio que
oscila entre 2 y 3 metros.
La vibroflotación es particularmente eficaz en arenas sueltas o en rellenos granulares,
pero puede funcionar de manera satisfactoria en suelos que contienen menos del 25% de
limo o menos de 5% de arcilla.
b) Vibroreemplazo:
Esta técnica utiliza un vibrador o sonda de gran tamaño similar al vibroflot, pero sin
dispositivos para inyectar chorros de agua arriba y abajo. El vibrador se suspende de una
grúa y se introduce en el suelo luego de desplazarlo gradualmente debido al efecto de su
propio peso y del movimiento vibratorio horizontal. Cuando llega a la profundidad
requerida, se retira el vibrador y se llena el agujero con un apequeña cantidad de agregados
con tamaño inferior a 75 mílimetros. Luego se introduce nuevamebnte el vibrador para
compactar el agregado o desplazarlo hacia el suelo circundante. Este proceso se repite hasta
que el agregado compactado forma una columna de grava hasta el nivel superior del
terreno. Cuando se le aplica carga, la columna resiste por la movilización de la resistencia
pasiva del suelo circundante.
Esta técnica es particularmente adecuada en limos y arcillas blandas, y mejora la
capacidad del terreno para soportar cargas ligeras de cimentación. Sin embargo, las
columnas de grava no pueden soportar cargas concentradas importantes sin que exista la
posibilidad de que se produzcan asentamientos excesivos (Hughes y Withers, 1974). En una
de las publicaciones de la Institution of Civil Engineers (1976) se encuentran numerosos
artículos de grava construidos mediante las técnicas de vibroreemplazo y vobroflotación.
c)
Consolidación dinámica
Esta técnica consiste en dejar caer martillos muy pesados sobre una superficie de
suelos granulares sueltos o de suelos adhesivos blandos con el fin de aumentar su densidad.
Para levantar el martillo que usualmente tienen una masa que varía entre las 6 y 10
toneladas, utiliza una grúa o un trípode que lo deja caer desde una altura de 30 metros o
más. Es razonable esperar que un martillo con una masa de 40 toneladas y una altura de
caída de 30 metros, produzca un aumento significativo de la densidad hasta una
profundidad de 15 a 20 metros (Leonard d et al, 1980).
El impacto producido por la caída del martillo forma un cráter en la superficie del
terreno y envía violentas ondas de choque que viajan a través del suelo y provocan la
licuosucción de suelos granulares, la cual es seguida por una densificación. En suelos
cohesivos el impacto genera una presión intersticial muy alta que es seguida por una
consolidación. La presencia de fisuras contribuye a la rápida disipación de la presión
intersticial y, por tanto, ayudan a la rápida consolidación.
En el sitio de compactación se procede siguiendo una malla con un espaciamiento
típico que oscila entre 5 y 15 metros, usualmente se deja caer un martillo en cada punto de
la malla entre tres y diez veces. Este proceso se repite en todos los puntos de la malla y los
cráteres resultantes se llenan con arena compactada. Si después de un pasada se comprueba
que la compactación es insuficiente, se repite el proceso las veces que sea necesario, cada
vez reduciendo el espaciamiento de la malla. La masa óptima, la altura de caída, el número
de golpes y el espaciamiento de malla apropiada para una aplicación específica se
seleccionaron a partir de ensayos de campo.