NT Nº 3 - Universidad Tecnológica Nacional

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL RAFAELA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO
Serie: Notas Técnicas
NT- 003, Agosto de 2005
GENERALIDADES SOBRE
COMPACTACIÓN DE SUELOS *
Rubén C. Rosetti, Hugo F. Begliardo
Laboratorio Ingeniería Civil
Departamento de Ingeniería Civil
Universidad Tecnológica Nacional, F.R.Rafaela
Bv.Roca y Artigas, (2300) Rafaela (Argentina)
e-mail: [email protected] – web page: http://www.frra.utn.edu.ar
ÍNDICE
I.
II.
III.
IV
V.
VI.
Compactación de suelos………………………………….………………………………….
El ensayo de compactación en Laboratorio………………………………………………..
Eficacia de la compactación en obra..…………………………………………………....
Control del grado de compactación en obra……………………….............…………......
Algunas consideraciones……………………………………………………………..……...
Fuentes de consulta………………………………………………………………………….
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I. COMPACTACIÓN DE SUELOS
Se entiende por compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el comportamiento esfuerzo – deformación de los mismos.
En general implica una reducción de los vacíos
y, como consecuencia de ello, en el suelo ocurren
cambios volumétricos de importancia ligados a la
pérdida de aire, porque por lo común no se presenta expulsión de agua.
Normalmente el esfuerzo de compactación le
imparte al suelo un aumento de la resistencia al corte, un incremento en la densidad, una disminución
de la contracción, una disminución de la permeabilidad y una disminución de la compresibilidad.
Habitualmente esta técnica se aplica a rellenos
artificiales, como terraplenes para caminos o ferroca*
Foto 1: Compactación con rodillo pata de cabra
(tomada de www.icc.ucv.cl)
El presente trabajo se ha basado en las referencias que se citan al final. Su objetivo es proveer al profesional de la
construcción un material de interés común, de breve extensión y útil para su desenvolvimiento cotidiano.
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rriles, bases o sub - bases para pavimentos, estabilizados, presas de tierra, etc. Sin embargo, en no pocas ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural a fin de mejorar su capacidad portante.
Un equipo vial típico empleado para compactar suelos cohesivos (arcillas-limos) es el rodillo “pata de cabra” (Foto 1).
II. EL ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO
En la actualidad existen distintos métodos para reproducir en laboratorio las condiciones de compactación en obra. El primero y más difundido es debido al Dr. R. R. Proctor
(1933) y es conocido como Ensayo Proctor Estándar. La prueba consiste en compactar
el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un pisón de 2,5 [kg] de peso, que se
deja caer libremente desde una altura de 30,5 [cm] (Foto 2).
Con este procedimiento Proctor observó que para un suelo dado, a contenido de
humedad creciente incorporado a la masa del mismo, se obtenían densidades secas sucesivamente más altas (mejor grado de compactación). Asimismo, notó que esa tendencia no
se mantenía indefinidamente si no que, al superar un cierto valor la humedad agregada,
las densidades secas disminuían, con lo cual las condiciones empeoraban. Es decir, puso
en evidencia que, para un suelo dado y a determinada energía de compactación, existe un
valor de “Humedad Óptima” con la cual puede alcanzarse la “Máxima Densidad Seca”.
El Ensayo Proctor Estándar también es conocido como Ensayo AASHTO T–99 (American Association of State Higway and Transportation Officials – Asociación Americana de
Agencias Estatales de Carreteras y Transportes).
Todo método de compactación, sea por
impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo.
Foto 2: Instrumental para ensayo Proctor en Laboratorio
(tomada de www.ele.com)
Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea contraparte o comparable al ensayo de impacto
en el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurre en el caso de ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio que
encuentran su contraparte en los rodillos
pata de cabra, vibro-compactadores, de rueda lisa, etc.).
No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón
Proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde
el comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sinnúmero de pliegos de obras.
En tiempos de la Segunda Guerra Mundial se introdujo el Ensayo Proctor Modificado
(AASHTO T–180), como respuesta a las exigencias de subrasantes más densas en aeropistas, demandadas por los pesados equipos de aviación militar que se desarrollaron por
entonces. Este ensayo modificó el Estándar aumentando el número de capas de 3 a 5; el
número de golpes en cada una de ellas se llevó de 25 a 55; el peso del pisón se elevó a
4,5 [kg] y la altura de caída a 45,7 [cm]. Básicamente con ello se evitó incrementar las
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compactaciones relativas por encima del 100% del Proctor Normal o Estándar, y la dificultad que presentan algunos suelos en ser compactados en campo cuando su humedad óptima, determinada por ésta última prueba, es cercana al Límite Plástico.
Comparando los resultados entre ambos, para un mismo suelo, se puede comprobar
que el Modificado provee valores de Densidad Seca Máxima más elevados, a consecuencia de la mayor energía aportada, en correspondencia con menores valores de Humedad
Óptima.
Actualmente, ambas pruebas cuentan con variantes a las formas originales. La elección del tipo de ensayo a efectuar dependerá, básicamente, de la naturaleza de la obra a
realizar.
III. EFICACIA DE LA COMPACTACIÓN EN OBRA
La eficacia de la compactación que se puede lograr en obra depende, entre otros factores, de:
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Naturaleza del suelo a compactar.
Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de neumáticos, área
de contacto, frecuencia de vibración, etc.
La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo por unidad de volumen durante el proceso mecánico de que se trate).
Contenido de humedad del suelo.
Cantidad y espesor de las capas del terraplén.
Número de pasadas del equipo de compactación.
Los métodos usados para la compactación dependen del tipo de suelo. Los friccionales, como las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas vibratorias), mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos
(rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos).
IV. CONTROL DEL GRADO DE COMPACTACIÓN EN OBRA
Se define como Grado de Compactación (GC) de un suelo compactado a la relación,
en porcentaje, entre la Densidad Seca alcanzada en obra y la Densidad Máxima Seca obtenida en laboratorio para el mismo suelo (Ensayo “Proctor” Estándar o Modificado)
GC [%] =
Densidad Seca del suelo “in situ”
Densidad Máxima Seca de laboratorio
x
100
El control en obra se hace generalmente realizando ensayos de determinación del GC
y comparando sus resultados con el porcentaje prescripto en pliegos (90%, 95%, 100%,
etc.), lo cual depende del destino y de la importancia de la obra (1).
Entre los métodos para determinar la Densidad Seca en obra, son tres los más utilizados:
- Método de la arena.
- Método del volumenómetro (o de la membrana de goma).
- Densímetros nucleares.
(1)
Es común encontrar en Pliegos exigencias de porcentajes mínimos de compactación que no se corresponden con el destino de la obra a ejecutar. También es frecuente que no se indique el tipo de ensayo a
ejecutar lo cual provoca desorientación en los profesionales a cargo de la dirección, inspección o ejecución
y en las empresas constructoras. En buena medida ello es debido a que habitualmente tales pliegos son
copia de copia, o adaptación de originales, sin un adecuado control profesional antes de su aprobación.
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A título de orientación, se indica que ninguna compactación debe ser inferior al 90% del ensayo correspondiente, por muy modesta que sea la obra o el destino. En el cuadro siguiente se ilustra sobre la prueba
AASHTO conveniente y el porcentaje mínimo de compactación a requerir, tomada de la fuente de consulta
[3]:
Capa
Prueba Proctor (AASHTO) % de compactación mínima
Cuerpo de terraplén
Estándar
90
Subrasante
Estándar
95
Subbase y base A
Estándar o intermedia
95 o 100
Subbase y base B
Modificada
100
Las subbases y bases A y B se usan en carreteras y aeropistas de intenso y pesado tránsito.
Tratándose de Subrasantes, y siempre bajo la prueba Estándar, sirve también de orientación la siguiente
tabla, conforme a la categoría de tránsito a recibir:
Categoría de tránsito
Espesor mínimo
% de compactación mínima
1,2,3
15 cm.
90
4y5
30 cm.
95
Categoría 1 : Calles residenciales; estacionamiento de automóviles.
Categoría 2 : Calles residenciales alimentadoras; pocos autobuses.
Categoría 3 : Avenidas; estacionamientos industriales; regular cantidad de autobuses; calles y estacionamientos en mercados de abastos.
Categoría 4 : Calzadas y calles comerciales con muchos autobuses.
Categoría 5 : Carreteras urbanas; autopistas.
V. ALGUNAS CONSIDERACIONES
En los casos en que sea necesario realizar ensayos de compactación se deben tener
en cuenta las siguientes consideraciones:
1) El suelo con el que se realice la prueba de compactación debe ser representativo del
que se utilizará en obra.
2) Si la obra es muy extensa (por ejemplo caminos) o el suelo a utilizar se tomara en
préstamo de distintos yacimientos, se deberán ejecutar tantos ensayos de compactación
como fuesen necesarios, a fin de asegurar la representatividad del mismo en relación al
suelo empleado.
3) En caso de empleo de suelos modificados ( con cemento, cal, arena, etc.), se deberán realizar los ensayos con la adición estabilizadora o modificadora correspondiente.
4) De no prescribirse en pliegos, es el Director de Obra quien debe establecer qué
prueba ejecutar (estándar, modificada o alguna de sus variantes) conforme a las características de la obra.
5) Cuando se realicen ensayos de compactación, siempre es necesario efectuar el control en obra del porcentaje alcanzado.
6) Al realizar una compactación siempre es conveniente hacer un control en un pequeño sector de la obra, determinando el porcentaje alcanzado para establecer el número de
pasadas apropiado del equipo. Con un número de pasadas insuficiente no se alcanzará la
densidad requerida, mientras que un excesivo número de pasadas resultará antieconómico.
VI. FUENTES DE CONSULTA
1. JUAREZ BADILLO, E.- RICO RODRIGUEZ, A. “Mecánica de Suelos - Fundamentos de la Mecánica de Suelos” , Tomo I, Limusa. 3º Edición, 1992.
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2. BOWLES, J., “Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil”. McGraw–Hill, Bogotá,
1981.
3. MONCAYO, J- “Manual de Pavimentos”, CECSA, México, 1980.
4. DIRECCIÓN PROVINCIAL DE VIALIDAD, “Pliego Único de Condiciones y Especificaciones
Técnicas”. Santa Fe ,1977.
5. Norma IRAM Nº 10511/72, “MECÁNICA DE SUELOS – Método de Ensayo de Compactación en
Laboratorio”, 1972.
6. Norma de Ensayo Vialidad Nacional VN – E.5 – 67- “Compactación de Suelos”.
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