NOTAS TECNICAS ASPECTOS PRACTICOS SOBRE COMPACTACION DE SUELOS Elias GUZMAN Z.* RESUMEN Se erponen las especificaciones que deben cumplir 10' materiales para rellenos de obras lIiaus y estruct"rau,. Se senalan las condiciones de compactacion, de la misma meracibn de las con una breve enu el control' maquina­ rias comunmente usadas, INTRODUCCION Cuando especialista en Mecanica de Suelos tiene en los asentamientos su mas serio problema. Por tal motivo los compacta, tratando COD ello de reducir al m In im o los huecos entre pardculas; esto vale para cualquier tipo de relleno, com 0 son, por ejem plo, los terraplenes, las plataformas, las capas componentes de pavimentos: bases, sub-bases, carpetas de rodados, etc. Gracias a la co m p ac tecicn el suelo sufre una densific acion mejorando SUI condiciones de soporte, debido a que aquella implica, entre otros, a los siguientes aspectos de primordial interes para lograr obtener la maxima estabilidad de los m 1. construye un relleno el aterialesl : Es sabido que cado sus Es • se Je(e en 0 huecos, preciso bajo bajo un es decir, la influencia de cargas estaticas 0 dinamicas el suelo colo­ relleno presenta la tendencia a densificarse disminuyendo a compactarse. buscar el medio de situ arlo en un estado de del Laboratorio de la Seccion Mecaruca de Suelos, IDIEM. compactacion en el que vol. 13. nO 3. diciernbr e 1974 REVISTA DEL IDIEM 170 insignificantes 0 poco p r o b ab le s, a fin de que no causen problemas posteriores. Si en algunos casos no se pretende, 0 no es posible, eliminar totalmente el asentamiento, al menos se hara 10 im posible por reducir al minim 0 los asen­ los asentamientos tam posteriores ien tos dife renciale s. No existe duda que 2. suelo ticas no m ec anicas de resistencia al un t arn ie n t o s y deformaciones si corte. esquematizan suelo, el angulo de fric c ion considerablemente granulares 4. a se n el corre Los dos p aram et ros que 3. sera suficiente evitar riesgo de romperse. Es sabido que toda de n sific ac ion de un lleva tam bien consigo un mejoramiento considerable de sus caracte.ris­ el relleno de sean con in las caracteristicas de estabilidad al te rn a, la de n sific ac io n constituidos por gravas 0 , ¢I, y la cohesion, C, (especialmente en son corte mejorados rellenos de sue los arenas). disminuyen, en cuanto a tamaiio, los huecos entre p art i­ culas y con ello se produce tam bien, en general, una d ism in uc io n de la influencia del agua y como la permeabilidad esta en re lac io n con la porosidad del material que se ha compactado, el suelo se hace menos permeable y la sensibilidad al agua disminuye normalmente. Debido a la dism inuc io n de la porosidad los granos que dan mejor em p aqueta­ dos y, por 10 tanto, menos expuestos a la meteorizaci6n 0 a la d isgregacion. La ob te ncio n de grados de c orn p ac tacio n elevados (indices de hue cos bajos), se logra compactando las capas con cargas pesadas, con 0 sin vibr acio n. La forma y la naturaleza de las capas de apoyo, que pueden ser muy variables, tienen cierta influencia sobre los resultados obtenidos. Los distintos rip o s de Con la de nsific acio n mejor al compactar distintos tipos de materiales. EI conocimiento de las propiedades generales del suelo, que condiciona la e lec cion del compactador adecuado es, por 10 tanto, tan importante como el m aquinas de la m se comportan aq u in aria. • ESPECIFICACIONES DE MATERIALES precisa construir un relleno, el especialista elige una mezcla de material de garantias de estabilidad y rigidez para soportar sin problemas la estructura Cuando que se que deba fundarse sobre el y estudia para lograr esa una com bin acio n de materiales existentes mezcla. Este estudio de la calidad del material el suelo la se hace en ellabora­ at e rializ ac io n del proyecto. Con el objeto de garantizar que el material ocupado en obras sea similar al que sirvio de base para el calculo, deben exigirse condiciones minimas en cuanto a granulometria, plasticidad, c laslfic acio n, estabilidad, etc. Estas condiciones son torio con las llamadas de control hip6tesis de a ocupar en especijicaciones se c m fijan los limites a aceptar para que asegure la calidad de la co n s tru cc io n y tam bien se alcu lo. que con este cum tipo plan las ASPECTOS PRACTICOS COMPACTACION DE SUELOS En de caso rellenos 171 bajo fundaciones, rellenos bajo estructurales radie­ especialista establece sus especificaciones generalmente basan dose en su experiencia personal, pero en construcciones camineras (sub-bases, bases, capal de rodado) instituciones internacionales tales como la A.A.S.H.T.O. (American Association State Highway and Trasportation Officials) y la A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) han confeccionado especificaciones basadas en experiencias de la p racrica vial de EUA, y esas especificaciones han sido adoptadas e res, tc., el por instituciones a nivel nacional, tales de Pavirn e n taci o n Urbana, especificaciones e incluso exactamente iguales. En los parrafos siguientes son para diferentes Rellenos Pllja rellenos han unificado criterios se presentan e con 10 cual muchas de ella's spe cific acione s relativas al material de rellenos. tipos compactados estos La A.A.S.H.T.O. y la A.S.T.M. han normalizado etc. estas la Direccion de Vialidad, la Direccion como para bases y sub-bases especifican se las composiciones granulomerricas que se presen­ la Tabla I. tan en TABLA I ESPECIFICACIONES PARA BASE, SUB-BASE Y CARPETAS ROD ADO DE SEGUN A,S,T.M.2 A.A.S,H,T.O.3 M DESIGNACION DESIGNACION - A B 100 100 1" 75 3/8" Nota: 30 NO 4 25 NO 10 15 NO 40 8 NO 200 2 Tipo - - - - - 65 40 55 30 40 20 20 15 8 - - - - - 5 - C 90 100 75 50 60 35 45 25 30 15 15 5 llquido Indice de 147 II Criba 0 2" Limite 1241-68 Y - I Tipo Malia 0 plasticidad Granulometria establecida en - - - - - 85 60 65 50 50 40 30 25 15 8 0 E F 100 100 100 - - - - - in ferior a 25 in ferior a 6 porcentaje (en peso) 100 85 55 70 40 - 45 20 - 15 6 - - 100 70 100 55 50 30 15 8 de material que pasa por la criba - - - - 0 100 100 70 15 malla correspondiente. Requerimientos generales EI agregado grueso (fraccion por m pardculas ate riales que duras y se retenida te n ace s daften con en la malla NO de grava natural ciclos de sec am 0 10) debera ch ancado, estar arena ie nro, humedad 0 0 constituldo escoria; los congelacion DO I vol. 13, nO 3, diciembre 1974 REVISTA DEL IDIEM 172 deben usados. EI ser agregado de ber a no grueso tener un desgaste segun el m et o do de Los Angeles superior a 50%• EI agregado fino (fr accion que pasa por la malla NO 10) es.ara constituido por arena natural 0 chancada y particulas minerales finas que pasen la malla NO 200. La fraccicn del material que pasa la malla NO 200 de la fraccion que pasa por la malla NO 40. La mezcla de materiales de bera estar libre teraones se ocupe de arcilla como 0 cualquier carpeta de rodado expuesta al puede especificar un limite liquido dad comprendido entre 4 y 9. La Direccion de Vialidad de a pavimentos ser mayor de grumo, materias material deleznable. Cuando el material tr an sjt o por maximo de 35% se relativas debera no a los 2/3 vegetales, en estudio tiempo prolongado, un indice de plastici­ un y pais tiene sus propias especificaciones pavimentos dgidos (horm igb n) 0 para granulometdas mas comunes se dan en nuestro la capa de base, ya sea para flexibles (asfalto), dos de las la Tabla II. TABLA ESPECIFICACIONES DE II • DIRECCION LA DE VIALIDAD Porcentaje pasa (en peso) Criba ° Malla Tamano Max. 1 1/2" Tamaiio Max. 2" 2" 100 1 1/2" 70 1" 55 3/8" 40 10 20 40 10 200 Limite Indice 5 Hquido de plasticidad Ademas, Vialidad exige de 80% mas del 50% a 10 m e no s, 2 - - - - - 100 100 85 90 70 45 SO 20 30 10 IS 5 in ferior a 25 inferior a 6 CBR minimo de 50% pavimentos flexibles. Cabe hacer para - - - - - 100 75 SO 30 IS pavimentos dgidos y conseguir este es necesario ocupar chancado, por 10 que normalmente se exige que de la fraccion retenida en la malla NO 4 (fr accio n grava) debe tener, para ultimo CBR un - caras notar que para fracturadas. ReUenos estructuraIes Debido a que muchos proyectos de edificios consultan apoyar sobre rellenos este tipo compactados, la COR VI ha confeccionado de relleno, las cuales cuyas caractedsticas de se han granulometda aplicado en se anotan en una e sus fundaciones specific acicnes para gran cantidad de obras y la Tabla III. ASPECTOS PRACTICOS COMPACTACION DE SUELOS III TABLA ESPECIFICACIONES CORVI Criba DE Malia 0 RELLENOS Porcentaje • 3" Rellenos Cuando esto se bajo 70 - 10 20 - 40 10 0 plasticidad EI tamano maximo peso se No especifica segUn 100 100 60 - 10 - plastico el espesor del relleno. radieres necesario elevar es en 100 200 • ESTRUCTURALES pasa I" Indice de 173 efecrua mediante el nivel del suelo natural para fundar radieres de relleno debidamente compactado. especificaciones un piso, EI material a a generalmente un suelo granular y las cumplir son dadas por e l proyectista de acuerdo con los materiales mas economlcos con que se cuenta. De acuerdo a experiencias personales del autor, e l material debera cumplir las especificaciones de la Tabla IV. ocupar es TABLA IV ESPECIFICACIONES PROPUESTAS POR EL AUTOR Especificacion Item Pasa criba de En un cumpHan Menol de 350/0 Limite Inferior a 35 Inferior a 10 Hquido Villa estas se especifica segUn poblaciones se el espesor del relleno, han usado con exito materiales que caracterlsticas; citamos de elias, Villa Mexico, en Santiago, Calama, p ob lacicn construfda por Vienor en EI Salvador. Normalmente, fuera de las especificaciones gran ulcme tricas y de constantes Ayquina, h£dricas del plasticidad EI tamano maximo buen numerc de con 1000/0 Pasa malla NO 200 Indice de • 3"· en especifican adem as otras condiciones, como son: material, el que generalmente no debe exceder de 1/3 del se el tamano maximo espesor de la capa a compactar; el porcentaje (en peso) de material chancado para lograr CBR altos; granulometdas gruesas destinadas a cortar ascensos capitares del agua bajo un radier de piso, etc. vol. 13, nO 3, du rcmbrc J 'J74 REVISTA DEL IDIEM 174 Ex iste n, adem as, especificaciones para otros tipos de traba­ las de JO; as i, no debe o lvid ar se que hay especificaciones especificas para m e horm ig on mezc1as asfalric as, etc y elias son con el fin. como se dijo al comienzo, o tr as numerosas z c , .• , de controlar la calidad de los materiales. ESPECIFICACIONES SOBRE LA COMPACTACION A ALCANZAR Es indudable que la de c orn p ac tac ion calidad, si no a alca nz ar, alcanza general exige se ya que un c orn que el seca corresponde p ac t aci on ade cu ad o, p al d ra o grado sea acarrear alcanzar a sea igual 0 dada por ensaye de Relacion-h u m e dad-densi­ Proctor modificado. EI Highway Engineering Handbook en su capitulo Earthwork. e c orn ie requerimientos m in irn o s para c o m p ac tacio n de terraplenes de la Tabla V. TABLA Clase de suelo No Clasific acion AASHTO Altura suje ro ' a inund aci on 0/0 de n da V HANDBOOK4 ESPECIFICACIONES PARA TERRAPLEN ES; HIGHWA Y ENGIN EERING Nota: pro­ mayor r los su corte. de cornp ac t ac io n grado p lir a curn material. por muy buena que de inestabilidad al 0 al 950/0 de la densidad maxima dad, importante de grado un blemas de asentamiento En mas especificaci6n com Sujeto pact. a inund ac ion a/a Altura del Proc tor de compact. del Proctor . A-I no c r i nca 95 no critica 95 A-3 no cr i t ic a 100 no cr i tic a 100 10' 95 SO' 95 a 100 A-2-4 50' 95 A-2-5 SO' 95 A-4 50' 95 50' 95 a 100 A-5 50' 95 SO' 95 a 100 A-6 50' 90 A-7 50' 90 10' - - 95 50' 95 a 100 - 95 50' 95 a 100 Las recomendaciones para la condicion Sujeto a inundacion dependen de la altura del relleno. Rellenos altos de 35' a 50' deben ser compactados al 1000/0. Los valores minimos se ocupan en terraplenes bajos bajos de 10' a 15' a menos, y para caminos no sujetos a inundaciones y con volumenes de trafico mente se pesado, Para bases, sub-bases y carpetas de rodado para caminos a calles general­ especifica un grado de cornpactacion igual a superior al 950/0 de la cornpact acion Proctor modificado. Control de la compactacion Es indudable que no se sin haber indicado como como nes se aver puede se e igu ara el grade del instrumento tratar seriamente la com fe c tu ar a el control de ella. de empleado ccrn en e pactaci6n es de un material de c ir, sin haber definido p ac tacio n obtenido y llo. En la p rac ric a dicho cu ale s grade son de las limitacio­ c om p act acion ASPECfOS PRACfICOS COMPACfACION DE SUELOS se define la razon ld11d mlix; en que ld es la densidad seca con que ha material de spues de compactado y ldmax es la densidad seca maxima ensayo estandar 0 modificado segun sea la exigencia especificad a. como quedado el dada por e l 175 Otra forma de definirlos expresar la densidad es terminos de den­ en seca, sidad relativa: DR En que DR es maxima determinada [ - En la com estos en dos m et o - ld max mIn 1 especificada, ld max la densidad es muestra aparatos 1 d) pero todos ellos tienen para controlar la inconveniente un com com tam seca, no bien, de solamente es y elias son proceso de control de la tuar un que nos retraso factores tales un punto definitiva en 0 a com condenar a otro com 0 factorel e stos de la capa del suelo importantes, en p ac tacicn. Sin suficie nre de medidas interesa. Esto la un la granulo­ dado, angularidad y otros puesto que a compac­ del orden son ccmpactaeien. un primer analisis, sin apelacion, al embargo, ello seria ignorar las posibi­ ofrece la herramienta de la estadistica. Con la nos nu m ero en un: la gran de las diferencias creadas por la calidad misma de la anterior inducida lidades que p acracion de la caractedstica fisica medida. originan fluctuaciones magnitud Lo de importantes Estas fluctuaciones de es funcicn de la calidad de metria, la humedad, espesor real de la capa en un punto disgre gacion del material, error accidental en la medida, etc. Todos tar Y 1 d min de los resultados obtenidos. recibida, sino tienen variaciones seca lab oratorio. y terminos, la densidad p ac t acio n ldm,n - laboratorio por vibrado vertical de la en numerosos (determinacion de dispersion relativa ld la densidad relativa la densidad minima determinada Existen ld implica un se costo puede la faena del control, costo dicicn de efec­ aislar la acci on del unico factor mas elevado del control y bten cion de resultados, el cual, si inconveniente mas serio que el con no esta un eventual pensado, puede ler en otral palabral, el com del control. Dicho cuando implique un mayor COltO, compensa con cre ce s los mayores costos que se producidan por retrasos en la {aena constructiva. EI cuadro siguiente resume los m e tod os de control de compactacion de agilizar aun relleno de suelo: Arena, aeeite, a,ua, 10 Medidas del peso unitario Por peso y volumen m em brana ai, membrana ,ran de. seco Sonda (densidad seca) 20 norm Ensayes mecanicol Por metodol nucleares Aguja Proctor Enlayel de placa Canchal de prueba puntual, sonda superficial, londa luperficial movil. 176 Con troles por medida del peso unitario Las medidas del peso unitario sec o, se ensayar. peso seco malamente llamado densidad tecnicos. pueden hacerse directamente. Para ello pesan los materiales extraldos del medida de la humedad y seco con una se mero). Mas delicada m bien muestra ejor es secar su es puede se nuestros por la capa en a peso hum e do al 5010 presenta un hoyo. problema: recoger ad icion (esto es solo la medida del contenido de humedad, pues representativa caer en errores. graves asunto si no Por 10 de e s­ se toma tanto 10 la totalidad del material extraldo. obstante, No hoyo excava un de seca determina el volumen del hoyo perdida ni la totalidad de los materiales sin se hoyo pasando Pesar los materiales extraldos del una vol 13, nO 3, diciembre 1974 REVISTA DEL IDIEM es la medida del volumen del en yores dificultades ya que este generalmente tiene hoyo donde residen las m a­ forma ge om errica simple y sus paredes presentan asperezas mas 0 menos importantes que complican el problema. EI m ero do mas preciso es, segun el Road Research Laboratory, e l m ero­ do del cono de arena. Consiste en llenar e l hoyo con una arena bien seca, de granulometda cortada y de densidad calibrada la que es vertida desde una altura constante. Se determina el peso de la arena seca vertida pesando el cono antes y de spues de efectuada dicha calibracien se e p e racion. Con l volumen del del hoyo, La idea de forma del aun cuando sustituir la hoyo es su forma' arena una peso y la densidad dada por la este hoyo. ventaja del procedimiento estriba La paredes calcula o no sea un por en desigual. lfquid o seductora. Este fluido debe los poros del suelo: el agua no puede Tam bien debe considerarse, al ocupar que la de ser, se r a amolda bien se fin de adaptarse mejor viscoso para que aqui Hqu ido, arena la la e a las la filtre por no le ccio n de aceite completa a pesado. horizontalidad del terreno. Existen cie del se hoyo vierte m et se permiten el empleo del agua. Para tal efecto la superfi­ previamente con una mem brana de goma y posteriormente od os que cubre el agua. ASI se obtiene el denslmetro de membrana 0 v olu tester, los suceptibles de ser cometidos son los siguientes: puede quedar aire ence­ rrado entre la pared y la membrana, situ ac io n que se minimiza haciendo lisas las paredes del hoyo. Si la membrana no es suficientemente flexible no se adapta per­ fectamente a las sinuosidades del hoyo. Estos inconvenientes limitan e l empleo de errores volutester s610 Los m et a suelos finos y od os nucleares arenas est an finas. basados fuente de cobalto 60 colocada en la re tro difu sio n de rayos 'Y provistos superficie de la capa a estudiar. Los ray os '} emitidos son reenviados por re tro difusion y captados en un foto mul­ tiplicador. El m et od o tiene el inconveniente de perturbar levemente el suelo al por una en la colocar los electrodos, pero por e ncirn a de todas las cr Iric as, por el momento estos aparatos son los mas ccm o dos, los mas rapidos y los mas seguros. Sin embar­ go debido a su En Chile alto se ter; casi todos los costo usan aun no se han normalmente el otros se han popularizado. m e empleado to d o del t arnb ien , cono de pero solo arena con y el del volutes­ c ar ac te r ocasional. ASPECTOS PRACTICOS COMPACTACION DE SUELOS Controles por ensayos Proctor. Aguja previamente la aguja una unitario Este m ecanico s m e to d o consiste en hincar en cierta longitud, posible es obtener aguja de una l ensaye Proctor. Midiendo la tarada e en curva influyentes como la una gran dispersion por factores a resultados presentan mente en desuso. Ensayes de placa. Un suelo En relacion con la 10 que aguja Proctor, e ste plastico mal compactado, granulometda los m eto do esta practica­ tienen el inconveniente de puede dar pero seco, conduce a origen un a no graves modulo e le­ lleva al engaiio. nos Canchas de prueba Lo ideal seda antes de comenzar rimentales para estudiar la riormente en la faena. c om la obra confeccionar uno 0 pact acion del material que Para controlar los resultados obtenidos me to de calibracicn el peso humedad y la eliminar la influencia del contenido de humedad que vado y conocida, necesaria para hincar presion la ccion se se c o, Debido errores. In es sario ne ce varios tramos expe­ emplear poste­ emplear algunos de los se do s expuestos anteriormente. Por tal motivo, 10 realista va es a concentrar en el experimental m et od os de m e dicio n de la densidad seca 10 suficientemente poderosos para eliminar cualquier factor de error. Con ello se pueden obtener datos muy precisos y serenos capaces de definir e l equipo de com p actacien mas adecuado, las condiciones del contenido de humedad mas apropiadas para lograr como meta final una mayor co m p ac tacion con una pasada minima de maquinarias. Todavla es preciso no hacerse ilusiones. No se piense que un tramo experimental no este cuajado de un gran numero de medidas y que no debe ser ejecutado con esmero. Para convencerse basta observar algunas curvas que dan la densidad seca en funcion de pasadas: las caldas de densidad en el curso de la com pacracien, que aparecen en algunas de estas curvas, no manifiestan otra cosa que la exagerada dispersion de las medidas de densidad efectuadas y su bajo nivel de significacicn, El m e tod o de tramos experimentales tendda tam bien un in eeres general considerable. Recogiendo los datos obtenidos, poco a poco se podda formar un album de mucha utilidad en el diseiio de rellenos compactados. tramo Maquinaria de compactacion Tipos Existe por una uno. Ro dillos amplia La gama de siguiente de llantas. Actualmente su do de la capa a uso equipos es Son una de co m p act acion que seda lista de los largo enumerar uno principales tipos de compactadores: antiguos y constan de desaparecer y solo se ocupan los mas tiende a compactar. Su peso varia entre Ro dillos pata de cabra. Estos rodillos tienen droa metalicos erizados, fijos, 3 y 20 como 2 en 0 de 3 llantas lis as. el alisado 0 p14ncha­ ton. e lem ent os activol llamados pata de cabra. La accion del unos cilin­ compactador REVISTA DEL IDIEM 178 semejante al es paso de y 10 compactan. La Este tip o realidad en ton rial generalizado neum son de tres 0 aricas. para el lastre la cual filas de 4 6 a finas de arenas en es sometida materiales pasa mas alia de las 3 no terraplenes ganado. Rejas Corresponden a neum son a y rodillos de aric os eficaces una chassis que un Segmentos, lIanta constituye generalmente en granulometria Rodillos vibradores de lIanta lisa. Es Son eficaces ha utilizado para compactar rodillos de a universal pues uso cep cion de con ex se pero eficaz para compactar arcillas, y limos plastic os. Su peso varia y la presion en cada pata es del orden de 20 a 100 bars. dos con pactadores dice que es Rodillos de ruedas dellastre, leyenda el suelo en solo variaciones del mismo tip o. son 3 y 15 ha se Este rodillo entre rebai'io cuyas innumerables patas penetran un la accio n debida al paso del precisamente vol. 13, nO 3, diciembre 197 0 liso s, Estos casi todos los cortada tam rip o s (uniforme). bor que sirve de vibraciones vertic ales mediante granulares que tienen bajo la capa de com­ mate­ deposito una ex c e n tric a. contenido de finos. Su peso ton. Rodillos vibradores pata de cabra. Son esencialmente iguales a los vibradores de lIanta lisa con la diferencia que lIevan las p at as de cabra. Se pue de decir que sirve los mismos a tipos de suelos. Compactadores placa vibrante. escencialmente para srrve que de pIes placas adosadas con un vibrador suelos granulares en superficies redu­ Son sim com pactar cidas. Compactadores de multiplaca riaciones de la placa vibrante y de p iso n y vibropisones. Constituyen va­ vibrante. Existen Compactadores especiales. variedad de aqu in as especiales para compactar zanjas, juntas, revestimientos de taludes, etc. Todos ellos son simples variaciones de los tipos descritos anteriormente, pero especialmente adaptados para superficies dificiles. gran m REFERENCIAS 1. ARQUIE, G. Com p ac tacion 2. ASTM 3. M 147-65 and 4. D en carreteras y aerop uert os, ETA, Barcelona, 1972. 1241-68 Specifications for Soil-f1ggregate Subbase, Base Standard Specifications for Transportation Materials and Testing. AASHTO, lla e d ic io n, septiembre and Surface Courses. Methods of Sampling 1974. WOODS, K. Highway Engineering Handbook, Mc Graw Hill Co. Inc., 1960. SOME PRACTICAL ASPECTS ON SOIL COMPACTION SUMMARY: The specifications for works a are brief list materials for soil aggregate for highway and structural compaction requirements, field control compaction and presented. The of compacting equipment are given. both