1. COMPACTACIÓN 1.1 1.1 INTR INTROD ODUC UCCI CION ON Para ara ente entend nder er de qué qué se trat trata a la comp compac acta taci ción ón de los los suel suelos os podr podría íamo moss deci decirr que que es el mejoramiento arfcial de sus propiedades mecánicas como lo es la resistencia, la compresibilidad y su relación esuerzo-deormación, el proceso de compactación implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como una consecuencia de esto ocurren cambios de volumen, liados principalmente principalmente a la perdida de volumen de aire! "l principal objevo de una compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantena un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida #l de la obra! $as propiedades requeridas pueden variar del po de suelo, pero las propiedades mencionadas anterior anteriorment mente e son las que furan cuyo mejoramien mejoramiento to se busca busca siempre! siempre! "s menos recuente, recuente, aunque aunque no menos menos import important ante, e, que tambié también n se compac compacte te para para tener tener unas unas caract caracterí erís scas cas de permeabilidad y %e&ibilidad! "sto suele ser avorable avorable ante eectos de permanencia de la estructura terrea ante la acción de aentes erosivos! $a compactación resulta ser un proceso de objevos m#lples es evidente que muc'os de esos objev objevos os serán serán contr contradi adicto ctorio rioss en muc'o muc'oss proble problemas mas concre concretos tos,, en el sendo sendo de que se empren emprendan dan para para cumpli cumplirr con uno pudier pudieran an perjud perjudica icarr al#n al#n otro! otro! Por Por ejemplo ejemplo,, que en una compactac compactación ión intensa produce un material material muy resisten resistente, te, pero sin duda muy suscepbl suscepble e al arietamiento! "stas contradicciones se amplían si se toma en cuenta que los suelos compactados suelen tener una vida e&tensa y que es un compromiso que conserven sus propiedades en toda su vida como lo es bajo la acción del aua, de las caras soportadas, etc! $as altas resistencias obtenidas con compactaciones muy enéricas pueden traer como consecuencias que un suelo muy compactado podrá, en eneral absorber muc'a aua si se dan las condiciones propicias y al 'acerlo su resistencia podría descender dráscamente, dráscamente, en tanto que ese mismo suelo inicialmente compactado en orma menos enérica, con menor resistencia inicial, podrá resultar muc'o más estable ante el aua, manteniendo en el empo una resistencia inicialmente inicialmente menor que la del otro, pero probablemente sufciente! $a compactación es uno de los varios medios de que 'oy se dispone para mejorar la condición de uso de un suelo que 'aya de usarse en construcción( es, además, uno de los más efcientes y de aplicación más universal! )abla *
+onfnamiento +onfnamiento suelos riccionantes. ísicos
+onsolidación previa suelos fnos arcillosos. /ezclas /ezclas suelo con suelo. 0ibro %otación
/étodos
+on otras substancias +on sal 1uímicos
+on cemento +on asalto +on cal
/ecánicos
+ompactación
Variables que afectan la comactaci!n "e los suelos. 2n suelo puede compactarse de dierentes maneras y en cada caso se obtendrá un resultado dierente, si se realiza una misma orma de compactación dará resultados disntos si se aplica a suelos dierentes, si se aplica una misma orma de compactar a un suelo determinado, podrán obtenerse resultados dierentes si de un caso a otro varían condiciones de las prevalecientes en dic'o suelo! "stos actores que pueden in%uir en los resultados de una compactación se mencionan a connuación!
$a naturaleza del suelo! "l po de suelo con que se trabaja in%uye de manera muy importante en el proceso de compactación! Prevalece la disnción usual entre suelos fnos y ruesos o entre suelos arcillosos y riccionantes!
"l método de compactación! "&isten tres pos de métodos de compactación3 por impacto, por amasado y por aplicación de cara estáca, estos métodos producen resultados dierentes tanto en su estructuración como, en las propiedades del material que se compacta
$a enería específca! 4e enende por enería específca de compactación la que se entrea al suelo por unidad de volumen, durante un proceso mecánico!
"s muy ácil evaluar la enería en una prueba de laboratorio donde se compacte el suelo por impactos dados por un pisón, para este caso resulta claro que la enería es e&presada por la siuiente ecuación3
5onde3 "e 6 enería específca! 7 6 n#mero de olpes del pisón compactador por cada una de las capas en las que se acomoda el suelo en molde de compactación! n 6 n#mero de capas que se disponen 'asta llenar el molde! ' 6 altura de caída del pisón al aplicar los impactos al suelo! 8 6 peso del pisón compactador! 0 6 volumen total del molde de compactación iual al volumen total de suelo compactado! "l concepto de enería específca conserva su valor cuando se relaciona con sus procedimientos de compactación de campo! "n el caso de maquinaria como lo son los rodillos depende principalmente de la presión y el área de contacto entre los rodillos y el suelo, del espesor de la capa que se vaya a compactar y del n#mero de pasadas del equipo!
"l contenido de aua del suelo! Proctor puso de manifesto que el contenido de aua del suelo que se compacta es otra variable undamental del proceso! 4e observa que, con contenidos de aua crecientes, a parr de valores bajos en contenido, se obenen altos pesos específcos secos para el material compactado, si se usa la misma enería de compactación, pero también que esta tendencia no se manene indefnidamente, ya que cuando la 'umedad e&cede de cierto valor, disminuyen los pesos específcos secos lorados! Proctor puso de manifesto que para un suelo dado y ulizando un determinado procedimiento de compactación, e&iste un contenido de aua de compactación, llamado el ópmo, que es el
que produce el má&imo peso volumétrico seco que se debe de obtener con ese procedimiento de compactación!
$a dierencia de contenidos de aua! "sto llea aectar las pruebas de compactación que se realizan principalmente en el laboratorio, en las que se representa sobre todo los resultados en la ráfca 9 : ;d peso volumétrico seco contra 'umedad.! $as que se presenta en un suelo relavamente seco es muy dierente a uno que se le va areando aua o si también se parte de un suelo que este '#medo, que se va secando se#n se avance en la prueba! $as invesaciones realizadas comprueban que en el primer caso se obenen pesos volumétricos secos altos que, en el seundo, para un mismo suelo y con los mismos contenidos de aua lo que se traduciría para este enómeno que podría ser cuando el suelo está seco y se le area aua esta ende a quedarse en la perieria de las par
CURVA D# COMPACTACIÓN $os procesos de compactación comenzaron a desarrollarse en el campo como técnicas de construcción! ue 'asta que se trató de estudiar de un modo más riuroso los eectos de tales técnicas y establecer los procedimientos de control de calidad y verifcación de resultados en el campo cuando nacieron las pruebas de compactación de laboratorio, con base en unas series de pruebas que se desarrollaron por ir lorando en el laboratorio mayor acercamiento a los procesos de campo, que paralelamente se ampliaron desarrollando una serie de equipos producidos para una tecnoloía cada vez más conocedora y e&iente! 4e representa la marc'a del proceso de compactación por medio de una ráfca en la que se 'aa ver el cambio de peso volumétrico seco al compactar al suelo con diversos contenidos de aua, ulizando varias muestras del mismo suelo, cada una de las cuales proporciona un punto de la curva! "n dierentes procesos de compactación producen al mismo suelo compactaciones disntas, un mismo suelo podrá tener disntas curvas de compactación, correspondiente a los dierentes modos de compactarlo que puedan usarse, sea en campo o en el laboratorio! $a curva muestra un má&imo absoluto, aluna vez seuido de otro secundario, de menor valor! "l peso volumétrico seco correspondiente al má&imo absoluto recibe el nombre del peso volumétrico seco má&imo, la 'umedad con la que tal má&imo se consiue se denomina 'umedad ópma y representa el contenido de aua con el cual el procedimiento de compactación que se esté usando produce la má&ima efciencia, por lo menos si esta se juza por el peso volumétrico seco que se lore, puede construirse ya sea en el laboratorio o en campo, a parr de una pareja de valores 9 : ;d , los cuales se pueden obtener, como ya se dijo, si se aplica el procedimiento de compactación de que se trate a diversos especímenes del mismo suelo con dierentes contenidos de aua la curva de compactación entonces podrá dibujarse a parr de los valores que resultan de la órmula3
$a condición de un suelo compactado en circunstancias normales es la de un suelo no saturado, razón por la cual la curva de compactación se desarrolla por debajo de la curva de saturación, si se comparan las dos se podría determinar cual tendría que ser el contenido de aua que saturaría a una muestra que se compacta a determinado peso volumétrico! $a curva de saturación se puede obtener si se calculan los pesos volumétricos secos que corresponden al mismo suelo, saturado con el contenido de aua correspondiente a una cierta abscisa de la curva, aplicando la órmula3
1ue corresponde a suelos saturados y cuya obtención es sencilla! $as curvas de compactación que se obenen en el laboratorio se realizan en pruebas en el que el espécimen se compacta por capas dentro del molde y por medio de olpes aplicados por un pisón estándar, con una enería también prefjada!
Ilustraci!n 1 Cur$a "e comactaci!n
uente3 asentamientos - =n! >aime 4uárez 5íaz
%uelos co&esi$os ' friccionantes. Para entender la ormación de los suelos que podemos encontrar en campo, los suelos 'an sido oriinados por los aentes de intemperismo y desinteración, de los cuales la temperatura, la 'umedad y la veetación 'an sido determinantes en la descomposición de los minerales que interan las rocas subyacentes, dando orien a suelos co'esivos arcillosos y limosos, y suelos riccionantes como ravas, arenas y limos inoránicos! $os equipos que se ulizan para la compactación de suelos puramente riccionantes que son las arenas y las ravas arenosas abarcan una ran parte de pos y procedimientos para compactarlo, donde se pueden ulizar equipos vibratorios, que son los más recomendables en este po de suelos, 'asta llear a plataormas vibratorias donde se compactan e&tensiones mayores de terreno y con una mejor efciencia, donde se 'a tratado de introducir un eecto de rodamiento en los compactadores vibratorios, pero no se 'a visto la ventaja del uso de este equipo con respecto a otros que solo son de vibración, además que su costo es más elevado y no marca ran dierencia en la compactación! $a problemáca de compactar arenas se puede disminuir inyectando aua a presión en un procedimiento llamado vibro%otación donde se combina con un equipo vibratorio, donde el objevo principal del uso del aua es que se desprenda una ran candad de fnos que llenan los 'uecos entre las arenas aumentado su compacidad eneral y permiendo un mejor acomodo del suelo! Para suelos co'esivos como masas de arcillas, el uso de rodillos son la mejor opción para las concentraciones de presiones y el modo de amasado para poder disrear los rumos para la compactación adecuada de estos materiales! "sta prácca de compactación es tomada de práccas anuas apoyadas con la tecnoloía para poder ulizar maquinaria en luar de objetos manuales y uerza animal! "n campo el n#mero de pasadas que son las recomendables para que sea sufciente la compactación %uct#an entre ? y *@ pasadas sobre el material tendido, dependiendo del material que se tena, se#n cada caso parcular! "l n#mero de pasadas esta también in%uido por el po de equipo que se ulice para obtener un peso específco seco, un equipo de compactación pesado lorara más rápido el eecto de compactación deseado que otro más liero! "n la actualidad la tendencia es la ulización de equipos pesado para reducir el n#mero de pasas y economizar en la ulización de equipo de compactación! Aesulta lóico esperar que en campo no se lore el peso volumétrico seco má&imo que den en el laboratorio! "l rado de compactación es la relación en porcentajes, entre el peso volumétrico que se obene en la obra y el má&imo especifcado que se obene de laboratorio! "l control que se ene en obra se lleva al cabo invesando la compactación en el material ya compactado y estableciendo un parámetro aceptable que se determina en importancia y la unción que va a desempeBar la obra en cuesón! Cl material que se le va aplicar la compactación se deposita en capas por lo eneral de entre *@ a D@ cm! Para determinar el rado de compactación se puede determinar por la órmula siuiente3
5onde3 ;d6 peso volumétrico seco del material tal como 'a sido compactado en obra ;dma& 6 má&imo peso volumétrico seco obtenido se#n un cierto procedimiento de compactación de laboratorio!
1.( Comactaci!n mec)nica. Cntes de ver los dierentes equipos ulizados en la compactación mecánica, tendremos que entender cómo se distribuyen los esuerzos en un suelo bajo una cara, donde es la teoría de Eoussinesq la que mejor lo e&plica! Pondremos un ejemplo para la ilustración de esta teoría! 4i se toma un área FCG de terreno de un suelo determinado y se le aplica una cara FPG se orman unos bulbos de esuerzos como se ilustra en la ilustración H!
Ilustraci!n ( Distribuci!n "e esfuer*os en un suelo
4i se aumenta la cara al doble, es decir HP, sin que se altere las dimensiones del área, los esuerzos aumentan al doble como se puede observar en la fura *, lo que puede ocasionar racturas en las par
Eoussinesq desarrolló la teoría de la distribución de presión para un medio elásco! Para fnes práccos de compactación podemos considerar eláscos a todos los suelos ya que esta teoría es razonablemente cierta a#n para suelos ranulares!
1.(.1 Pruebas "e comactaci!n or imacto. $a mayoría de las pruebas por impacto e nen las siuientes caracteríscas3 "l suelo se compacta por capas en el interior de un molde cilíndrico metálico, variando de unas pruebas a otras el tamaBo del molde y el espesor de la capa!
Ilustraci!n 1+ Mol"e Proctor est)n"ar
Ilustraci!n 1, Mol"e Proctor mo"i-ca"o
"n todos los casos la compactación se lora al aplicar a cada capa dentro del molde un cierto n#mero de olpes, uniormemente distribuidos, con un pisón cuyo peso, dimensiones y altura de caída
cambian de unas pruebas a otras! "l n#mero de olpes del pisón que se aplica por capa también cambia en las dierentes pruebas!
Ilustraci!n 1 Pis!n ara suministrar la ener/0a "e comactaci!n
"n todos los casos, la enería específca se puede calcular con bastante apro&imación con el empleo de la ecuación3
Ia antes mencionada, quedando defnida por el n#mero de olpes por capa del pisón compactador, el n#mero de capas en el que el suelo se dispone dentro del molde, el peso del pisón compactador, su altura de caída y el volumen total del molde!
"n todos los casos se especifca un tamaBo má&imo de par
