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2011

Análisis y Evaluación del Proceso de compactación de los suelos en obras horizontales horizontales

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE NICARAGUA RECINTO UNIVERSITARIO RUBEN DARIO FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCION JORNADA UNIVERSITARIA DE DESARROLLO CIENTIFICO

Análisis y Evaluación del Proceso de Compactación de los los Suelos en Obras Horizontales

INDICE I. INTRODUCCION ................................................. .......................................................................... ............................................... ...................... 4 II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................... ................................................................. ...................... 6 III.OBJETIVOS III. OBJETIVOS ................................................ .......................................................................... .................................................... .............................. .... 7 1. OBJETIVO GENERAL .......................................................... .................................................................................... .......................... 7 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS................................................. ........................................................................... .......................... 7 IV.

MARCO TEORICO ................................................................... ......................................................................................... ...................... 8

1. CALIDAD EN UNA OBRA................................................. ........................................................................... .............................. .... 8 1.1. CALIDAD ................................................. .......................................................................... ............................................... ...................... 8 1.2. CONTROL DE CALIDAD ....................................................................... ....................................................................... 8 1.3. PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD............................................ ............................................ 8 2. INTRODUCCION A LA COMPACTACION ................................... ..................................................... .................. 8 2.1. COMPACTACION ................................................ .......................................................................... .................................. ........ 8 2.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACION DE LOS SUELOS......................... SUELOS................................................... .................................................... .................................................... .............................. .... 9 2.3. USOS MAS FRECUENTES DE LA COMPACTACION DE SUELOS .. 13


INDICE I. INTRODUCCION ................................................. .......................................................................... ............................................... ...................... 4 II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................... ................................................................. ...................... 6 III.OBJETIVOS III. OBJETIVOS ................................................ .......................................................................... .................................................... .............................. .... 7 1. OBJETIVO GENERAL .......................................................... .................................................................................... .......................... 7 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS................................................. ........................................................................... .......................... 7 IV.

MARCO TEORICO ................................................................... ......................................................................................... ...................... 8

1. CALIDAD EN UNA OBRA................................................. ........................................................................... .............................. .... 8 1.1. CALIDAD ................................................. .......................................................................... ............................................... ...................... 8 1.2. CONTROL DE CALIDAD ....................................................................... ....................................................................... 8 1.3. PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD............................................ ............................................ 8 2. INTRODUCCION A LA COMPACTACION ................................... ..................................................... .................. 8 2.1. COMPACTACION ................................................ .......................................................................... .................................. ........ 8 2.2. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACION DE LOS SUELOS......................... SUELOS................................................... .................................................... .................................................... .............................. .... 9 2.3. USOS MAS FRECUENTES DE LA COMPACTACION DE SUELOS .. 13


5.3. COMPACTACIÓN RELATIVA .................................. ........................................................... ............................ ... 28 5.4. CONSECUENCIAS DE LA AUSENCIA DE CONTROL DE LA CALIDAD DE COMPACTACION ........................................... .................................................................... ......................................... ................ 29 V. HIPOTESIS ................................................. ........................................................................... .................................................... ............................ .. 30 VI.

DISEÑO METODOLOGICO ................................................. ......................................................................... ........................ 31

1. TIPO DE ESTUDIO................................................... ............................................................................ .................................... ........... 31 2. UNIVERSO Y MUESTRA ............................................................. ............................................................................. ................ 31 3. VARIABLES Y SUBVARIABLES DE ESTUDIO............................................ ESTUDIO............................................ 32 3.1. METODO EMPLEADO EN EL E L PROCESO DE COMPACTACION ....... 32 4. MATRIZ DE OBTENCION DE DATOS .................................................. ......................................................... ....... 33 5. PROCESAMIENTO Y ANALISIS ANAL ISIS DE DATOS............................................... .............................................. 34 VII. ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS................................... ................................... 35 VIII. CONCLUSIONES ................................................ ......................................................................... ......................................... ................ 38 PROPUESTA TECNICA DE COMPACTACION EN CAMPO............................ ............................ 39 BENEFICIOS A OBTENER DEBIDO AL EMPLEO DE LA PROPUESTA ......... 41 IX.

RECOMENDACIONES.................................................................. ................................................................................. ............... 44

X. BIBLIOGRAFIA

45


I. INTRODUCCION La compactación de los suelos para cimientos (fundamentos) de edificios y vías de comunicación ya era un hecho en la antigüedad. Entonces los métodos empleados eran sumamente primitivos, como por ejemplo el apisonamiento 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 hoy en día las redes de rutas y carreteras son utilizadas para el turismo y el intercambio comercial, en el pasado fueron principalmente las intenciones belicosas, y 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 70000 Km de calles. Esta construcción, un trabajo artesanal de alto nivel, se baso en aquellos tiempos (y esto es válido hasta el día de hoy) en la noción de que una calle era solo tan buena como lo era el


propio de la maquina, tal como era el caso del ya histórico rodillo a vapor, ahora también actuarían fuerzas dinámicas para alcanzar la compactación requeridas de los suelos y por ende obtenerse una elevada densidad de los estratos (capas), y paralelamente, una mayor capacidad de carga del suelo, por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y continúa asentándose por décadas. Fue el Dr. Ralph R. Proctor en 1933 quien indicó el camino de la compactación efectiva a bajo costo. La compacidad de un suelo se encuentra normalmente por debajo de la densidad alcanzada luego de la compactación mecánica, sin embargo muchas veces la falta de control del proceso de compactación mecánica en cuanto a la humedad optima determinada en laboratorio y la energía de compactación aplicada generan problemas ingenieriles como poca capacidad de carga, lo cual con lleva a la creación de asentamientos. El desarrollo de un país está altamente determinado por la calidad de sus vías de acceso, y la duración de las mismas depende en gran parte de la calidad de los materiales empleados, pero fundamentalmente de la resistencia y demás

Análisis y Evaluación del Proceso de Compactación de los Suelos en Obras Horizontales

II.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La inversión del gobierno de Nicaragua e instituciones privadas hacia la industria de la construcción ha aumentado significativamente durante los últimos años en especial hacia proyectos de interés social como construcciones de parques puentes y carreteras, entre otros. Pero estas inversiones se ven en su gran mayoría afectadas por la falta de control y tecnicismo de las diferentes etapas del proceso de ejecución, sin embargo en la realización de la presente investigación para fines académicos y prácticos se abordara la problemática presentada durante el proceso de compactación por ser un aspecto determinante dentro de la ejecución y operación de un proyecto. En la actualidad en Nicaragua los procedimientos de compactación de suelos empleados en el campo por la mayoría de ingenieros residentes para alcanzar los requerimientos son procedimientos experimentales, que aunque son efectivos no son muy eficientes, es decir, incurren en gastos de tiempo y dinero mayor de lo necesario que con un proceso más técnico.


III.

OBJETIVOS

1. OBJETIVO GENERAL Plantear una propuesta técnica respecto a los procedimientos de compactación en campo que facilite la obtención de los estándares de calidad requeridos en la ejecución de obras horizontales.

2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 1. Identificar las ventajas derivadas de la compactación de suelos. 2. Investigar los métodos de compactación que se emplean en la actualidad. 3. Investigar los equipos de compactación utilizados con mayor frecuencia.


IV.

MARCO TEORICO

1. CALIDAD EN UNA OBRA 1.1.

CALIDAD

Factor clave en la construcción, este se define como: 1. Grado de excelencia. 2. Calidad de un producto o servicio se define como cumplimiento de los requisitos, libre de defectos y contaminaciones, o simplemente el grado de satisfacción del cliente. 1.2.

CONTROL DE CALIDAD

Sistema empleado para asegurar el mantenimiento de estándares de calidad apropiados en un proyecto. 1.3.

PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD

Evaluación de la producción y construcción y control de la calidad del proyecto


Normalmente el esfuerzo de compactación le imparte al suelo un aumento de la resistencia al cortante, un incremento en la densidad, una disminución de la contracción, una disminución de la permeabilidad y una disminución de la compresibilidad. Es evidente que conviene detallar cuáles son las características de comportamiento que pueden ser mejoradas al compactar un suelo. En el caso de las vías terrestres existen tres de ellas cuya mejoría se busca prácticamente en todos los casos. Son la deformabilidad, que implica la intención de disminuir la compresibilidad de los suelos e incrementar su estabilidad volumétrica, especialmente ante la absorción o pérdida de agua; la resistencia, especialmente al esfuerzo cortante, obviamente en el sentido de obtener los mayores valores posibles y unas adecuadas relaciones esfuerzo-deformación que garanticen un balance conveniente en el comportamiento. Algunas otras características cuya mejoría se busca en ocasiones son la flexibilidad de la formación (es decir, la no susceptibilidad al agrietamiento); la permeabilidad (cuyo control es mucho más típico en la construcción de presas de


2.2.1. LA NATURALEZA DEL SUELO La naturaleza del suelo es obviamente altamente influyente en el proceso de compactación. En este caso, al igual que en toda la tecnología de materiales térreos, prevalece la esencial diferencia entre los suelos de estructura simple y forma equidimensional, comúnmente denominados en los libros gravas, arenas y limos no plásticos y los suelos de formas generalmente laminares y cuya estructuración obedece a efectos electroquímicos, llamados usualmente limos plásticos o arcillas. Todo proceso de compactación implica una doble acción sobre la estructura de los suelos. En primer lugar será preciso romper y modificar la estructura original que el suelo tenía en el lugar de donde fue recogido; en segundo lugar, habrá que actuar sobre él, modificando la disposición o acomodo de .sus grumos o partículas, para hacer que el conjunto adopte una nueva estructura, más densa. Es dudoso pensar que los efectos de compactación alcancen en suelos finos a disgregar los grumos en sus partículas individuales y es posible que sea más conveniente hablar de estructura de grumos, antes que de estructura de partículas. En el caso de los suelos arenosos, tal como se denominará en este trabajo en lo


comportamientos. Pero aún en ellos se encuentran inmediatamente acotaciones a tanta generalidad; una, podría ser la ya mencionada sobre compactación de materiales ligeros, que los transforma en pesados si se rompen las partículas; otra, aunque menos frecuente podría ocurrir al emplear presiones tan altas que se llegara a producir flujo plástico en las aristas de los granos o ruptura de partículas "duras" y podría haber otros casos. En los suelos arcillosos, la ruptura de las estructuras iníciales, generalmente muy complicadas especialmente si el banco de suelo original Contiene suelos transportados, seguida del Posterior reacomodo que da la compactación para lograr una estructura nueva más densa, produce de nuevo estructuras muy elaboradas, compresibles, tanto más inestables al absorber agua cuanto más densificadas y más rígidas a compactación creciente; la resistencia de estos suelos tiende a aumentar con la compactación (si bien esta no es regla sin importantes excepciones) , pero esa resistencia Podrá perderse en gran medida si el suelo, a expensas del potencial de succión adquirido al ser compactado, toma agua y se expande.

2.2.2. EL CONTENIDO DE AGUA CON QUE SE COMPACTA EL SUELO.


2.2.3. ELECCIÓN DEL MÉTODO DE COMPACTACIÓN La elección del método de compactación (equipo), depende de: 1. Tipo de Suelo. 2. Variaciones del suelo dentro de la obra. 3. Tamaño e importancia de la obra a ejecutar. 4. Especificaciones de compactación del proyecto: Densidad, humedad óptima, Tamaño del sitio, Nº de pasadas. 5. Tiempo disponible para ejecutar el trabajo. 6. Equipo que ya se posea antes de comenzar los trabajos. 7. Economía. 2.2.4. LA ENERGÍA DE COMPACTACIÓN La energía de compactación es otra de las variables del proceso que ejercen una gran influencia sobre el mismo; sin embargo, no es fácil en general, conocer el valor exacto que se está empleando en un momento dado; por el contrario, es fácil tanto en el campo como en el laboratorio, modificarla de modo graduable, dados los


Es claro que cada uno de estos cambios puede tener implicaciones indeseables, por lo que no es aplicable realizarlos sin un balance general del problema. Algunas de las implicaciones más frecuentes se comentarán en lo que sigue.

El incremento de la energía de compactación tiene como resultado: 1. Mayor densidad seca máxima 2. Menor humedad óptima La compactación con una humedad Inferior a la óptima puede dar lugar a una estructura colapsable. 2.3.

USOS MAS FRECUENTES DE LA COMPACTACION DE SUELOS

La compactación de suelos, una medida de construcción bien conocida, puede ser observada a diario en diferentes tipos de obras, tales como: 2.3.1. ZANJAS PARA TUBERÍAS La compactación juega un papel fundamental especialmente durante el


2.3.3. CIMIENTOS DE EDIFICIOS En construcción de edificios una cimentación inadecuada para el tipo de terreno, mal diseñada o mal calculada se traduce en la posibilidad de que tanto el propio edificio como los colindantes sufran asentamientos diferenciales con el consiguiente deterioro de los mismos pudiendo llegar incluso al colapso. 2.3.4. SOPORTE DE PUENTES La compactación en los soportes de un puente es una actividad fundamental durante el proceso de cimentación del mismo, de esta actividad depende su estabilidad y resistencia a soportar cargas, sin producirse asentamientos diferenciales que pueden fracturar la estructura del puente e incluso provocar su colapso. Una vez armadas las zapatas se rellenan colocando las tongadas a compactar con un espesor determinado en las especificaciones del proyecto de forma paralela una a la otra para asegurar la uniformidad de la distribución de la energía de compactación aplicada.


normativas y especificaciones planteadas para cada caso. De forma general en carpetas asfálticas el método más utilizado es la compactación dinámica (compactación vibratoria) pero adicionalmente se utiliza también para otros tipos de aplicaciones tales como las vibración de pavimentos adoquinados también llamados autoblocantes o adocretos o para la compactación de tongadas poco espesas de hormigón pesado. 2.3.7. ÁREAS DE ESTACIONAMIENTO En áreas destinadas para el estacionamiento de vehículos se deben realizar estudios de suelo que determinen las características físico-mecánicas del mismo para verificar si este es apto para el proyecto al cual esta destinado de lo contrario se verificara la factibilidad de realizar un cambio del material y luego compactar ya que es fundamental garantizar la resistencia a cargas estáticas durante intervalos de tiempos relativamente largos. 3. LA COMPACTACION COMO TECNICA PARA EL MEJORAMIENTO Y ESTABILIZACION DE SUELOS


compactación alcanzado el ciudadano norteamericano Ralph R. Proctor descubre una intima relación entre el trabajo de compactación al cual fuera sometido un suelo, la densidad seca y el contenido de agua de este mismo suelo. Luego de prolongado y extensivos ensayos Proctor verifica que partiendo de un trabajo de compactación o trabajo de impacto constante la densidad seca máxima de un cierto tipo de suelo es alcanzada solo a un determinado valor del contenido de agua del mismo. Este valor máximo de la densidad seca alcanzada para un cierto tipo de suelo se define como “densidad Proctor”, el contenido de agua correspondiente como “humedad optima”.

Al mismo tiempo Proctor descubre que el agua contenida dentro de u n suelo es de suma importancia para la compactación. Mientras que el suelo comienza a vibrar debido a la acción del equipo de compactación, las partículas más pequeñas comienzan a migrar hacia los espacios vacio lleno de aire o de agua. Durante este proceso el agua contenida en el suelo actúa, por así decir en forma de un medio deslizante o lubricante.


3.2.2. PROCEDIMIENTO DE PRUEBA El procedimiento de prueba se ajustara a lo siguiente 1. séquese al aire una muestra de unos 2.5 kg de peso y retírese de ella todo material mayor a la malla no. 4. 2. determínese y regístrese la tara del molde Proctor teniendo colocada su placa de base. 3. mézclese la muestra con el agua suficiente para obtener una muestra ligeramente húmeda, que aun se desmorone cuando se suelte después de ser apretada en la mano. 4. divídase la muestra en el número requerido de porciones, una por cada capa que vaya a usarse, aproximadamente iguales que se pondrán en el cilindro compactando cada capa con el número de golpes requeridos, dados con el correspondiente pisón. 5. cuidadosamente quítese la extensión del molde y enrásese la parte superior del cilindro con la regla metálica. 6. determínese y regístrese el peso del cilindro con la placa de base y el suelo


3.2.3. ENSAYO PROCTOR ESTANDAR El molde es un cilindro de 0.94lt de capacidad aproximada (1/30ft 3), de 10.2 cm (4 in) de diámetro y 11.7 cm (4.59 in) de altura, provisto de una extensión desmontable de igual diámetro y 5 cm (2 in) de altura el molde puede fijarse a una base metálica con tornillos de mariposa. El pistón es de 2.5 kg (5.5 lb) de peso y consta de un vástago en cuyo extremo inferior hay un cilindro metálico de 5 cm (2 in) de diámetro. Los golpes se aplican dejando caer el pisón des de una altura de 30.5 cm (12 in). Dentro del molde el suelo debe colocarse en tres capas que se compactan dando 25 golpes, repartidos en el área del cilindro a cada una de ellas. 1 (Juárez et al, 2007) Con los datos anteriores la energía específica de compactación es de 6kgcm/cm 3 (12300lbft/ft3) calculada con la formula:  

Donde:

 : Energía Específica

 


el número de estas de tres a cinco, aumentando al mismo tiempo el peso del pistón y la altura de caída del mismo. Las nuevas dimensiones son 4.5 kg (10 lb) y 45.7 cm (18 in) respectiva y aproximadamente. La energía especifica de compactación es de 27.2 kgcm/cm 3 (56200lbft/ft3), sobre la base de que el molde utilizado que en la prueba Proctor estándar. Obviamente el peso especifico máximo obtenido con esta mayor energía de compactación resultara mayor que lo obtenido en la prueba Proctor estándar, y consecuentemente según la discusión procedente en torno al contenido inicial de agua, la nueva humedad optima será ahora menor que en aquel caso. Esta prueba modificada es conocida como prueba Proctor modificada o AASHTO modificada. 2 Para ambos tipos de pruebas de laboratorio se utilizan las mismas ecuaciones para determinar la densidad obtenida y la curva de saturación. Densidad seca de la compactación.  



Curva de saturación o de cero vacios

 



Donde:

 



     


3.3.

METODOS DE COMPACTACION EMPLEADOS EN EL CAMPO

En principio, el proceso de compactación en el campo debe conducirse para responder a la pregunta fundamental de ¿qué equipo habrá de emplearse y que operaciones habrán de realizarse para obtener en un suelo dado un cierto conjunto de propiedades mecánicas consonantes con las consideradas en el proyecto? Sin embargo, en muchas ocasiones la pregunta anterior adquiere una modalidad diferente, dado que no es difícil que se presenten casos en que para realizar los trabajos de compactación se disponga de un cierto equipo y que resulte difícil o imposible en la práctica obtener algún otro que pudiera considerarse preferible para un caso dado. En esos casos la pregunta fundamental que se plantea al planear un tren de compactación sería ¿qué resultados se pueden obtener con el equipo disponible y cómo manejar ese equipo y el proceso en general, a fin de obtener mejores resultados que sea posible? Obviamente en una situación como la que se plantea el propio proyecto deberá de ser retroalimentado por información realista, para tomar en consideración los resultados a que pueda llegarse en el


ocasiones aparecen también con técnicas de rolado; pero en otras desarrollan mecanismos diferentes. (Rico Rodríguez, 1992) 3.3.1. POR AMASADO En la nomenclatura usual, la compactación por amasado se identifica en el campo con la acción del rodillo pata de cabra, los rodillos pata de cabra compactan concentrando grandes presiones en las áreas de apoyo relativamente pequeñas de sus vástagos; éstos penetran profundamente en la capa suelta tendida, especialmente en las primeras pasadas y esta penetración va siendo menor a medida que se densifica la capa. De esta manera el rodillo pata de cabra va compactando a la capa tendida de abajo hacia arriba, característica única en los rodillos de compactación. 3.3.2. POR PRESION 3.3.2.1.

RODILLOS LISOS

Como todos los demás rodillos ofrecidos por la industria pueden aparecer en


3.3.2.2.

RODILLOS NEUMATICOS

El campo de acción de los rodillos neumáticos en los trabajos de campo se ha extendido en forma continua con el paso del tiempo, al grado de que en la actualidad se les considera apropiados para la compactación de prácticamente todos los tipos de suelos, incluyendo grandes enrocamientos en los que se han obtenido resultados muy satisfactorios con equipos muy pesados. La llanta flexible llena de aire proporciona áreas de transmisión de presión suficientemente grandes como para que el efecto de densificación, se transmita a profundidades suficientemente grandes como para poder utilizar espesores de capa económicos, sin detrimento de la homogeneidad de los resultados logrados. Estos rodillos aplican a la superficie de la capa prácticamente la misma presión desde la primera pasada; esa presión es prácticamente igual a la de inflado de la llanta, si se descuentan pequeños efectos de rigidez de la llanta misma. La superficie de contacto de la llanta con el suelo es función del peso del rodillo y de la presión de inflado, lo que lleva a la necesidad de usar equipos muy pesados cuando se deseen aplicar presiones muy grandes en áreas importantes.


Los rodillos tamper operan a velocidades superiores a los 20 Km/hora; su efecto no ha sido suficientemente analizado hasta la fecha, pero parece que sus mejores resultados se logran en suelos finos con abundante contenido de grava y guijarros o en suelos finos residuales, que contengan fragmentos de roca parcialmente intemperizada.

3.3.4. POR VIBRACIÓN La compactación por vibración más usual incorpora a equipos de compactación convencionales dicho efecto, empleando mecanismos de masas desbalanceadas o de tipo pulsativo que proporcionan el efecto vibratorio al compactador propiamente dicho. Un equipo apropiado debe aplicar presiones suficientemente considerables, lo que se logra aprovechando el peso muerto del equipo más la fuerza dinámica proporcionada por el vibrador; esas fuerzas deben de actuar con la amplitud suficiente y dando, a través de la frecuencia empleada, tiempo para el movimiento de los granos o grumos del suelo. La mayor parte de los equipos vibratorios producen fuerzas verticales.


Se reconoce que estos cuatro efectos quedan influidos en los dispositivos prácticos por seis factores principales: 1. La frecuencia, que es el número de revoluciones por minuto del oscilador. 2. La amplitud, medida por una distancia vertical en casi todos los equipos comerciales. 3. El empuje dinámico que se genera en cada impulso del oscilador. 4. La carga muerta, representada por el peso del equipo compactación, sin considerar el oscilador propiamente dicho. 5. La forma y el tamaño del área de contacto del equipo con el suelo. 6. La estabilidad misma del compactador. Obviamente a los factores anteriores hay que sumarles las características del suelo por compactar y algunos conceptos que influyen en la misma, producidos por el ingeniero, de los cuales el contenido de agua se reconoce como muy importante. Puesto que la vibración implica una mayor entrega de energía y frecuentemente una mayor eficiencia de la misma, es natural esperar que los contenidos de agua óptimos del proceso sean menores en un equipo provisto de


también los suelos de partículas de mayor tamaño, una mayor densidad seca a la que tenían en su estado natural. Debido al aumento de la densidad del suelo es posible alcanzar un incremento de la capacidad de carga y una menor tendencia a la deformación del suelo, conjuntamente con una disminución de la permeabilidad del mismo. Paralelamente se reduce el peligro de que suelos cohesivos o semicohesivos absorban agua y, por ende, aumenten su volumen. Por lo tanto es posible evitar asentamientos posteriores y posibles daños consecuentes en general. Esto se puede especificar de la siguiente manera: 4.1.

MAYOR CAPACIDAD DE CARGA.

Las inclusiones de agua y aire en el suelo conducen a un debilitamiento del mismo y disminuyen su capacidad de soportar cargas. Con la compactación (apisonado artificial) del suelo aumenta la densidad del mismo, con la consecuente disminución del porcentaje de espacios porosos (volumen de poros). Debido a ello se obtiene una mejor distribución de fuerzas


4.3.

DISMINUCIÓN DE LA CONTRACCIÓN DEL SUELO

Al haber inclusiones de aire, el agua podrá penetrar con facilidad dentro del suelo y llenar estos espacios vacios. Consecuentemente, durante épocas de lluvia, el suelo aumenta su volumen (se hincha) y vuelve a contraerse durante la estación seca. 4.4.

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. Un suelo bien compactado impide casi totalmente o en una 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. 4.5.

DISMINUCIÓN DE ASENTAMIENTOS

Cuando el agua se congela tiende a expandirse, su volumen aumenta. Este cambio de estado del agua frecuentemente es la causa de la formación de grietas


casi siempre demasiado largos para controlar un proceso de compactación que avance de manera normal. Por estas razones, el control y verificación de la compactación del material ¨suelo¨ alcanzada en la obra es de suma importancia. Los ensayes, los cuales en general solo son efectuados por personal capacitado y cuyos resultados son analizados por técnicos o ingenieros civiles, son decisivos para la evaluación de los trabajos de compactación efectuados. Es así que sin lugar a dudas sea de importancia que cada uno de los empleados en la obra tenga o adquieran ciertos conocimientos básicos sobre la ejecución de este tipo de control. 5.1.

MÉTODOS PARA EL CONTROL DE COMPACTACIÓN DE LOS SUELOS EN LA OBRA

5.1.1. MÉTODO DEL CONO DE ARENA Se excava un hueco de 15 cm de ancho por 15 cm de profundidad en el suelo


5.1.3. MÉTODO DEL ACEITE Consiste en medir el volumen del orificio mediante la introducción en el de un volumen conocido de aceite, el cual debe retirarse al concluir el ensayo. Este método no se recomienda en el caso de suelos arenosos. 5.1.4. MÉTODO DEL DENSÍMETRO NUCLEAR Opera con el principio de que los suelos densos absorben más radiación que los suelos sueltos El densímetro se coloca sobre el suelo a probar y se conecta para que funcione. Los rayos Gamma de una fuente radiactiva penetran en el suelo y, según sea el número de huecos que existan, un número de rayos se reflejan y vuelven a la superficie .Esta densidad se compara con la máxima Proctor y se obtiene la densidad relativa Proctor. 5.2.

GRADO DE COMPACTACIÓN

Es lógico esperar que en el campo no se logre precisamente el peso específico seco máximo indicado por las pruebas de laboratorio. Se define como grado de


5.4.

CONSECUENCIAS DE LA AUSENCIA DE CONTROL DE LA CALIDAD DE COMPACTACION

1. Asentamientos: Movimiento vertical del suelo inferior debido al peso del relleno 2. Subsidencia: Movimiento vertical dentro de un relleno debido a su propio peso


V.

HIPOTESIS

Los procedimientos actualmente empleados para la compactación de suelos en obras horizontales en Nicaragua son poco eficientes. En su mayoría los contratistas o ejecutores realizan la elección del equipo de compactación sin tomar en cuenta las propiedades que posee el suelo donde pretenden desplantar una obra. Los gastos o erogaciones producidos por la mala elección del equipo a emplear en el proceso de compactación pueden desaparecer al elegir un equipo de forma técnica.


VI.

DISEÑO METODOLOGICO

1. TIPO DE ESTUDIO En esta investigación aplicada de tipo transversal correlacional se profundizara en los diferentes métodos de compactación utilizados en el campo durante la ejecución de obras horizontales, de manera que se realizara un análisis sobre la factibilidad y el grado de tecnicismo de los mismos, auxiliándonos de los medios pertinentes descritos a continuación. 2. UNIVERSO Y MUESTRA El universo de estudio constó de todo proyecto de obra horizontal, donde se estuvo llevando a cabo algún proceso de compactación de suelos durante el periodo de recolección de datos, así como empresas que estén ejecutando algún proyecto de esta índole e ingenieros experimentados en esta rama. Se realizó un muestreo de aproximadamente el 30% de las empresas encargadas de la ejecución de obras horizontales que se encontraban llevando a cabo un


3. VARIABLES Y SUBVARIABLES DE ESTUDIO Todas las variables expuestas a continuación son del tipo cualitativas. 3.1.

METODO EMPLEADO EN EL PROCESO DE COMPACTACION

3.1.1. ECONOMIA DEL METODO Un método resulta económico en la medida de la eficiencia y tiempo de ejecución del mismo y esto aplica para cualquier proceso. En tanto al proceso de compactación se tomara como factores determinantes de su economía el tiempo de ejecución y la eficiencia del mismo. 3.1.2. CLASIFICION DEL SUELO Aborda la clasificación del suelo de forma general en tres grupos: 1. Suelos cohesivos. 2. Suelos no cohesivos. 3. Suelos mixtos. También se puede clasificar de manera más técnica, por medio de los métodos de


4. MATRIZ DE OBTENCION DE DATOS OBJETIVOS

Identificar

las

derivadas

FUENTES

TÉCNICAS

Documentación

Lectura.

ventajas disponible. de la Ingenieros

Subrayado. Resumen.

experimentados

compactación de suelos.

rama. que

a

proyectos.

Investigar los equipos de Documentación compactación

utilizados disponible.

con mayor frecuencia. Evaluar

la

forma

de

selección del equipo a

la Esquemas. Lectura.

se Visitas

emplean en la actualidad.

en

Análisis de entrevista.

Investigar los métodos de compactación

INSTRUMENTOS

diversos Subrayado. Resumen. Esquemas.

Libros de texto.

Análisis de la visita.

Libreta

Entrevista

anotaciones. Computadora. Internet.

de


5. PROCESAMIENTO Y ANALISIS DE DATOS. La información obtenida será procesada de forma manual por medio del análisis y evaluación grupal la cual consiste en una comparación y aplicación del criterio propio sobre las posibles debilidades encontradas en los procesos observados.


VII.

ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS

Según los datos obtenidos durante la elaboración de la presente investigación, empleando las técnicas e instrumentos especificados en el diseño metodológico de este documento se pudo determinar lo siguiente: Procedimientos empleados en campo para realizar una compactación. a) Elección del equipo a utilizar. En la actualidad los contratistas e ingenieros no pueden especificar de forma directa los elementos que consideran para la elección del equipo a emplear en el proceso de compactación, ya que aunque conocen los factores que incurren en esta toma de decisión no los acatan. Muchas veces no realizan una elección, sino que trabajan con los equipos que disponen al momento de ejecutar una obra, generalmente para el ahorro de dinero de alquiler y tiempo de adquisición de estos equipos, otros simplemente alquilan el equipo a utilizar tomando en cuenta solamente el costo de la renta de


Otros simplemente dan órdenes al operador de pasar el equipo un número de veces determinado con el cual según ellos lograran el porcentaje de compactación requerido, argumentando que con ese número de pasadas asemejan los valores porque ya lo habían empleado en otra obra similar es decir basan sus argumentos en la experiencia que poseen en este tipo de trabajos, muchas veces sin evaluar que el tipo de suelo no posee las mismas propiedades fisicomecánicas. c) Determinación del espesor de las tongadas. La determinación del espesor de las tongadas es un valor que generalmente depende del equipo empleado y de la eficiencia del mismo pero generalmente se utilizan valores comprendidos entre 10 y 30 cm. d) Obtención de humedad optima en campo Para el caso de la humedad óptima, determinada en laboratorio, lo que se requiere en la obra es reproducir o proyectar ese valor. Generalmente lo que se hace es que conociendo la cantidad de material por capa


Nota: con lo anterior no se está afirmando que con la forma de realización del proceso de compactación que utilice el contratista no se logre la calidad esperada en este, sin embargo, los procedimientos utilizados en el campo para alcanzar los requerimientos experimentales.

obtenidos

en

el

laboratorios

terminan

siendo

métodos


VIII.

CONCLUSIONES

Se logró determinar los beneficios de elaborar una buena compactación durante la ejecución de cualquier tipo de obra, ya sea esta horizontal o vertical, estos son principalmente el aumento de la capacidad de carga, el aumento de la estabilidad debido a la disminución de la contracción y de los asentamientos del suelo además de la disminución de la permeabilidad, se puede decir que todos estos beneficios son traducidos en la prolongación de la vida útil de una obra. Los métodos mayormente empleados en la compactación de suelos para lograr estos beneficios, durante la ejecución de obras horizontales en Nicaragua son: 1. Por presión: los equipos empleados en este método son los rodillos lisos y los rodillos neumáticos, estos últimos son utilizados principalmente en la compactación de carpetas asfálticas. 2. Por vibración: en este método se emplean generalmente los rodillos lisos vibratorios, placas vibratorias y vibroapisonadores.


PROPUESTA TECNICA DE COMPACTACION EN CAMPO a) Selección del equipo a utilizar. La elección del equipo de compactación dependerá principalmente del tipo de suelo que se utilizará como material de terracería a compactar, por tal razón proponemos el uso de la matriz 1 3, donde se presentan de acuerdo la clasificación del material el equipo más adecuado (Technical Memorandum 357, 1953). En la tabla mostrada se retoman resultados de investigaciones previas, donde se toma en consideración la granulometría del suelo y sus propiedades fisicomecánicas. b) Determinación del numero de pasadas y del espesor de capas Para la determinación del número de pasadas es necesario tomar en cuenta otras variables tales como el tipo de suelo a compactar, espesor de las capas, la velocidad de desplazamiento del equipo y otros factores en función de las características del mismo, estas variables no pueden ser desligadas ya que unas


c) Obtención de humedad optima en campo Si bien se determina una humedad optima en el laboratorio, en el campo alcanzar ese valor con exactitud es muy complicado debido a diversos factores, es por esta razón que proponemos seguir el siguiente procedimiento: Determinar el contenido de agua del suelo in situ, el día que se realizara la compactación por medio de una prueba rápida. Determinar la diferencia de humedad entre la humedad óptima y la humedad contenida en el material a compactar. El ingeniero residente debe determinar el número de pasadas que deba realizar la cisterna con las que se lograra la humedad optima, tomando en cuenta

el

volumen del material a compactar, el espesor de la capa, ancho y longitud del tramo que se compactara, la cantidad de agua y la capacidad de la cisterna con la que se esté trabajando. Distribuir de manera uniforme la cantidad de agua requerida anteriormente


agua puede disminuir considerablemente debido a factores atmosféricos como el viento y la radiación solar. Una vez realizado esto, homogenizar el agua agregada al suelo con algún equipo provisto de cuchilla preferiblemente una motoniveladora. BENEFICIOS A OBTENER DEBIDO AL EMPLEO DE LA PROPUESTA Durante la ejecución de obras horizontales los gastos se reducen al emplear un método de compactación de acuerdo a las características especiales de cada proyecto, en dicho caso el dinero ahorrado podría ser empleado para invertir en diversos sectores como educación, salud, seguridad, deporte, turismo, entre otros e incluso destinar estos a la inversión en investigaciones dentro de la industria de la construcción. a) Reducción de la duración del proceso de compactación. Mediante el empleo de la propuesta podemos afirmar que se puede reducir en términos significativos el tiempo que dura el proceso de compactación, el hecho de


b) Disminución del desgaste de los equipos. En el proceso de compactación, la elección del equipo empleado es muy importante para lograr una buena calidad y estabilidad en el suelo, si el equipo con el que se dispone no es recomendable para la ejecución, teniendo en cuenta el tipo de suelo que se desea compactar, conlleva a un desgaste del equipo y por ende si el equipo que se está utilizando pertenece a la empresa constructora representara un mayor gasto de mantenimiento. Por otro lado si es rentado, en un caso extremo, la maquina estaría produciendo problemas constantemente, por tanto afectaría las horas de ejecución definidas para dicho proceso. c) Economía. En los acápites anteriores ya sea hablado de forma indirecta del los beneficios económicos logrados con la utilización de la propuesta planteada retomando estos puede decirse que la elección del equipo, que se utilizara para el proceso de compactación, de forma arbitraria o sin tomar en cuenta (esencialmente) el tipo de


puede afirmar que los valores del grado de compactación y de calidad se podrán cumplir en tiempo y forma según lo estipulado. d) Seguridad los resultados. Para el caso de seguridad de los resultados se está dando a entender que al momento del control de la compactación, de parte de la supervisión del proyecto se eliminara la incertidumbre del contratista y desaparecer dudas como, si cumplirá con el grado de compactación requerida y con la calidad aceptable del proyecto, es decir, que el contratista tendrá mayor seguridad de las actividades ejecutadas y los resultados obtenidos de estas durante el proceso de compactación.


IX. -

RECOMENDACIONES Realizar una estudio en el que se le de seguimiento la presente investigación, adecuándola a los diferentes equipos utilizados en Nicaragua.

-

Realizar una evaluación para cuantificar el ahorro que implica el uso de esta propuesta.

-

Realizar un estudio para la evaluación de los equipos más utilizados en Nicaragua con los diversos tipos de suelos.


X.

BIBLIOGRAFIA

Dania Navarro Martínez, F. G. (2004). Correlaciones entre métodos convencionales y alternativos para estimar la resistencia y compactación de suelos.

George B. Sower, G. F. (1990). Introduccion a la Mecanica de Suelos y Cimentaciones. Limusa, Mexico. Headquarters Departament of Army. (1997). Soil Compaction. En Field Manual 5410 Military Soils Engineering (pág. 24). Washington D.C. Juarez Badillo, R. R. (2007). Mecánica de Suelos y Cimentaciones. México. Rico Rodríguez, H. d. (1992). Documento Técnico N° 7. Sanfandila Qro: IMT. Rodríguez, A. M. Manual de Mecanica de Suelos y Cimentaciones. (1953). Technical Memorandum 357. Vicksburg, EEUU.

PAGINAS WEB CONSULTADAS


PERSONAS ENTREVISTADAS. Ing. Oswaldo Chávez Arévalo. Gerente General de Ingenieros Consultores Centroamericanos.SA

Ing. Jorge Téllez García. Gerente de Proyectos de Ingenieros Consultores Centroamericanos.SA .Ing. Evelisa Moreira Vargas. Jefe de Departamento de Maquinaria de Construmarket Nicaragua.

Ing. Oscar Narváez Espinoza. Corporación Meco Santa Fe Gálvez. Ing. Oscar Narváez Espinoza. Corporación Meco Santa Fe Gálvez Ing. Juan Ulises Silva. Calero Pereira Construcciones, S.A.


XI.

ANEXOS ENTREVISTA

1. ¿Cómo realiza la elección de los equipos que emplea en un proceso de compactación? 2. ¿Cómo determinar que el operador cumpla con los requerimientos del proceso de compactación? 3. ¿Cómo controla la humedad del suelo en el proceso de compactación? 4. ¿Cómo logra la homogeneidad en la humedad del suelo? 5. ¿recomienda usted el uso del tramo de prueba para la determinación del tamaño de la capa del suelo a compactar y del número de pasadas que el equipo deberá realizar sobre el mismo? 6. ¿Cree usted que la pericia de los operadores es un factor que determina la calidad del proceso de compactación? 7. ¿elije usted el equipo de compactación de acuerdo con el tipo de suelo? 8. ¿Utiliza usted la escarificación del suelo al momento de llevar a cabo la aplicación del agua a este?


FIGURA 1


MATRICES MATRIZ 1: SELECCION DEL EQUIPO A.S.S.H.T.O. S.U.C.S. A-1

GW

A-1

GP

A-2-4, A-2-5

GM

A-2-6, A-2-7

GC

A-1

SW

A-3

SP

A-2-4, A-2-5

SM

A-2-6, A-2-7

SC

A-4, A-5

ML

Característica de Compactación Buena: Tractor, llantas de goma, ruedas de acero o cilindro apisonador vibratorio Buena: Tractor, llantas de goma, ruedas de acero o cilindro apisonador vibratorio Buena: Llantas de goma o rodillo de pata de cabra ligero. Buena a aceptable: llantas de goma o rodillos pata de cabra Buena: Tractor, llantas de goma o cilindro apisonador vibratorio. Buena: Tractor, llantas de goma o cilindro apisonador vibratorio. Buena: Llantas de goma o rodillo de pata de cabra. Buena a aceptable: llantas de goma o rodillos pata de cabra Buena a deficiente: Llantas de goma o rodillos patas de cabra.

JUDC Compactación!!!....docx

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