Se entiende por mejoramiento de los suelos al perfeccionamiento artificial de sus propiedades mecánicas mecánicas por diversos medios. La importancia del mejoramiento de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su peso específico seco, disminuyendo sus vacío acíos. s. Por lo gener eneral al,, las las técn técnic icas as de mejo mejorramie amient nto o se ap apli liccan a rell rellen enos os artifi artificia ciales les,, tales tales como como corti cortinas nas de presas presas de tierra tierra,, diques diques,, terra terraple plenes nes para para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se necesario compactar al terreno natural, como en el caso de cimentaciones
Métodos de mejoramiento de suelos
Físicos
Confinamiento (suelos friccionantes) Consolidación previa (suelos finos arcillosos) Mezclas (suelo con suelo) Vibroflotación
Métodos
Químicos
Con sal Con cemento Con asfalto Con cal Con otras sustancias
La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del
La compactación permite el mejoramiento de las siguientes propiedades: Aumenta la capacidad de soporte del suelo. Reduce los asentamientos del terreno. Reduce la permeabilidad del suelo, el
escurrimiento y la penetración del agua. El agua fluye y el drenaje puede
Reduce
el volumen de vacíos.
Reduce
el esponjamiento y la contracción del suelo, ya que si hay vacíos, el agua penetra y habrá un esponjamiento en invierno y contracción en verano.
Impide
los daños de las heladas, puesto que el agua se expande y aumenta de volumen al congelarse, haciendo que los pavimentos se hinchen y losas y
Aumenta el
hinchamiento
Aumenta el potencial de expansión por heladas
Compactación estática o por presión.
La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Por ejemplo: Rodillo Estático o Rodillo Liso
Compactación por impacto
La compactación es producida por una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo: apisonadora
Una
bailarina
Compactación por vibración
La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia. Por ejemplo: Placa o rodillos vibratorios
Compactación por amasado
La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas mas pequeñas que los rodillos lisos. Ejemplo: equipo de pata de cabra
SUELOS FRICCIONANTES: Se compactan mejor por vibración. La vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propio peso.
Placas y rodillos vibratorios
Masas desde
altura ( compactación dinámica )
SUELOS COHESIVOS: Se compactan mejor por amasado e impacto. La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partículas en los vacíos con la vibración. La fuerza de impacto produce un esfuerzo que junta las laminaciones oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie. Pisones
La elección del equipo de compactación depende del tipo de suelo
La densidad de un suelo sometido a compactación disminuye con la profundidad al aumentar el espesor de la capa. Esta disminución no influye en capas de hasta 20 cm
En general se tiene un aumento considerable de la densidad entre una y seis pasadas, que se va haciendo mas lento para las pasadas siguientes
o
o
Rodillos lisos: se utilizan en gravas y arenas mecánicamente estables. Rodillos neumáticos: se usa en arenas uniformes y suelos cohesivos, humedad cercana a limite plástico.
Actualmente existen diversos métodos para reproducir en el laboratorio, condiciones dadas en el campo. El primer método se debe a R. R. Proctor (1933) y se conoce como Prueba Proctor Estándar, para suelos cohesivos. Esta prueba consiste en compactar el suelo en tres capas dentro de un molde de dimensiones y forma determinadas; a cada capa se le compacta con 25 golpes por medio de un pisón, que se deja caer de una altura específica. Con este procedimiento de compactación, Proctor estudió la influencia que ejercía en el proceso el contenido inicial de agua en el suelo, encontrando que
Observó que a contenidos de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían altos pesos específicos secos, y por lo tanto, mejores compactaciones del suelo. Sin embargo, esta tendencia no se mantenía indefinida, sino que al pasar la humedad de un cierto valor, los pesos específicos secos obtenidos disminuían resultando peores compactaciones. Proctor puso de manifiesto que para un suelo dado y usando el procedimiento descrito, existe una humedad llamada óptima, que produce el máximo peso específico seco que puede lograrse con este procedimiento de compactación. El objetivo de esta prueba es determinar
Conclusiones del ensayo
Con cierta humedad, el suelo llega a su densidad máxima cuando se aplica una cantidad específica de energía. La densidad máxima que se obtiene bajo estas condiciones se llama Densidad Proctor 100%. El valor de la humedad en el punto de densidad máxima se llama Humedad Óptima El valor Proctor 100% se utiliza como base para medir el grado de compactación del suelo, por lo tanto, es la medida estándar para la compactación
Para los suelos friccionantes se aplica el concepto de Densidad Relativa, el que relaciona la compacidad en estado natural con las densidades máximas y mínimas.
Las humedades necesarias para obtener estas densidades máximas son las de “seca al aire” y de saturación.
Del cono de arena. Se excava un hueco de 15 cm de ancho por 15 cm de profundidad en el suelo compactado. Se pesa el suelo extraído. Se seca yººº se vuelve a pesar. Se obtiene el porcentaje ( % ) de humedad. Un cono con granos de arena uniformes se coloca sobre el agujero y éste se llena con arena Se divide el peso seco extraído por el volumen de arena que se requiere para llenar el hueco y se obtiene la densidad del suelo compactado en kg/m3. La densidad obtenida se compara con la densidad máxima
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 trabajen los rayos Gamma de una fuente radiactiva que 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
La creencia común de que cualquier aumento en el peso volumétrico seco de un suelo por compactación va acompañado por un mejoramiento general de sus condiciones la desmienten en forma drástica algunos casos, frecuentes en la práctica, en los que, por el contrario, puede llegarse a condiciones francamente desfavorables por compactar los suelos más allá de un cierto límite. No es posible mencionar todos los casos de sobrecompactación perjudicial, pero algunos de los más comunes son los siguientes:
1).- Suelos en que la sobrecompactación produce un cambio estructural que los hace inadecuados. Quizá el caso más típico es el de los tezontles (espuma de basalto) que se utilizan como terraplenes ligeros sobre suelos compresibles blandos. La sobrecompactación rompe los fragmentos porosos, produciendo una granulometría mucho más variada y abundante cantidad de finos, todo lo cual puede hacer llegar al material fuertemente compactado a pesos volumétricos incluso más altos que los de cualquier material térreo convencional que se hubiere usado, haciendo perder por completo la ventaja de su utilización.
2).- Materiales expansivos o con rebote elástico. Los materiales expansivos son fuente de problemas muy graves, sobre todo donde las condiciones climáticas conducen a cambios significativos en el contenido de agua en diferentes épocas del año. También lo son cuando la construcción se efectúa durante la época de secas y el suelo absorbe humedad en la subsecuente estación lluviosa. Si estos suelos se compactan en exceso, se expandirán mucho y generarán presiones de expansión muy grandes al humedecerse tras la compactación; por el contrario, si se compactan con un contenido de agua apropiado y sólo hasta un límite justo, las expansiones se podrán reducir al mínimo; para tal fin, el requisito de compactación en general no tendrá nada que ver con el peso volumétrico seco máximo o la humedad óptima de cualquier prueba de laboratorio que se use como prueba de control. Ahora, la humedad y el peso volumétrico apropiados
Se mencionan brevemente algunos problemas de naturaleza especial relacionados con el problema compactación en el campo:
Compactación de zonas difíciles, inaccesibles para los equipos convencionales Estas condiciones se presentan con cierta frecuencia y pueden demandar desde el uso ineficiente de equipos en distancias cortas hasta el empleo de equipos y métodos especiales de rendimiento reducido En la construcción de carreteras suele presentarse problema, muy agravado, en el fondo de cañadas profundas y angostas, en que no se justifican los caminos de acceso al fondo de las mismas por los pequeños volúmenes que hay que compactar. Una práctica común en tales casos es rellenar a volteo el fondo hasta un nivel a partir del cual pueda trabajarse mecánicamente. Si se tiene cierto cuidado en la operación de relleno y no se abusa de ella en cuanto a altura de material colocado a volteo, este método no causa necesariamente efectos perjudiciales; el caso se complica cuando en el fondo de la barranca existe obra de drenaje, lo cual es común; dicha obra, por su parte, impone condiciones al material que la rodea y la sobreyace. En el fondo de barrancas y depresiones es común también, en el caso de carreteras y ferrocarriles, que el material colocado lo constituyan tamaños más o menos gruesos, incluyendo muchas veces fragmentos de roca. Las técnicas de compactación de estos materiales son las que corresponden a los pedraplenes.
Se obtiene buen resultado proporcionado por los equipos de compactación manuales en estos casos. Un caso especial lo constituyen los colchones de protección de las obras de drenaje, los cuales han de construirse dentro de los requerimientos especiales que estas obras imponen según su tipo.
A medida que la construcción de un terraplén progresa en altura, se va presentando el problema de la compactación en sus taludes, por el doble motivo de que el equipo de compactación no puede orillarse demasiado durante su operación y por la falta de confinamiento lateral que se tiene en las zonas de borde. El problema suele resolverse dando un sobreancho a ambos lados del terraplén (quizá sean suficientes 30 ó 40 cm en cada lado), el cual se puede recortar y afinar al final de la construcción. En terraplenes muy bajos el problema anterior puede justificar la adopción de taludes suficientemente tendidos como para que sobre ellos circule el equipo de compactación. Las obras complementarias de drenaje y las de protección con
Cuando un terraplén se va a construir sobre un suelo de cimentación muy blando, suele presentarse el problema de falta de apoyo suficiente para una buena acción del equipo de compactación sobre las primeras capas de base. El desmonte y despalme adecuados del terreno natural, seguidos de un oreado, cuando ello es posible, puede ayudar a resolver el problema; si no es ese el caso, podrá construirse en toda la zona de desplante una plantilla de trabajo, preferentemente de material granular fino, con 20 o 30 cm de espesor; al compactar dicha capa se mejorará también la parte más superficial del suelo natural, mejorando las condiciones de conjunto. La plantilla de trabajo podrá ser bastante más potente cuando exista agua permanente, pues en tal caso deberá sobresalir algo del agua; si ésta tiene tirantes de importancia, ya será
La experiencia ha demostrado que algunos suelos, tales como limos no plásticos, arenas muy finas o polvo de roca, cuando se compactan en zonas de nivel freático alto atraen agua por capilaridad hasta su superficie y se vuelven movedizos, con pérdida total de su resistencia. El mismo efecto puede presentarse en tales suelos si se compactan con un excesivo contenido de agua. Al presentarse el problema, es muy fácil secar estos suelos por escarificación y oreo, si se logra eliminar la fuente de agua que los ha saturado, pero en este punto, es donde pueden surgir problemas sin solución: en áreas pequeñas el problema se puede eliminar con una delgada capa de material granular grueso que rompa la capilaridad e impida la subida de agua; en otros casos, podrá abatirse el nivel freático por medio de subdrenes laterales de zanja. Cuando todo lo anterior no sea posible, deberá
