CAMINOS II

DISEO MODERNO DE PAVIMENTOSSUELO DE FUNDACION

COMPACTACIONLa compactacin de suelos es una de las actividades ms importantes durante la ejecucin de actividades de construccin de fundaciones o pavimentos. Consiste en la densificacin de un material colocado como una capa bajo el efecto de la aplicacin de una energa de compactacin mecnica.Esta accin permite reducir los espacios vacos entre las partculas que componen el esqueleto del material, aumentando el contacto entre los granos y mejorando la trabazn, lo cual conduce al desarrollo de una mayor resistencia al corte, disminucin de la permeabilidad y compresibilidad por parte del material.IMPORTANCIALa compactacin es un procedimiento utilizado para mejorar la capacidad de soporte del suelo, material de relleno para presas, terraplenes, caminos, etc. Producto del aumento de volumen y magnitud de las cargas del trfico alrededor del mundo moderno, esta tcnica a proporcionado una herramienta que ha permitido la construccin de vas capaces de soportar estas cargas.Para las aplicaciones en pavimento alguno de los beneficios que se obtiene mediante la compactacin de sus capas son:IMPORTANCIAAumento de la resistencia mecnica. Disminucin de la compresibilidad. Reduccin de la permeabilidad. Disminucin de la erosionabilidad.El incremento de la resistencia de las capas de pavimento permite que estos soporten las cargas aplicada sin fallar de manera inmediata, y que soporten cargas repetidamente hasta cumplir con un periodo de diseo establecido. La disminucin de la compresibilidad permite que las cargas continas del trfico no deformen de manera permanente y considerable un pavimento. Procedimiento de EnsayoEn 1933 el Dr. R. R. Proctor propuso un procedimiento de ensayo para reproducir en laboratorio las condiciones de compactacin en los suelos. La prueba consista en compactar el suelo en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones definidas. Se aplicaban 25 golpes en cada una de estas capas con un mazo de 2.5 Kg (5.5 libras) de masa, que se dejaba caer libremente desde una altura de 30,5 cm. (12 pulg.) en un molde con un dimetro de 10 cm (4 pulg). La energa era impartida a una masa de material con volumen de 944 cm3 y equivala a 600 KN-m/m3. Procedimiento de EnsayoLa informacin emprica obtenida mediante dicho ensayo permiti establecer que para una determinada energa de compactacin existe una relacin entre la densificacin de los suelos y el contenido de humedad. De manera que en la medida que aumentaba la humedad se incrementaba la densidad. Hasta llegar a un valor mximo. Una vez alcanzada esta densidad mxima, el incremento de la humedad produce una reduccin en la densidad. Lo anterior demostr que para una energa de compactacin especfica, cada suelo requiere un contenido ptimo de humedad para alcanzar su densidad seca mxima.Funcionamiento del proceso de densificacinExisten varios factores que inciden en la obtencin de una capa de material con alta densidad y capacidad de soporte. Los parmetros fundamentales que gobiernan la compactacin son la humedad, la energa suministrada por unidad de volumen (energa especfica); sin olvidar la forma en que dicha energa se aplica (esttica o dinmica). Tambin existen factores relacionados con las propiedades de los materiales como la granulometra y la plasticidad. Requerimientos Granulomtricos para Sub-Base GranularPORCENTAJEQUE PASA ENPESOTAMIZGradacin AGradacin BGradacin CGradacin D50mm(2)100100----------25mm(1)-----75 95 1001009.5mm(3/8)30 6540 7550 8560 - 1004.75mm(N4)25 - 5530 - 6035 - 6550 - 852.00mm(N10)15 4020 - 4525 - 5040 - 704.25mm(N40)8 2015 - 3015 - 3025 - 4575.mm(N200)2 - 85 - 155 - 158 - 15Energa de Compactacin La energa de compactacin es uno de los factores principales que incide en la densificacin de un material. Es una energa mecnica externa aplicada al material de distintas formas, como amasado, presin, esttica o impacto. La efectividad de la compactacin depende de la cantidad de energa suministrada al material por unidad de volumen, conocida como energa especifica.La energa especifica trabaja sobre el esqueleto ptreo del agregado reduciendo los espacios vacos entre las partculas.Efectos de la intensidad de la energa especfica de compactacinLa intensidad de la energa de compactacin aplicada por unidad de volumen afecta el comportamiento de la curva de compactacin de los materiales. En la medida en que se incrementa la energa especfica, la efectividad de la compactacin aumenta, de modo que disminuye el contenido de agua requerido para alcanzar una densidad seca determinada. De este modo se observa que la curva de compactacin va a desplazarse hacia mayores densidades u menores humedades optimas. Lubricacin y Expulsin del AireEs bien conocido que para facilitar la expulsin del aire del material que se compacta, se puede utilizar agua como lubricante, que permite vencer la friccin entre los granos para que las partculas se desplacen entre s hasta acomodarse en un estado denso.El fenmeno de compactacin se explica entonces mediante la lubricacin de las partculas y la aplicacin de una energa especfica a un volumen de material dado. Este volumen de material se encuentra compuesto por una fase slida(el agregado) y una fase fluida (agua y aire)Contenido de humedad ptima y densidad seca mximaEn la medida en que las partculas se acomoden y se reduzcan los vacos con aire en el material la composicin volumtrica del material llegar a un estado lmite e ideal. En este estado el contacto entre las partculas habr llegado al mximo y los vacos con aire se habrn reducido al mnimo posible. Se ha alcanzado en este estado la densidad seca mxima y la humedad ptima de compactacin del material.Comportamiento de los distintos tipos de suelos ante la compactacinLos suelos y materiales de pavimento se comportan de forma distinta ante los esfuerzos de compactacin que reciben en funcin de su naturaleza o clasificacin. Tambin se ven afectados por el modo en que se imparte la energa de compactacin (esttica, dinmica o amasado).

El comportamiento de los materiales se puede diferenciar de manera simplificada para dos grupos esenciales:48Suelos GranularesEn este grupo corresponden los suelos con estructura granular, como las gravas, arenas y limo no plsticos que son poco susceptibles al agua.Los suelos granulares poseen una estructura simple de partculas que desarrollan un acomodo y trabazn entre s, depende de su granulometra y la compactacin aplicada. Por tanto el comportamiento de estos materiales al ser sometido a una energa de compactacin es producir otra estructura simple con mayor densidad.

49Suelos GranularesDado que estos materiales son muy estables ante la adiccin o prdida de agua, no sufren cambios de volumen (hinchamiento o retraccin) que afecten su densidad y resistencia, al encontrarse en servicio bajo las condiciones ambientales predominantes. De modo que mientras ms se compacten estos materiales usualmente se producen estructuras menos compresibles y ms resistentes.

50Suelos arcillosos o limososConsiste en los suelos de estructura laminar, como las arcillas y limos plsticos que son susceptibles al agua, dado que reaccionan qumica y elctricamente con sta.Los suelos finos arcillosos o limosos poseen una estructura ms compleja, debido a que pueden contener una proporcin de partculas granulares que se comporta del modo que se explic antes; sin embargo, su comportamiento es modificado por la presencia de un alto porcentaje de partculas finas de estructura laminar, que tienden a organizarse en grupos o grumos.51Suelos arcillosos o limososLa atraccin entre las partculas arcillosas, cargadas negativamente y los iones del agua cargados positivamente ocurre de tal modo que cada suelo cohesivo llega a poseer un valor inherente de absorcin de agua. De manera que para compactar el material deber proporcionarse al mismo la cantidad de agua que permita compactar el esqueleto granular, pero adems deber suministrarse el agua de absorcin que requiere la fraccin arcillosa. Es por este motivo que el contenido ptimo de agua que requieren los suelos arcillosos es mayor que el de los suelos granulares.52Suelos arcillosos o limososPor tanto, el comportamiento volumtrico de los suelos arcillosos depende de los movimientos y acomodos de las partculas granulares y de las propiedades de expansin y contraccin de las arcillas y limos. Debido a lo anterior en condiciones controladas en las que se alcance la humedad ptima estos materiales pueden mejorar su comportamiento estructural, reducir su permeabilidad y sensibilidad al agua.Sin embargo, a diferencia de los materiales granulares, estos materiales son susceptibles a experimentar cambios de volmenes en presencia de agua. En presencia de agua abundante durante perodos 53Suelos arcillosos o limososprolongados de tiempo las partculas laminares tienden a absolver y retener agua, aumentando el volumen del material y provocando la disminucin de su capacidad de soporte.Por otro lado al ser sometido a secado estos materiales finos se agrietan como producto de la contraccin que provoca la prdida de volmenes significativos de agua. 54Eficacia de la compactacin aplicadaPor presin esttica: Consiste en aplicar un peso sobre la superficie de suelo, esto produce la consolidacin de las partculas entre si y su acomodo en nuevos enlaces ms estables dentro del material. El efecto que produce un peso aplicado sobre el material se traduce en una presin sobre su superficie que se transmite hacia el interior y se distribuye en forma de bulbo, cuyo valor disminuye de forma exponencial con la profundidad y tiene un efecto de compactacin limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presinEficacia de la compactacin aplicadanormal repercute en el aumento de las fuerzas de friccin internas. Debido a esto, in situ, con suelos no granulares se aplica compactacin esttica a capas de pocas profundidad.Eficacia de la compactacin aplicadaPor impacto: Tambin llamada compactacin dinmica. Utiliza una fuerza de impacto repetido sobre la superficie a compactar. Trabaja nicamente segn el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presin que se propaga hasta una mayor profundidad de accin que una presin esttica, comunicando a su vez a las partculas una energa oscilatoria que produce un movimiento de las mismas. Depende del peso que se utilice y la altura desde la que se deja caer. Es aplicable para suelos de diferentes granulometra exceptuando los suelos finos cohesivos.Eficacia de la compactacin aplicadaPor Vibracin: La compactacin por vibracin es la ms utilizada en la actualidad para la mayora de aplicaciones. Se trabaja mediante una rpida sucesin de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas de presin que producen en las partculas movimientos oscilatorios, eliminando la friccin interna de las mismas que se acoplan entre s fcilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenacin en que los granos ms pequeos rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Los materiales granulares son los que mejor se compactan bajo el efecto de vibrado.Eficacia de la compactacin aplicadaPor Amasado: Es el producido por tensiones tangenciales que redistribuyen las partculas para de esta manera aumentar su densidad. Tambin se producen esfuerzos en dos sentidos, vertical y horizontal, obligando al material a deformarse en ms de una direccin. Esta forma de compactacin es efectiva en suelos finos cohesivos En cambio la maquinaria que mejor reproduce esta fuerza de compactacin es el rodillo con protuberancias o pata de cabra.