GENERALIDADES SOBRE COMPACTACIÓN DE SUELOS * ÍNDICE

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1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL RAFAELA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO Serie: Notas Técnicas NT- 003, Agosto de 2005 GENERALIDADES SOBRE COMPACTACIÓN DE SUELOS * Rubén C. Rosetti, Hugo F. Begliardo Laboratorio Ingeniería Civil Departamento de Ingeniería Civil Universidad Tecnológica Nacional, F.R.Rafaela Bv.Roca y Artigas, (2300) Rafaela (Argentina) laboratorio.civil@frra.utn.edu.ar web page: ÍNDICE Pág. I. Compactación de suelos.. 1 II. El ensayo de compactación en Laboratorio.. 2 III. Eficacia de la compactación en obra IV Control del grado de compactación en obra V. Algunas consideraciones VI. Fuentes de consulta. 4 I. COMPACTACIÓN DE SUELOS Se entiende por compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el comportamiento esfuerzo deformación de los mismos. En general implica una reducción de los vacíos y, como consecuencia de ello, en el suelo ocurren cambios volumétricos de importancia ligados a la pérdida de aire, porque por lo común no se presenta expulsión de agua. Normalmente el esfuerzo de compactación le imparte al suelo un aumento de la resistencia al corte, un incremento en la densidad, una disminución de la contracción, una disminución de la permeabilidad y una disminución de la compresibilidad. Habitualmente esta técnica se aplica a rellenos artificiales, como terraplenes para caminos o ferroca- Foto 1: Compactación con rodillo pata de cabra (tomada de * El presente trabajo se ha basado en las referencias que se citan al final. Su objetivo es proveer al profesional de la construcción un material de interés común, de breve extensión y útil para su desenvolvimiento cotidiano. 1

2 rriles, bases o sub - bases para pavimentos, estabilizados, presas de tierra, etc. Sin embargo, en no pocas ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural a fin de mejorar su capacidad portante. Un equipo vial típico empleado para compactar suelos cohesivos (arcillas-limos) es el rodillo pata de cabra (Foto 1). II. EL ENSAYO DE COMPACTACIÓN EN LABORATORIO En la actualidad existen distintos métodos para reproducir en laboratorio las condiciones de compactación en obra. El primero y más difundido es debido al Dr. R. R. Proctor (1933) y es conocido como Ensayo Proctor Estándar. La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un pisón de 2,5 [kg] de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 30,5 [cm] (Foto 2). Con este procedimiento Proctor observó que para un suelo dado, a contenido de humedad creciente incorporado a la masa del mismo, se obtenían densidades secas sucesivamente más altas (mejor grado de compactación). Asimismo, notó que esa tendencia no se mantenía indefinidamente si no que, al superar un cierto valor la humedad agregada, las densidades secas disminuían, con lo cual las condiciones empeoraban. Es decir, puso en evidencia que, para un suelo dado y a determinada energía de compactación, existe un valor de Humedad Óptima con la cual puede alcanzarse la Máxima Densidad Seca. El Ensayo Proctor Estándar también es conocido como Ensayo AASHTO T 99 (American Association of State Higway and Transportation Officials Asociación Americana de Agencias Estatales de Carreteras y Transportes). Foto 2: Instrumental para ensayo Proctor en Laboratorio (tomada de Todo método de compactación, sea por impacto, como es el caso del Ensayo Proctor, o bien por amasado, vibración o compresión estática o dinámica, produce estabilización del suelo al transferirle energía al mismo. Ciertamente, no existe equipo de compactación aplicable al terreno que sea contraparte o comparable al ensayo de impacto en el Laboratorio (a diferencia de lo que ocurre en el caso de ensayos de amasado, vibración o compresión de laboratorio que encuentran su contraparte en los rodillos pata de cabra, vibro-compactadores, de rueda lisa, etc.). No obstante ello, es tanta la experiencia que se ha acumulado sobre la prueba patrón Proctor, así como la gran cantidad de información que da indicio de su eficacia, que desde el comienzo de su implementación hasta el presente es un método aceptado y referenciado en un sinnúmero de pliegos de obras. En tiempos de la Segunda Guerra Mundial se introdujo el Ensayo Proctor Modificado (AASHTO T 180), como respuesta a las exigencias de subrasantes más densas en aeropistas, demandadas por los pesados equipos de aviación militar que se desarrollaron por entonces. Este ensayo modificó el Estándar aumentando el número de capas de 3 a 5; el número de golpes en cada una de ellas se llevó de 25 a 55; el peso del pisón se elevó a 4,5 [kg] y la altura de caída a 45,7 [cm]. Básicamente con ello se evitó incrementar las 2

3 compactaciones relativas por encima del 100% del Proctor Normal o Estándar, y la dificultad que presentan algunos suelos en ser compactados en campo cuando su humedad óptima, determinada por ésta última prueba, es cercana al Límite Plástico. Comparando los resultados entre ambos, para un mismo suelo, se puede comprobar que el Modificado provee valores de Densidad Seca Máxima más elevados, a consecuencia de la mayor energía aportada, en correspondencia con menores valores de Humedad Óptima. Actualmente, ambas pruebas cuentan con variantes a las formas originales. La elección del tipo de ensayo a efectuar dependerá, básicamente, de la naturaleza de la obra a realizar. III. EFICACIA DE LA COMPACTACIÓN EN OBRA La eficacia de la compactación que se puede lograr en obra depende, entre otros factores, de: Naturaleza del suelo a compactar. Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de neumáticos, área de contacto, frecuencia de vibración, etc. La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo por unidad de volumen durante el proceso mecánico de que se trate). Contenido de humedad del suelo. Cantidad y espesor de las capas del terraplén. Número de pasadas del equipo de compactación. Los métodos usados para la compactación dependen del tipo de suelo. Los friccionales, como las arenas, se compactan eficientemente por métodos vibratorios (placas vibratorias), mientras que los suelos tipo arcillosos se compactan mejor por métodos estáticos (rodillos pata de cabra, rodillos neumáticos, rodillos lisos). IV. CONTROL DEL GRADO DE COMPACTACIÓN EN OBRA Se define como Grado de Compactación (GC) de un suelo compactado a la relación, en porcentaje, entre la Densidad Seca alcanzada en obra y la Densidad Máxima Seca obtenida en laboratorio para el mismo suelo (Ensayo Proctor Estándar o Modificado) GC [%] = Densidad Seca del suelo in situ x 100 Densidad Máxima Seca de laboratorio El control en obra se hace generalmente realizando ensayos de determinación del GC y comparando sus resultados con el porcentaje prescripto en pliegos (90%, 95%, 100%, etc.), lo cual depende del destino y de la importancia de la obra (1). Entre los métodos para determinar la Densidad Seca en obra, son tres los más utilizados: - Método de la arena. - Método del volumenómetro (o de la membrana de goma). - Densímetros nucleares. (1) Es común encontrar en Pliegos exigencias de porcentajes mínimos de compactación que no se corresponden con el destino de la obra a ejecutar. También es frecuente que no se indique el tipo de ensayo a ejecutar lo cual provoca desorientación en los profesionales a cargo de la dirección, inspección o ejecución y en las empresas constructoras. En buena medida ello es debido a que habitualmente tales pliegos son copia de copia, o adaptación de originales, sin un adecuado control profesional antes de su aprobación. 3

4 A título de orientación, se indica que ninguna compactación debe ser inferior al 90% del ensayo correspondiente, por muy modesta que sea la obra o el destino. En el cuadro siguiente se ilustra sobre la prueba AASHTO conveniente y el porcentaje mínimo de compactación a requerir, tomada de la fuente de consulta [3]: Capa Prueba Proctor (AASHTO) % de compactación mínima Cuerpo de terraplén Estándar 90 Subrasante Estándar 95 Subbase y base A Estándar o intermedia 95 o 100 Subbase y base B Modificada 100 Las subbases y bases A y B se usan en carreteras y aeropistas de intenso y pesado tránsito. Tratándose de Subrasantes, y siempre bajo la prueba Estándar, sirve también de orientación la siguiente tabla, conforme a la categoría de tránsito a recibir: Categoría de tránsito Espesor mínimo % de compactación mínima 1,2,3 15 cm y 5 30 cm. 95 Categoría 1 : Calles residenciales; estacionamiento de automóviles. Categoría 2 : Calles residenciales alimentadoras; pocos autobuses. Categoría 3 : Avenidas; estacionamientos industriales; regular cantidad de autobuses; calles y estacionamientos en mercados de abastos. Categoría 4 : Calzadas y calles comerciales con muchos autobuses. Categoría 5 : Carreteras urbanas; autopistas. V. ALGUNAS CONSIDERACIONES En los casos en que sea necesario realizar ensayos de compactación se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones: 1) El suelo con el que se realice la prueba de compactación debe ser representativo del que se utilizará en obra. 2) Si la obra es muy extensa (por ejemplo caminos) o el suelo a utilizar se tomara en préstamo de distintos yacimientos, se deberán ejecutar tantos ensayos de compactación como fuesen necesarios, a fin de asegurar la representatividad del mismo en relación al suelo empleado. 3) En caso de empleo de suelos modificados ( con cemento, cal, arena, etc.), se deberán realizar los ensayos con la adición estabilizadora o modificadora correspondiente. 4) De no prescribirse en pliegos, es el Director de Obra quien debe establecer qué prueba ejecutar (estándar, modificada o alguna de sus variantes) conforme a las características de la obra. 5) Cuando se realicen ensayos de compactación, siempre es necesario efectuar el control en obra del porcentaje alcanzado. 6) Al realizar una compactación siempre es conveniente hacer un control en un pequeño sector de la obra, determinando el porcentaje alcanzado para establecer el número de pasadas apropiado del equipo. Con un número de pasadas insuficiente no se alcanzará la densidad requerida, mientras que un excesivo número de pasadas resultará antieconómico. VI. FUENTES DE CONSULTA 1. JUAREZ BADILLO, E.- RICO RODRIGUEZ, A. Mecánica de Suelos - Fundamentos de la Mecánica de Suelos, Tomo I, Limusa. 3º Edición,

5 2. BOWLES, J., Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniería Civil. McGraw Hill, Bogotá, MONCAYO, J- Manual de Pavimentos, CECSA, México, DIRECCIÓN PROVINCIAL DE VIALIDAD, Pliego Único de Condiciones y Especificaciones Técnicas. Santa Fe, Norma IRAM Nº 10511/72, MECÁNICA DE SUELOS Método de Ensayo de Compactación en Laboratorio, Norma de Ensayo Vialidad Nacional VN E Compactación de Suelos. 5