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• Jesus Manuel Pacheco Franco

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio Popular para la Educación Universidad Nacional Experimental “Francisco de Miranda” Área de Tecnología - Programa de Ingeniería Civil Departamento de Vialidad - Unidad Curricular: Pavimento

Estabilización físico – mecánica de los suelos

Realizado por: -

Romero, Rosa C.I: 26.874.648

-

Pacheco, Jesús C.I: 25.627.923

-

Gonzalez, Anna C.I: 26.874.962 



Loyo, Erwin C.I: 26.310.264

Romero, Cristbel C.I: 19.883.515

Santa Ana de Coro; mayo de 2019.

Estabilización Físico – Mecánica de suelos Frecuentemente puede suceder, que un suelo sea no adecuado para el requerimiento de un proyecto, esto se considera mediante un estudio del terreno. Ante esta problemática se pueden considerar tres opciones: -Usarlo: Se puede usar el material, pero siempre siendo conscientes de sus características a la hora del diseño. -Escarificar: Se puede remover el material innecesario, sustituyéndolo por otro con características adecuadas -Modificar: Se puede modificar las características del suelo ya existente. A esta última opción se le conoce como estabilización del suelo, y aunque hay diversas formas de estabilizar un suelo, ya que de hecho hay diversos tipos de suelo, nos centraremos en la estabilización físico-mecánica. Es importante tener bastante claro que la estabilización-en general-no siempre resulta una solución ventajosa, ni siquiera cuando se crea que optima, por lo tanto, se deben tener en cuenta siempre las propiedades que se desean mejorar y la relación que existe entre lo que se lograra mejorar y el esfuerzo y dinero que en ello habrá que invertirse. Las propiedades que más frecuentemente se estudian en la estabilización de suelos, son las siguientes: -Estabilidad volumétrica: La expansión y contracción de muchos suelos, originadas por los cambios de humedad, se pueden presentar en forma rápida o acompañando a las variaciones estacionales o con la actividad del ingeniero. Por tanto, si las expansiones que se desarrollan debido a un incremento de humedad no se controlan en alguna forma, estas presiones pueden ocasionar graves deformaciones y rupturas en el pavimento y, en general, en cualquier obra. Es por ello que resulta necesario detectar los suelos expansivos, su composición y el tratamiento más adecuado. Actualmente, las soluciones para evitar cambios volumétricos en suelos expansivos consisten en introducir humedad al suelo en forma periódica, aplicar cargas que equilibren la presión de expansión, utilizar membranas impermeables y apoyar la estructura a profundidades tales, que no se registre variación estacional en la humedad. Otro medio podría consistir en modificar la arcilla expansiva transformándola en una masa rígida o granular cuyas partículas estén lo suficientemente ligadas para resistir la presión expansiva interna de la arcilla, lo cual puede lograrse por medios químicos o térmicos. En estos casos, cuando la capa a estabilizar sea de poco espesor, deberá tenerse en cuenta que el suelo

subyacente es aún susceptible de expandirse, pero tales movimientos podrían tolerarse, siempre y cuando la capa estabilizada se mueva en forma uniforme. -Resistencia: La resistencia de los suelos, con algunas excepciones, es en general más baja cuanto mayor sea su contenido de humedad. Existen casos en donde la disminución de la humedad puede significar reducción en la resistencia, pues se han presentado casos de deslizamientos de tierra provocados por arcillas que se secaron y se agrietaron, provocando con ello que el comportamiento del material sea el de un suelo friccionante que puede tener menor resistencia que si se considera como cohesivo a humedades mayores. -Permeabilidad: En los suelos la permeabilidad se plantea, en términos generales, en dos problemas básicos, como lo son el relacionado con la disipación de las presiones de poro y el relacionado con el flujo del agua a través del suelo. El tener presiones de poro excesivas puede originar deslizamientos en explanaciones y el flujo de agua puede originar tubificaciones y arrastres. -Compresibilidad: Los cambios en volumen o compresibilidad, tienen una importante influencia en las propiedades de los suelos, pues se modifica la permeabilidad, se alteran las fuerzas existentes entre las partículas tanto en magnitud como en sentido, lo que tiene una importancia decisiva en la modificación de la resistencia del suelo al esfuerzo cortante y se provocan desplazamientos. -Durabilidad: Se involucran en este concepto aquellos factores que se refieren a la resistencia al intemperismo, a la erosión o a la abrasión del tráfico; de esta manera, los problemas de durabilidad en las vías terrestres suelen estar muy asociados a suelos situados relativamente cerca de la superficie de rodamiento. En rigor, estos problemas pueden afectar tanto a los suelos naturales como a los estabilizados, si bien en estos últimos los peores comportamientos suelen ser consecuencia de diseños inadecuados, tales como una mala elección del agente estabilizador o un serio error en su uso, tal como podría ser el caso cuando se ignora la bien conocida susceptibilidad de los suelos arcillosos estabilizados con cemento a la presencia de sulfatos. La durabilidad es, uno de los aspectos más difíciles de cuantificar y la reacción común ha sido la de sobre diseñar, lo cual a veces puede no ser lo más adecuado. Cada uno de estos factores, se estudian mediante unos ensayos característicos.

Identificación de suelos: De acuerdo a los ensayos que se le realicen al suelo, es importante clasificarlos para tratar el problema en base a lo que tengo. Esto, como un doctor que primero realiza un diagnóstico, para reconocer el problema y posteriormente tratarlo. Las formas más comunes para clasificar el suelo es mediante SUCS o AASHTO, estos son los sistemas de clasificación más generales y universales, sin embargo, no son los más completos, y muchos autores recomiendan leer mucho sobre el tema para poder completar una idea sobre lo que se tiene en campo, aun así, a veces ni esto es suficiente y se habla de que es la propia experiencia la que permite tener un conocimiento certero sobre lo que se está tratando. Teniendo en mano los ensayos pertinentes y un reconocimiento del suelo que se está tratando, se procede a tratarlo. Estabilización físico-mecánica. Aunque se puede tener una idea de lo que es por su nombre y por lo que se ha hablado con anterioridad, propiamente, la estabilización Físico-Mecánica es una técnica que se utiliza para mejorar los suelos, produciendo cambios en el mismo. Una forma de estabilización físico-mecánica es la mezcla de suelo y agregado, la cual, aunque es de amplio uso por sí sola no logra producir los efectos deseados, necesitando siempre de la compactación. Cada una de estas formas de estabilización se hablarán por separado, comenzando por la compactación por ser la más general. Compactación: Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzodeformación de los mismos; por lo general el proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volumen de importancia, fundamentalmente ligados a la pérdida de volumen de aire, pues por lo común no se expulsa agua de los huecos durante el proceso de compactación. El objetivo principal de la compactación es obtener un suelo de tal manera estructurado que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida de la obra. A pesar de aparentar ser sencillo, la compactación de suelos puede ser uno de los elementos más difíciles en cualquier proyecto de construcción. Se

deben tener en cuenta cosas como la vibración, frecuencia y amplitud de la máquina para cumplir con las especificaciones de la obra, y aunque los fabricantes suelen ofrecer opciones en sus equipos para ajustar estos valores, no existe una forma fácil para hacerlo, es así que el ensayo y error suele ser un método muy utilizado. Por ello hay algunas guías que se pueden establecer, como, por ejemplo; la siguiente tabla: Sin embargo, una guía no aplica siempre y como se ha mencionado con anterioridad, se deben hacer estudios minuciosos del suelo. Las estructuras de las capas, velocidad y patrón de rodamiento. Las estructuras de edificios y carreteras no solo dependen de las especificaciones de la compactación sino también de la uniformidad de esta. Las variaciones en la densidad de la base pueden producir baches o surcos de las llantas en carreteras y una de las causas principales de la variación de la densidad del suelo es el uso de diferentes tipos de suelos colocados contiguamente. Es importante tener en cuenta que los diferentes tipos de suelo se compactan de diferente manera y rinden diferentes resultados de compactación, se deberá realizar el esfuerzo de utilizar materiales similares en cada capa de construcción. Si se requieren diferentes tipos de materiales, se debe tratar de utilizar el mismo tipo en cada capa, ya que esto es importante si se desea una buena compactación. Es difícil compactar suelos secos o demasiado mojados, siempre se deberá lograr un contenido óptimo de humedad, conforme se determine a través del ensayo Proctor, durante los trabajos de compactación y en toda la obra. Solo la compactación no es siempre suficiente, existe un método de mezcla de agregado y suelo que también puede dar buenos resultados, cuando se necesita unificar un suelo no modificado con algún material que aumente su calidad. Primero es necesario determinar si en el sitio se debe realizar una excavación o un banqueo. El BANQUEO, consiste en la limpieza, recorte y/o allanamiento de un terreno en pendiente en planos escalonados para formar bancales, el mismo se realiza cuando tenemos un suelo que no cumple con las especificaciones que nos plantea la norma. Por otro lado, el RELLENO se hace mezclando dos o mas materiales, y estos son ejecutados con los materiales provenientes de los cortes

realizados en otra parte de la obra, estos deben cumplir con una serie de especificaciones descritas en la norma COVENIN, carreteras: parte 1, capítulo 11. Los materiales que se pueden emplear son: • Banco de materiales: Deposito de rio que contienen arena, grava, arcilla y limos. • Suelos procesados: suelos procedentes de banco naturales que fueron triturados o lavados. • Suelos de bancos de préstamo: materiales que conseguimos cerca de la obra. Mezcla de suelo y agregado Este método consiste en unir un suelo carente de características, y combinarlos con un suelo que se complemente. En la mezcla de suelo, la clave en si es la gradación, ya que tamaños muy grandes son difíciles de trabajar y me aportan suelos demasiado rugosos; una alta proporción de tamaños grandes me conduce a mezclas muy segregables, sin embargo, la presencia de muchos finos también es perjudicial, ya que en si estas no me representan características de resistencia como en el caso del material grueso, además de que me conducen a superficies fangosas en humedad, y en seco superficies pulverulentas. Así que en resumen es necesario mantener un equilibrio, y la cantidad de mucho agregado grueso o fino se determinara mediante un estudio de combinación. Antes de comenzar definamos que es suelo. El suelo me representa el material que no se ha modificado en la vía, mientras el agregado representara el material de préstamo seleccionado encargado de aumentar resistencia o plasticidad en el suelo. La combinación de del suelo y agregado me debe satisfacer unas especificaciones ya descritas en la norma COVENIN, carreteras: parte 1. Puedo obtener tres tipos de mezcla suelo y agregado, según el material que emplee. El procedimiento a seguir en la mezcla de suelo y agregado, en general se sigue de la siguiente manera: Primero se escarifica uniformemente el terreno, hasta la profundidad necesaria para el volumen de la mezcla de suelo y agregado.

Luego se procede a disponer el material extraído en forma de camellón sobre la vía. El agregado también se dispone en la vía en pilones, con una distancia conveniente entre sí, para realizar la mezcla de proporciones establecidas. Se inicia el proceso de mezclado, utilizando motoniveladoras y/o arados de discos. Este proceso de mezclado es continuo hasta que se obtenga una mezcla uniforme, es importante que en todo momento se supervise que la humedad optima de compactación no sobrepase el 2% en exceso. Una vez que se obtiene la mezcla de suelo y agregado se procede a compactar.

El proceso de compactación, consiste en comprimir entre sí los fragmentos del material que forma el suelo. Al hacer esto se reducen los intersticios entre las partículas de áridos que contenían aire y agua. Se habla entonces de reducir el espacio vacío. Como los gránulos de áridos después de la compactación tienen una mayor superficie de contacto mutuo, aumenta también la fricción interna y la estabilidad del conjunto. El resultado obtenido es una mayor resistencia de carga. Una compactación correcta, confiere a las vías, calzadas, carreteras y otras obras de tierra unas mejores propiedades de uso y asegura su durabilidad en el tiempo. Sin compactación, las carreteras pierden propiedades con gran celeridad. Una de las consecuencias de una compactación deficiente es, por ejemplo, la escaza resistencia de carga. Y, a su vez, donde falta resistencia se forman hundimientos y deformaciones de terreno. La compactación constituye un tratamiento eficaz y económico de estabilización de suelo para que no se produzcan asientos irregulares por efecto de las acciones antes mencionadas. La compactación exige una energía mecánica a cada unidad de volumen del material. Para poder comunicar esta energía, los materiales se extienden en capas de espesor uniforme y se compactan mediante varias pasadas de máquinas pesadas (compactadores). Es necesario distinguir claramente entre la consolidación y la compactación. La consolidación es un proceso lento (del orden de meses o años) debido normalmente al peso propio y a las eventuales sobrecargas, en que la densificación tiene lugar por la expulsión de agua que está en los huecos dejados por la estructura de partículas. En cambio, la compactación es una densificación rápida, por lo que tiene lugar únicamente una disminución de los huecos del suelo ocupados por aire.

La aplicación del proceso de compactación debe resolver los problemas tecnológicos que aparecen en cada una de sus tres fases, que son: 1. La selección de los materiales más adecuados atendiendo a sus propiedades resistentes una vez compactados. Esta selección debe basarse en la estimación de su compactabilidad y en el establecimiento de unos criterios cuantitativos para decidir si la compactación ha sido suficiente. 2. La selección de la maquinaria más adecuada para la compactación estableciendo los detalles del proceso, y en particular, el espesor de las capas (o tongadas), el número necesario de pasadas y la humedad optima de compactación. 3. El control de la compactación con la consiguiente aceptación o rechazo de la obra ejecutada. Es bien sabido que los suelos están constituidos por un esqueleto de partículas sólidas con puntos de contacto entre ellas, pero también con huecos o poros (que pueden contener aire o agua) y por tanto se componen de tres fases: solida, liquida y gaseosa. Cuando los suelos están completamente secos o saturados de agua estas fases se reducen a dos pero no es frecuente encontrar suelos en este estado ni suelen ser en general utilizables en las explanaciones de carreteras. En términos generales existen dos tipos de suelos: granulares y cohesivos; los cuales nos aportan fricción (trabazón de partículas, resistencia al deslizamiento) y cohesión (adherencia entre partículas, plasticidad), respectivamente, las cuales son las principales características que buscamos equilibrar para considerar un suelo de fundación. Es necesario entender que nunca tendremos un suelo que solo presente partículas gruesas, o finas, y que esté totalmente limpio. Puede ser que hallemos un suelo con predominio de partículas de determinado tamaño y característica pero nunca que esté únicamente conformado por estas. Siempre existirá la diversidad, de la cual es importante sacar provecho al máximo, sobre todo al considerar el suelo como fundación. Las propiedades de los suelos dependen en gran medida de su humedad y de su contenido de huecos o porosidad. Los cambios de estas propiedades hacen variar muchas de sus características, tales como su resistencia a la deformación, su permeabilidad, su capacidad de hinchamiento o retracción, etc. Por todo esto, para representar el estado del suelo se recurre a un diagrama de densidad-humedad. Cuando el suelo se extiende tiene una densidad y una humedad determinada (suelo sin compactar). Con el proceso de compactación, las partículas del suelo se

mueven y se reorientan con una disposición cada vez más densa, compacta, hasta alcanzar el estado final: suelo compactado. En el proceso ha cambiado la densidad del materia (tiene menos huecos), pero no se ha añadido ni perdido agua, por ello la densidad seca constituye un buen parámetro para evaluar la eficacia del proceso seguido. Teniendo en cuenta el diferente comportamiento de los distintos suelos, es desaconsejable, establecer valor absolutos para la densidad que se debe alcanzar en un suelo compactado. Es mejor utilizar un índice relativo llamado grado de compactación o proporción alcanzada de una densidad de referencia obtenida con cada suelo en un ensayo normalizado de compactación. El grado de compactación se mide comparando la densidad seca alcanzada con la de referencia, y el proceso se puede considerar satisfactorio cuando la densidad seca supera una cierta proporción de la de referencia. Sin embargo, no de perderse de vista el efecto buscado con la variable de control: la finalidad principal de la compactación no es alcanzar una densidad determinada, sino evitar asientos tras la puesta en servicio de la carretera, así como dotar al suelo de una capacidad resistente e inalterabilidad. Por ello, no debe tomarse la densidad seca como un fin, si no como el medio para llegar a dotar al suelo de las propiedades señaladas, lo que requiere también comprobar al final del proceso las siguientes variables: porosidad, humedad y regularidad de la densidad. Como es natural un suelo se puede compactar de varias maneras y en cada caso se obtendrá un resultado diferente, por otra parte, una misma fórmula de compactación dará resultados distintos si se aplica a diversos suelos; por último, si una misma forma de compactación se aplica a un suelo determinado, podrán lograrse resultados muy diferentes si de un caso a otro se varían ciertas condiciones que prevalecen en dicho suelo. Es claro que los resultados de un proceso de compactación dependen de varios factores, unos correspondientes al tipo de suelo, otros relativos al método de compactación que se emplee y, cualquier circunstancia en que en ese momento puede prevalecer en el suelo con que se trabaja. Estos factores pueden denominarse como las variables que intervienen en el proceso de compactación, y los principales son: La naturaleza del suelo: la clase de suelo con que se trabaja influye de manera decisiva en el proceso de compactación. Por ello, es necesario conocer las características de las partículas que componen el suelo, tales como: la naturaleza del suelo (forma, textura, distribución de tamaños, etc), la energía de compactación y el contenido de agua del suelo.

A continuación se citan extractos de tres casos: granzón natural, granzón mezclado y grava estabilizada(11-2, 11-3, 11-4) pertenecientes a la norma COVENIN 2000:87, titulo V. Pavimentos, capítulo 11: Bases y Sub-bases, con la intención de ilustrar a detalle el proceso constructivo para cada material y su respectiva compactación: Alcance: se establecen los requisitos particulares para la construcción de subbases y/o de bases con granzón natural. Materiales: Granzón natural: Material obtenido de la explotación de préstamos de ríos y/o de préstamos de minas, compuesto por mezcla de grava, arena y material llenante, en diferentes combinaciones. Los materiales que se usen para la construcción de sub-bases y/o bases de granzón natural deben proceder de rocas duras y resistentes, no deben tener arcilla en terrenos y deben estar libres de todo material orgánico. Los materiales que componen el granzón natural se clasifican en: agregado grueso y agregado fino. El agregado grueso es la fracción del granzón natural que queda retenida en el tamiz # 10. El agregado grueso debe tener las propiedades características siguientes: a) Debe estar limpio y no debe tener más del 20% de su peso, de trozos alargados o planos. b) El porcentaje de desgaste, determinado según la Norma Venezolana 266, no debe ser mayor del 50%. El agregado fino es la fracción del granzón natural que pasa el tamiz # 10. La fracción del granzón natural que pasa el tamiz # 40, ensayada según la Norma Venezolana 1125, debe tener las propiedades características siguientes: Límite líquido Máximo Índice de plasticidad Máximo

35 % 9%

25 % 6%

La granulometría del material que se usa para la construcción de sub-bases y/o bases de granzón natural, debe estar comprendida, en el momento de ser colocado, entre los límites indicados en la tabla siguiente: % en peso, de material que pasa los tamices

Tamiz 2” 1” 3/8” #4 #10 #40 #200

Tipo 1 Sub-base y base 100 60- 100 50 - 85 40 - 70 20 - 50 5 - 20

Tipo 2 Base 100 70 - 100 30 - 85 25 - 65 15 - 50 8 - 30 2 - 20

El granzón natural que se use para la construcción de bases debe tener, de acuerdo al tipo de tráfico, los valores C.B.R., que se indican a continuación (C.B.R.: California Bearing Ratio) Tipo de tráfico Valor C.B.R. Pesado Mínimo 80% Liviano Mínimo 60% La determinación el valor C.B.R., se debe hacer siguiendo el método establecido en ASTM D4429 (en sitio) o ASTM D1883 (en laboratorio). Procedimiento para la ejecución 1) Los trabajos de construcción de la sub-base y/o de la base de granzón natural se deben iniciar depositando el granzón natural, sobre la vía en forma de camello, o en pilones separados entre sí a distancia conveniente, para que al proceder a su extendido y compactación se obtengan los espesores de proyecto. 2) A continuación se inicia el extendido del granzón natural mediante el uso de motoniveladoras. Durante el extendido del granzón natural se debe controlar su humedad, y mediante la edición de agua o la aireación con una tolerancia de ± 2. 3) El granzón natural extendido se debe conformar y, utilizando el equipo adecuado, se debe proceder a su compactación. La compactación se debe iniciar en los bordes de la vía y debe progresar hacia el centro de la misma; en las curvas, la compactación se debe iniciar en el lado más bajo y debe progresar hacia el lado más alto de la calzada. 4) El equipo de compactación del granzón natural debe desplazarse en franjas paralelas al eje de la vía, y cualquier pasada debe solapar al menos, la mitad de la franja compactada en la pasada anterior.

5) Durante la compactación del granzón natural se debe rectificar cualquier irregularidad en el perfil longitudinal y/o en el perfil transversal de la calzada, añadiendo o quitando material. La superficie final debe resultar en un todo de acuerdo con los perfiles de proyecto, y su acabado debe ser uniforme. 6) El granzón natural compactado debe alcanzar una densidad equivalente al 95% de la densidad máxima seca obtenida en el laboratorio según el procedimiento indicado en ASTM D1557 o bien, el material compactado debe verificar su valor CBR solicitado en el diseño del pavimento, para lo cual se medirán los valores de densidad y humedad de campo contrastados en el Mapa de Resistencias obtenido mediante experimento factorial de dos variables tomando como prototipo el ensayo CBR ASTM D1883. Nota: La determinación de la densidad y humedad de campo del granzón natural compactado debe hacerse según el procedimiento indicado en ASTM D1556 (cono y arena). Disposiciones complementarias El Ingeniero Inspector debe determinar el espesor máximo de granzón natural que puede compactar en una sola operación con el equipo disponible. Cuando el espesor de proyecto es superior al espesor que se puede compactar en una sola operación con el equipo disponible, la Sub-base y/o la base de granzón natural se debe construir por capas hasta lograr el espesor de proyecto. Cada capa se debe compactar definitivamente antes de comenzar la construcción de una nueva capa. El espesor mínimo de granzón natural compactado debe ser, por lo menos, dos veces el tamaño máximo del agregado grueso. El espesor final de cada capa se debe comprobar periódicamente. Las muestras tomadas para comprobar dicho espesor de capa pueden servir también para efectuar los ensayos de control de densidad. Los huecos deben ser rellenados y compactados por El Contratista, utilizando una mezcla igual a la original. Equipo • Motoniveladoras y equipo complementario: es una máquina de construcción que cuenta con una larga hoja metálica empleada para nivelar terrenos. Además posee escarificadores para terrenos duros, los cuales puede ubicar al frente, en

medio del eje delantero y la cuchilla o en la parte trasera, llamándose en este caso ripper. • Aplanadoras de ruedas neumáticas: su efecto resulta superior al de otro tipo de compactadores, ya que puede conseguir un perfecto cierre de poros y superficies uniformes libres de defectos. El tipo de compactación que utilizan es el apisonamiento estático, sus ruedas pueden tener suspensión oscilante. Para aumentar su peso se pueden utilizar pesos de lastre, colocados sobre su bastidor rectangular, este incremento de peso tiene la desventaja de aumentar la resistencia a la rodadura, disminuyendo la velocidad de trabajo. La compactación de los suelos depende de la presión de contacto de los neumáticos, la que a su vez depende de la presión de inflado; por esta razón los compactadores con neumáticos de alta presión serán los más eficientes, éstos conseguirán la densidad requerida en menos pasadas y en capas de mayor espesor. • Compactadores vibratorios: son rodillos vibrantes que se utilizan especialmente en terrenos pedregosos, en conglomerados granulares, en cantos rodados y en mezclas asfálticas. De acuerdo al tipo de material se debe graduar la amplitud y frecuencia de vibración. Pueden ser remolcados o autopropulsados • Camiones tanque Además de los antes mencionados, empleados específicamente para las bases de los materiales establecidos por la Norma COVENIN 2000-87, existen otros tipos de compactadores tales como: Compactadores Pata de Cabra: están formados por rodillos cilíndricos huecos, en cuya superficie van montados pisones de sección prismática que se asemejan en su forma a las patas de cabra, con un alto de 20 a 25 centímetros. Estos rodillos están montados en un bastidor, que se acopla a un tractor para su remolque, los mismos vienen acoplados en pares, en tándem o simples. La energía de compactación se obtiene por la presión de contacto de una hilera de pisones, sobre la cual se distribuye el peso total de la máquina.

Estos rodillos pueden ser remolcados o autopropulsados, ambos pueden ser apisonadores o vibratorios. El número de rodillos depende de la potencia del tractor de remolque. Debido a que estos rodillos son huecos deben ser lastrados con arena u otro material, para aumentar su peso.

Se usan preferentemente en la compactación de suelos cohesivos, formados por partículas finas. El espesor de la capa compactada debe ser igual a la altura de los pisones o patas, para obtener una compactación óptima. Compactadores combinados: están formados por un rodillo vibratorio liso montado en su eje delantero, y en su eje trasero están provistos de ruedas neumáticas generalmente en un número cuatro, para mejorar las condiciones de compactación, dándole mayor uniformidad a la superficie. Se fabrican en una amplia variedad de pesos y modelos. Compactadores estáticos: son máquinas compactadoras que comprimen el material por efecto de su elevado peso. El efecto de compactación es mucho menos profundo que el de los rodillos vibratorios. Se utilizan principalmente para el acabado de capas granulares y excepcionalmente en la compactación de carpetas asfálticas. Se fabrican con pesos de 2 a 30 toneladas, de dos o tres ejes, cada eje lleva un rodillo de acero liso. La selección del adecuado equipo de compactación dependerá de diversas variables tales como tipo de compactación que se requiere, tipo de suelo, tipo de proyecto en general o bien estará estrechamente sujeto a la experiencia y criterios del ingeniero o ente encargado. Algunas recomendaciones para tener en cuenta para llevar a cabo una compactación exitosa son las siguientes: 

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Una vez se ha extendido el material en tongadas con espesor adecuado y con el grado de humedad determinado, se procede de forma ordenada a compactar, controlando el número de pases y su distribución homogénea. Antes de iniciar la construcción de un terraplén o un pedraplén, se eliminará la tierra vegetal y se excavará, si procede, el terreno. Cuando se espera lluvia, es importante compactar lo más pronto posible los rellenos de granos finos todavía no compactados, puesto que un material esponjado tiene gran capacidad de retención de agua. Para reanudar el trabajo lo antes posible, después de una lluvia, es buena práctica la eliminación con motoniveladora de la fina capa superficial de barrillo (2-3 cm) bajo la que el resto del material aparece poco afectado. Con exceso de agua procedente de precipitaciones atmosféricas, puede realizarse la desecación natural mediante aireo. Ahora bien, con terrenos finos limo-arcillosos y humedades próximas al índice plástico, se estabilizan mediante la adición de cal, cenizas volantes, escorias o arenas. El riego de las tongadas extendidas, siempre que sea necesario, se efectuará de forma que el humedecimiento de los materiales sea uniforme,

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y el contenido óptimo de humedad se obtendrá a la vista de los resultados verificados por el laboratorio de cada caso con el equipo de compactación previsto. Si se comienza la compactación por los bordes del terraplén, conseguiremos cierto efecto de “confinamiento” que ayuda a la densificación. Deben solaparse los pases de compactación, para uniformizarlos, debido a que en el centro de la máquina se consigue mayor eficacia. Se deben ejecutar de forma suave los cambios de dirección en la marcha y los virajes, para no arrastrar el material. Es bueno dar cierto sobreancho a los terraplenes, ya que los bordes quedan siempre compactados por debajo de lo debido. Los bordes de los terraplenes a veces se precisa compactarlos, con lo cual necesitamos de un tractor o grúa que remolque por dicho terraplén al compactador. La superficie de las distintas tongadas deberá tener la pendiente transversal necesaria para evacuar las aguas sin peligro de erosión. Esta pendiente normalmente varía entre el 2 y el 4%. Si se usa un sólo equipo, se simplifican los controles, pero a veces se utilizan dos tipos, uno de mayor rendimiento, y otro que sella la terminación de cada tongada. Si se utilizan equipos vibrantes, las últimas pasadas se realizarán sin aplicar la vibración, con objeto de cerrar las posibles irregularidades de la superficie. Es importante la buena nivelación de la superficie a compactar, de otro modo, las zonas deprimidas que no son pisadas por el rodillo quedarán deficientes de compactación. Se suspenderán los trabajos de compactación cuando la temperatura ambiente sea inferior a 2ºC. Los terrenos congelados no pueden compactarse. Sobre las capas en ejecución se prohíbe el tráfico hasta que se complete su compactación. Si ello es imposible, se distribuirá sin concentrar las huellas en la superficie. Si el terraplén tuviera que construirse sobre un firme existente, se escarificará y compactará éste para procurar su unión con la tongada inmediata superior. Los productos removidos no aprovechables se llevarán a vertedero. Si el periodo de tiempo transcurrido entre el extendido y la compactación es largo, puede producirse la evaporación suficiente para dar como resultado

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un contenido inadecuado de humedad. El material debe ser compactado inmediatamente para evitar el mayor costo de humectación. Al finalizar la jornada no deben dejarse montones de material sin extender ni capas sin compactar, pues si las condiciones atmosféricas son buenas ocurre lo indicado en el párrafo anterior, pero si llueve sobre el material esponjado, a pocos finos que posea, su capacidad de retención de agua será grande y quedará la obra impracticable, con el agravante de tener que sacar y tirar dicho material, pues el periodo de tiempo que sería necesario para su oreo nunca lo permitiría la marcha de la obra. Los efectos nocivos de la lluvia sobre una tongada compactada con pata de cabra pueden reducirse si, antes de caer el agua sobre ella, se ha planchado con un rodillo liso estático o vibratorio. El inconveniente de los rodillos lisos respecto a la unión entre capas se remedia si se pasa una grada o un arado de discos para escarificar la superficie. Antes de este proceso la superficie lisa, y con algo de pendiente, protege contra la lluvia y permite la circulación de vehículos. Generalidades del método De Compactación:

El contenido de agua del suelo. Ya en los primeros estudios de Proctor se puso de manifiesto que el contenido de agua del suelo que se compacta es otra variable fundamental del proceso. Proctor observó que con contenidos crecientes de agua, a partir de valores bajos, se obtenían más altos pesos específicos secos para el material compactado, si se usa la misma energía de compactación; pero observó también que esta tendencia no se mantiene indefinidamente, ya que cuando la humedad pasa de cierto valor, disminuyen los pesos específicos secos logrados. Es decir, Proctor puso de manifiesto que para un suelo dado y usando determinado procedimiento de compactación, existe un contenido de agua de compactación, llamado el óptimo, que produce el máximo peso volumétrico seco que es dable obtener con ese procedimiento de compactación. En relación a un proceso de compactación de campo, dicho contenido de agua es el óptimo para el equipo y la energía correspondientes. Lo anterior puede explicarse en términos generales si se toma en cuenta que en los suelos finos arcillosos, a bajos contenidos de agua, ésta se encuentra en forma capilar, produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, las cuales tienden a formar grumos difícilmente desintegrables, que dificultan la compactación. El aumento en contenido de agua disminuye la tensión capilar y, por lo tanto, el aglutinamiento de sus grumos, lo que hace que aumente

la eficiencia de la energía de compactación. Empero, si el contenido de agua es tal que hay exceso de agua libre, al grado de casi llenar los vacíos del suelo, se impide una buena compactación, puesto que el agua no puede desplazarse instantáneamente a resultas del efecto mecánico que se esté aplicando. Esto es más cierto en los sucios más finos. El contenido de agua original del suelo. Se refiere este concepto al contenido natural de agua que el suelo poseía antes de añadirle o quitarle humedad para compactarlo, en busca del contenido óptimo o cualquier otro con que se hubiere decidido realizar la compactación. En los procesos de campo el contenido de agua original no sólo ejerce gran influencia en la respuesta del suelo al equipo de compactación, sino que también gobierna en gran parte el comportamiento ulterior de la masa compactada. Aunque por lo general sólo pueden lograrse cambios relativamente pequeños al humedecer o secar el suelo extendido en la obra, es muy aconsejable buscar siempre condiciones de humedad natural que no se aparten mucho de la óptima para el proceso de compactación que vaya a usarse. En los procesos de laboratorio, el contenido natural de agua del suelo tiene especial influencia en las compactaciones que se logren con una cierta energía, a humedades menores que la óptima, sobre todo cuando se procede a compactar el suelo inmediatamente después de la incorporación del agua, pues en un suelo originalmente bastante seco, el agua que se añada producirá mayor diferencia inmediata entre las condiciones de humedad interna y externa de los grumos que en otro que originalmente hubiese estado más húmedo; por ello, es de esperar que los pesos volumétricos secos que se obtengan sean mayores cuando los contenidos originales de agua del suelo sean menores. La curva de compactación: Los procesos de compactación comenzaron a desarrollarse en el campo, como técnicas de construcción. Fue hasta que se trató de estudiar de un modo más riguroso los efectos de tales técnicas y de establecer procedimientos de control de calidad y verificación de resultados en el campo cuando nacieron las pruebas de compactación de laboratorio, al principio sólo con base en la original desarrollada por Proctor, y después con base en toda una serie de pruebas, variantes más o menos cercanas a la primera, que se desarrollaron por el afán de ir logrando en el laboratorio mayor acercamiento a los procesos de campo, que paralelamente se ampliaron con toda una serie de equipos nuevos producidos por una tecnología cada vez más conocedora y exigente.

Como ya se dijo, Proctor visualizó la correlación entre los resultados de un proceso de compactación y el aumento del peso volumétrico seco del material compactado, y estableció la costumbre, que aún hoy se sigue, de juzgar los resultados de un proceso de compactación con base en la variación de peso volumétrico seco que se logre; también comprendió el fundamental papel que desempeña el contenido de agua del suelo en la compactación que de él se obtiene, con un cierto procedimiento. Juntando estos dos aspectos, que consideró básicos, estableció la costumbre, que también ha subsistido hasta la actualidad, de representar la marcha de un proceso de compactación por medio de una gráfica en la que se haga ver el cambio de peso volumétrico seco al compactar al suelo con diversos contenidos de agua, utilizando varias muestras del mismo suelo, cada una de las cuales proporciona un punto de la curva. Comoquiera que diferentes procesos de compactación producen al mismo suelo compactaciones distintas, un mismo suelo podrá tener diversas curvas de compactación, correspondientes a los diferentes modos de compactarlo que puedan usarse, sea en el campo o en el laboratorio. Una representación tal como la anterior (ɤd - w) recibe por antonomasia el nombre de curva de compactación, pero no constituye el único medio gráfico de representar los resultados de un proceso de compactación; simplemente es el modo más usual de representación de los que hoy se utilizan. Sea cual fuere el procedimiento de compactación que se siga, la forma de la curva de compactación será parecida a la que se muestra en la Fig 1.

Fig. 1 – Curva de compactación típica

La curva muestra un máximo absoluto, alguna vez acompañado de otro secundario, de menor valor. El peso volumétrico seco correspondiente al máximo absoluto recibe el nombre de peso volumétrico seco máximo; la humedad con la que tal máximo se consigue se denomina humedad óptima y representa el contenido de agua con el cual el procedimiento de compactación que se esté usando produce la máxima eficiencia, por lo menos si ésta se juzga por el peso volumétrico seco que se logre. Compactación de las primeras capas de un terraplén sobre terrenos blandos: 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 ése el caso, podrá construirse en toda la zona de desplante una plantilla de trabajo, preferentemente de material granular fino, con 20 ó 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 económico pensar en la construcción de pedraplenes u otro tipo de soluciones. En relación con el problema presentado en el párrafo anterior ha de tenerse en cuenta que los suelos arcillosos blandos muchas veces poseen una costra relativamente más firme, producto del secado por evaporación; la remoción de esta capa o su debilitamiento contribuirá siempre a hacer más difíciles las condiciones de trabajo Suelos friccionantes que se toman “movedizos”: 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 casi 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, si se logra eliminar la fuente de agua que los ha saturado, pero es en este punto en donde pueden surgir problemas casi insolubles; en áreas pequeñas el problema se puede eliminar con la colocación de una capa de material granular grueso que rompa la capilaridad e impida la subida del agua; en otros casos podrá abatirse el nivel freático por medio de subdrenes laterales de zanja. Cuando todo lo anterior

no sea posible, deberá procurarse no alterar al terreno natural y usar sobre éste materiales gruesos apropiados, modificando el proyecto cuando sea necesario. Problemas derivados de sobrecompactación: 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 para la compactación deberán determinarse en un estudio de expansión. Es fundamental el control de la humedad de compactación durante el proceso. Otro tanto puede decirse de los suelos que exhiben rebote elástico, por ejemplo bajo el paso de cargas en movimiento; este efecto, que conduce a la destrucción rápida de un pavimento, por ejemplo, es mucho más notable cuando el suelo se compacta más allá de un de cierto límite, que deberá determinarse también con base en estudios especiales.

Pruebas de compactación en el laboratorio: Los procesos de compactación de campo son en general demasiado lentos y costosos como para reproducirlos a voluntad, cada vez que se desee estudiar cualquiera de sus detalles; no proporcionan un modo práctico de disponer de una herramienta de análisis, estudio e investigación, tal como lo requiere el problema de la compactación de suelos, con sus muchas complicaciones y complejidades. Así, la tendencia a desarrollar pruebas de laboratorio que reproduzcan fácil y económicamente aquellos procesos debió de ser obvia para cualquiera que se interesara (e interese) en racionalizar las técnicas de campo y en conocer más un proceso tan difícil e importante. Las mismas razones inducen a las pruebas de laboratorio a ser base de estudios para proyecto y fuente de información para planear un adecuado tren de trabajo de campo; la alternativa sería o establecerlo sobre bases únicamente personales, fundadas en la experiencia anterior, pero sin ningún estudio para el caso, o desarrollarlo en un modelo a escala natural, verdadera duplicación de la estructura que se vaya a construir, llegando como límite al absurdo total de hacer algo para aprender a hacerlo (absurdo, naturalmente, en el caso de que se habla, pero no en relación a otras actividades humanas). Así planteado el problema, las pruebas de compactación de laboratorio se justifican sólo en términos de su representatividad de los procesos de campo que reproducen. Y esta representatividad ha de set llevada a sus últimas consecuencias, so pena de caer en un despropósito y llegar a estudiar detenida y acuciosamente en el laboratorio un proceso que no tenga nada (o no tenga mucho) que ver con el pro. Ceso de compactación de campo que se supone que reproduce; este divorcio podría llegar a tener consecuencias graves en cuanto a las conclusiones prácticas que se adopten y, desde luego, las tendría al desviar fuera de sus cauces justos y razonables el criterio de aquellos ingenieros que juzgaran el proceso de compactación a través del laboratorio de manera única o principal. En rigor, actualmente se hacen dos usos principales de las pruebas de compactación de laboratorio. En el primero, se compactan los suelos para obtener datos para proyecto de estructuras de tierra; esta información se refiere a resistencia, deformabilidad, permeabilidad, susceptibilidad al agrietamiento, etc. En este caso, la representatividad de la prueba, en el sentido de que se produzca en el laboratorio un suelo con las mismas propiedades mecánicas que después se obtendrán al compactar los materiales en el campo, es obviamente esencial. Pero hay un segundo uso de las pruebas de compactación, que es el que de ellas se hace en las operaciones de control de calidad; en este caso, la prueba funciona

fundamentalmente como un índice comparativo del peso volumétrico de laboratorio y de campo y la similitud de propiedades mecánicas entre ambos es mucho menos importante, siéndolo por consecuencia cualquier idea de “representatividad” referente a la prueba. Lo esencial de un índice de comparación es que sea siempre el mismo. Como existen tantos modos de compactar suelos en el campo, es también razonable pensar que no se logrará tener una sola prueba, con una única técnica estandarizada, que pueda representarlos a todos. Así, es lógico pensar que haya pruebas de compactación de varios tipos. La energía de compactación influye mucho también en los resultados del proceso, y hoy los equipos de campo la aplican en formas muy variadas, de manera que también habrá variantes en las pruebas por este concepto. Aun cuando otros factores actúan como variables que afectan el proceso de compactación, sólo los antes mencionados han sido utilizados para diferenciar pruebas de laboratorio, por lo menos las más comunes. A partir de 1933, en que Proctor desarrolló su prueba, la primera históricamente, han ido apareciendo otras muchas; todas ellas pueden agruparse en uno de los siguientes apartados: A.

Pruebas dinámicas

B.

Pruebas estáticas

C.

Pruebas por amasado

D.

Pruebas por vibración

E.

Pruebas especiales o en proceso de desarrollo

Efecto del método de compactación en suelos finos: Desgraciadamente no es posible comparar los diversos métodos de compactación que se utilizan al mismo nivel de energía de compactación, pues, como ya se explicó, éste no puede cuantificarse con precisión en cada caso y se ve afectado por factores imponderables que influyen en la eficiencia de los procesos. Lo que se hace es comparar los procedimientos que llevan al suelo al mismo peso volumétrico seco y con el mismo contenido de agua. En tales condiciones, se espera que la diferencia de propiedades del suelo que pueda obtenerse se deba únicamente a una diferencia en las estructuras, la cual sería atribuible sólo a diferencias en la magnitud de las deformaciones angulares inducidas por el método de compactación.

En el laboratorio, a mismo peso volumétrico y mismo contenido de agua, el máximo grado de orientación de las partículas se logra por amasado y el mínimo por compactación estática. En la Fig. 2 se presenta una interesante investigación en la que se hace ver que con compactación estática una arcilla conserva una estructura completamente floculada en toda la curva de compactación; la arcilla, que tenía estructura floculada a bajas humedades, con compactación por amasado alcanza una estructura dispersa desarrollada en su totalidad (con la máxima orientación de las partículas) a contenidos de agua de compactación correspondientes aproximadamente a la humedad óptima de la prueba que se haga; esta estructura dispersa se mantiene a contenidos de agua crecientes ya en toda la curva. En una prueba de compactación por impactos, una estructura inicialmente floculada a contenidos de agua muy bajos, se va tornando dispersa a medida que la curva de compactación progresa con humedades crecientes, alcanzándose una estructura totalmente orientada sólo con humedades mayores que la óptima, ya en la rama húmeda de la curva. Es evidente que de lo anterior pueden extraerse conclusiones que trascienden en mucho al aspecto meramente académico de la investigación. A estructuras tan diferentes en el suelo han de corresponder propiedades fundamentales también muy diferentes (ello se comprobará en las páginas siguientes). Por otra parte, casi todos los procesos de compactación de campo más usados, excluyendo la vibración, desgraciadamente no incluida en la investigación anterior, incluyen en mayor o menor grado efectos de amasado, en tanto que la compactación estática del laboratorio no puede considerarse representativa de ningún método actual de campo. De esta manera, puede ya intuirse que una prueba de compactación estática no podrá considerarse representativa de ningún proceso de compactación de campo y, por ende, el uso de una prueba estática de laboratorio para estudio de suelos con fines de proyectar una estructura de tierra deberá cuestionarse seriamente. En el campo, el rodillo pata de cabra produce mayor orientación de las partículas que el neumático. Una diferencia bien conocida entre las pruebas de laboratorio por amasado y por impactos es que el lugar geométrico de los óptimos corresponde a grados de saturación mayores en el primer caso que en el segundo. Comentarios adicionales sobre la compactación de suelos “friccionantes” y “cohesivos” Los principios que gobiernan la compactación de suelos en el campo son esencialmente los mismos que los discutidos anteriormente para las pruebas de

laboratorio; así, los pesos específicos secos máximos obtenidos resultan ser fundamentalmente función del tipo de suelo, del contenido de agua- usado y de la energía específica aplicada por el equipo que se utilice, la cual depende del tipo y peso del equipo y del número de pasadas sucesivas que se aplique. La compactación de terraplenes se realiza con rodillos “pata de cabra”, rodillos lisos, rodillos neumáticos y equipos vibratorios. Los rodillos pata de cabra tienen como característica fundamental compactar al suelo de abajo hacia arriba ejerciendo un efecto de amasado en el mismo, por medio de protuberancias de unos 15 cm de longitud, fijas al tambor metálico y espaciadas entre sí 15 a 25 cm en cualquier dirección. Estas protuberancias tienen la forma típica de la pezuña de una cabra, lo cual da su nombre al equipo. Los demás rodillos mencionados y los equipos vibratorios compactan al suelo de la superficie hacia abajo. Los rodillos pata dc cabra normalmente usados ejercen presiones sobre el suelo comprendidas entre 10 y 40 Kg/cm2, si bien cargándolos con agua y arena es posible elevar estas presiones hasta valores del orden de H0 Kg/cm2 y aún más; sin embargo, estos rodillos tan pesados sólo funcionan satisfactoriamente en los casos en que el contenido de agua del suelo sea muy bajo. Los rodillos lisos pesan normalmente unas 10 toneladas y suelen ser de eje doble o triple. Frecuentemente se utilizan para el acabado superficial de las capas compactadas. Los rodillos neumáticos pueden ser también de eje simple o eje múltiple. Los dc eje múltiple suelen pesar unas 10 toneladas por eje: en épocas anteriores era muy frecuente el ver rodillos hasta con 50 toneladas por eje, si bien hoy estos equipos tan pesados sólo se usan en casos excepcionales de compactación profunda. Las presiones de inflado en las llantas dc los rodillos neumáticos suelen ser entre 5 y 7 Kg/cm2. Los equipos vibratorios recomendados para la compactación de suelos puramente friccionantes como son las arenas o las gravas arenosas pueden variar en un gran número de tipos y sistemas, que van desde la utilización de pisones vibratorios manuales, hasta plataformas vibratorias que compactan extensiones mayores de suelo. Existe un intervalo para la frecuencia del vibrador en el cual trabaja con el máximo de eficiencia. En la práctica se ha visto que frecuencias de 1.500 a 2.000 ciclos por minuto para el vibrador suelen rendir buenos resultados. En épocas recientes se ha tratado de combinar efecto vibratorio con rolado pero, en este tipo de equipo, se presenta la dificultad de que cualquier amortiguador, incluyendo las llantas de los rodillos, que se intercale entre el vibrador y el suelo, produce una amortiguación de las vibraciones de tal magnitud que difícilmente se justifica la combinación, económicamente hablando. De hecho el uso de equipo

vibratorio encierra algunas dificultades prácticas que hacen que muchos especialistas prefieran los rodillos neumáticos pura la compactación de grandes masas de arena. El problema de compactación de arenas ha tratado de resolverse también por el procedimiento llamado de vibroflotación, que consiste en introducir en la arena a la profundidad deseada un vibrador combinado con un inyector de agua a presión. Al retirar el vibrador se produce la compactación por un efecto combinado de vibración e inyección del agua; el efecto del agua realmente es soltar la arena a fin de permitir que la acción del vibrador sea más efectiva. También ha dado excelente resultado para compactación de grandes masas de arena suelta el hacer estallar cargas de explosivos en pozos excavados al efecto en el interior de la masa. Por último, se han compactado arenas muy sueltas simplemente anegándolas con agua y permitiendo la filtración de esa agua a través de la masa, el agua arrastra los granos finos, depositándolos en los huecos entre los más gruesos, aumentando así la compacidad general del manto. A veces el efecto se ha acelerado empleando agua a presión. Desde luego este procedimiento sencillo y económico es mucho menos eficiente que los antes descritos. En suelos arenosos con finos poco plásticos los rodillos neumáticos son los que rinden mejores resultados y actualmente su uso tiende a imponerse aun sobre los rodillos “pata de cabra”. En estos suelos no existen grumos cuya disgregación requiera grandes concentraciones de presión, como las que proporciona el rodillo “pata de cabra”; por ello resulta mejor la aplicación de presiones uniformes en áreas mayores, que evitan, inclusive, el producir zonas sobre-fatigadas en el material compactado. En limos poco plásticos, los rodillos neumáticos resultan también eficientes. Suelen usarse también los rodillos lisos y “pata de cabra”, aunque con resultados un poco menos satisfactorios. En estos suelos la curva de compactación es muy aguda, por lo que es recomendable ejercer un control muy estricto sobre los contenidos de agua usados en el trabajo de campo. Para compactar grandes masas de arcilla, el mejor método es el uso de los rodillos “pata de cabra”, pues este equipo proporciona, dadas sus características peculiares, las concentraciones de presión y efectos de amasado necesarios para la disgregación de los grumos y compactación adecuada de estos materiales. El rodillo “pata de cabra” ofrece un ejemplo típico de cómo la moderna Mecánica de Suelos ha adoptado técnicas fundadas en prácticas ancestrales, basadas en la experiencia más primitiva. En efecto, existe evidencia histórica suficiente para poder afirmar que los primeros esfuerzos sistemáticos de compactación de masas arcillosas fueron realizados en Asia, en la construcción de bordos y consistían en un apisonamiento manual continuado con varilla de bambú, así como en el paso

de animales sobre los terrenos por compactar. Los constructores ingleses adoptaron la práctica y observaron que la cabra, por la forma especial de su pata, era uno de los animales que más eficientemente compactaban las arcillas; el actual rodillo reproduce esas tradiciones de un modo fiel. La compactación producida en los suelos por los diferentes equipos se ve, evidentemente, influenciada por el número de veces sucesivas que aquéllos pasen sobre el material tendido; la relación entre los pesos específicos secos obtenidos en el campo y el número de pasadas es abrupta en un principio; es decir, para las primeras pasadas la compactación crece muy rápidamente, pero cuando el equipo ha pasado varias veces, el efecto de una pasada posterior disminuye, al grado que, económicamente, se llega a un momento en que ya no compensa que el equipo pase más veces sobre el suelo. En la práctica se ha encontrado que el número económico de pasadas fluctúa entre 5 y 10, según los casos. El número de pasadas necesario para obtener un cierto peso específico seco es función del equipo de campo usado: un equipo pesado logrará más pronto el mismo efecto que otro más ligero. Actualmente la tendencia es usar equipos de compactación pesados, a fin de reducir el número de pasadas sobre el material. El equipo a usarse para lograr la compactación dependerá de tal valor de proyecto y del contenido de agua natural del suelo en los bancos de que se extraiga y además claro es, del tipo de suelo en sí. Teóricamente el material habrá de compactarse con la humedad óptima correspondiente al peso específico deseado, obtenida en laboratorio. Sin embargo, condiciones de clima pudieran imponer restricciones muy serias respecto a la humedad del suelo por compactar; en tales casos, la prueba de laboratorio que fije los datos de proyecto deberá tener en cuenta tales restricciones y el equipo de campo trabajar sobre tales bases. Por todas las reflexiones anteriores resulta 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 compactación de un suelo compactado la relación, en porcentaje, entre el peso específico seco obtenido en la obra, y el máximo especificado en el «laboratorio para tal obra. El control de la obra se lleva generalmente investigando el grado de compactación de los materiales ya compactados y estableciendo un mínimo aceptable, que varía según la importancia y función de la obra. El material por compactar se deposita por capas, generalmente de espesor comprendido entre 10 y 30 cm, siendo común el de 20 cm. En obras importantes se recomienda siempre recurrir a secciones experimentales (p. ej. terraplenes de prueba) que permitan determinar el espesor de las capas y el

número de pasada de un cierto equipo, para obtener el grado de compactación deseado. El grado de compactación de un suelo es: Cabe mencionar que, independientemente del amplio uso que se hace actualmente del concepto grado de compactación, dista de estar exento de defectos. En efecto, podría decirse que el concepto es inadecuado para evaluar la compactación lograda por un cierto equipo de campo. Un material (A) en estado totalmente suelto, tal como se deposite en la obra, antes de sufrir ninguna compactación, puede exhibir un grado de compactación, del orden de 80%, mientras que otro material (B), en las mismas condiciones puede tener un grado de compactación de 60%. (Dependiendo de la relación que en esos materiales pueda tenerse entre sus pesos específicos en el estado más suelto y los mismos después de haber sometido al suelo a una prueba de compactación.) Si el material B se compacta ahora hasta alcanzar en el campo un 80% de compactación, se dirá que está igualmente compacto que el A, aplicando el criterio del grado de compactación; sin embargo, la realidad es totalmente distinta: A está en estado totalmente suelto, con todo lo que ello implica en lo que se refiere a su comportamiento mecánico, en tanto que B ya ha sido parcialmente compactado, con lo que aumentó su resistencia, disminuyó su compresibilidad y, en general, adquirió características diferentes de las correspondientes al estado suelto. Como se ha indicado el control de los trabajos de compactación suele llevarse actualmente haciendo uso del concepto grado de compactación. Generalmente una empresa contraria realiza el trabajo y la parte contratante controla los resultados obtenidos para verificar el cumplimiento de las condiciones de proyecto; esto se hace verificando que en el campo se alcance el grado de compactación especificado en dicho proyecto. Esta forma de trabajar ha ocasionado un problema que comúnmente molesta a los ingenieros de control de calidad. Para determinar el grado de compactación- que el contratista ha alcanzado en una determinada capa compacta es preciso conocer el contenido de agua de la muestra de suelo que se haya extraído de dicha capa; esta determinación, si se siguen los métodos tradicionales, exige un período de secado al horno del orden de las 24 horas, con el inconveniente de que en el momento que el ingeniero llegue a calcular el grado de compactación, probablemente el contratista ya ha compactado otras capas sobre aquella cuya calidad se controla.

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