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XX SEMINARIO VENEZOLANO DE GEOTECNIA “Desafíos en el Ejercicio de la Geotecnia”

DISEÑANDO SUELOS COMPACTADOS CON LA TECNOLOGÍA RAMCODES Freddy J. Sánchez-Leal SOLESTUDIOS, C.A. Ingeniería de Consulta Coro – Falcón Email: [email protected]______ RESUMEN. Este artículo presenta el método RAMCODES DSC para el diseño de suelos compactados que se basa en tres pilares fundamentales, a saber: la curva de diseño, la pirámide de diseño, y los cuadrantes del QA/QC, último este que no es tratado en este trabajo por razones de espacio). La pirámide de diseño es una construcción gráfica conceptual de tres niveles jerárquicos que permite organizar los diferentes enfoques existentes para diseñar el suelo compactado y asociarlos al riesgo relativo, de mayor a menor, tomando en cuenta la cantidad de información que el proyectista tiene del material. Básicamente existen dos enfoques para diseñar el suelo compactado, el que usa el criterio de adecuación, basado en la calidad del suelo por clasificación, y el cumplimiento de un grado mínimo de compactación (v.g. COVENIN 2000-87), y el enfoque que se basa en el desempeño (Fondonorma NTF 20001:2009). RAMCODES DSC diseña el suelo en el nivel más alto de la pirámide empleando curvas de diseño, que son trazos que relacionan el grado de compactación con la respuesta del suelo compactado, bajo condiciones de hidratación y sobrecarga constantes. El método RAMCODES DSC tiene dos partes, una básica (con succión no controlada), que se presenta en este artículo, y otra avanzada (para succión sí controlada), que se escribirá próximamente. En la parte básica se usa una técnica especial para generar curvas de diseño a partir de ensayos de laboratorio que no controlan la succión como el CBR y triaxiales con carga monotónica o cíclica. Se presentan ejemplos de cómo el diseño en el tercer nivel de la pirámide es mucho más ventajoso que el que se realiza en la mayoría de las obras (COVENIN 2000-87), tanto en seguridad como en economía. Los diseños que se muestran en este artículo están basados en la norma Fondonorma NTF 2000-1:2009, y los ensayos de CBR corresponden al estándar ASTM D 1883-07.

INTRODUCCION

propulsados con controles de velocidad de avance y retroceso, y controles de frecuencia y amplitud de vibración y oscilación del RAMCODES es un acróstico de metodología racional para tambor, y provistos de sistemas de posicionamiento global el análisis de densificación y resistencia de geomateriales (GPS). Además, existen modelos que son capaces de medir la compactados. Este enfoque ha sido desarrollado por este autor respuesta dinámica de una capa de suelo compactado y reportar desde 1998 y aplicado a geomateriales tales como suelo y al operador cuando se haya alcanzado algún valor deseado del mezclas asfálticas (Sánchez-Leal 2002, 2003, 2004, 2007, y módulo elástico. En opinión de este autor, el hecho más Sánchez-Leal et al. 2011), como una mejora de los métodos importante con respecto a esta tecnología es que es clásicos de diseño como el CBR, Marshall y Superpave. increíblemente fácil de usar, y está prácticamente al alcance de RAMCODES está basado en tres tópicos, a saber: mecánica de cualquier contratista alrededor del mundo. suelos, estadística y relaciones peso-volumen. Previamente, Por el contrario, la tecnología para el diseño de suelos esta metodología ha producido tres herramientas analíticas para compactados ha tenido un desarrollo muy lento y los últimos el análisis y diseño de geomateriales, como lo son la carta de descubrimientos no están al alcance de todos. La década de 1955 gradación para mezclas asfálticas (Sánchez-Leal, 2007), los a 1965 es ciertamente considerada «La Década de Oro» en este mapas de resistencia para suelo compactado (Sánchez-Leal, importante tópico de la construcción debido a que los trabajos de 2003), y el polígono de vacíos para mezclas asfálticas importantes investigadores como Turnbull y Foster (1956), (Sánchez-Leal, 2002, 2004 and Sánchez-Leal et al., 2011). Este Lambe (1958), Seed (1959), Marsal y Reséndiz (citados por artículo presenta un enfoque completo, práctico y aplicable Mendoza, 1992), permitieron entender el fenómeno físico de la para el diseño de suelos compactados probado en proyectos compactación del suelo y su relación con su comportamiento reales. mecánico e hidráulico. Luego, desde 1990, la emergencia de la mecánica de suelos no saturados, el avance en los equipos de ANTECEDENTES ensayo y el software de análisis, introdujo un nuevo enfoque para explicar mejor el fenómeno de compactación del suelo y el La evolución de la tecnología de la construcción de rellenos desarrollo de la resistencia bajo la densificación y el secado, y la en los últimos 250 años es monumental. Por ejemplo, hacia pérdida de resistencia durante el humedecimiento. Investigadores 1800, los primeros prototipos de equipos de compactación de la talla de Gens y Alonso (1990), y Fredlund (1993), estaban constituidos por rodillos «pata de cabra» hechos de demostraron la fuerte influencia de la succión del suelo en el madera o acero, halados por un caballo. Mientras que en este desarrollo de la resistencia del suelo con la compactación, en la nuevo siglo, las máquinas de compactación son rodillos auto permeabilidad, en la pérdida de la resistencia con el XX SEMINARIO VENEZOLANO DE GEOTECNIA - NOVIEMBRE 2012

humedecimiento, en las implicaciones de la sumergencia, en el cambio volumétrico, en el transporte desechos y lixiviados a través de los poros del suelo, y en muchos otros tópicos. El desarrollo y aplicación de esta ciencia continúa pues existen todavía muchos aspectos del fenómeno de suelos compactados que no son bien entendidos. En la experiencia de este autor como consultor, la práctica presente en el diseño y especificación de suelo compactado es una muy limitada versión de La Década de Oro, mientras que los recientes avances en la ciencia de los suelos compactados son aplicados solo a un número privilegiado de proyectos, y todavía no existe un procedimiento estándar para diseñar el suelo compactado bajo estos modernos conceptos. Este autor encuentra sumamente preocupante que la gran mayoría de los proyectos civiles en Venezuela (COVENIN, 1987), y el estado del arte de la construcción y control de rellenos estructurales en los EEUU (Shanklin, Rademacher, y Talbot, 2000), esté basado bien sea en el criterio del 95% del Proctor, para suelos con finos, o en un cierto valor de la densidad relativa, para suelos limpios, como una receta para tener rellenos de tierra con propiedades ingenieriles aceptables, sin ningún ensayo de laboratorio o campo para verificar el desempeño. Aún más, actualmente no existe un estándar para el diseño de suelo compactado que permita incluir los recientes avances en la compactación desde el punto de vista de la mecánica de suelos no saturados, ni un enfoque que tome en cuenta el riesgo asociado a los diferentes criterios de compactación que existen en la actualidad. Este artículo presenta a RAMCODES como una propuesta para organizar los criterios actuales de diseño de suelo compactado, y asociarlos con niveles de riesgo que tomen en cuenta el grado de incertidumbre en el comportamiento del suelo. DESARROLLO Para el método RAMCODES de Diseño de Suelos Compactados (DSC), diseñar un suelo compactado significa establecer un grado de compactación mínimo (%C) suficiente para que el suelo exhiba la respuesta deseada, bajo las particulares condiciones de sobrecarga e hidratación del proyecto civil. Este análisis viene usualmente ya sea de programas de investigación en laboratorio, campo o en ambos. El método RAMCODES DSC está basado en tres conceptos clave, que son: la curva de diseño, que relaciona el grado de compactación con su comportamiento bajo las condiciones de interés, la pirámide de diseño, que establece un orden jerárquico entre los diferentes enfoques para diseñar un suelo compactado, y los cuadrantes del QA/QC, que establecen todas las posibles combinaciones de los enfoques de diseño y control estadístico de calidad en campo; sin embargo, por motivos de espacio, este último concepto no será tratado en este artículo. Curva de diseño Por definición, una curva de diseño es la relación entre el grado de compactación del suelo y la respuesta estudiada, bajo las mismas condiciones de sobrecarga, hidratación y ensayo. Para suelos con finos, el grado de compactación es típicamente expresado como porcentaje de la densidad máxima seca del ensayo Proctor. Mientras que para suelos limpios, el grado de compactación se expresa mediante el concepto de densidad relativa.

La respuesta estudiada podría ser cualquier propiedad hidráulica o mecánica, tales como la permeabilidad, la resistencia al cortante, el módulo de Elasticidad, la deformación plástica acumulada, el coeficiente de balasto. La condición de hidratación se refiere al grado de saturación inicial del suelo (comúnmente luego de la compactación), y a la trayectoria de hidratación, es decir, secado o humedecimiento, y la cantidad de succión del suelo ganada o perdida durante el trayecto. La condición de sobrecarga es el confinamiento o presión isotrópica o anisotrópica alrededor del espécimen. Finalmente, las condiciones de ensayo se refieren al método de compactación, y al tipo y velocidad de carga, ya sea monotónica o dinámica.

FIG. 1 Curva de diseño.

Pirámide de diseño La Pirámide de Diseño de RAMCODES está inspirada en la pirámide para diseño de mezclas de alto desempeño de la Asociación Mexicana del Asfalto. Es una figura triangular de tres niveles que establece una relación jerárquica entre los diferentes enfoques que existen, en este caso, para diseñar un suelo compactado. La pirámide de diseño RAMCODES tiene dos criterios generales de diseño, a saber: conformidad (Nivel 1), y desempeño (niveles 2 y 3).

FIG. 2 Pirámide de diseño RAMCODES.

El criterio de conformidad se refiere al hecho de que el material de suelo debe cumplir con un mínimo de calidad basada en el XX SEMINARIO VENEZOLANO DE GEOTECNIA - NOVIEMBRE 2012

cumplimiento que toma en cuenta la clasificación (i.e., gradación, plasticidad, dureza de las partículas gruesas), y que los lotes compactados deben tener un grado mínimo de compactación referido al ensayo Proctor, típicamente 95%, o un cierto valor mínimo de densidad relativa. Dado que el criterio de conformidad no está relacionado con el desempeño, no existe una forma racional de validar que el lote compactado estará seguro, es decir, que cumple los requerimientos mínimos del proyecto en cuanto a resistencia o permeabilidad, bajo particulares condiciones de hidratación y sobrecarga del proyecto. Durante sus seminarios este autor acostumbra a llamar a este nivel «La Receta». El criterio de receta debería ser utilizado solamente en proyectos civiles de relativamente poca importancia debido que el nivel de riesgo es muy alto por el desconocimiento del comportamiento del suelo. Los criterios de desempeño, por el contrario, requieren que el suelo compactado deba ser investigado, en laboratorio, campo o en ambos, para encontrar la relación entre el grado de compactación, una variable relativamente fácil de medir tanto en campo como en laboratorio, y la respuesta del suelo bajo las particulares condiciones de hidratación y sobrecarga del proyecto civil. El Nivel 2 de la pirámide de diseño especifica la calidad del material de suelo al igual que en el criterio de conformidad, pero requiere además que el suelo compactado exhiba en campo el nivel requerido de respuesta. Existen dos alternativas para hacer esto, que son: ensayos de campo o ensayos de laboratorio. Los ensayos de campo se realizan directamente sobre el terraplén compactado; entre estos se pueden tener los ensayos de placa, penetrómetro dinámico de cono, Humblodt GeoGauge, veleta de campo, dispositivos instalados en el tambor del rodillo para medir el balasto o módulo elástico del suelo basado en la respuesta dinámica del suelo a la solicitación de compactación, entre otros. La verificación con ensayos de laboratorio puede ser llevada a cabo elaborando gráficos de contorno para la respuesta deseada en el marco de humedad contra densidad seca. A estos gráficos se les conoce en RAMCODES como «mapas de resistencia», y son obtenidos a partir de un experimento factorial de laboratorio, tal como se describe en la Norma Venezolana Fondonorma NTF 2000-1:2009 para construcción de carreteras. Con un mapa de resistencia, un proyectista puede establecer regiones de aceptación con todas las posibles combinaciones de humedad y densidad que harían que el suelo tuviera una respuesta igual o superior a la requerida. El riesgo en este nivel es ciertamente menor que en el Nivel 1 dado que se evalúa la resistencia que tiene el suelo en campo cuando se compacta. Pero el riesgo principal de este enfoque es que el suelo es diseñado y verificado en campo para una condición de hidratación «tal como se compactó». En consecuencia, si el suelo se humedece durante su vida útil, por ejemplo, su resistencia podría disminuir notablemente si el suelo es susceptible a hidratación, pudiendo ocurrir una falla. Este enfoque es ideal para suelos limpios o poco susceptibles a la hidratación. El Nivel 3 también considera la calidad del material de suelo como en el Nivel 1, pero requiere también que el suelo presente la respuesta deseada bajo las particulares condiciones de hidratación y sobrecarga del proyecto. Por definición, la única forma de conseguir esto es a través de una curva de diseño; de modo que en este nivel se diseña el suelo primero obteniendo una curva de diseño y luego usándola para establecer el grado mínimo de compactación necesario para satisfacer los

requerimientos del proyecto. En el Nivel 3 de la pirámide de diseño de RAMCODES existen dos subniveles que dependen de si la succión es controlada o no durante los ensayos de laboratorio. En el subnivel 3a la succión es controlada durante los ensayos con un arreglo especial en una cámara triaxial. Un espécimen de suelo compactado puede ser ensayado manteniendo la succión constante en la condición «tal como se compactó» (i.e., sin cambio de succión), luego de una trayectoria de hidratación (i.e., cambio negativo de succión), luego de una trayectoria de secado (i.e., cambio positivo de succión), o luego de un ciclo o ciclos de hidratación y secado. También, este subnivel tiene las condiciones apropiadas para estudiar el efecto de la hidratación por inmersión en la respuesta del suelo compactado. El subnivel 3a es claramente el entorno ideal para obtener una curva de diseño confiable, un suelo diseñado con el menor riesgo posible, tomando en cuenta la cantidad de información que el diseñador podría tener del mejor modelaje del comportamiento del suelo. El subnivel 3a constituye la etapa avanzada del método RAMCODES DSC, que se tratará en un artículo posterior. En el subnivel 3b la succión no puede ser controlada debido a que los equipos de ensayo no son capaces de hacerlo. Los equipos triaxiales con carga monotónica o cíclica, el ensayo CBR, con carga monotónica o repetida, son típicos ejemplos de ensayos en los que la succión no puede ser controlada. Sin embargo, si los especímenes son ensayados a la humedad de compactación y arreglados en forma de un experimento factorial que permita evaluar la variación de la respuesta en un rango de contenidos de agua y energías de compactación para cubrir un rango de grados de saturación típico entre 50 y 90%, se pueden obtener varias curvas de diseño implementando una técnica especial de desarrollada por este autor. Esta técnica será explicada más adelante en este artículo. El subnivel 3b es una aproximación del subnivel 3a para la condición «tal como se compactó», y constituye la etapa básica del método RAMCODES DSC. El riesgo en este subnivel es el mismo que cualquier enfoque para la condición «tal como se compactó», es decir, tomar como representativa la respuesta de un suelo con un grado de saturación en la condición de compactación sin discriminar si viene de una trayectoria de hidratación o de secado, o de un ciclo o ciclos de hidratación. En este subnivel también se puede estudiar el efecto de la inmersión en la respuesta del suelo compactado, pero hay que cuidar de no sacar el espécimen de suelo del agua para dejarlo escurrir, como solicita por ejemplo el procedimiento ASTM D 1883-07 para el ensayo CBR, pues esto aumentaría la succión de forma incontrolada, produciendo una resistencia más alta, no representativa del estado que se pretende emular. Para simular correctamente el efecto de la inmersión hay que hacer arreglos especiales para ensayar el espécimen bajo agua (v.g., introducir cada espécimen de CBR en un recipiente lleno de agua donde permanecerá los 4 días, y luego de esto colocar el recipiente en la prensa universal para realizar el ensayo de penetración). Diseñando en el subnivel 3b Diseñar en el subnivel 3b de la pirámide de diseño requiere tres pasos, a saber: 1) elaborar un experimento factorial y analizar sus resultados para obtener un gráfico de contorno o mapa de resistencias, 2) Producir un grupo de curvas de diseño para diversos grados de saturación (conocido como «espectro de curvas de diseño») intersectando el mapa de resistencias con

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diversas curvas de saturación, y 3) diseñar el suelo, es decir, establecer el grado mínimo de compactación necesario para que el suelo presente la respuesta que el proyecto requiere, bajo sus particulares condiciones de hidratación y sobrecarga. En general, son tres las respuestas más recurridas cuando se va a diseñar un suelo compactado; estas son: la resistencia (carreteras, rellenos estructurales), la permeabilidad (corazones impermeables de presas) o la densidad (bermas de contrapeso). De todas estas la resistencia es la más frecuentemente recurrida, aunque en proyectos complejos pueden requerirse una determinada combinación de ellas. En lo que resta de este artículo se utilizará la respuesta de resistencia para el suelo. Sin embargo, lo descrito podría ser aplicado de igual forma a la permeabilidad, y en las aplicaciones con densidad no hace falta este análisis.

FIG. 3 Espectro de curvas de diseño obtenido con software SoilDesignerTM.

Experimentos factoriales y mapas de resistencia Un experimento factorial es una técnica estadística simple para diseñar experimentos en la cual dos o más parámetros son variados dentro de un cierto rango de interés para evaluar la influencia de la interacción de estos parámetros en la respuesta.

confinamiento, la velocidad y tipo de carga, se mantienen constantes. Dado que ni el ensayo Proctor, ni el compactador giratorio son capaces de compactar el material de suelo a un nivel de densidad preestablecido, se utilizan típicamente tres niveles diferentes de energía de compactación. En el ensayo Proctor (ASTM D 1557) se utilizan las energías de 12, 25 y 56 golpes/capa, utilizando un martillo de 5.5 kg y molde de 15 cm de diámetro. Los contenidos de agua son diferentes para cada nivel de energía y arreglados de una manera que favorezca la obtención de estados con grados de saturación en el rango de 50 a 90%. Un número mínimo de quince tratamientos o combinaciones de contenido de agua y energía de compactación son necesarios para producir un mapa de resistencias confiable, con base en la experiencia de más de diez años trabajando con suelos desde gravas hasta arcillas. Es importante hacer notar que cada espécimen es ensayado con el mismo nivel de confinamiento o sobrecarga. Los mapas de resistencia son gráficos de contorno de la respuesta del suelo desarrollados utilizando un software especial a partir de los datos del experimento factorial, es decir, contenido de agua (eje x), densidad seca (eje y), y respuesta (v.g., CBR, deformación permanente, módulo elástico). Técnica especial para trazar curvas de diseño Con la finalidad de producir curvas de diseño, es decir, curvas que relacionan el grado de compactación con la respuesta del suelo compactado bajo grado de saturación y nivel de sobrecarga constantes, las líneas de contorno del mapa de resistencias simplemente se intersectan con las líneas de saturación de 50, 60, 65, 70, 80 y 90%. Las densidades secas de los puntos de intersección se convierten luego en grados de compactación dividiéndolas por la densidad máxima seca del ensayo Proctor ASTM D 1557 y las curvas de diseño finales se grafican con sus correspondientes valores de la respuesta, tal como se muestra en la Figura 3. A este gráfico se le conoce como «espectro de curvas de diseño».

FIG. 5 Intersecciones de curvas de contorno con curvas de saturación. FIG. 4 Mapa de resistencia trazado con software ContourMapsTM.

Los experimentos factoriales de la tecnología RAMCODES utilizan comúnmente el contenido de agua y la densidad seca como los dos factores que influencian la respuesta de resistencia en un suelo compactado, a la vez que otros factores como el método de compactación, el nivel de sobrecarga o presión de

Diseño del suelo A partir de un espectro de curvas de diseño, el suelo puede ser diseñado a través de dos métodos, que son: a) el diseño simple, y b) el diseño al estilo métodos AASHTO 1993 en adelante. En el diseño simple se utiliza la curva de diseño correspondiente al grado de saturación deseado o especificado. El proyectista puede escoger entre intersectar la curva de diseño con el grado

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de compactación especificado, típicamente 95% del Proctor, y leer la respuesta del suelo en las ordenadas y compararlo con el requerimiento del proyecto para determinar si el diseño es adecuado o no. O bien, al contrario, puede entrar al gráfico con la resistencia requerida e intersectar la curva de diseño y leer el grado mínimo de compactación necesario para que el suelo tenga la resistencia requerida. Este último es la más adecuada de las dos variantes pues, por una parte da seguridad al proyecto pues hay suelos que necesitan ser compactados más arriba de 95% para tener la resistencia del proyecto, y también le da economía al proyecto pues hay suelos que no necesitan ser compactados hasta 95% pues con significativamente menos compactación llegan al requerimiento del proyecto. Utilizar 95% del Proctor para todos los suelos por igual sería como intentar usar zapatos de la misma talla para calzar a la población mundial.

FIG. 7 Descripción del diseño AASHTO.

APLICACIONES A continuación se muestran tres ejemplos de aplicación del método RAMCODES DSC. ¿Por qué fallan las zanjas? Tal vez, una de las fallas más recurrentes en la construcción de rellenos es la falla de las zanjas. Pese a que este autor no lo ha visto en ninguna especificación, la tendencia en los proyectos civiles es escoger la energía de compactación de referencia con tomando en cuenta el equipo de compactación disponible y no la resistencia requerida. Un axioma muy extendido es: «Para equipo de compactación pesado use Proctor Modificado, y para equipo de compactación liviano use Proctor Estándar». Este axioma puede tener consecuencias catastróficas como se demostrará en el siguiente ejemplo.

FIG. 6 Descripción del diseño simple.

Tanto el método AASHTO 1993 como el AASHTO 2002 para diseñar pavimentos carreteros utilizan valores de «promedio pesado» para la respuesta del suelo en consideración (módulos elásticos o módulos resilientes) que consideran tres condiciones de hidratación para el suelo, seca, húmeda, y saturada, y el número de meses que pasaría el suelo en cada condición de hidratación a lo largo del año de diseño de la carretera. Estos números cambian obviamente con cada región climática. Para el caso venezolano el Ing. José V. Heredia presentó el resultado de una investigación por los últimos 4 años que refleja la distribución de las zonas climáticas en todo el país y una tabla con el número de meses que pasa el suelo en cada condición de hidratación en cada zona. Es importante utilizar datos actualizados como este pues en los últimos 10 años el clima en el país, así como en el mundo, ha cambiado drásticamente.

FIG. 8 Curva diseño arena arcillosa.

El material de suelo para la sub-base de una cierta calle se compacta al 95% del Proctor Modificado; bajo este grado de compactación este suelo presenta CBR de 20% cuando su grado de saturación es 80%, tal como lo requiere el particular diseño de pavimentos de la calle. La curva de diseño para este material, que es una arena arcillosa que cumple con las especificaciones para mezcla de suelo y agregado en sub-base de COVENIN 2000-87, se puede observar en la Figura 8. Se ejecuta una zanja o trinchera atravesando la calle con la finalidad de instalar un colector; luego de instalarlo se rellena desde el lomo hasta la rasante de la sub-base utilizando el mismo material de suelo con el que se hizo la sub-base de la calle. Debido a las limitaciones XX SEMINARIO VENEZOLANO DE GEOTECNIA - NOVIEMBRE 2012

del espacio solo se puede compactar con equipo liviano, por lo que el inspector de la obra decide utilizar 95% del Proctor Estándar como referencia de compactación. Si el grado de saturación predicho en el diseño de pavimentos se da, entonces invariablemente ocurrirá la falla del relleno en la zanja bajo la carga vehicular. ¿Por qué? La respuesta no puede ser respondida desde el Nivel 1 de la pirámide de diseño ya que el material de suelo cumple con las especificaciones de conformidad y la compactación alcanzó el 95% del Proctor. La respuesta está en el Nivel 3. Asumiendo que el 95% del Proctor Estándar equivale al 90% del Proctor Modificado, la Figura 8 muestra que, en vez de 20% de CBR, a 90% del Proctor Modificado el suelo tendría menos de 5% de CBR, produciendo la falla del relleno. Si los ingenieros quisieran construir adecuadamente el relleno de la zanja tendrían que seleccionar un material notablemente más resistente que el anterior ya que obligatoriamente van a usar una energía de compactación menor. Por ejemplo, si usaran la grava limosa cuya curva de diseño para 80% de saturación se muestra en la Figura 9, encontrarían que compactándola al 93% del Proctor Modificado—algo perfectamente realizable con compactador liviano—el suelo tendría precisamente 20% de CBR.

FIG. 10 Curva diseño GM con 65% de grava.

El ahorro de tiempo y dinero entre 95 y 92% de compactación pasa muchas veces desapercibido. La Figura 11 resume los cálculos hechos con los resultados de un terraplén de prueba hecho con grava limosa en un proyecto petrolero en el oriente venezolano. De acuerdo con los resultados, un compactador de 8 toneladas necesitaría seis pases para finalizar una capa de 25 cm de espesor al 95% del Proctor Modificado, mientras que solo necesitaría cinco pases para 92.5%. Ese pase de diferencia significa 17% de ahorro de tiempo-máquina-operador. Sabiendo que el precio de alquiler de un rodillo es de US$1000 por hora, y considerando un día de trabajo de 8 horas, entonces 17% de ahorro significarían US$ 170 por máquina, por día. Para un año el ahorro sería de US$ 42.000, en un año de 250 días, y US$ 420.000 por año en una obra típica que mueva diez mil metros cúbicos al día con cinco frentes de trabajo, y dos máquinas trabajando en cada frente.

FIG. 9 Curva diseño grava limosa.

Compactación, economía y seguridad La mayoría de los ingenieros automáticamente especificarían un grado de compactación de 95% como criterio de aceptación de lotes terminados. Ciertamente este es un muy fuerte y tradicional paradigma y es invariablemente relacionado con la calidad. Sin embargo, en los dos casos siguientes se demostrará, desde el Nivel 3 de la pirámide, que prefijar un grado de compactación— no solo 95%, sino cualquiera—no es una práctica adecuada. La Figura muestra la curva de diseño para una GM con 65% de grava, que funcionará al 70% de saturación, de acuerdo con el diseño geotécnico del relleno estructural. La resistencia requerida por el proyecto es de 25% de CBR. Tal como se muestra en la Figura 10 esta resistencia se puede superar grandemente con un grado de compactación de 92% del Proctor modificado, mientras que compactar al 95% haría que el CBR del suelo se elevara a 130%; es decir, a 2.6 veces la resistencia requerida.

FIG. 11 Implicaciones económicas derivadas de un terraplén de prueba.

En el segundo ejemplo se tiene una grava arcillosa que se pretende utilizar para construir una sub-base de 40% de CBR al 80% de saturación. Su curva de diseño para la referida hidratación se muestra en la Figura. Nótese que compactar al 95% del Proctor no garantiza la seguridad de la estructura pues el CBR del suelo es menor que el requerido. Habría de hecho que llevar la compactación al 98% del Proctor Modificado para alcanzar el 40% de CBR requerido. Los ingenieros de la obra tendrían que evaluar las implicaciones económicas de utilizar

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este suelo compactándolo más de lo habitual, o bien, importar un material de calidad (resistencia) superior.

Para el lector interesado en ampliar la información presentada en este trabajo se invita a visitar el blog de RAMCODES www.blogramcodes.blogspot.com y compartir criterios con profesionales de toda Latinoamérica. REFERENCIAS

FIG. 12 Curva diseño grava arcillosa.

CONCLUSIONES En este artículo se ha presentado el método RAMCODES de diseño de suelos compactados (DSC) que se sostiene en tres pilares fundamentales, a saber: la curva de diseño, la pirámide de diseño y los cuadrantes del QA/QC. De todos, este último aspecto no fue tratado por razones de espacio. Para RAMCODES, diseñar un suelo significa establecer el grado mínimo de compactación necesario para que el suelo exhiba la respuesta requerida, bajo las particulares condiciones de hidratación y sobrecarga del proyecto civil. Una curva de diseño es un trazo que relaciona el grado de compactación del suelo con su respuesta, bajo condiciones de hidratación y sobrecarga constantes. La pirámide de diseño es una construcción conceptual que asocia los diversos enfoques o criterios de diseño de suelo que existen con el riesgo relativo de su empleo basándose en la cantidad de información que se tiene sobre el comportamiento del suelo. Existen dos criterios fundamentales para diseñar el suelo, uno es la adecuación y el otro el desempeño. El más riesgoso de todos los enfoques es el de adecuación pues establece la calidad del suelo compactado en términos de clasificación (granulometría, plasticidad, dureza de las partículas gruesas) y en el alcance de un grado de compactación, pero sin verificar el desempeño del suelo. Por el contrario, el enfoque de desempeño no solo verifica la calidad por clasificación, sino también por respuesta del suelo compactado. RAMCODES DSC utiliza el enfoque de desempeño a través de las curvas de diseño, utilizando diversas herramientas de análisis y técnicas para conseguirlo. El método permite al proyectista diseñar el suelo tanto por el método simple, como por el método AASHTO que considera diversas condiciones de hidratación a lo largo del año de diseño. Se demostró en este artículo como el uso del método RAMCODES DSC permite diseñar el suelo de forma más segura evitando las fallas, y también la evaluación de la economía en la compactación densificando el suelo solo hasta donde es necesario para desarrollar la respuesta requerida por el proyecto civil.

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XX SEMINARIO VENEZOLANO DE GEOTECNIA - NOVIEMBRE 2012

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