INTRODUCCION.- A continuación hablaremos sobre la maquinaria usada por la compactación, entendiendo por compactar la acción de aplicar durante la construcción del relleno, la energía necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de huecos del material empleado y por tanto del volumen total del mismo. Diferenciándose de la consolidación, en que esta, aunque también disminuye el volumen de huecos dicha reducción no se consigue durante la ejecución de los terraplenes, terraplenes, etc., sino en el transcurso de un plazo de tiempo relativamente largo y debido a perdida de agua intersticial, por efecto de cargas de servicio móviles o fijas, por agentes atmosféricos, etc. La necesidad de compactar apareció no hace aun muchos años debido a la urgencia de utilizar las obras inmediatamente, sin tiempo para que el tráfico o los agentes atmosféricos produjesen los asientos definitivos. Por tanto, los sistemas de compactación se han ido desarrollando paralelamente a la mecanización de las obras, ya que la aplicación de la energía necesaria exige una maquina adecuada en potencia y movilidad, pare cada caso.

El problema se presenta porque la energía de compactación necesaria en cada caso no es solamente diferente, sino que también lo es el modo como dicha energía debe ser transmitida al terreno. La energía debe ser transmitida al terreno. Esta es la raz6n de que existan hoy día en el mercado diferentes tipos de maquinas compactadoras, y como consecuencia, la dificultad inherente de elegir en cada cave el modelo mas id6neo. No quiere decir esto, un terraplén con una maquina de un tipo u otro quede mejor o peor compactado. Con cualquier maquina, por poco específica que esta sea, podemos obtener una compactación satisfactoria. Lo que ocurrirá e s que gas tare más mucha energía de compactación y como consecuencia 16gica mas tiempo, mas dinero, etc., si no elegimos la maquina adecuada. Por lo tanto el problema mas importante en la compactación es elegir la maquina adecuada pare cada trabajo. Para dicha elección tenemos hoy día unas ideas generales, consecuencia de ensayos prácticos mas o menos guiados por teorías, que nos permiten de entrada y a la vista de las principales características del material a compactar, decidir el tipo de maquinas mas id6neo. Los factores principales que influye n en la capacidad de compactación de los suelos, son la composición granular y el contenido de humedad. Dentro de la composición granular, lo mas importante es el tamaño del grano, mucho mas —incluso— que la composición del mismo. El contenido de humedad es el otro factor importante en la compactación. Se determine el valor mas favorable mediante el ensayo Proctor, que nos da la relación entre el contenido de humedad y la densidad del terraplén. Así vemos que la densidad seca máxima crece con la energía de compactación. La humedad 6ptima depende de la energía utilizada pare compactar. El agua al actuar como lubricante de las partículas facilita una mejor imbricación entre ellas, pero si hay exceso de la misma, parte de la energía de compactación se pierde en expulsar el agua, por lo que aparece 16gicamente la existencia de un porcentaje 6ptimo, que es necesario determinar en cada caso. Ahora bien, como la correcci6n de humedad de un material es difícil y costosa, conviene evitarla, siendo preferible utilizar energías de compactación elevadas que permitan conseguir densidades secas superiores en un campo de humedades mas amplio. Hay de todas formas suelos que presentan mas o menos dificultad de compactar. Entre los primeros están los cohesivos en general, los de granulometria uniforme, no cohesivos o débilmente cohesivos, con un coeficiente de desigualdad pequeño, rocas ligeras y rocas pesadas. Entre los suelos fáciles, tenemos las arenas bien graduadas no cohesivas o poco cohesivas a partir de un valor mediano de coeficiente de desigualdad, mezclas de arena y gravillas bien graduadas, no cohesivas o poco cohesivas con iguales coeficientes y, en general, todos los suelos no cohesivos o escasamente cohesivos aun con relativamente pequeñas desigualdades de grano.

2. COMPACTACION.-

Compactar es la operación previa, para aumentar la resistencia superficial de un terreno sobre el cual deba construirse una carretera y otra obra. Aplicando una cantidad de energía la cual es necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de hueco del material utilizado.

2.1 COMPACTACION DEL SUELO

El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteración física, química o biológica. La compactación es la principal causa de alteración del suelo.

Hay dos situaciones con elevado riesgo de compactación: áreas con fuerte tránsito de vehículos y personas, y áreas cercanas a lugares en construcción. Hay suelos con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la composición, estructura y contenido de humedad. Las constructoras a menudo trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se encuentran y se plantarán árboles. Se desconocen cual es la superficie que abarca el aparato radical, así como, se ignoran los efectos derivados de la compactación y dificultad que se encuentran para intentar resolverlo..

2.1. CARACTERISTICAS DE LA COMPACTACION DE LOS SUELOS.-

La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos para formar una estructura mas densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento.

Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución mas compacta. El agua que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace mas fácil la compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución mas compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el agua abandona los poros o huecos rápidamente

En los suelos cohesivos la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.

Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones mas altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es critico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso especifico y la resistencia aumenta.

2.2. TEORÍA DE LA COMPACTACIÓN.-

Desde tiempos pre-hitoricos los constructores han reconocido el valor de la compactación del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por más de 2000 años la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muchos casos, que el valor de la compactación. Por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y continúa asentándose por décadas. Fue R. R. Proctor quien indicó el camino de la compactación efectiva a bajo costo.

La compactación o reducción de la relación de vacíos se produce de varias maneras: reordenación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reordenación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. La energía que se gasta en este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactación de la máquina de compactar. La eficacia de la energía gastada depende del tipo de partículas que componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactación.

2.3. OBJETIVOS DE LA COMPACTACION.-

Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un pavimento, debe llenar ciertos requisitos:

Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.

No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.

N o debe ni retraerse ni expanderse excesivamente.

Debe conservar siempre su resistencia e imcompresibilidad.

Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.

2.4. PROCESO DE COMPACTACION EN CAMPO.-

La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera parcialmente saturado. Este proceso, para obtener un mejor resultado, implica el uso de las distintas que se nombran a continuación:

2.4.1. CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE COMPACTACION.- Tras estas ideas generales sobre compactaci6n, voy a pasar ahora a clasificar las maquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo:1.- Por presión estática.2.- Por impacto.3.- Por vibraci6n. Las primeras trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos. Las segundas, de impacto, trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas. Las ultimas, o sea, las de vibraci6n, trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos mas pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Por lo tanto, ya vemos que según sea el material, capaz de ser ordenado o no, este sistema de compactación por vibración, será mas o menos efectivo. Según propia experiencia y a titulo orientativo voy a ir hablando a continuación de los diversos tipos de maquinas, con expresión mas o menos concreta de los trabajos de compactación que a cada una de ellas se les debe encomendar.

2.4.1.1. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESION ESTATICA:—Apisonadoras clásicas de rodillos lisos.—Rodillos patas de cabra.—Compactadores de ruedas neumáticas.APISONADORAS CLASICAS DE RODILLOS LISOS.- En estas apisonadoras la característica mas importante es la preside que ejercen sobre el terreno. Se considera un área de contacto en función del diámetro de los rodillos, peso de la maquina y tipo de suelo, a través del cual se transmite la preside estática. Estas maquinas, aunque muy empleadas, la verdad es que su efecto de compactación alcanza muy poca profundidad en suelos coherentes. En los no coherentes, causan desgarros en la superficie, transversales a la dirección de la marcha, destruyendo de esta manera parte de su propio trabajo. Sin embargo son útiles pare el <<planchado,, de macadam y sellado de superficies regadas con emulsiones asfálticas. Su utilización máxima la tienen hoy día en las primeras pasadas de compactación de aglomerados asfálticos. Nosotros hemos combinado los triciclos de 16 Tm. con los tamaños de 10 Tm. siendo suficientes para compactar con cuatro a seis pasadas capes de 1~9 centímetros. Para que no se adhiera la mezcla asfáltica van provistas de depósitos de agua que mojan constantemente los rodillos. La pericia del maquinista es muy importante, sobre todo, pare borrar sus propias huellas y no <<enrollar, el material delante de los rodillos, para lo cualhay que esperar a que la mezcla se enfríe algo y alcance la temperatura adecuada.

RODILLOS DE <<PATAS DE CABRA>>.- Estos Compactadores concentran su peso sobre la pequeña superficie de las puntas tronco cónicas solidarias al rodillo, ejerciendo por lo tanto unas presiones estáticas muy grandes en los puntos en que las mencionadas partes penetran en el suelo. Conforme se van dando pasadas y el material se compacta, dichas partes profundizan cada vez menos en el terreno, llegando un momento en que no se aprecia mejora alguna, pues la superficie, en una profundidad de unos 6 centímetros siempre quedara distorsionada. Al pasar la maquina sobre la nueva tongada de material se compacta perfectamente esa superficie distorsionada de la cape anterior. Este tipo de compactador trabaja bien con suelos coherentes, sin piedras, en capes de 20 cm. Con humedad adecuada, se consiguen resultados satisfactorios en unas 8/10 pasadas. Debido a su alta preside especifica (15/30 kg/cm2) y a los efectos de amasado que producen las partes, compactan bien los suelos altamente plásticos, con poco contenido de agua e incluso pobres de aire y de vacíos. Como se trata de una maquina muy sencilla y robusta, el rendimiento que se obtiene es francamente bueno. Los pesos de estos Compactadores utilizados por nosotros oscilan entre 1.000 y 8.000 kg., pudiendo acoplarse en paralelo o en también varias unidades pare obtener mejores rendimientos. Existen varios tipos de compactador fundados en el mismo principio, con los que se consiguen también presiones especificas altas, s61O con modificar las superficies de contacto tales como rejas, trenes de ruedas pequeñas, etc.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS.- Estas maquinas trabajan principalmente por el efecto de la presión estática que producen debido a su peso, pero hay un segundo efecto, debido al modo de transmitir esta preside por los neumáticos que tiene singular importancia. Las superficies de contacto de un neumático dependen de la carga que so. porte y de la preside a que este inflado, pero la presión que transmite al suelo el neumático a través de la superficie elíptica de contacto no es uniforme. Por lo tanto y pare simplificar el problema se emplea el termino <<presión media>> de contacto que se obtiene dividiendo la carga sobre cada rueda por la superficie de contacto. Estas superficies de contacto se obtienen pare las diferentes presiones de inflado y cargas sobre rueda, marcando las huellas de contacto sobre una place de acero con el neumático en posición estática. Es norma general esperar una presión del orden del 90 % de la preside en la superficie a profundidades de 70 cm. y actuando en un ancho de unos 2/3 del ancho de la huella del neumático. Esto obliga a las maquinas compactadoras de estos tipos a procurar un cierto solape entre las huellas de los neumáticos delanteros y traseros. Un compactador de neumáticos inflado a poca preside da unas superficies de contacto cóncavas y en los bordes del neumático, en los que la cubierta recibe el apoyo estructural de los laterales aparecen unas presiones horizontales adicionales que ayudan a l asentamiento de las partículas y a su mezclado.

Los neumáticos pare Compactadores deben ser de banda de rodadura ancha y lisa y capaces de ejercer una preside media de contacto entre 60 y 9() p.s.i. uniformemente sobre la superficie de contacto ajustando lastre y preside de inflado.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS AUTOPROPULSADAS.- Equipados, generalmente, con dos ejes, con pesos normales entre 9 y 15 toneladas y con 8 hasta 13 neumáticos, son apropiados pare suelos coherentes de granulado fino y arenas y graves bien graduadas. Los que conocemos por <<13 ruedas>>, son específicos para cerrar los aglomerados asfálticos.Son maquinas complicadas que exigen entretenimiento cuidadoso; la altura de tongadas suele variar de 15 a 20 cm., y requieren 8/12 pasadas. Su velocidad de trabajo oscila sobre los 3 km./in.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS REMOLCADOS.- Por lo general poseen un solo eje y pocos neumáticos, con pesos de trabajo hasta de 200 Tm. Son apropiados pare terrenos coherentes, margas, zahorras, etc., influyendo poco los grandes tamaños de piedra. Estas maquinas son muy sencillas y no requieren mas cuidado que el vigilar las presiones de los neumáticos. Los grandes Compactadores de este tipo hay que arrastrarlos con bulldozers de grandes potencies y por lo tanto requieren pare su buena utilización grandes áreas de trabajo. Hemos compactado bien zonas, algo cohesivas en capas de 30 a 40 cm. en 6 u 8 pasadas con un compacto de 100 Tm., arrastrado por un D-8.

Naturalmente, que cualquier maquina o vehículo, en el sentido mas amplio del concepto de compactación, se puede considerar un compactador por presión estática, ya que su peso actuando a través del área de contacto de sus elementos de soporte, produce una preside sobre el terreno y como tal un efecto de consolidación. En este sentido, las propias maquinas pare el movimiento de sierras ejecutan un trabajo de compactación que en muchos caves puede ser importante. Normalmente el material de relleno es transportado con equipos pesados, precisamente circulando por encima de los propios terraplenes en ejecución. Estas maquinas transmiten cargas considerables al terreno y en consecuencia actúan como Compactadores. Como esta maquina suele ir equipada con ruedas neumáticas su efecto es similar al que produce los Compactadores neumáticos. Sin embargo, cuando sin verter nuevas sierras hay puntos donde el trafico del transporte es elevado, se observan destrucciones mas o menos profundas y localizadas Hemos podido comprobar que estas destrucciones se producir de dos formas muy diferentes:

a) Cuando el terraplén que servia de camino estaba con poca humedad, la destrucción era superficial, por un efecto de desgaste, con la consiguiente formaci6n de polvo y avance de la destrucción de arriba hacia abajo, iniciándose la formaci6n de baches, lo que hacia aumentar mas, por el impacto, la velocidad de desgaste.b) Si el terraplén, por el contrario, tenia exceso de humedad, antes de notarse exteriormente ninguna señal de destrucción, cambiaba el color pasando a mas húmedo. El paso de los vehículos produzca una deformación elástica que cesaba una vez que había pasado la carga. Y el final era la destrucción de zonas localizadas en una profundidad que, a veces llegaba a 25 6 30 cm.

Aparentemente la destrucción era simultanea en toda la altura. Este fenómeno que se produce normalmente al circular camiones pesados sobre suelos coherentes y ligeramente coherentes, llega a ser muy importante si las maquinas empleadas son traíllas rápidas con capacidades de carga entre 8 y 10 m3. El repetido paso de las mismas produce una supercompactación alcanzando la sierra su saturación. Al continuar la aplicación de estas cargas exteriores, el agua busca su salida que normalmente resulta mas fácil en sentido horizontal. Este movimiento horizontal del agua intersticial, produce una exfoliación del terraplén en capes de pequeñísimo espesor, que una vez iniciada su destrucción se disgregan rápidamente. En la construcción de los terraplenes de la Base Aérea hispanoamericana de Valenzuela, en Zaragoza, tuvimos este tipo de problema. La maquinaria empleada eran traíllas rápidas de 10 yardas cubicas y los terraplenes se formaban con unas zahorras calizas (caliches). Estas traíllas alcanzaban velocidades superiores a los 80 km./in. y con el repetido trasiego sobre zonas determinadas, producían importantes deterioros que alcanzaban 30 y 40 cm. de profundidad. Este problema se solucion6 escarificando casi constantemente la cape superior de las tongadas con una motoniveladora ya que de este modo se favorecía la evaporación natural del agua intersticial sobrante.2.4.1.2. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO.- Vamos a considerar ahora algunas maquinas de compactación que trabajan según el principio de impacto:—Placas de caída libre.— Pisones de explosión.

PLACAS DE CAIDA LIBRE.- Se trata de unas places de hierro de superficie de contacto lisa de 0,5 m2, de forma rectangular y con un peso que oscila entre las 2 y 3 Tm., las cuales se eleven mediante cables hasta una altura de 1,5 a 2 m. sobre el suelo y se les deja caer libremente sobre el mismo. Para ello se necesita una maquina adicional tal como una excavadora, grúa, etc. La preside de contacto que produce la caída es muy alta y comprime en combinación con una cierta sacudida hasta los suelos pesados, rocosos. Es únicamente en la compactación de roca donde puede ser interesante.

PISONES DE EXPLOSION.- Este tipo de maquina se levanta del suelo debido a la explosión de su motor, que por reacción contra el mismo produce la suficiente fuerza ascendente pare elevar toda ella unos 20 cm. Al caer ejerce un segundo efecto compactador dependiente de su peso y altura de elevación. Estos pisones son muy apropiados pare suelos coherentes, aunque también den resultado con otra clase de materiales. Son muy buenos pare la compactación de zanjas, bordes de terraplenes, cimientos de edificios, etc. La habilidad del operador es decisivo en el rendimiento y calidad del trabajo. Los pisones grandes, de 500 a 1.000 kg., 11egan a compactar incluso tongadas de unos 30 centímetros de espesor en 4 ó 6 pasadas. Estas maquinas, sin embargo, tienen un defecto grave y es el elevado numero de horas de avería por hora útil de trabajo.2.4.1.3. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACION.-—Placas vibrantes.—Rodillos vibratorios. Hoy día es quizá la maquina mas utilizada. En los últimos anos ha sido tal _I numero de tipos y marcas disponibles en el mercado, que casi resulta materialmente imposible conocerlas todas. Se han empleado en la compactación de toda clase de suelos sin distinción: bases granulares artificiales, sub-bases naturales, suelo-cementos, rellenos rocosos, asfaltos, arcillas, arenas, etc., y naturalmente, el éxito ha sido variable. Hay que considerar primordialmente los efectos de resonancia. Esta es función, por una parte, de la composición o tipo del terreno, contenido de humedad del mismo, etc., y por otra, del propio vibrador. Es decir, que lo importante es la adecuación de frecuencia de resonancia del suelo y de la mesa del vibrador. Hay un rango de resonancias suelo-vibrador pare las cuales el efecto de ordenación granular y en consecuencia la compactación da mejores resultados. Hace siete años, como la industria nacional no construía es te tipo de maquinaria y la importación era dificultosa , tuvimos que ingeniarnos la pare construir rodillos vibratorios vitales pare nuestras obras; las características principales de aquellos Bran: 3.000 kg. de peso propio, remolcados y con transmisión de fuerza desde el tractor de arrastre. Diversos ensayos efectuados con los prototipos en Zaragoza nos marcaron una serie de criterios que después hemos visto confirmados en nuestras obras, trabajando no s6lo con nuestros vibradores. sino con los diversos tipos fabricados ya por las cases especializadas. Vimos entonces que la amplitud y la frecuencia de la vibración influían grandemente en los rendimientos. Para cada tipo de suelo y el mismo contenido de humedad, existían pare la misma maquina unas amplitudes y frecuencias con las que se obtenían mejores resultados. En general, observamos que material es con cierto contenido de arcilla compactaban mejor con frecuencias bajas y amplitudes altas. También result6 claro que materiales granulares no cohesivos bien graduados compactaban mucho mejor con frecuencias altas y amplitudes bajas. De estos hechos sacamos la consecuencia de que en una buena maquina vibratoria debía de poderse modificar la frecuencia y la amplitud de vibración de una manera fácil, al objeto de poder elegir en cada cave —a la vista de los materiales a compactar— los valvis mas id6neos. La variación de frecuencia nosotros la conseguimos con una caja de cambios, que unida a la del tractor, variaba de 1.000 a 1.800 r.p.m. La velocidad de giro del eje excéntrico. Para variar la amplitud, aumentábamos o disminuíamos los contrapesos excéntricos, así como también la preside de los neumáticos soporte del eje excéntrico. Otra característica que hay que tener en cuenta con las maquinas vibratorias es la de su peso estético, ya que el efecto vibratorio sobre el suelo es función del peso estático de la maquina y del movimiento vertical y horizontal. En el esquema de la pagina siguiente se ve claramente la influencia de ambas fuerzas: Sea P el peso estático del vibrador y F la fuerza dinámica generadora de la vibración. Al comienzo de la I a vuelta de las mesas de vibración, las dos fuerzas P y F se suman produciendo una fuerza aplicada sobre el terreno P + F. Al continuar girando las masas alcanzan una 2.a posición, horizontal y paralela al suelo, de forma que la fuerza F tiende a impulsar el apisonado, transmitiendo al terreno unas fuerzas horizontales muy importantes. En este cave la fuerza vertical es igual a P. En la posición siguiente las masas están creando la fuerza F en oposici6n vertical a P y la fuerza sobre el suelo será P-F. Como generalmente F > P. la fuerza real sobre el suelo será cero, habiéndose elevado realmente la maquina sobre el mismoCOMPOSICIÓN DE FUERZAS EN UNA COMPACTACIÓN VIBRATORIA.- La cuarta posición de las mesas, da un estado de fuerzas simétrico al de la 2.a y de similares consecuencias. Cuando las mesas vuelven a la posición se obtiene un efecto claro de percusión sobre el suelo con la fuerza P + F como resultante. Dependerá de la velocidad de traslación de la maquina compactador el numero de impactos por metro lineal de terreno recorrido. Por esta raz6n resulta muy importante la velocidad de avance de los vibradores. Hasta aquí no he hablado en absoluto del espesor de las tongadas mas conveniente pare este tipo de Compactadores. Nuestra experiencia de varios anos compactan do todo tipo de materiales con diversas clases de maquinas vibratorias en diferentes obras, me permiten insinuar que el problema del espesor de la tongada no depende sólo de la maquina y del material a compactar, sino de las propias características técnicas y económicas de la obra. Es evidente que con un compactador de 8 a 10 Tm. de peso propio, con efectos dinámicos de 80 a mas Tm., se pueden compactar en 4 ó 6 pasadas, tongadas de 80 a 100 cm. de material granular bien graduado, no cohesivo. Sin embargo, hay pocas obras en las que el pliego de condiciones admita tongadas de eves espesores por razones técnicas muy estimables. En eves caves, es 16gico que haya que ir a maquinas mas pequeñas y como consecuencia a espesores menores.PLACAS VIBRANTES.- Consisten en una plancha base que produce un golpeteo en sentido vertical, debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico accionado por un motor. Las fuerzas vibratorias engendradas son mayores que el peso de la maquina y por lo tanto la maquina se levanta del suelo en cada ciclo de rotación del plato excéntrico, como ya se extlic6 anteriormente. El movimiento de traslación se consigue utilizando parte de la energía de vibración según la componente horizontal. Hay places vibrantes con alta frecuencia ( > 40 c/seg.), que funcionan muy bien con suelos cohesivos, arenas y graves, pero la cape superior de unos 5 cm. de espesor queda removida por efecto de las vibraciones sin sobrecarga. Las places con frecuencias bajas ( < 30 c/seg.) disminuyen este efecto de superficie y sin embargo en las capes profundas producen buenos resultados en suelos algo cohesivos. Estas maquinas son útiles pare trabajos pequeños, tales como relleno de zanjas, arcenes, paseos, etcétera. Sin embargo, se pueden unir 2, 3 6 mas vibradores de place en paralelo y obtener de esta manera una poderosa maquina de compactación. Hemos compactado terrenos naturales poco cohesivos (grave arenosa) en tongadas de 15 a 20 cm. con bandejas vibratorias de unos 600 kg. con buenos rendimientos. También se pueden montar sobre vehículos de orugas una serie de places vibratorias con la ventaja de que no gastan energía en el movimiento de traslación y al ser la marcha del vehículo mas regular y en ambos sentidos se obtienen mejores rendimientos.

RODILLOS VIBRATORIOS AUTOPROPULSADOS.-

Son maquinas que precisamente por su condición están un poco entre las apisonadoras estáticas clásicas y el rodillo vibratorio remolcado. Para algunos trabajos en que la maniobrabilidad es importante o bien que se requiera previamente a la vibración un <<planchado>>, son muy útiles. Su empleo esta indicado en los suelos granulares bien graduados sobre todo cuando los tajos son estrechos y no permiten alar la vuelta fácilmente a los rodillos remolcados. Tienen el inconveniente , desde el punto de vista de maquinaria, de que son bastante mas complicados, requieren mas entretenimiento y por ultimo, al tener que ir los maquinistas vibrando sobre la maquina, estos suelen arreglárselas pare que esta vibre lo menos posible en frecuencia y tiempo, con el consiguiente empeoramiento del rendimiento. También suelen aparecer problemas de adherencia entre las ruedas motrices y el suelo cuando su contenido de humedad es elevado o se presentan pendientes fuertes. . Con maquinas de peso propio de 4 Tm. hemos compactado en 8 6 10 pasadas tongadas de 15 cm. de bases granulares artificiales en obras de carreteras. Las empleamos con buen éxito en la compactación de los arcenes una vez extendido el hormigón asfáltico en el centro de la explanación por la faceta antes apuntada de no presenten problemas al <<dar la vuelta,,, ya que trabaja correctamente en ambos sentidos. Estas maquinas en su versión pesada (sobre 8 Tm.) donde verdaderamente tienen una aplicación interesante es en la compactación de hormigones asfálticos, ya que permiten alar primero unas pasadas sin vibrar pare consolidar la cape y luego terminar de obtener con vibración la densidad exigida. Yo he presenciado ensayos en este sentido con capes de 8 cm. de aglomerado en caliente, de granulometria cerrada, con resultados muy satisfactorios. Con dos pasadas sin vibrar y posteriormente cuatro con vibración, se consiguieron densidades in situ por encima de las exigidas. Las temperaturas del material que compact6 el rodillo fueron sobre 130° C, cuando se pas6 sin vibraci6n y sobre 105 ° C, cuando se pas6 vibrando. Las ultimas pasadas de sellado las daban con un compacto de 13 ruedas, neumático, lastrado con 10 toneladas.RODILLOS VTBRANTES REMOLCADOS.- Forman hoy día la gama mas extensa de maquinas de compactación. Los hay desde diámetros y pesos casi ridículos, hasta diámetros de 2 metros y 10 toneladas, de peso propio. Para los inferiores a 1.000 kilogramos, se puede aplicar casi todo lo dicho referente a places vibratorias, con ventajas e inconvenientes según la particularidad de cada tipo. Por lo tanto no voy a decir nada mas sobre este punto. La gama de los 3.000 a 5.000 kg. forman un tipo interesante de maquinas. Pueden ser con motor incorporado pare producir la vibraci6n o bien producir esta por medio de una transmisión elástica a partir del toma fuerzas del tractor. Son muy apropiados para compactar arenas y graves no cohesivas o ligeramente cohesivas, así como terrenos naturales rocosos, siempre que los fragmentos de roca sean pequeños. En suelos coherentes no den buen resultado pues la vibración que producir en las partículas, no suele ser suficiente para vencer la cohesión existente entre ellas y como consecuencia su efecto sobre el material, es el puramente estático. De este tipo de maquinas tenemos gran experiencia y puedo asegurar que es la ideal para compactar zahorras, bases, sub-bases, suelo-cementos, etc. En capes de 20 6 30 cm., entre 6 y hasta 10 pasadas y a velocidad de trabajo alrededor de los 20 metros por minuto, hemos obtenido buenos rendimientos y magníficos resultados. Suele ser una maquina sin problemas, con la que se consigue trabajar turno tras turno sin otras paradas que las propias pare su entretenimiento. El mayor cuidado hay que prestarlo en las que llevan motor incorporado, ya que por muy bien aislado que se encuentre de la vibración propia de la maquina, es imposible hacerla desaparecer totalmente. Los que no llevan motor incorporado suelen <<dar la lata>, con la transmisión elástica desde el tomafuerzas del tractor.

COMPACTADORES VIBRATORIOS “PATAS DE CABRA”.- Estos rodillos fueron construidos pensando en compactación de suelos coherentes y en particular en los terrenos arcillosos, pues al concentrar las fuerzas estáticas y dinámicas sobre áreas pequeñas, es mas fácil conseguir la energía necesaria y suficiente pare romper las fuerzas de cohesión (de naturaleza capilar), entre sus partículas. Las patas de estos rodillos producen una acción mezcladora y rompedora muy beneficiosa, sobre todo si el terreno no es homogéneo. También favorecen la unión entre las diferentes tongadas, pues al quedar la superficie de cada cape distorsionada, esta se compacta junto con la siguiente eliminando la tendencia hacia la laminación o separación de estas.

SUPERCOMPACTADORES PESADOS REMOLCADOS.- Se refiere a los que poseen peso propio entre 8 y 10 toneladas. De ellos únicamente voy a decir que edemas de poder realizar el mismo trabajo que los de series anteriores, mas ligeras, pero en tongadas de mayor espesor, es tan especialmente indicados pare la compactación de suelos rocosos no coherentes o ligeramente coherentes. Para la compactación de roca, el espesor de la cape debe ser función del tamaño máximo y del porcentaje de granos finos. Hemos experimentado en nuestras obras que empleando un compactador remolcado de 8,5 Tm., S.A.W. (ABG), la compactación de zahorras algo cohesivas, es efectiva en tongadas de un metro hasta las capes inferiores de la misma, donde se alcanzaron las densidades exigidas en 6-8 pasadas. La cara superior quedaba <<movida>> por efecto de una vibración secundaria que produce una resonancia en las partículas de la cape superior del terreno. Naturalmente, este efecto descompactador no alcanzaba mas que 5 6 10 cm. de espesor en la superficie y únicamente había que tenerlo en cuenta, pare no considerar estos centímetros al sacar las muestras pare el Proctor. Al compactar la cape siguiente estos 5 6 10 cm. quedaban convenientemente consolidados. En una visita a una presa de escollera en Alemania, en las proximidades de Nehein-Husten, concretamente en Ronkhausen/Arnsberg, para observar el trabajo de compactación que efectuaba el contratista Busher y Sohn con rodillos vibratorios de 8,5 Tm., sobre material rocoso de pizarras arcillosas. En los comienzos de la obra prepararon una serie de ensayos en el propio tajo pare determinar el espesor de las tongadas y numero de pasadas de compactación correspondientes. Con las referidas maquinas y variando el numero de pasadas, compactaron diversos espesores de cape, determinando las densidades obtenidas haciendo hoyos de 2 X 2 X 2 aproximadamente y pesando el material extraído. Luego colocaban un plástico pegado a las paredes y rellenaban el hueco con agua o arena que iban midiendo hasta alcanzar la rasante del hoyo. De este modo determinaban el volumen del hueco y con el median la densidad obtenida en cada caso.

De este modo fijaron 80 centímetros de espesor de tongada y 6 pasadas de compactador. Estos eran los únicos controles que se verificaban en la obra. Este procedimiento de ensayar la maquina mas adecuada en cada caso, incluso de terminando lo más cuidadosamente posible el numero de pasadas, espesor de cape, humedad óptima en la practica, etc., es el único método realmente eficaz pare elegir la maquina y sus circunstancias de trabajo.3. PROPOSITOS Y METODOS PARA LA COMPACTACION DE SUELOS.- La estabilidad de mesas de suelos en su estado natural. Si se excavan tales mesas de suelos y se redepositan sin tomar un cuidado especial, la porosidad, permeabilidad y compresibilidad de los mismos aumenta, mientras que su capacidad pare resistir la erosión interna por efecto de venas de agua disminuye grandemente. Por ello, hasta en la antigüedad, se acostumbraba compactar los terraplenes que debían actuar como cliques o malecones. No se hacían, sin embargo, esfuerzos especiales pare compactar los terraplenes viales, pues las calzadas eran suficientemente flexibles como pare no ser donadas por un asentamiento. Hasta trace poco, los terraplenes pare líneas ferroviarias eran también construidos echando sierra suelta, que luego se dejaba asentar bajo su propio peso durante varios anos antes de colocar un balasto de alta calidad. El asentamiento de los terraplenes sin compactación no trajo inconvenientes serios hasta que, después de iniciado el siglo veinte, hizo su aparición el automóvil y, con su rápido desarrollo, creo una demanda creciente de caminos pavimentados. Poco tiempo después se hizo evidente que los caminos de hormigón construidos sobre terraplenes no compactados se rompían con cierta facilidad, y que los pavimentos flexibles de tipo superior tenían la tendencia a desnivelarse en exceso. La necesidad de evitar estos inconvenientes fomento el desarrollo de métodos de compactación que fuesen a la vez eficientes y económicos. Por su parte, un aumento simultaneo en la construcción de cliques de sierra proveo un incentivo adicional, que coadyuvo también a la corrección de dichos métodos de compactación. Las investigaciones que se realizaron demostraron que ningún método de compactación es igualmente adecuado pare todos los tipos de suelos. Además, el grado de compactación que alcanza un suelo dado, sometido a un procedimiento de compactación también dado, depende en gran parte del contenido de humedad del suelo. La compactación máxima se obtiene pare un cierto contenido de humedad conocido como contenido optimo de humedad, mientras que el procedimiento utilizado pare mantener, durante la compactación, la humedad del terraplén cerca de la optima, se conoce como control de humedad. En la actualidad, aun se tiene un conocimiento muy imperfecto acerca de las relaciones que existen entre el contenido de humedad en el momento en que se construye el terraplén, el grado de compactación y la forma como cambian las características físicas del mismo durante su periodo de servicio. Los cambios de resistencia, rigidez y permeabilidad que el terraplén sufre con el tiempo y con las variaciones en su contenido de humedad, merecen mucha mas atención de la recibida hasta el presente. De aquí que en lo que resta de este articulo casi no se bate de las propiedades de los suelos compactados y solo se describan los procedimientos constructivos. En lo que sigue, los métodos corrientes de compactación de terraplenes artificiales se dividir en tres grupos: los adecuados pare suelos no cohesivos, los adecuados pare suelos arenosos o limosos con cohesión moderada y los adecuados pare arcillas. Finalmente, se tratan los métodos pare compactar mesas naturales de suelos en su lugar de origen.

4. COMPACTACION DE SUELOS NO COHESIVOS.- Los métodos pare compactar arena y grava, colocados en orden de decreciente eficiencia son: vibración, mojado y rodamiento. En la practica, se han utilizado también combinaciones de estos métodos. Las vibraciones pueden producirse de una manera primitiva apisonando con pisones a mano, o con pisones neumáticos, o bien dejando caer un peso grande desde cierta altura; un metro, por ejemplo. Empero, la compactación alcanzada con estos procedimientos es muy variable, pues depende en gran parte de la frecuencia de las vibraciones. Los mejores resultados se obtienen con maquinas que vibran a una frecuencia cercana a la de resonancia del conjunto suelo-vibrador. Cuando f1 es aproximadamente igual a fo, la disminución de volumen o asentamiento es 20 a 40 veces mayor que la que produce una fuerza estática equivalente a la pulsatil. Por medio de rodillos de 5 a 15 t, equipados con vibradores que operan a frecuencias comprendidas entre 1100 y 1500 pulsos por minuto, se ha obtenido la compactaci6n.efectiva de arena gruesa, grave y de enrocado de piedra partida con partículas de tamaños comparables (Bertram, 1963). El material se desparrama en capes de 30 a 40 cm de espesor, habiéndose obtenido en algunas obras una compactación adecuada de capes de espesor mayor, aun cuando en estos caves es difícil evitar la segregación durante el desparramo del material. El tamaño máximo de las partículas esta limitado únicamente por el espesor de las capes. Entre 2 a 4 pasadas de tales rodillos tirados a una velocidad que no exceda de alrededor de 3 km. por hora suele resultar adecuada pare alcanzar un alto grado de compactación . No es necesario un control en el contenido de humedad. Tal tipo de materiales han sido también compactados por medio de rodillos neumáticos tirados por tractores Diesel montados sobre cubiertas pesadas. Durante el proceso de compactación se puede agregar agua. Mucha de la compactación que se obtiene en estas condiciones derive de la producida por el tractor mas bien que por el rodillo. Se necesitan normalmente entre 6 y 8 pasadas del equipo sobre un mismo lugar pare obtener un grado satisfactorio de compactación, siempre y cuando el material sea depositado en capes de un espesor no mayor de 30 cm. Cuando se trata de compactar áreas limitadas, pueden resultar adecuados los compactadores manuales mecánicos o los operados a motor. El peso de estos compactadores varia entre varios cientos de kilogramos a varias toneladas y la fuerza pulsante que entregan al terreno, a una frecuencia aproximada a la de resonancia del compactador y el suelo se transfiere a través de una chapa plana o de un rodillo. El espesor de las capes que pueden compactarse efectivamente var1a entre 10 y 20 cm. La compactaci6n con agua se fundamenta en el hecho de que la presi6n de filtración del agua que escurre hacia abajo rompe los grupos de granos inestables y la inundación temporaria elimina, por lo menos brevemente, las fuerzas capilares. Es mucho menos efectivo que la compactaci6n por vibración. Para compactar terraplenes de caminos se han utilizado dos métodos de molado. En uno de ellos, se amontona la arena en caballetes a ambos lados del camino y luego se arrastra el suelo hacia el centro con chorros de agua, con una presi6n de 4 a 5 kg/cm2, formándose de este modo un deposito que tiene algo de las características de un clique construido por refutado. En el segundo método, la superficie del camino se inunda de agua, la que filtra hacia abajo por la arena ya colocada y escape por el pie del terraplén. Ambos métodos requieren aproximadamente 1,5 metros cúbicos de agua por metro cubico de arena, Comparando la porosidad de los terraplenes antes y después del tratamiento, se ha comprobado que el grado de compactaci6n que se obtiene con cualquiera de estos métodos es relativamente bajo. Por ello, esta practica debe ser desalentada. Los rodillos no vibrantes son relativamente inefectivos pare compactar suelos no cohesivos, obteniéndose los mejores resultados cuando la arena esta prácticamente saturada. No obstante, en arena limpia, el agua se escurre rápidamente y puede no resultar practicable mantener el material en un estado de saturación.5. COMPACTACION DE SUELOS ARENOSOS O LIMOSOS CON COHESION MODERADA.- A medida que aumenta la cohesi6n, disminuye rápidamente la eficacia de las vibraciones como medio de compactación, pues por pequeña que sea la adherencia entre partículas, esta interfiere con su tendencia a desplazarse a posiciones mas estables. Además, la baja permeabilidad de estos suelos trace inefectiva la inundación con agua. En cambio, la compactación por capes utilizando rodillos ha dado muy buenos resultados. Hay dos tipos de rodillos en uso general: neumáticos y patas de cabra. Los RODILLOS NEUMATICOS, se adaptan mejor para compactar los suelos arenosos ligeramente cohesivos, los suelos compuestos cuyas partículas se extienden desde el tamaño de las graves a la del limo v los suelos limosos no plásticos. Los RODILLOS PATA DE CABRA, tienen su máxima eficacia con los suelos plásticos. Los Rodillos Neumáticos consisten usualmente en una chata soportada por una única fila de 4 ruedas equipadas con neumáticos inflados a presiones que oscilan entre 50 v 125 libras por pulgada cuadrada (3,5 a 9 kg/cm2). Las ruedas están montadas en tal forma que el peso que se trasmite desde la chata y se distribuye uniformemente entre las mismas, aun cuando la superficie del terreno no este nivelada. Los terraplenes pare edificios se compactan normalmente en capes que tienen un espesor terminado que varía entre 15 y 30 cm con rodillos de 25 t y presiones de inflado de las cubiertas comparativamente bajas. Para terraplenes de otro tipo y para presas de embalse es practico usual utilizar rodillos de 50 t con presiones de inflado de las cubiertas mucho mas altas y capes de espesor compactado que varía entre 15 y 30 cm, aun cuando a veces se utilizan rodillos de 100 t variando en este cave el espesor de la capa compactada entre 30 y 45 cm. Se requieren usualmente de 4 a 6 pasadas para alcanzar la compactación requerida. En obras grandes donde se presentan materiales inusuales, el numero de pasadas debe determinarse por medio de ensayos de compactación en el terreno al iniciar los trabajos. La superficie cilíndrica de los Rodillos Patas de Cabra viene provista de salientes prismáticos, o partes, con una frecuencia d e 1 por cada 700 cm 2 de superficie cilíndrica del rodillo. Los rodillos que se usan comúnmente en la construcción de presas de sierra tienen un diámetro de 1,50 y una longitud de aproximadamente 2 m. Cargados pesan alrededor. de 15 t. Las salientes tienen una longitud mínima de 23 cm y una superficie que varia entre 30 y 100 cm2. Según el tamaño del pie, la presión de contacto varía entre aproximadamente 20 y 40 kg/cm24. En terraplenes de caminos se utilizan rodillos algo menores y menos pesados. Con el equipo ordinario, el espesor de las capes después de compactadas no debe exceder de unos 15 cm. El numero requerido de pasadas debe ser determinado en el terreno por medio de ensayos realizados con pequeños terraplenes experimentales. Se obtiene generalmente la compactaci6n satisfactoria después de 6 pasadas de rodillo (Turnbull y Shockley, 1958). Cualquiera sea el tipo de equipo de compactación disponible y el grado de cohesión del suelo, la eficacia del procedimiento de compactaci6n depende en gran medida del contenido de humedad del suelo. Esto es especialmente verdad pare los suelos finos y uniformes de muy baja plasticidad pues, a menos que su contenido de humedad sea casi exactamente igual al 6ptimo, no pueden compactarse de ninguna manera. Si se construye un terraplén de ensayo con suelo de propiedades uniformes bajo condiciones de un cuidadoso control en el terreno, y si el espesor de las capes, el tipo de compactaci6n y el numero de pasadas se mantienen todas constantes, se descubre que la efectividad de la compactaci6n depende solo del contenido de humedad del suelo de la cape durante la compactación. La efectividad de la compactaci6n se mide por el peso de los sólidos por unidad de volumen, es decir, por lo que se conoce como densidad seca. La forma de la pata y la superficie de apoyo mas adecuadas dependen del tipo de suelo. Hay una tendencia hacia el uso de patas tronco piramidales tlue evitan el arado del suelo a su paso. La superficie de apoyo mas efectiva es en cierta medida función de la plasticidad y constituci6n gramulométrica del suelo. En suelos uniformes finos, cuanto mas limoso v menos plástico el suelo, mayor es la superficie de 1l pata a usar, dentro de los limites seiJalados en el texto. Se están usando también con buen resultado Rodillos Pata de Cabra Vibrantes y Rodillos Libres Vibrantes, similares a los utilizados pare compactar arena. Con rodillos libes de un peso de unas 8 t/m de longitud y una frecuencia de unas 1200 vibraciones por minuto en 6 a 8 pasadas se compactan capes de hasta 30 y 40 centímetros de espesor. En estos caves, tanto pare los rodillos pata de cabra como pare los libes, la acción principal de las vibraciones es la de aumentar el efecto gravitacional del peso del rodillo. (N. d el rl .)

6. CURVA DE COMPACTACION Y SATURACION TOTAL.-

Para las condiciones del ensayo, la densidad seca que corresponde a la cima de la curve se conoce como máxima densidad seca o densidad seca para el 100% de compactación, y el correspondiente contenido de humedad se designa como el contenido optimo de humedad. Ninguna de estas cantidades es: una propiedad del suelo en si mismo. Si, por ejemplo, todas las condiciones se mantienen inalteradas menos el peso del rodillo y se utilice uno mas liviano, el valor de la máxima densidad seca, como lo indica la curva: a) es menor y el contenido óptimo de humedad mayor que pare un rodillo mas pesado. Un incremento en el numero de pasadas de un rodillo liviano puede aumentar la máxima densidad seca pero, aun cuando se pudiese alcanzar un valor comparable al de la curve, b) es casi seguro que el contenido 6ptimo de humedad que corresponde al nuevo valor resultara mayor que el obtenido pare un rodillo mas pesado. Cambios similares en las relaciones humedad - densidad para un suelo dado acompañan la variaci6n en espesor de las capas y el tipo o peso del equipo de compactaci6n. Por tanto, el termino 100 % de compactación o contenido optimo de humedad pare un suelo dado tiene significaci6n especifica solo en relación con un determinado procedimiento de compactación. No obstante, para cualquier material potencial de préstamo es esencial conocer, antes de iniciar la construcción, si para el procedimiento de compactación que se piensa especificar el contenido de humedad en el terreno es excesivo o deficiente con respecto al valor 6ptimo que corresponde a dicho procedimiento. Mas aun, durante la colocación de un terraplén, el ingeniero debe tener los medios para determinar si la compactación especificada se esta alcanzando adecuadamente, aun cuando las características del material de préstamo cambie de tiempo en tiempo. Estos requerimientos han conducido al desarrollo de los ensayos de compactación de laboratorio. El prop6sito de todo ensayo de compactación de laboratorio es determinar una Curva Humedad-Densidad comparable a la que le corresponde al mismo material cuando se compacta en el terreno por medio del equipo y procedimiento que se pretende utilizar. Los métodos mas corrientes para este prop6sito se han derivado de uno desarrollado por el Departamento de Caminos de California en los primeros años de la década de 1930 cuando el equipo de compactación que se utilizaba era de un peso relativamente bajo. De acuerdo con este procedimiento, conocido como el ensayo Proctor normal (Proctor 1933, ASTM D-698-58T), se seca y pulveriza una muestra de suelo, la que se separa en dos fracciones pasándola por el tamiz N° 4. Unos 3 kg. de la fracción que pasa se humedecen con una pequeña cantidad de agua y se mezclan cuidadosamente para producir una parte húmeda que se apisona en tres capes iguales dentro de un recipiente cilíndrico de dimensiones especificadas. Cada capa se compacta con 25 golpes de un pistón normalizado que se deja caer desde una altura de 30 cm. Una vez llenado el cilindro, se enrasa el suelo con su borde superior y se determine: el peso total del suelo y su contenido de humedad. Con estos datos se puede calcular el peso del suelo seco contenido en la unidad de volumen, es decir, la densidad seca. De una forma similar se. determine la densidad seca para mezclas compactadas con humedad creciente hasta que aquella disminuya con el aumento de la humedad. Se dibuja entonces una curva que muestra la relación entre la densidad seca y el contenido de humedad. El contenido 6ptimo de humedad, según el ensayo normalizado de Proctor, es el valor de la humedad que produce la máxima densidad seca. Debido a la influencia que el método de compactación ejerce sobre la curva de humedad-densidad, no se puede esperar de ningún ensayo normalizado, incluido el ensayo de Proctor, que conduzca a resultados de validez general. Solo se puede obtener información concluyente con respecto al contenido 6ptimo de humedad realizando ensayos a escala natural en el terreno con el equipo de compactación que se va a utilizar en la obra. Por algún tiempo se han estado realizando esfuerzos para desarrollar en el laboratorio métodos de ensayo que imiten los tipos mas corrientes de equipos de compactaci6n en una forma mas real que la que resulta del ensayo Proctor normal. Estos esfuerzos han conducido a varias modificaciones del procedimiento original. Para el equipo pesado de uso actual, en particular en la construcción de cliques de sierra o de playas de estacionamiento y accesos a las pistas pare aviones pesados, el ensayo Proctor modificado (ASTM D-1557-58T) suele resultar mas apropiado. Varios tipos de compactadores por amasado (Johnson y Sallberg, 1962) conducen a curves humedad-densidad mas realistas, pero hasta ahora estos ensayos no tienen una aceptación amplia. Si el contenido de humedad del suelo en el terreno es mayor que el 6ptimo, debe permitirse que se seque en el lugar de su almacenamiento, o bien proceder a su desparramo pare este efecto. Si dicho contenido es menor, el agua debe agregarse en el propio préstamo o por aspersi6n antes de iniciar su compactación. Con un cuidado razonable resulta generalmente posible mantener el contenido de humedad dentro del 2 6 3 del valor 6ptimo. Sin embargo, pare suelos uniformes no plásticos ligeramente cohesivos se necesita un acercamiento mayor al contenido 6ptimo de humedad. El peso unitario y el contenido de humedad del suelo se controlan en el terreno por muestreo y ensayo rutinario. Para determinar el peso unitario se excava en el suelo compactado un hoyo que tenga por lo menos un volumen de 150 cm. y el material excavado se guarda cuidadosamente y se pesa antes que pierda humedad por evaporaci6n. El volumen del material excavado se puede medir por medio de varios métodos. Uno de los procedimientos mas antiguos y mas usados consiste en medir el volumen llenando el hoyo con arena seca en estado suelto después que el peso unitario de la arena en este estado se ha establecido previamente. La arena se vuelca desde un recipiente que es pesado antes y después de llenar el hoyo. La tendencia actual, en particular para presas de sierra, es exigir la humectaci6n en préstamo, pues, en general, es esta la única manera de obtener una distribución uniforme de humedad en el material que asegure un producto compactado con características también uniformes. Raramente la humectaci6n por aspersión en el terraplén arroja resultados similares. De acuerdo con el segundo procedimiento, se coloca un globo de goma debajo de una cubierta horizontal y se lo fuerza por medio de inyección de agua a acomodarse a la forma que tiene el hoyo. El volumen del hoyo se determina midiendo el volumen de agua inyectada. Se puede obtener rápidamente un valor aproximado del contenido de humedad determinando la perdida de peso por secado de la muestra colocada en una bandeja que se calienta con la interposición de una chapa. De cualquier modo, después de haber adquirido una experiencia moderada en un trabajo dado, un inspector puede normalmente estimar el contenido de humedad con bastante exactitud a través de la apariencia y la textura del material. Si el material que va a ser usado pare un terraplén es bastante variable en características, o si el trabajo esta situado en una región sujeta a frecuentes 11uvias, la exigencia de ajustarse a determinados requerimientos en el contenido de humedad puede aumentar considerablemente el costo de la construcción del terraplén. El contenido de humedad al cual se compacta un suelo tiene cierto efecto sobre las propiedades físicas del material obtenido, incluyendo la permeabilidad. La experiencia indica que el aumento en contenido inicial de humedad a partir de un valor algo menor que el 6ptimo hasta alcanzar un valor algo mayor puede causar una gran disminución en el coeficiente de permeabilidad. La disminución parece incrementarse a medida que lo trace el contenido de arcilla del suelo. Tratándose del material del núcleo del clique Mud Mountain, que contenía hasta 3% de arcilla con un alto contenido de montmorinolita, se observ6 que un aumento de humedad que variaba del 2 ó por debajo del 6ptimo al 2% por encima, disminuía el coeficiente de permeabilidad en unas 10.000 veces. Una influencia de esta magnitud es probablemente una rara excepci6n, pero aun efectos de menor importancia merecen ser considerados.

7. COMPACTACION DE ARCILLAS.- Si el contenido natural de humedad de una arcilla en el préstamo no esta pr6ximo al 6ptimo, puede resultar muy difícil 11evarlo a dicho valor 6ptimo sobre todo si el contenido natural de humedad es demasiado alto. Por ello, el contratista puede verse obligado a utilizar la arcilla con un contenido de humedad no muy diferente del que tiene en la naturaleza. Las excavadoras extraen el material de los prestamos en pedazos o terrones. Ahora bien, un terr6n o trozo individual de arcilla no puede compactarse con ninguno de los procedimientos mencionados previamente, pues tanto las vibraciones como las presiones de corta duración solo produce un cambio insignificante en su contenido de humedad. Los rodillos pata de cabra son, sin embargo, efectivos pare reducir el tamaño de los espacios abiertos existentes entre los terrones. Se obtienen los mejores resultados cuando el contenido de humedad es ligeramente superior al limite plástico. Si es mucho mayor, la arcilla tiene tendencia a pegarse al rodillo, o bien este a hundirse en el terreno. Si es mucho menor, los terrones no se deforman y los espacios quedan abiertos.8. COMPACTACIÓN DE MASAS NATURALES DE SUELO Y DE TERRAPLENES EXISTENTES.- Los estratos naturales y los terraplenes existentes no pueden compactarse en capes, hecho que excluye la aplicación de la mayoría de los métodos descriptos previamente, ya que, pare ser efectivo, el agente compactador debe actuar en el interior de la mesa de suelo. El método de compactación mas adecuado para una obra dada debe seleccionarse en funci6n de la naturaleza del suelo. La forma mas efectiva pare compactar arena no cohesivo es por vibración. El método mas simple para producir vibraciones a mucha profundidad consiste en hincar pilotes. Cuando se hincan pilotes en arena suelta, la superficie del terreno situado entre pilotes comúnmente se asienta, a pesar de la disminución de volumen producida por el desplazamiento de la arena por los pilotes. En un cave, la hinca de pilotes moldeados en sitio, de 14 metros de longitud, distanciados 0,90 metros de eje a eje, produjo, en arena suelta bajo agua, un asentamiento de la superficie que alcanz6 hasta 0,90 metros, a pesar de que el volumen de los pilotes era equivalente a una cape de 0,30 metros de espesor. La hinca de los pilotes redujo la porosidad de la arena de 44 a 38 por ciento, aproximadamente. Los depósitos espesos de arena pueden también ser compactados por Vibro Flotación. El instrumento que produce la compactaci6n consiste en un vibrador combinado con un dispositivo que inyecta agua en la mesa de arena que lo rodea. Primero se introduce por inyección el vibrador dentro de la arena hasta la profundidad a que se desea compactar el estrato, y luego se lo levanta nuevamente. La compactación se produce al levantar el vibro flotador, merced al efecto combinado de las vibraciones y de los inyectores de agua. La operaci6n compacta, con un costo moderado, la arena situada dentro de un espacio cilíndrico de un diámetro comprendido entre 2,50 y 3,00 metros. El método da muy buenos resultados en arena limpia, pero si el material contiene limo o arcilla, su eficacia disminuye notablemente. Se ha obtenido también la compactación satisfactoria de gruesos estratos de arena muy suelta haciendo estallar pequeñas cargas de dinamita en muchos puntos del interior de su mesa. Los requisitos previos pare que este método de buenos resultados son los mismos que se indicaron pare el proceso de vibro flotación. En uno de estos estratos, que se extendía desde la superficie hasta una profundidad que variaba entre 4,50 y 9,00 metros, se hicieron estallar cargas de 3.600 gramos, de un explosivo que contenía 60 por ciento de dinamita, colocadas a una profundidad de 4,50 metros. Las vibraciones producidas por las explosiones redujeron la porosidad de la arena desde su valor original del 50 por ciento al 43 por ciento (I,yman, 1942).En el clique Karnafuli se llen6 un gran pozo provocado por la socavaci6n que tenia un volumen de aproximadamente 50.000 m3, volcando dentro del agua una arena limpia uniforme (Do = 0,18 mm, U = 2) y compactando la arena por una serie de cargas explosivos, usualmente cada una de 3,6 kg., colocadas a profundidades de 4,50 m, 10 m y 15 m debajo de la superficie de la arena. Los agujeros se espaciaron 6 m en sentido horizontal. Las cargas inferiores fueron disparadas primero y seguidas, a intervalos de 4 horas, por las cargas intermedias y las superiores. Luego se instal6 una cuarta serie que se dispar6 a una profundidad de 7,50 m. La porosidad de la arena se redujo del 47 al 41%, aproximadamente (Hall, 1962). Los suelos arenosos con alguna cohesión y los terraplenes existentes cohesivos también pueden compactarse hincando pilotes. La compactaci6n de estos suelos no es, sin embargo, causada por las vibraciones producidas por la hinca, sino por preside estática, la que reduce el tamaño de los espacios vacíos. Si el suelo esta situado por encima de la nave y los vacíos están en gran parte llenos de aire, el efecto de compactación producido por la hinca de pilotes es en general más satisfactorio, pero si el suelo esta situado debajo de la nave, dicho efecto disminuye rápidamente a medida que también disminuye la permeabilidad del material. Para facilitar la expulsi6n del agua se pueden instalar drenes de grave. Así, por ejemplo, pare compactar un relleno suelto de marga, colocado dentro de las células de un "cofferdam" de tablestacas (Fitz Hugh et al., 1947), se utiliz6 con buenos resultados el siguiente procedimiento se hincaron en el relleno conos de acero de 30 centímetros de diámetro, cuyos extremos inferiores se hallaban cerrados por discos de acero, dispuestos en forma tal que pudieran desprenderse fácilmente de los canos y quedasen en el terreno cuando estos se retiraban. Cada cano se hincaba hasta la base de la marga, se llenaba con una mezcla de grave y arena, y se lo cerraba con una capa hermética. El cono era luego extraído inyectando aire dentro del mismo a una presi6n de 1,5 a 2 kg/cm2. La presión del aire mantenía el suelo blando en su posicio6n, impidiendo que este ocupase el lugar dejado por el cano antes que la grave. La consolidación del suelo circundante se aceler6 extrayendo por bombeo agua de los drenes. Los suelos compresibles, como las arcillas blandas, los limos sueltos y la mayoría de los suelos orgánicos, pueden también compactarse por precarga. La zona a ser tratada se cubre con un terraplén que trasmite un peso unitario suficientemente alto como pare consolidar el suelo en una magnitud que aumente su resistencia y reduzca su compresibilidad a los límites requeridos dentro del tiempo disponible pare la operación de precarga. Los suelos limosos que contienen capas de arena suelen consolidarse con la misma rapidez con que se incrementa la precarga, pero los suelos mas impermeables pueden llegar a necesitar un tiempo mucho mayor. La velocidad de consolidación se puede calcular por medio de la teoría del articulo 25, pero las estimaciones suelen resultar muy poco fehacientes debido a que el esparcimiento y el grado de continuidad de las capes drenajes mas permeables no pueden usualmente evaluarse con exactitud. Cuando la velocidad estimada de consolidación es demasiado lenta, el proceso puede acelerarse suplementario la presencia de las capes naturales de drenaje con la instalación de drenes de arena similares a los descriptos en el párrafo precedente. Los drenajes tienen comúnmente un diámetro de por lo menos 30 cm y están espaciados en disposiciones triangulares o cuadradas a distancias comprendidas entre unos 2 y 4 m. El esparcimiento necesario se puede calcular por teoría, pero la confiabilidad de las predicciones esta sujeta a las limitaciones siempre presentes respecto al conocimiento de la permeabilidad real de los depósitos en sentido horizontal y vertical. Las técnicas para la instalaci6n de drenes de arena se han perfeccionado hasta alcanzar un alto grado de eficiencia (Carpenter y Barber, 1953). Antes de colocar el terraplén de sobrecarga, el área ocupada por los drenes debe ser cubierta con una solera de drenaje que permita el escape del agua evacuada a través de los mismos. Existan o no drenes de arena, el terraplén de precarga no debe construirse con una velocidad tal o con taludes demasiado parados como pare producir un deslizamiento o una rotura por la base. En particular, si se han instalado drenes, un accidente de este tipo suele provocar una discontinuidad en los mismos y tornarlos ineficientes. Para evitar estos deslizamientos, la precarga y las instalaciones de drenaje se proveen con medios pare observar el asentamiento de la superficie del suelo que soporta la sobrecarga, las presiones de poros que se desarrollan en el subsuelo y el levantamiento o movimiento lateral del suelo natural mas allá de los límites de la sobrecarga. Si se hincan pilotes en un limo suelto situado debajo del nivel de la nave, el suelo se trasforma y pasa a un estado semi líquido. Por ello, en lugar de compactarlo, la hinca lo debilita, por lo menos temporalmente. La compactaci6n de tal tipo de estratos se puede obtener solamente por algún proceso de drenaje, por pre-carga o por la combinaci6n de ambos. 8.1. PRINCIPALES TIPOS DE TERRAPLENES.- Los Terraplenes de Sierra pueden dividirse en cuatro grandes grupos: terraplenes de ferrocarril, terraplenes de caminos, malecones y cliques de sierra. En cada grupo, los terraplenes son similares no solo por el fin a que están destinados, sino también en cuanto a los factores que deben considerarse cuando se eligen sus taludes laterales. En el estudio que sigue respecto de la elección de taludes, se supone que los terraplenes descansan en suelo estable.

9. CONTROL DE COMPACTACION.-

Considérese una prueba de compactación realizada en una muestra de suelo de un terraplén que no contenga partículas más grandes que la abertura de la malla 4. El material debe protegerse contra la evaporación, a fin de que su contenido de agua no varíe y se compacta con alguno de los métodos comunes en uso y con su contenido de agua de campo Wf. El peso específico húmedo de esa muestra será .

Por tanto C =

Donde Wf es el contenido de agua de la muestra obtenida en el campo y

Son los pesos específicos secos de campo y de prueba, respectivamente.

METODOS DE CONTROL.-

1. METODOS DESTRUCTIVOS:

- Método del Cono y la Arena:

La arena a utilizar en este método tiene que ser pasante del tamiz N° 20 y retenida en el tamiz N° 30. Esta se coloca en el hoyo previamente abierto y se va acomodando con relación de vacíos mínima pudiendo calcularse así el volumen de la muestra. Para ello se coloca encima del orificio una placa con abertura central de 4 ó 6 pulgadas de diámetro y luego un cono doble unido con una valvula y un frasco en uno de sus extremos conteniendo en la arena, esta se deja caer sobre el hoyo midiendo la empleada para llenarlo.

-Método del frasco Volumétrico:

Consiste en medir el volumen del orificio previamente abierto en la capa compactada mediante la introducción en él de una goma plástica de aproximadamente 2mm de espesor, la cual se encuentra dentro del aparato siendo introducida dentro del orificio a través de la inyección de agua a presión.

-Método del aceite.:

Consiste en medir el volumen del orificio mediante la introducción én el de un volumen conocido de aceite, el cual debe retirarse al concluir el ensayo. Este método no se recomienda en el caso de suelos arenosos.

2. METODO NO DESTRUCTIVOS.-

Estos permiten la obtención del peso unitario y la humedad del suelo directamente en campo mediante la utilización de radiaciones gamma provenientes de un elemento radioactivo que se encuentra dentro del aparato de medición. Este equipo se conoce como densímetro nuclear y existen tres tipos: 1) Troxles, 2) Campbell Pacific Nuclear, 3) Humboldt.

1. ESTABILIZACION DE SUELOS.-

El proceso por el cual se mejora el suelo para que pueda alcanzar los requisitos fijados se llama estabilización de suelos. En su más amplio sentido, la estabilización incluye la compactación, el drenaje, la pre-consolidación y la protección de la superficie contra la erosión y la infiltración de la humedad; sin embargo, al termino estabilización se le va restringiendo gradualmente su alcance a un solo aspecto al mejoramiento del suelo: la modificación del propio material del suelo.

1.1. REQUISITOS DE LA ESTABILIZACIÓN.-

El modo de modificar y el grado de modificación necesarios dependen del carácter del suelo y de sus deficiencias. Si el suelo no es cohesivo, esto se puede lograr dándole cohesión por medio de un agente sementador o ligante. Si es cohesivo se puede aumentar su resistencia haciendo el suelo resistente a la humedad alterando la película de agua absorbida, aumentando la cohesión con un agente sementador y aumentando la fricción interna.

La inmunidad a la retracción y la expansión se pueden lograr sementando, modificando la capacidad del mineral arcilloso para la absorción de agua haciendo el suelo resistente a los cambios de humedad. La permeabilidad se puede reducir llenando los poros con un material impermeable o modificando la estructura del mineral de arcilla y el agua absorbida para impedir la floculación. Se puede aumentar la permeabilidad quitando los granos finos o creando una estructura conglomerada.

Un agente estabilizador satisfactorio debe proporcionar las cualidades requeridas y además debe satisfacer las condiciones siguientes: 1.- Debe ser compatible con el material del suelo; 2.- Debe ser permanente; 3.- Debe ser fácil de manejar y preparar; 4.- Debe tener bajo costo. Ningún material llena todos los requisitos y la mayoría son deficientes en la ultima condición, el costo. Los principales métodos y materiales son:

• Aditivos para retener la humedad.

• Aditivos resistentes a la humedad.

• Cementación.

• Congelación.

• Relleno de los poros.

• Alteraciones físico químicas: Estabilización química.

1.2. TIPOS DE ESTABILIZACION:

ESTABILIZACION SUELO CEMENTO.-

En esta estabilización se emplea cemento Portland para formar una mezcla como concreto en el propio lugar; en esta mezcla el suelo es el árido. Este tipo de estabilización ha tenido mucho éxito en la construcción de pavimentos de bajo costo para tránsito ligero y como capas rígidas de base para tránsito pesado.

En el suelo cemento modificado se emplea alrededor de 1/5 de la cantidad usual de cemento, porque se produce un cemento puzolánico al reaccionar la cal con la sílice de la ceniza.

CEMENTACION CON ASFALTO.-

Los ligantes bituminosos se han usado para subrasantes y pavimentos de bajo costo.

La estabilización asfáltica tiene su mayor uso en suelos arenosos con poca o ninguna arcilla.

CEMENTACION QUIMICA.-

La cementación química consiste en unir las particular del suelo con un agente cementante, que se produce por una reacción química dentro del suelo. La reacción no incluye necesariamente las partículas del suelo, aunque en la unión o ligazón si están implicadas las fuerzas intermoleculares del suelo.

ESTABILIZACION MECANICA.-

Es el mejoramiento del suelo por el cambio de graduación. Consiste generalmente en mezclar dos o mas suelos naturales para tener un material compuesto que sea superior a cualquiera de sus componentes; pero también incluye la adición de roca triturada o escoria o la tamización del suelo para remover partículas de cierto tamaño.

ESTABILIZACION ELECTROQUIMICA.-

Implica un cambio de base producido por una corriente eléctrica. Los cationes de aluminio se desprenden de un electrodo positivo de aluminio y emigran en el suelo, hacia el electrodo negativo y en el curso de sus movimientos se efectúa el cambio de base. Al mismo tiempo el drenaje electroósmosis hacia el electrodo negativo que tiene la forma de un poso.

UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

TRABAJO DE COMPACTACION DE SUELOS.

Maracaibo, 18 de Junio de 1999.

ESQUEMA.-

1.- ESTABILIZACION DE LOS SUELOS

REQUISITOS DE LA ESTABILIZACION

TIPOS

2.- COMPACTACION

2.1 CARACTERISTICAS DE LA COMPACTACION.

2.2 TEORIA DE LA COMPACTACION.

2.3 OBJETIVOS DE LA COMPACTACION.

PROCESO DE COMPACTACION EN CAMPO

CLASIFICACION DE LA MAQUINARIA DE COMPACTACION.

MAQUINAS QUE COMPACTAR POR PRESION ESTATICA

MAQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO

MAQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACION

3.- PROPOSITOS Y METODOS DE LA COMPACTACION DE SUELOS.

4.- COMPACTACION DE SUELOS NO COHESIVOS.

5.- COMPACTACION DE SUELOS ARENOSOS O LIMOSOS CON COHESION MODERADA.

6.- CURVA DE COMPACTACION Y SAQTURACION TOTAL.

7.- COMPACTACION DE ARCILLAS.

8.- COMPACTACION DE MASAS NATURALES DE SUELOS Y TERRAPLENES EXISTENTES.

8.1 PRINCIPALES TIPOS DE TERRAPLENES.

9.- CONTROL DE COMPACTACION

10.- CAPACIDAD DE SOPORTE DE LOS SUELO (C. B. R.)

BIBLIOGRAFIA.-

- Introducción a la Mecánica de los Suelos y Cimentación. George B. Sowers y George F. Sowers.

• Mecánica del Suelo: Cimentos y Estructura de Tierra. Gregory P. Tschebotarioff.

• Mecánica de Suelos. Tomo I. Fundamentos en la Mecánica de Suelos. Juárez Badillo y Rico Rodríguez.

• Mecánica de Suelos. T. William Lambe y Robert V. Whitman.

• Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. Karl Terzagui y Ralph B. Peck.

CONCLUSION.-

La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación que se obtiene al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su peso especifico secos, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el suelo natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas.

Los métodos utilizados para la compactación de los suelos dependen de los tipos de materiales con los que se trabaje en cada caso; con base en un experimento sencillo que los materiales puramente friccionantes, como la arena, se compactan eficientemente por métodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulte mas ventajoso.

Para nuestros conocimientos prácticos asistimos al proceso de compactación que se esta llevando a cabo en la Av. La Limpia, específicamente en el Distribuidor de los Olivos, donde se reflejan las características ya expuestas en dicho proceso y los equipos disponibles para el trabajo, tales como plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o pata de cabra. En las últimas épocas los equipos de campo han tenido gran desarrollo y hoy existe en gran variedad de sistemas o pesos.

La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en el laboratorio la compactación que se puede lograr en el campo con el equipo disponible. Entre todos los factores que influyen en la compactación obtenida en un caso dado, podría decirse que dos son las mas importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de la compactación y la energía especifica empleada en dicho proceso. Por energía especifica se entiende la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen.

En realidad las secuelas prácticas suele ser como sigue: cuando se va a realizar una obra en la que el suelo puede ser compactado se recaban muestras de los suelos que se usaran; en el laboratorio se sujetan esos suelos a distintas condiciones de compactación, hasta encontrar algunas que garanticen un proyecto seguro y que puedan lograrse con el equipo de campo existente; con el equipo de campo que vaya a usarse se reproducen las condiciones de laboratorio adoptadas para el proyecto (esto suele hacerse construyendo y compactando en el campo un terraplén de prueba con el suelo a usar, en el que se ve el número de veces que deba pasar el equipo, el espesor de las capas de los suelos depositados para compactar, etc.). Finalmente, una vez iniciada la construcción, verificando la compactación lograda en el campo con muestras al azar tomadas del material compactado en la obra, se puede comprobar que en estas se están satisfaciendo los requerimientos del proyecto.