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53 Sección 4 4. Características y compactación del suelo NOTAS: Parte A: Fundamentos sobre Gradación (Granulometría), Tamizado y Normas SECCIÓN 4: CARACTERÍSTICAS Y COMPACTACIÓN DEL SUELO La gradación del suelo, de la arena de asiento y de la base granular (de roca triturada), es una propiedad importante de cada uno de estos materiales. El tama- ño y la distribución de los tamaños de sus partículas, tienen una gran influencia en su comportamiento cuando se colocan bajo los adoquines. Los suelos varían, en el tamaño de sus partículas, de grueso a fino granulares. Las arenas son los suelos más gruesos, con los limos y arcillas como los de par- tículas más finas. Generalmente, la aptitud de un suelo para ser usado bajo un pavimento, decrece a medida que decrece el tamaño de sus partículas. Es decir, los suelos arcillosos son los menos deseables para pavimentos. La medición de los tamaños de las partículas en un suelo se hace por medio de la granulometría, usando unas serie de tamices, que son recipientes cilíndri- cos con fondo de malla (el tamaño de los granos en los materiales de base de roca triturada, también se miden con tamices). Las mallas tienen dife- rentes tamaños de aberturas, permi- tiendo que cualquier material más pequeño que las aberturas, pase a través de ellas. Se toma una muestra de suelo, de arena de asiento o de roca tritu- rada, se seca en un horno, se pesa y se echa en el tamiz más grueso, que se ha colocado sobre los demás tamices, cuya finura aumenta a me- dida que descienden. Los tamices arrumados se agitan juntos. Cada uno bloquea un tamaño específico (o mayor) de partícula, para que no pase al próximo tamiz, más peque- ño. El material que queda en cada tamiz se pesa. Esta peso se resta del peso total de la muestra. La diferen- cia se divide por el peso total de la muestra y se obtiene el porcentaje que pasa un tamaño dado de tamiz. El método de ensayo más común, para análisis de suelos por tamizado, es el ASTM D 422, Standard Test Me- thod for Particle-Size Analysis of Soil Fines (Método estándar de ensayo para análisis de tamaño de partículas de suelos finos). Figura 4-1: El análisis por tamizado es una de las claves para entender las características de los suelos, de las bases granulares y de las arenas de asiento y de sello. (Tomado de la National Stone Association)

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Page 1: 7th edition section-4-spanish(1)

53Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

NOTAS:

Parte A: Fundamentos sobre Gradación (Granulometría), Tamizado y Normas

SECCIÓN 4: CARACTERÍSTICAS Y COMPACTACIÓN DEL SUELO

La gradación del suelo, de la arena de asiento y de la base granular (de roca triturada), es una propiedad importante de cada uno de estos materiales. El tama-ño y la distribución de los tamaños de sus partículas, tienen una gran influencia en su comportamiento cuando se colocan bajo los adoquines.

Los suelos varían, en el tamaño de sus partículas, de grueso a fino granulares. Las arenas son los suelos más gruesos, con los limos y arcillas como los de par-tículas más finas. Generalmente, la aptitud de un suelo para ser usado bajo un pavimento, decrece a medida que decrece el tamaño de sus partículas. Es decir, los suelos arcillosos son los menos deseables para pavimentos.

La medición de los tamaños de las partículas en un suelo se hace por medio de la granulometría, usando unas serie de tamices, que son recipientes cilíndri-cos con fondo de malla (el tamaño de los granos en los materiales de base de roca triturada, también se miden con tamices). Las mallas tienen dife-rentes tamaños de aberturas, permi-tiendo que cualquier material más pequeño que las aberturas, pase a través de ellas.

Se toma una muestra de suelo, de arena de asiento o de roca tritu-rada, se seca en un horno, se pesa y se echa en el tamiz más grueso, que se ha colocado sobre los demás tamices, cuya finura aumenta a me-dida que descienden. Los tamices arrumados se agitan juntos. Cada uno bloquea un tamaño específico (o mayor) de partícula, para que no pase al próximo tamiz, más peque-ño. El material que queda en cada tamiz se pesa. Esta peso se resta del peso total de la muestra. La diferen-cia se divide por el peso total de la muestra y se obtiene el porcentaje que pasa un tamaño dado de tamiz.

El método de ensayo más común, para análisis de suelos por tamizado, es el ASTM D 422, Standard Test Me-thod for Particle-Size Analysis of Soil Fines (Método estándar de ensayo para análisis de tamaño de partículas de suelos finos).

Figura 4-1: El análisis por tamizado es una de las claves para entender las características de los suelos, de las bases granulares y de las arenas de asiento y de sello.

(Tomado de la National Stone Association)

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54 Sección 4

El ensayo que usualmente se usa para agregados, es el ASTM C 136, Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates (Método estándar de ensayo para análisis, por tamizado, de agregados finos y gruesos).

La tabla que se muestra a continuación, presenta la relación entre el tamaño (denominación) de la malla y abertura real de la malla en el tamiz. Los tamaños de las mallas se designan por un número o por el tamaño real de las aberturas en las mallas. Adicionalmente se presenten algunos términos usados para denomi-nar diferentes tamaños de partículas.

Tabla 4-1: Tamaños comunes de tamices.

Tamaño de Tamiz U.S. Tamaño de Tamiz Métrico Apertura del Tamiz Término General

2 in. 50.00 mm 2.000 in. Grava 1 1/2 in. 37.50 mm 1.500 in. Grava 1/2 in. 12.70 mm 0.500 in. Grava 3/8 in. 9.50 mm 0.375 in. Gravilla No. 4 4.75 mm 0.187 in. No. 8 2.36 mm 0.093 in. Arena No. 16 1.18 mm 0.046 in. No. 30 0.600 mm 0.024 in. No. 50 0.300 mm 0.012 in. No. 100 0.150 mm 0.006 in. No. 200 0.075 mm 0.003 in. Finos/Polvo = Limos

ó más pequeño 0.005 mm 0.0002 in. Arcillas

mm = milímetros

La gradación de un suelo, o los diferentes tamaños de partículas, se utiliza para clasificarlos. La clasificación indica cómo podrán comportarse bajo un pa-vimento. Los materiales para bases granulares y las arenas de asiento, también se clasifican por su gradación, usando una selección de ciertos tamaños de tamices.

NOTAS:

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55Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

NOTAS:

Sección 4 Parte B: Clasificación de los Suelos, Propiedades de los Suelos, e Identificación Rápida en el CampoClasificación de Suelos

Figura 4-2: Existen varias maneras de clasificar los suelos, dependiendo del uso que se les quiera dar. Un método común para clasificar los suelos, que van a estar debajo de pavimentos, es por el tamaño de sus partículas, agrupándolos en tres grupos: arena, limo y arcilla. Esto se ilustra, como un triángulo, en el sistema de Clasificación de Suelos del U.S. Department of Agriculture - USDA (Departamento de Agricultura de los Estados Unidos de América).

La mayoría de los contratistas están familiarizados con los tipos generales de suelos en su área. Sin embargo, existen variaciones para los suelos dentro del rango que le es familiar al contratista. Cuando se conoce la clasificación de un suelo, el contratista puede predecir ciertos cambios, como su tendencia a rete-ner agua, drenar rápida o lentamente, compactar fácilmente o con dificultad. La clasificación del suelo ayuda en la selección del equipo de compactación y a la definición de la cantidad de drenaje que se podrá esperar. Estos factores afec-tarán el tiempo necesario para completar el trabajo. Por ejemplo, un suelo de arcillas densas, puede requerir más tiempo, para su excavación y compactación, que un suelo arenoso. Después de una lluvia, se requerirá de más tiempo para que el agua drene de un suelo arcilloso que de una greda arcillosa, afectando, consecuentemente, el tiempo de construcción. Los suelos arcillosos tienden a aumentar su volumen, más que otros suelos, cuando se excavan, requiriendo de mayor espacio para ser transportados y depositados.

Existen viarias maneras de clasificar los suelos, dependiendo del uso que se les quiera dar. Un método común para clasificar los suelos que van a estar debajo de pavimentos es hacerlo según el tamaño de sus partículas, agrupando, los sue-los, en tres grupos: arena, limo y arcilla. Esto se ilustra en el triángulo que apa-rece en la Figura 4-2, denominado el Sistema de Clasificación de Suelos del U.S. Department of Agriculture - USDA (Departamento de Agricultura de los Estados Unidos).

U.S.D.A.

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56 Sección 4

Para determinar la clasificación USDA del suelo, se lleva a cabo un análisis por tamizado, sobre una muestra de suelo. Los tamaños de partículas se caracte-rizan así:

Arena gruesa 0.0790 in. a 0.0090 in. (2.0 mm a 0.250 mm)Arena fina 0.0090 in. a 0.0030 in. (0.250 mm a 0.076 mm)Limo 0.0030 in. a 0.0002 in. (0.075 mm a 0.005 mm)Arcilla Menor que 0.0002 in. (Menor que 0.005 mm)

Se pueden obtener los tres porcentajes, por peso, correspondientes a los tamaños de partículas de arcilla, limo y arena, para determinar la clasificación (nótese las líneas punteadas en la Figura 11). Por ejemplo, una muestra de suelo con 28% de arcilla, 25% de limo y 47% de arena, se clasificaría como una greda arcillosa. Este punto se ha marcado en la Figura 11, con una P.

En este sistema, los suelos con, aproximadamente, el 30% o más de arcilla, se comportan como suelos arcillosos. Los suelos arcillosos retienen la humedad y son lentos en drenar, por lo cual son los menos deseables para tener debajo de un pavimento. Además, pueden requerir más tiempo de compactación y de dre-naje.

Las partículas de arcilla, cuando se encuenran húmedas, tienden a lubricar las partículas de mayor tamaño. Los suelos con menos del 30% de arcilla, tienen una mayor resistencia y estabilidad, puesto que el efecto de lubricación de la arcilla no es muy grande, y el agua drena más rápidamente.

Desafortunadamente, la mayoría de los suelos en Norteamérica son arcillas, algunas buenas, y otras no tan buenas, como suelos para la fundación de pavi-mentos. También se desarrollaron otros sistemas de clasificación, para distinguir suelos adecuados, y suelos limosos y arcillosos, no tan adecuados para pavi-mentos. Los dos sistemas más comunes son el Unified Soil Classification System - USCS (Sistema de Clasificación Unificada de Suelos) y la AASHTO Soil Classi-fication (Clasificación de suelos de la AASHTO), desarrollado por la Asociación Americana de Oficiales de Transporte y Vías - AASHTO. En este curso no se cubre el método AASHTO.

El Sistema Unificado, que fue desarrollado en 1942, se ha modificado desde entonces, y lo usa el U.S. Army Corps of Engineers (Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos). La norma que lo describe en detalle, es la norma ASTM D 2487, Standard Classification of Soils for Engineering Purposes (Clasifi-cación estándar para suelos para propósitos de ingeniería). En resumen, quince grupos de suelos se designan usando dos letras que indican sus características. La primera letra describe el tipo de suelo dominante; la segunda otros tipos de suelo / granulometía / Límite Líquido (habilidad del suelo para retener agua).

G (gravel) = Gravas o suelos gruesos - pasa el tamiz de 3 in. (75 mm) y es retenido en el tamiz No.4 (4.75 mm).S (sand) = Arena o suelos arenosos - pasa el tamiz No.4 (4.75 mm) y es retenido en el tamiz No.200 (0.075 mm).M (mud) = Limo - pasa el tamiz No.200 (0.075 mm) pero es no plástico (no se ve como una masilla cuando está húmedo) o ligeramente plástico, y tiene muy poca, o ninguna resistencia cuando se seca al aire.C (clay) = Arcilla - pasa el tamiz No.200 (0.075 mm) pero es plástica (se ve como una masilla cuando está húmeda), y tiene una resistencia considerable, cuando se seca al aire.O (organic) = Orgánico - limos o arcillas con suelo orgánico (suelo superficial), en cantidades suficientes para disminuir el comportamiento de este suelo, como fundación de pavimentos.Pt (peat) = Turba - vegetación en varios estados de descomposición, usualmente negra o de color marrón (café) oscuro.

NOTAS:

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57Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

Gradación (variación en los tamaños de las partículas).

W (well)= Bien gradado (alta variación - bueno para pavimentos).

P (poor)= Pobremente gradado (poca variación - no es bueno para pavimentos).

Significado del Límite Líquido (el Límite Líquido es la habilidad del suelo de retener agua). H (high)= Alta (puede retener agua, no drena bien - no es bueno para pav/tos.). L (low) = Baja (no retiene agua, drena bien - bueno para pavimentos).

La USCS sitúa todo los suelos dentro de 15 grupos, usando los tamaños de las partículas, la variación en sus tamaños y la habilidad que tienen para retener agua. GW = Gravas bien gradadas y mezclas de grava y arena, con pocos o sin finos. GP = Gravas pobremente gradadas y mezclas de grava y arena, con pocos o sin finos. GM = Gravas limosas, mezclas de grava, limo y arena. GC = Gravas arcillosas, mezclas de grava, arcilla y arena. SW = Arenas bien gradadas y arenas con grava, con pocos o sin finos. SP = Arenas mal gradadas y arenas uniformes, con pocos o sin finos. SM = Arenas limosas, mezclas de arena y limo. SC = Arenas arcillosas, mezclas de arena y arcilla. ML = Limos inorgánicos, arenas muy finas, polvo de roca, limos finos arcillosos. CL = Arcillas inorgánicas, de plasticidad baja a media, arcillas con grava, arcillas limosas, arcillas débiles. MH = Limos inorgánicos, arenas o limos finos micáceos o diatomáceos, limos plásticos. CH = Arcillas inorgánicas o arcillas de alta plasticidad. OL = Arcillas orgánicas con baja plasticidad. OH = Arcillas orgánicas de plasticidad media a alta. Pt = Turba.

El esquema de la Figura 4-3 relaciona los sistemas Unificado y de clasifica-ción, a una calificación general del suelo como subrasante, subbase o base. El es-quema también relaciona los tipos de suelo con la California Bearing Ratio - CBR (Relación de Soporte de California). El valor de CBR está por fuera del alcance de este curso. Para el propósito de este curso, se usará el sistema de clasificación de la USCS.

NOTAS:

La mayoría de los suelos en Norteamérica son arcillas, algunas buenas y algunas no tan buenas, como suelo para la fundación de pavimentos.

Figura 4-3: Clasificación Unificada de Suelos, Relacionada con lo Adecuado que es el Suelo.

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58 Sección 4

NOTAS:

Page 7: 7th edition section-4-spanish(1)

59Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

Para la determinación de la clasificación USDA o USCS de un suelo, se requie-re de una muestra tomada del sitio de trabajo, la cual se debe llevar al laboratorio de ensayo de suelos. Una manera simple y más rápida de aproximarse a las clasi-ficación de un suelo en el campo, es mediante su apariencia visual y al tacto. Si se pueden ver granos gruesos y el suelo se siente granular cuando se frota entre los dedos, entonces es un suelo arenoso. Si no se pueden ver los granos a simple vista y se siente suave al tacto, entonces es un limo o una arcilla.

Un factor básico para el comportamiento del suelo bajo pavimentos, es su ha-bilidad para retener agua. Mientras más habilidad tenga para retener agua, por lo general, peor será el comportamiento del suelo como fundación del pavimento. La USCS sugiere algunas formas fáciles, para que el contratista haga una identifi-cación rápida en el campo y una evaluación de la habilidad de retención de agua del suelo. Éstas se describen a continuación:

Ensayo del pastel - Evaluación de la capacidad de retención de agua de un suelo:

• Mezclarelsueloconsuficienteagua,paraobtenerunaconsistenciacomode masilla.

• Conformarlamuestracomounpastelydejarlosecarcompletamente.• Mientrasmásesfuerzoserequieraparaquebrarelpastelconlosdedos,más

grande es la plasticidad del suelo o su habilidad para retener agua. En otras palabras, mientras más agua pueda retener el suelo, menos adecuado es para estar debajo de un pavimento. Una alta resistencia, en estado seco, es una característica de las arcillas. Los limos y las arenas limosas se quebrarán fácilmente.

Ensayo de la agitación - El ensayo de dilatación, o un ensayo de reacción ante agitación:

• Mezclar,enlapalmadelamano,unacucharada(15ml)deagua,conunamuestra de suelo. La muestra debe ser suave, pero no pegajosa.

• Agitarlamuestra,variasveces,conlaspalmasdelasmanoscerradas.• Sielaguasaleasuperficiedelamuestra,elsueloesunaarenafina.• Sinoapareceagua,oaparecemuypoca,enlasuperficiedelamuestra,el

suelo es un limo o una arcilla.• Sialexprimirelsueloentrelosdedos,hacequelahumedaddesaparezca,el

suelo es arenoso.• Silahumedadnodesaparecerápidamente,elsueloesunlimo.• Silahumedadnodesaparecedeningunamanera,elsueloesunaarcilla.

Ensayo de la culebra - Evaluación de la dureza - rigidez de un cilindro (cuerda o rollito) de suelo, para el contenido de arcilla:

• Humedecerunamuestrapequeñadesuelohastaelpuntodondequedesuave, pero no lodosa o pegajosa.

• Seamasaporrodamiento,entrelasmanos,paraformaruncilindro(cuerda,rollito o “culebra”).

• Mientrasmáslargoelcilindro,ymássepuedaamasarporrodamientosinque se parta, más alto es el contenido de arcilla.

Los ensayos de campo, descritos anteriormente, son rápidos y fáciles como medios para clasificar suelos y obtener una medida relativa de su capacidad de retención de agua. Estos ensayos se pueden usar como guía general, sobre cuál equipo de compactación se debe usar. En una Sección posterior, se dan reco-mendaciones específicas sobre la selección del equipo de compactación.

NOTAS:

Identificación Rápida en el Campo

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60 Sección 4

NOTAS:La habilidad de un suelo para retener agua, la expresan los ingenieros como

el Índice de Plasticidad - IP. Los métodos de ensayo de laboratorio, usados para determinar el Índice de Plasticidad, están por fuera del alcance de este Manual. Para los lectores que quisieran avanzar en este tema, el IP es: la diferencia numé-rica, entre los valores del Límite Líquido y del Límite Plástico. Para lectura adi-cional sobre los métodos de ensayo, se pueden consultar los métodos AASHTO T 89 y T 90. Los suelos con alto IP, son mucho menos deseables debajo de los pavimentos, que los que tienen valores bajos. Por ejemplo, un suelo con un IP de 40, retendrá mucha agua, y probablemente tendrá un alto contenido de arcilla, y no se comportará bien bajo un pavimento. Las arenas limpias y muchas bases granulares, son no plásticas. Un material granular para base, con un IP menor que seis, retendrá muy poca agua y se puede aceptar para ser usado para pavimentos. Muchas agencias locales, estatales o provinciales, usan el IP como una manera de evaluar y seleccionar los suelos y los materiales de base para la construcción de pavimentos.

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61Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

La compactación es el proceso de incrementar, mecánicamente, el peso, por unidad de volumen, de un suelo o material granular para base. La compactación incrementa la densidad unitaria, expresada en lb/ft3 (kg/m3); incrementa la ca-pacidad portante del suelo y de la base, previene los asentamientos y reduce el aumento de volumen y la contracción del suelo, debido a cambios estacionales en la humedad y la temperatura.

La compactación mueve las partículas de suelo o de agregado, reacomodán-dolas más cerca, unas de otras, y obliga a salir el aire que estaba atrapado entre ellas. Además, remueve el aire de la arena de asiento, la base granular, los suelos secos, las arcillas húmedas y los suelos cohesivos.

Al incrementar la densidad, el suelo o la base, son más capaces de soportar una carga, sin asentarse ni ahuellarse. Sin compactación, o con una compacta-ción inadecuada, el suelo o la base que soportan la carga, se asentarán o se ahuellarán lentamente, lo cual reducirá la vida del pavimento.

El grado al cual el suelo (o la base) se puede compactar, está gobernado por tres factores:

1. El tipo o clasificación del suelo - Naturaleza, gradación o propiedades físicas de los materiales de base o del suelo.

2. El contenido de humedad del suelo o base que se está compactando.

3. El tipo y cantidad de esfuerzo compactante requerido - compresión, apisonado o vibración.

Tipo o clasificación del suelo - Los suelos, usualmente, están constituidos por una mezcla de arcilla, limo y arena. Como se mostró en las Secciones previas, la granulometría determina la clasificación y la utilidad, del suelo, como material de subrasante. Los limos y las arcillas pueden requerir más tiempo de compacta-ción, que los suelos arenosos, debido a que tienen muchas partículas pequeñas, que están dentro de un rango estrecho de tamaños de tamices. En algunos limos y en la mayoría de los suelos de arcillas, más del 30% de sus partículas pasan el tamiz No.200 (0.075 mm). Esas pequeñas partículas son cohesivas, se pegan unas a otras, con la humedad, y mantendrán su forma, al ser compactadas. En contraste, la arena o los suelos granulares, dependen de la fricción entre sus partículas para mantenerse unidas, al ser compactados. El mayor tamaño de sus partículas, hace que sean más fáciles de compactar que los suelos arcillosos. Sin embargo, la habilidad de los suelos arenosos, de incrementar su densidad por medio de la compactación, puede depender mucho del contenido de humedad que tengan.

NOTAS:

Sección 4 Parte C: Compactación de Suelos y Relación Humedad / Densidad

Compactación

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62 Sección 4

Figura 4-4: Relación entre

la humedad y la densidad: Muy poca

humedad implica una reducción en la

densidad; demasiada humedad también

significa una reducción de la densidad. Todos

los materiales de suelo, o de base,

tienen una densidad óptima;

o sea, un balance entre el contenido de agua y el peso por unidad

de volumen. El gráfico ilustra la manera como

cambia la densidad con el contenido de

humedad.

Contenido de Humedad - El control del contenido de humedad del suelo o de la base durante la compactación, es crítico para poder lograr la máxima den-sidad. Cuando se está compactando, se debe tener el contenido óptimo de hu-medad; es decir, ni demasiado ni muy poco. Se necesita la cantidad correcta de agua, para que las partículas, de suelo o de agregado, se deslicen contra las otras. El agua, en efecto, actúa como un lubricante. Si hay mucha agua en el suelo, ésta ocupará espacio entre las partículas y evitará que permanezcan juntas.

La Figura 4-4 ilustra el efecto de la humedad en la densidad de un suelo o base. Muestra que el contenido óptimo de humedad corresponde a la mayor densidad seca. A medida que se incrementa la humedad, yendo de cero hacia el porcentaje óptimo, se incrementa la densidad. Si se adiciona mucha humedad al suelo o a la base, se reduce su densidad y no se alcanzará el nivel de densidad óptima. La relación entre la densidad del suelo o base, y la humedad óptima, va-riará de suelo a suelo y de base a base.

CURVA HUMEDAD/DENSIDADDe Wacker Corporation

NOTAS:

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63Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

La causa más frecuente para reclamos por parte de los clientes es el asenta-miento en los pavimentos de adoquines de concreto. En la mayoría de los casos, el origen del problema se puede encontrar en la inadecuada compactación, o la falta de medición de esta, en el sito de la obra.

Se han usado métodos subjetivos, como el clavar el tacón del zapato en la base o el suelo, para evaluar su grado de compactación. El ICPI no recomienda este método para evaluar la compactación.

En algunos proyectos, el contratista no es responsable por la compactación del suelo o de la base. Sin embargo, se debe verificar la densidad de compacta-ción antes de colocar la arena de asiento y los adoquines. Esta Sección cubre los métodos de ensayo para poder asegurar una adecuada compactación del suelo y de la base.

Ensayo de Campo, Sencillo, para Estimar la Humedad Óptima¿Cuándo tiene, el suelo, la humedad óptima para ser compactado? A

continuación se indica un método de ensayo de campo, sencillo, para evaluar la cantidad correcta de humedad para compactación, de un suelo.

Exprimir, entre las manos, una cantidad de suelo, suficiente como para conformarlo al tamaño de una bola de tenis.

• Dejarcaerlabola,alpiso,desdeunaalturade1ft(300mm).• Silabolasequiebraenpocosfragmentos,bastanteuniformes,elsuelose

encuentra cerca de su humedad óptima.• Sielsuelonosedejaconformarcomounabola,esqueestámuysecoy

se le debe agregar agua. (Las gravas y la mayoría de los suelos arenosos, con frecuencia no se dejarán conformar como una bola).

• Sielsueloestádemasiadohúmedo,labolanosequebrará,anoserqueelsuelo sea muy arenoso. En este caso, el suelo a ser compactado se debe dejar secar.

Densidad PróctorContrario a los métodos subjetivos, la única manera de establecer la canti-

dad correcta de compactación, es midiendo la densidad del suelo o de la base a un determinado contenido de humedad, durante la compactación. La densidad y la humedad óptima varía con el tipo o la clasificación del suelo. La Figura 4-5 muestra diversos tipos de suelos con sus rangos de densidad y sus contenidos de humedad óptimos. Por lo tanto, el conocer el tipo de suelo proporciona información sobre la densidad y el contenido de humedad relativo que se requiere para alcanzar la densidad máxima durante la compactación.

El método más común para determinar el grado de compactación, es la densidad Próctor. R.R. Proctor fue un ingeniero del Los Angeles City Bureau of Water Works and Supply, que publicó una serie de artículos en 1933, que descri-ben los resultados de estudios relativos a los procedimientos de evaluación de la compactación. De allí el nombre de ensayo Próctor de densidad.

En primera instancia se llevan a cabo ensayos Próctor sobre muestras de suelo o del material de la base, en el laboratorio, para determinar la máxima densidad que se puede alcanzar, con éstos, y su contenido de humedad óptimo correspondiente, puesto que ambos factores influyen en la compactación. Posteriormente, los resultados de laboratorio se comparan con los ensayos de densidad realizados en el sito de la obra.

NOTAS:

Sección 4 Parte D: Medición de la Compactación del SueloMedición de la Compactación

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64 Sección 4

Figura 4-5: Comparación de la relación

humedad / densidad de varios suelos.

Los resultados de los ensayos en el sitio, se dividen por los resultados de los ensayos del laboratorio, para encontrar qué porcentaje de la densidad Próctor (obtenida en el laboratorio), se obtuvo en el sitio.

Existen dos clases de ensayos Próctor, según la compactación que se requie-ra para la obra: ensayos de densidad Próctor estándar y Próctor modificado. En-sayo Próctor Estándar - El ensayo Próctor estándar se realiza en un laboratorio de ensayo de suelos, tomando una muestra de suelo del sitio y compactándola, en un recipiente de 1/30 ft3 (0.00094 m3) de capacidad, en tres capas. Se deja caer un pisón de 5 1/2 lb (2.5 kg) de peso, con una superficie de impacto de 3.1 in2 (2,000 mm2), desde una altura de 12 in. (300 mm), 25 veces sobre cada una de las tres capas, de igual espesor, con que se va llenando el recipiente. Luego se pesa el conjunto, se le resta el peso del recipiente, y se registra el peso como peso húmedo/ft3 (peso húmedo/m3). El material se seca en un horno du-rante 12 horas y se determina el contenido de agua.

Este ensayo es el AASHTO T 99, Método de ensayo de la evaluación de las re-laciones densidad - humedad de suelos, usando un apisonador de 5.5 lb (2.5 kg) y una caída de 12 in. (300 mm) (Test Method of Test for The Moisture Density Re-lations of Soils Using a 5.5 lb (2.5 kg) Rammer and a 12-in. (305 mm) Drop), de la American Association of State Highway and Transportation Officials - AASHTO (Asociación Americana de Oficiales Estatales de Transporte y Carreteras). Un en-sayo similar se encuentra en la norma ASTM D 689, Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort [12,400 ft-lbf/ft3 (600 kN-m/m3)], de la American Society for Testing and Materials - ASTM (Sociedad Americana para Ensayos y Materiales). Ver la Figura 4-6.

De Wacker Corporation

NOTAS:

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65Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

NOTAS:

Figura 4-6: Diferencias entre los ensayos de densidad Próctor, estándar y modificado.

El siguiente es un rango de densidades que se esperan de estos ensayos:

Arcilla - Densidad máxima: 90 a 105 lb/ft3 (1,440 a 1,689 kg/m3) Contenido óptimo de humedad: 20% a 30%.Arcillas Limosas - Densidad máxima: 100 a 115 lb/ft3 (1,600 a 1,840 kg/m3) Contenido óptimo de humedad: 15% a 20%.Arcillas Arenosas - Densidad máxima: 110 a 135 lb/ft3 (1,760 a 2,160 kg/m3) Contenido óptimo de humedad: 8% a 15%.

Ensayo Próctor Modificado - El ensayo Próctor modificado se hace, fun-damentalmente, de la misma manera que el estándar, pero se usa un pisón de 10 lb (4.54 kg) que se deja caer, 25 veces, desde una altura de 18 in. (457 mm). El material se ensaya en un recipiente de 1/30 de ft3 (0.00094 m3), llenado en cinco capas iguales. El esfuerzo de compactación producido en el Próctor modifica-do es 56,000 lbf (75,926 N), mientras que en el Próctor estándar es 12,400 lbf (16,812 N). El ensayo modificado se usa, normalmente, para ensayar materiales de suelo y base, para una resistencia al corte mayor, que soporten cargas más altas como las encontradas en calles y pavimentos industriales.

Este ensayo también se denomina el AASHTO T 180, Método de ensayo de la evaluación de las relaciones densidad - humedad de suelos, usando un pisón de 10 lb (4.54 kg) y una caída de 18 in. (457 mm) (Test Method of Test for The Moisture Density Relations of Soils Using a 10 lb (4.54 kg) Rammer and an 18 in. (457 mm) Drop). Un ensayo similar se puede encontrar en la norma ASTM D 1557, Método de ensayo para determinar, en laboratorio, las características de compactación de un suelo, usando un esfuerzo estándar [56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)] (Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort [56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)]), publicado por la American Society for Tes-ting and Materials - ASTM (Sociedad Americana para Ensayos y Materiales). En la Figura 15 se comparan los ensayos de densidad Próctor estándar y modificado.

Puesto que este ensayo involucra una fuerza de compactación mayor, las den-sidades máximas obtenidas pueden ser de 10 lb/ft3 a 20 lb/ft3 (160 kg/m3 a 320 kg/m3), mayores que las del ensayo Próctor estándar. Los contenidos de hume-dad serán de 3% a 10% menores. En términos prácticos, para obtener la densidad Próctor modificada, es necesario más tiempo de compactación en el campo o usar equipo más pesado. El resultado es una fundación sustancialmente más fuerte y un pavimento con una vida potencialmente más larga.

De Vibromax 2000

AASHTO T 99/ASTM D 689

5 1/2 libras 25 golpes por capa

12 p

ulga

das

(305

mm

)

Fuerza de compac-tación12,400 pies x libra(16,812 N)

Muestra de suelo1/30 pie cúbico3 capas

Ensayo Próctor Estándar

AASHTO T 180/ASTM D 1557

10 libras 25 golpes por capa

18 p

ulga

das

(457

mm

) Fuerza de compac-tación56,000 pies x libra(75,926 N)

Muestra de suelo1/30 pie cúbico5 capas

Ensayo Próctor Modificado

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66 Sección 4

Ensayos de Campo para CompactaciónEl ensayo con el densímetro nuclear se usa, comúnmente, para determinar

la densidad de un suelo o de una base, después de que se han compactado el ensayo con densímetro nuclear se describe en la Norma ASTM D 2922 y en la AASHTO T 238.

La densidad del suelo o de la base en el sitio de la obra, la mide un técnico de un laboratorio de suelos. Esta densidad se divide por el valor de densidad Próctor obtenida en el laboratorio, y se determina el porcentaje de la densidad alcanzado. Por ejemplo:

Ensayo (Próctor) de laboratorio Ensayo de campo (usando el densímetro nuclear)

Densidad máxima del suelo: Densidad después de compactación:117 lb/ft3 (1,875 kg/m3) 114.7 lb/ft3 (1,837 kg/m3)

En este caso, el equipo de compactación, en la obra, ha alcanzado 114.7/117 (1,837/1,875) = 98% de la densidad Próctor. Este resultado se debe comparar con las especificaciones para el trabajo, con el fin de evaluar su cumplimiento.

Es posible que el suelo o la base se hayan compactado a más del 100% de la densidad Próctor. Por ejemplo, un Próctor del 104% significa que se ha obtenido más compactación y más densidad en el campo, que en el suelo ensayado en el laboratorio.

El ensayo con el densímetro nuclear (ver la Figura 4-7), consiste en una sonda de medición que usa una fuente radioactiva en combinación con un medidor Geiger, para medir tanto la densidad como la humedad. Se inserta una sonda externa de detección dentro del suelo que se ha compactado a una determinada densidad. Dicha sonda tiene una longitud, por lo general, de 6 in. (150 mm) para pavimentos peatonales, y de 12 in. (300 mm) para pavimentos vehiculares. Los rayos Gamma, emitidos de la sonda del detector, son absorbidos por los átomos de suelo y de agua. Mientras más denso el suelo y mientras más agua esté presen-te, más rayos serán absorbidos; por lo tanto, menos rayos llegan al detector del instrumento, para poder ser contados.

“Bombardear” el suelo o la base, es el ensayo de densidad más fácil, rápido y preciso que se puede hacer. El ensayo de densidad nuclear lo debe efectuar un técnico experimentado y certificado para usar el densímetro nuclear. El den-símetro nucelar es costoso (unos US $ 8,000), y, generalmente, no lo compran los contratistas de adoquines sino que contrata un técnico experimentado, de un labo-ratorio de suelos, para que haga las mediciones. Con una llamada a un laboratorio de ensayo de suelos, se pueden definir los costos y el tiempo requerido para hacer di-chos ensayos en el campo. Estos costos, con seguridad, serán menores que los costos de reparación de los asentamientos reportados el el reclamo de algún cliente.

Se recomienda a los contratistas, emplear una empresa de ingeniería con experiencia, para efectuar los ensayos de densidad nuclear, en vías de acceso y en calles, debido a que:

• Elequipopuedeverificarladensidad,inmediatamentedespuésdecadapasa-da del equipo de compactación.

• Elequipopuededeterminarelusoóptimodelequipodecompactación,eli-minando la pérdida de tiempo de mano de obra, desgaste de equipo y dinero, debida a la sobrecompactación o la subcompactación.

NOTAS:

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67Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

• Elequiposepuedefijaraloscompactadoresderodillo,paraobtenerlecturasinstantáneas durante el proceso de compactación, y los ajustes del equipo se pueden hacer inmediatamente.

• Enresumen,elensayodeldensímetronuclearesunseguropococostosoquese paga para reducir la posibilidad de asentamiento y los costos de un recla-mo.

Existen otros métodos, razonablemente precisos, para medir la compactación de suelos:

Sensores de Compactación - El uso de sensores de compactación y de equipos de monitoreo, es una opción accequible, para determinar si la densidad, de suelos y bases compactadas, es la adecuada. El equipo portátil de monitoreo cuesta unos US $ 2,200, y cada sensor desechable unos US $ 15. Los sensores se colocan en el fondo del suelo, antes de compactarlo. Sus cables se conectan al monitor, que indica cuán-do se ha alcanzado la densidad. Estos sensores se dejan dentro del suelo. Este proce-dimiento se puede seguir para compactar materiales para bases granulares. Los sue-los y las bases se deben humedecer antes de la compactación, para lo cual se debe utilizar los métodos manuales de ensayo, que se indican en este Manual, con el fin de determinar el contenido de agua adecuado en cada uno. El nivel de densidad que se alcance en el suelo o base, cuando se usa el sensor, se ve afectado por el contenido de agua del suelo (que debe ser el adecuado), por el espesor de las capas (que debe ser el correcto) y por el tipo de equipo de compactación.

Los sensores de compactación proveen un monitoreo instantáneo del suelo y el control de calidad de la compactación del suelo y de la base. No requiere de la determinación de la densidad Próctor, previa a la ejecución del ensayo en la obra. La información sobre la compactación, se puede bajar del equipo de monitoreo y almacenar como documentación de la obra.

Un fabricante de equipos sensores de compactación reporta que las densidades se correlacionan bien con las medidas con un densímetro nuclear. Para tener mayor seguridad de que se ha alcanzado la densidad Próctor, recomendada en este Manual, se deben elaborar correlaciones periódicas de la densidad Próctor, usando los sensores y el densímetro nuclear. El bajo costo de este equipo se paga con cinco o seis trabajos, comparado con el de tener que contratar una persona que realize los ensayos con un densímetro nuclear. Para mayor información, puede contactarse con MBW Inc., en <www.mbw.com>, con relación al Supervisor de Compactación de Suelos (Soil Compaction Supervisor).

Penetrómetro Dinámico de Cono - Este equipo y método de ensayo está descrito en la Norma ASTM D 6951, Standart Test Method for Use of the Dynamic Cone Penetrómeter in Shallow Pavement Applicationes (Métod de ensayo estándar para el uso del penetrómetro de cono dinámico en aplicaciones con pavimentos planos). La Figura 4-8 ilustra este equipo. Un penetrómetro de cono dinámico (DCP) cuetas menos de US$ 1,000, incluyendo una caja para su transporte y puntas de reemplazo para el cono. El aparato consiste

NOTAS:

Figura 4-7: Equipos de densidad nuclear para el ensayo de densidad.

B Densímetro nuclear.

De Vibromax

Figura 4-8: Penetrómetro de cono dinámico, usado para evaluar la densidad de un suelo compactado. el martillo deslizante está siendo levantado hasta su posición de partida, manualmente, por el operario.

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68 Sección 4

en un eje de acero, con un martillo o peso que se desliza por dicho eje y que se levanta hasta deterinado nivel para dejarlo caer luego. El impacto del martillo hace que la barra con punta de cono, penetre en el suelo o la base. Se registran el número de golpes y la penetración (en mm) que se obtiene con cada golpe. El número total de golpes y la penetración se correlacionan con la densidad, el valor de CBR, la rigidez y otras características del material. El penetrómetro se usa para suelos y bases con partículas menores de 2 in. (50 mm) de diámetro.

Antes de usar el DPC, el contratista necesitará establecer el rango de golpes sobre suelos o bases cuya densidad Próctor se haya medido con un densímetro nuclear. Esto le dará al contratis-ta un indicativo del número de golpes y de la penetración requerida para confirmar un mínimo del 98% de la densidad Próctor utilizando el DPC. El suelo o la base deben tener la humedad óptima o estar cerca de ella. Después de los ensayos iniciales y los gastos debidos a la correla-ción, el DCP se puede usar, por si mismo, para verificar la densidad. Un DCP se puede comprar a través de un proveedor de equipos para laboratorios de suelos como Durham Geo, Kessler o SoilTest/ELE.

Pasadas con un Equipo de Compactación Específico - Este método se funda en un deter-minado número de pasadas, sobre el suelo o base (con un espesor de capas de compactación específico y consistente en todo el espesor). Por ejemplo, seis (6) pasadas con un compactador de rodillo de 9,000 lbf (40 kN), puede brindar una densidad Próctor del 98% en ciertos tipos de suelo. Igual que para los otros métodos de ensayo, el densímetro nuclear brinda el medio para correlacionar el número de pasadas del compactador con la densidad (al contenido de humedad óptimo). De nuevo, el contratista necesitará efectuar ensayos sobre suelos y bases para obtener correlaciones para el número de pasadas del equipo de compactación.

Guías para la Compactación de SuelosLos suelos varían mucho en toda Norteamérica, y su habilidad para ser compactados también

varía de la misma manera. Muchos suelos pueden ser compactados hasta, al menos, el 95% de la densidad Próctor estándar. Este es el mínimo recomendado para andenes peatonales y entradas de vehículos. Sin embargo es deseable obtener valores más altos de densidad Próctor estándar. La Tech Spec 2 del ICPI—Construcción de Pavimentos de Adoquines de Concreto recomienda que la compactación sea por lo menos del 98% de la densidad Próctor estándar; no obstante, se prefiere una densidad Próctor modificada para el tráfico vehicular,

La profundidad de compactación, con la densidad Próctor estándar, debe ser de, al menos, 6 in. (150 mm) para áreas peatonales, y 12 in. (300 mm) para áreas sujetas a tráfico de vehículos. Los suelos que están permanentemente húmedos, son muy finos o contienen materia inorgánica (hojas en descomposición, madera, etc.), no compactarán hasta esos mínimos recomendados. Pueden requerir otros tratamientos, que incluyen el reemplazo de suelos débiles por uno que se pueda compactar, la estabilización del suelo con cal o cemento, o colocar una base granular sobre ellos, antes de colocar el material de base.

La densidad Próctor modificada requiere más tiempo de compactación. Con frecuencia se requiere equipo que ejerza más fuerza, para alcanzar las densidades asociadas con el Próctor modificado. Es deseable, al menos, el 98% de la densidad Próctor modificada para calles, y para pavimentos de tráfico pesado, como puertos y aeropuertos.

Sin importar el método de ensayo utilizado, se debe verificar la densidad de los suelos y de la base en áreas donde es dificil que llegue el equipo de compactación. Enter ellas se tienen las áreas cercanas a las losas de concreto, los bordillos de concreto, las esquinas, la proximidad a los muros y a las estructuras de redes de servicios y cuano se tienen suelos o bases húmedas. Cualquiera que sea el método que se use, la medición de la densidad reducirá la posibilidad de reclamos y le ahorrá tiempo si se dedica mucha mano de obra a la compactación. La medición de la densidad se puede promover, ante los clientes, como un aspecto fundamental de un trabajo de calidad. Todos estos aspectos mejoran la reputación del contratista.

NOTAS:

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69Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

NOTAS:

Sección 4 Parte E: Métodos y Equipos de Compactación de Suelos

Equipo de Compactación y Selección

Figura 4-9: Compactador de placa reversible.

La acción del equipo de compactación está descrita por su frecuencia (cuán-tas veces) y la amplitud (o qué tan alto rebota). La frecuencia se expresa en vi-braciones por segundo o hercios (Hz) y la amplitud se expresa como la mitad de la distancia vertical que se desplaza el tambor vibrador o la placa de base.

Tipos de EquiposLos equipos de compactación generalmente se clasifican en cinco tipos de

máquinas, y cada uno produce un tipo diferente de labor de compactación: apisonadores (o saltarines (“jumping jacks”)), placa delantera, placa reversible, rodillos vibradores y rodillos estáticos.

Los apisonadores se distinguen por su baja frecuencia (800 a 2,500 golpes por minuto) y su gran desplazamiento [1.5 in. a 3.5 in. (40 mm a 90 mm)]. El desplazamiento de un apisonador, en funcionamiento, es la altura que alcanza la zapata o la placa, con relación al nivel de suelo. La diferencia entre la acción de apisonamiento y de vibración es que los apisonadores saltan más alto, pero a una frecuencia menor que los vibradores. La fuerza de impacto es más alta para el apisonador (ver las Figuras 4-9 y 4-10) y es necesaria para comptar los suelos arcillosos.

Figura 4-10: Apisonador (saltarines)

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70 Sección 4

La Figura 4-9 muestra un apisonador de placa reversible, autopropulsado, que usa ex-céntricas de rotación contraria, para proveer tanto la fuerza apisonadora, como la velocidad de avance. Este equipo se puede usar para compactar suelos cohesivos arcillosos y limosos y materiales granulares para base. Estos compac-tadores generalmente tienen una fuerza de compactación (excitadora) que co-mienza en 5000 lbf (22kN) y aumenta hasta 14000 lbf (60 kN). Los apisonadores verticales, de soporte manual (saltarines), usan un mecanismo de resorte.

Los apisonadores se pueden usar para suelos granulares (arenosos), si el suelo que se va compactar se encuentra dentro de un área confinada como una zanja. Si el área no está confinada, el apisonador empujará el suelo granular hacia los lados, en vez de compactarlo. Los apisonadores de placa también se usan sobre material granular, en áreas confinadas, o en áreas abiertas, pero con placas de extensión.

Se recomienda usar compactadores de placa delantera para suelos granulares cohesivos y arenosos. Se parecen mucho al compactador mostrado en la Figura 4-9; no obstante, tienen una fuerza de compactación mucho menor, que suele oscilar entre 1500 lbf (7kN) y 4500 lbf (20 kN). Emiten una baja amplitud y una alta frecuencia (2,000–6,000 Hz).

En las Figuras 4-11 y 4-12 se muestran compactadores vibratorios del tipo de rodillos. La rotación de una excéntrica, dentro del tambor vibrador, transmite la energía al suelo. Esta energía de vibración pone en movimiento a las partículas de suelo y las reacomoda de manera más ajustada. Son adecuados para compactar mezclas de arcilla y material granular.

Los rodillos estáticos usan sólo su peso, sin vibración alguna, para la com-pactación. Los rodillos estáticos se usan para emparejar los adoquines en aplica-ciones de puertos y aeropuertos, luego de que se han compactado con placas vibrocompactadoras. Se usan para compactar base y asfaltos de gradación abier-ta, pero no para compactar suelos.

Para entender la compactación y seleccionar el equipo correcto, se necesita conocer las propiedades básicas del suelo y su clasificación. Puesto que muchos suelos son, usualmente, mezclas de arena, limo y arcilla, la elección del equipo se hace más difícil. Generalmente el equipo a usar debe ser el requerido por el tipo de suelo, con el mayor porcentaje en la composición del material, basado en su clasificación. La Figura 4-13 ofrece una guía para aplicar el equipo correcto de compactación a varios tipos de suelo.

NOTAS:

Figura 4-11: Rodillo vibratorio, de operación externa, con manubrio.

Figura 4-12: Rodillo vibratorio, de operación desde cabina.

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71Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

Compactación de suelos arcillosos - Puesto que la arcilla es cohesiva, y las partículas se pegan unas a otras, se usa un equipo de impacto que apisona el suelo, forza el aire y el agua a salir, y reacomoda las partículas. Para suelos arcillo-sos, el mejor equipo es la placa reversible, o un compactador de rodillo patas de cabra.

Compactación de materiales granulares - La arena y el material granular para bases no son cohesivos. Por lo tanto, sus partículas requieren agitarse por la acción de la vibración, para poderse mover. Las placas delanteras y los rodillos vi-bratorios son los ideales para compactar bases granulares, arena de asiento bajo adoquines o asfalto. Los compactadores de placa delanera también se usan sobre los adoquines ya colocados sobre la arena de asiento, para reacomodar la arena, de manera que quede estrechamente compactada. También forzan la arena a fluir, hacia arriba, por las juntas.

Los apisonadores (saltarines, canguros, etc.) también se pueden usar para suelo granular, si el suelo que se va a compactar está dentro de un área confina-da, como una zanja. Si el área no está confinada, el apisonador empujará el suelo hacia los lados en vez de compactarlo. Las placas reversibles también se pueden usar sobre materiales granulares, en áreas confinadas, o en áreas abiertas, usando placas de extensión.

Métodos de Compactación de SuelosUn error común en la compactación de suelos o bases, es compactar todo su

espesor en una operación. En vez de esto, se deben compactar en capas, de sue-lo o material granular. Se coloca una capa de suelo o material granular suelto, se compacta, y luego se coloca otra capa, y se compacta. Esto continúa hasta que el suelo o base, se lleve al nivel especificado de altura, usualmente marcado en las estacas de nivel.

Si la capa es demasiado gruesa, el equipo necesitará más tiempo para com-pactar el suelo o la base. Puede que el suelo o la base nunca alcancen la compac-tación total, especialmente si se compacta una capa dura en la parte superior y la densidad no es consistente, de ahí hacia el fondo. No existe una definición precisa del espesor de cada capa, para la compactación de suelo o material granular. El espesor depende del equipo de compactación disponible para el contratista; y la selección del equipo depende de cuál alcanzará la máxima densi-dad, en el menor tiempo.

NOTAS:

De Vibromax

Figura 4-13: Uso de los equipos de compactación en función del tipo de suelo.

NO COHESIVO

Arena100% 75% 50% 75% 100%

Porcentaje de Mezcla Arena y Arcilla

COHESIVO

Arcilla

Gama Normal

Prueba recomendada

Rodillos Estáticos

Apisonadores (saltarines) y rodillos de patas de cabra

Placas Reversibles

Placas Reversibles con Placas de Extensión

Rodillos Vibradores

Rodillos Estáticos

Placas Delanteras

*Los apisonadores trabajan bien en la arena si está confinada, tal como alrededor de pilares, fundaciones, etc.

Suelo:

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72 Sección 4

NOTAS:Muchos contratistas de instalación de adoquines tienen equipos de compac-

tación pequeños, bien sea de placa vibratoria o de rodillo. Dado que este equipo ejerce una cantidad limitada de fuerza de compactación, las capas de suelo o de base no deben ser muy gruesas, usualmente de no más de 4 in. (100 mm).

Los equipos delanteros y reversibles compactan el suelo y la base en la mis-ma dirección, desde abajo de la capa hacia arriba. Cuando el equipo golpea el suelo o la base, el impacto viaja hacia las capas inferiores, más duras, y regresa hacia arriba. Esta acción hace que las partículas se muevan y que la compacta-ción se lleve a cabo. A medida que se compacta el suelo o la base, el impacto tiene que viajar una distancia menor, de manera que más fuerza regresa hacia el equipo, lo que lo hace rebotar más alto, sobre la superficie.

Los equipos compactadores que permiten variar la frecuencia y la amplitud de la vibración, son más eficientes para la compactación de suelos y bases. Se pueden ajustar para que ejerzan el nivel de fuerza correcto, según el material. Ésto ahorra tiempo (y dinero), al poder seleccionar la frecuencia, amplitud y la fuerza apropiada para alcanzar la densidad Próctor adecuada para cada suelo o base.

La selección del equipo compactador tendrá un efecto importante sobre la eficiencia del trabajo, sin importar que sea comprado o alquilado. Un contratista compacta suelos y bases bajo miles de pies cuadrados (m2) cada año. Si se ahorra unas cuantas horas en cada trabajo, usando un equipo mayor, podrán ser equiva-lentes a ahorrarse días de trabajo en un año, y estos ahorros implican ganancias y rentabilidad. Se puede consultar, anticipadamente, a los funcionarios de las em-presas que venden o manejan equipos de compactación sobre el tipo de equipo que se debe utilizar para el tamaño de cada trabajo.

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73Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

Los geotextiles separan la base del suelo, y ayudan a contener y preservar la base. Se pueden usar en áreas donde el suelo permanece saturado parte del año, o donde hay congelamiento y descongelamiento. Si bien, no son necesarios en todas las aplicaciones, los geotextiles pueden demorar la aparición de deforma-ciones debidas a cargas repetidas. Los geotextiles son especialmente útiles sobre suelos finos como arcillas y limos, pues ayudan a evitar que el suelo entre dentro de la estructura de la base granular, por efecto de la presión de las cargas, espe-cialmente cuando están saturados, con lo que se reduce la posibilidad de ocu-rrencia de ahuellamiento. Los geotextiles mantienen la capacidad de soporte de cargas de la base a lo largo de un período mayor. Se usan telas tejidas y no tejidas bajo la base, con una abertura mínima similar a la de un tamiz No.30 a No.50. La Tabla 4-2 presenta una lista de los requisitos mínimos, para que los geotextiles mantengan la consolidación de la base y la separación del suelo.

Cuando la tela se coloca sobre el suelo en el área excavada, se debe doblar hacia arriba, en los lados de la excavación, para cubrir los lados de la base de ma-terial granular. Debe quedar el menor número posible de arrugas sobre el fondo, y los lados de la tela se deben traslapar, al menos, 12 in. (300 mm). El traslapo se debe extender de 24 in. a 36 in. (600 mm a 900 mm) en suelos muy finos, débi-les o continuamente saturados. Cuando se coloca el material granular de base sobre la tela, las llantas de los camiones se deben mantener fuera de la tela, para prevenir que se arrugue.

Los geotextiles también se usan para prevenir la migración de la arena de asiento dentro de fisuras, junta y perforaciones de drenaje (oídos), o hacia el pavimento contiguo. En las secciones siguientes del curso se cubren varias de las aplicaciones.

Tabla 4-2. Requisitos físicos mínimos recomendados para geotextiles para separación de suelos.Nota: La Relación de Soporte de California - CBR de la subrasante > 2%.

Propiedad Requisitos mínimos Método de ensayo

Resistencia a la tracción, libras (kg) 140 (82) ASTM D 4632Elongación, % máximo 15 ASTM D 4632Resistencia al punzonamiento, libras (kg) 70 (32) ASTM D 4833Resistencia al reventado, psi (MPa) 200 (1.4) ASTM D 3786Rasgadura trapesoidal, libras (kg) 50 (22) ASTM D 4533Tamaño equivalente de abertura, 30 - 50 ASTM D 4751

tamaño de tamiz (micrones) (0.600 -0.300 mm)

Notas: La aceptación de un geotextil se determina de acuerdo con la norma ASTM D 4873. La agencia con-tratante puede requerir de la expedición de una carta, por parte del fabricante, certificando que su geotextil cumple la especificación requerida. Aplique los valores de los ensayos en la dirección principal más débil de la tela. Todos los valores numéricos representan valores mínimos para el rollo. Los valores dados, son para condiciones ni severas ni críticas. Consulte al fabricante de la tela, las recomendaciones para los usos en suelos de baja capacidad de soporte (CBR < 2%), o en pavimentos sujetos a cargas industriales o de autopista. Los lotes de tela se deben muestrear de acuerdo con la norma ASTM D 4354.

NOTAS:

Sección 4 Parte F: Geotextiles: Propósito y Usos

Separando la Base del Suelo

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74 Sección 4

NOTAS:

Geotextil sobre la Superficie de la BasePor lo general, no se aplican geotextiles sobre la superficie de una base

granular de agregado triturado, ya compactada. Quienes lo hacen, con frecuen-cia lo hacen preocupados de que la arena de asiento se meta dentro de la base y origine asentamientos en la superficie. Estas preocupaciones son infundadas, siempre y cuando la base granular tenga una cantidad de finos suficiente para ahogar o para cerrar la superficie, durante la compactación.

Si hay preocupación de que la gradación de la base permitirá la entrada de arena de asiento, se puede aplicar una capa delgada de arena para junta, y se compacta sobre la superficie de la base, durante la nivelación y compactación finales. Esto es una actividad adicional, que incrementa el costo de instalación de la base. Se puede obviar revisando, periódicamente, la gradación del material de base, o usando un proveedor que suministre materiales de base con gradaciones consistentes. Si la gradación del material cumple con la recomendada en este Manual, existirá un riesgo muy bajo de asentamiento, causado por el escurri-miento de la arena de asiento dentro de la base.

Otros tipos de bases pueden requerir de la colocación de geotextiles, sobre ellas. Por ejemplo, en el área de Houston, Texas, los suelos son muy débiles, con frecuencia están saturados y no se pueden compactar fácilmente. Los contratis-tas utilizan bases tratadas con cemento, que consisten en una mezcla de cemen-to y arena o cemento y material granular (agregado). Estas bases son muy dura-bles, pero tienden a encogerse con el tiempo, de manera que aparecen pequeñas fisuras en la superficie. La colocación de un geotextil sobre la superficie de bases tratadas con cemento, puede prevenir la pérdida de arena de asiento hacia den-tro de esas fisuras. Ésta es una práctica recomendada para las bases tratadas con cemento.

Con frecuencia se colocan adoquines de concreto como sobrecapas de pavi-mentos de asfalto o de concreto. Con los adoquines y la cama de arena, coloca-dos sobre la superficie, esos pavimentos se convierten en bases. Sus superficies, antes de colocar la cama de arena y los adoquines, deben estar libres de fisuras y de material suelto. Cualquier fisura existente, se debe parchar. A las juntas en el pavimento de concreto se les debe colocar un geotextil encima, dado que son los lugares más propicios de que ocurran fisuraciones. Si el pavimento está ahue-llado, ondulado o fallado, no se debe colocar una sobrecapa, pues ésto indica que existen problemas con el suelo o los materiales de base, y puede ser necesa-rio removerlos y reemplazarlos.

Si bien no es escencial para sobrecapas de adoquines para pavimentos peato-nales, lo es para los vehiculares, sobre bases existentes de asfalto o de concreto. Aunque no haya fisuras sobre las bases existentes, el geotextil prevendrá la pérdi-da de arena hacia dentro de cualquier fisura que pueda aparecer durante la vida del pavimento.

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75Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

Geotextiles Innovadores

para la Estabilización de Pavimentos de Adoquines de Concreto

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

El Mirafi® 500X es un geotextil tejido compuesto por franjas

de película de polipropileno estabilizado para los rayos

UV (ultravioleta). Además de su excelente resistencia a

la tracción, el Mirafi® 500X proporciona una excelente

resistencia al punzonamiento y al rasgado.

CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS

• Construcción. Su construcción, a modo de tejido, ofrece

excelente resistencia al abuso durante la construcción.

• Resistencia. Su alto módulo le da un comportamiento

sobresaliente para un amplio rango de aplicaciones.

• Flujo. La presencia de aberturas uniformes le brinda

excelentes características de filtración y de flujo.

• Costo. Los geotextiles Mirafi® 500X se desarrollaron para

mejorar la economía y el comportamiento de los sistemas

de vías, reduciendo la cantidad de base granular requerida,

incrementando su vida de diseño y bajando los costos de

mantenimiento, al prevenir sobreesfuerzos periódicos de la

subrasante y eliminar costosas demoras en los proyectos,

por permitir la construcción en todos los climas.

APLICACIONES

El uso de Mirafi® 500X incrementa la estabilidad del material

de base. El geotextil permite el drenaje, pero retiene el

material y separa el suelo, impidiendo que el material de

subrasante contamine el material de base. El Mirafi® 500X

evita que la capa de base compactada se meta dentro de la

subrasante. El Mirafi® 500X se recomienda como separador

de base para todas las aplicaciones de pavimentos de

adoquines, pero, de manera especial, en aquellas donde se

tenga suelo arcillosos.

Geotextil Mirafi 500X tejido de franjas de película

para Drenaje Subterráneo

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

El Mirafi® 140N es un geotextil no tejido, compuesto de

fibras de polipropileno unidas entre si. Provee excelentes

propiedades físicas e hidráulicas, adicionalmente a su alta

resistencia a la tracción.

CARACTERÍSTICAS Y BENEFICIOS

• Construcción. El Mirafi® 140N se adapta, fácilmente, a

la superficie del piso o de la brecha, lo que permite su

instalación sin problemas.

• Resistencia. El Mirafi® 140N soporta esfuerzos de

construcción severos, con alta resistencia a punzonarse

y a reventarse.

• Filtración. Sus propiedades de alta permeabilidad le

permiten unos grandes flujos de agua, con excelentes

características filtrantes.

• Eficiencia en Costos. Los geotextiles Mirafi® 140N

brindan soluciones económicas a muchas aplicaciones

de ingeniería civil, como ser una alternativa, muy efectiva

en costos, a la de filtros de agregado gradado.

APLICACIONES

Los Geotextiles no tejidos Mirafi® 140N se usan en una amplia

variedad de aplicaciones, incluyendo las de separación,

filtración y protección.

Los no tejidos livianos se usan, predominantemente, para

aplicaciones de drenaje de superficies a lo largo de carreteras,

en taludes, bajo aeropuertos y en campos de atletismo. Para

que dichas estructuras de drenaje sean efectivas, deben

tener un filtro protector, debidamente diseñado. La Serie

de Geotextiles No Tejidos Mirafi® N eliminan el problema de

determinar la gradación del agregado, requerida de acuerdo

con las condiciones del suelo.

Geotextil no tejido Mirafi 140N

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76 Sección 4

Propiedad / Método de Ensayo Unidad 140N

PROPIEDADES MECÁNICAS

Resistencia a la Tracción por Agarre

ASTM C 4643

Resistencia @ Última kN(lbs) 0,53 (120)

Elongación @ Última % 50

Resistencia Mullen al Golpe kPa 1550

ASTM D 3786 (psi) (225)

Resistencia al Halado Trapezoidal kN 0,22

ASTM D 4355 (lbs) (50)

Resistencia al Punzonamiento kN 0.30

ASTM D 4833 (lbs) (65)

Resistencia a los UV después de 500 horas % resistencia 70

ASTM D 4355

PROPIEDADES HIDRÁULICAS

Tamaño Aparente de Abertura (AOS) Tamiz US 70

ASTM D 4751 mm 0.212

Permeabilidad seg-1 1.8

ASTM D 4491

Rata de Flujo l/min/m2 5500

ASTM D 4491 (gal/min/ft2) (135)

Empaque

Ancho del rollo m (ft) 3.8 (12.5)

4.5 (15.0)

Longitud del rollo m (ft) 110 (360)

94.2 (309)

Peso Bruto Estándar kg (lbs) 74 (164)

89 (197)

Área m2 (yd2) 418 (500)

502 (600)

Propiedad / Método de Ensayo Unidad 500X

PROPIEDADES MECÁNICAS

Resistencia a la Tracción por Agarre

ASTM C 4643

Resistencia @ Última kN(lbs) 0,90 (200)

Elongación @ Última % MD/CD 15/10

Resistencia Mullen al Golpe kPa 2756

ASTM D 3786 (psi) (400)

Resistencia al Halado Trapezoidal kN 0,33

ASTM D 4355 (lbs) (75)

Resistencia al Punzonamiento kN 0.40

ASTM D 4833 (lbs) (90)

Resistencia a los UV después de 500 horas % resistencia 70

ASTM D 4355

PROPIEDADES HIDRÁULICAS

Tamaño Aparente de Abertura (AOS) Tamiz US 50

ASTM D 4751 mm 0.30

Permeabilidad seg-1 0.05

ASTM D 4491

Empaque

Ancho del rollo m (ft) 3.8 (12.5)

5.3 (17.5)

Longitud del rollo m (ft) 132 (432)

94.2 (309)

Peso Bruto Estándar kg (lbs) 95 (210)

Área m2 (yd2) 502 (600)

Geotextiles Innovadores

para la Estabilización de Pavimentos de Adoquines de Concreto

para Drenaje Subterráneo

www.mirafi.com

OFICINA CORPORATIVA365 South Holland Drive - Pendergrass, GA 30567

(888) 795-0808 - (706) 693-2226 - Fax (706) 693-4400

GARANTÍAMIRAFI® Construction Products no asume ninguna responsabilidad por la precisión o universalidad de esta información

o por la aplicación última que, de este producto, que haga el comprador. MIRAFI® rechaza cualquiera y todas las normas

expresadas, implícitas o estatutarias; garantías, incluyendo sin limitación cualquier garantía implícita para el mercadeo

o adecuación a un propósito particular, o que se originen en el desarrollo de una negociación o prácticas del negocio,

sobre cualquier equipo, materiales o información suministrada aquí. Este documento no se debe interpretar como un

consejo en el campo de la ingeniería.

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77Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

16

1105 Rodillo de tambor sencillo Liso Pata de cabra

Motor Cummins 6BT5.9C

HP. SAE Net 130 130

Peso de operación (lb) 27,720 29,375

Ancho del tambor (in) 82.7 82.7

Profundidad máxima de compactación (in) 39.4 49.2

Frecuencia máxima (vpm) 2,160 2,160

Fuerza centrífuga máxima (lbf) 50,565 50,565

Fuerza centrífuga/ancho (lbf/in) 611 611

405 Rodillo de tambor sencillo Liso Pata de cabra

Motor Cummins 4BT3.9C

HP. SAE Net 76 76

Peso de operación (lb) 10,140 10,500

Ancho del tambor (in) 55.1 55.1

Profundidad máxima de compactación (in) 25.5 27.5

Frecuencia máxima (vpm) 2016 2016

Fuerza centrífuga máxima (lbf) 18,698 18,698

Fuerza centrífuga/ancho (lbf/in) 340 340

605 Rodillo de tambor sencillo Liso Pata de cabra

Motor Cummins 4BT3.9C

HP. SAE Net 76 76

Peso de operación (lb) 14,850 14,975

Ancho del tambor (in) 68.9 68.9

Profundidad máxima de compactación (in) 29.5 35.4

Frecuencia máxima (vpm) 2,160 2,160

Fuerza centrífuga máxima (lbf) 28,766 28,766

Fuerza centrífuga/ancho (lbf/in) 417 417

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78 Sección 4

Rodillos en tándem 355 365

Motor Kubota Kubota

HP. SAE Net 46.6 46.6

Peso de operación (lb) 8,598 8,776

Ancho del tambor (in) 51.2 55.1

Carga estática lineal del tambor (lb/in) 84 80

Frecuencia máxima (vpm) 3,300 3,300

Fuerza centrífuga máxima/tambor (lbf) 10,787 11,911

Fuerza total aplicada (lbf/in) 210 233

Rodillos en tándem 255 265

Motor Kubota Kubota

HP. SAE Net 29 29

Peso de operación (lb) 5,843 6,064

Ancho del tambor (in) 39.4 47.2

Carga estática lineal del tambor (lb/in) 74.1 64.2

Frecuencia máxima (vpm) 3,480 3,480

Fuerza centrífuga máxima / tambor (lbf) 6,744 8,100

Fuerza total aplicada (lbf/in) 245.1 235.2

Rodillos en tándem 455 465

Motor Kubota Kubota

HP. SAE Net 46.6 46.6

Peso de operación (lb) 10,495 10,672

Ancho del tambor (in) 51.2 55.1

Carga estática lineal del tambor (lb/in) 102 97

Frecuencia máxima (vpm) 3,300 3,300

Fuerza centrífuga máxima/tambor (lbf) 11,237 12,360

Fuerza total aplicada (lbf/in) 204 224

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79Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

Rodillos para zanjas 1500

Motor Kubota

HP 22.5

Peso de operación (lb) 3,307

Ancho del tambor (in) 24.8

Profundidad máxima de compactación (in) 31.5

Frecuencia (vpm) 1,860

Fuerza centrífuga (lbf) 18,878

Placas reversibles 12 15

Motor Hatz Yanmar

HP 4.6 4.2

Peso de operación (lb) 265 397

Profundidad máxima de compactación (in) 15.7 15.0

Frecuencia máxima (vpm) 4,500 4,500

Fuerza del excitador (lb) 4,944 5,850

Rendimiento (yd2/hora) 466 477

Rodillos de operación externa, 62 70 por manubrio

Motor Hatz Hatz

HP. SAE Net 6.9 8.4

Peso de operación (lb) 1,323 1,614

Ancho del tambor (in) 23.6 25.6

Profundidad máxima de compactación (in) 11.8 13.8

Frecuencia máxima (vpm) 3,300 3,300

Fuerza del excitador (lb) 3,597 4,496

Fuerza total lineal aplicada (lbf/in) 75.9 88.0

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80 Sección 4

Placas reversibles 25 35 45

Motor Yanmar Yanmar Yanmar

HP 5.9 7.9 14.1

Peso de operación (lb) 474 706 1,124

Profundidad máxima de compactación (in) 17.7 27.6 27.6

Frecuencia máxima (vpm) 4,500 3,300 3,000

Fuerza del excitador (lb) 7,875 11,250 15,731

Rendimiento (yd2/hora) 631 775 789

Placas vibratorias 600 900 1300

Motor Honda Honda Honda

HP 4.0 4.0 5.5

Peso de operación (lb) 150 192 238

Profundidad máxima de compactación (in) 7.9 11.8 11.8

Frecuencia (vpm) 5,800 6,000 5,400

Fuerza del excitador (lb) 1,619 2,023 4,046

Rendimiento (yd2/hora) 598 715 897

Apisonadoras SL1R SL2R

Motor Robin Robin

HP 3.3 4.5

Peso de operación (lb) 125 156

Profundidad máxima de compactación (in) 15.7 17.7

Golpes por minuto 500 - 800 500- 800

Fuerza de impacto (lb) 8,992 12,746

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81Sección 4

4. Características y com

pactación del suelo

VIBROMAX AMERICA INC. VIBROMAX GmbH2823 Carlisle Avenue Erkrather Str. 343Racine, Wl 53404, USA 40231 Dusseldorf, GERMANYPhone: +1 (262) 637-8111 Phone: +49 (211) 9866-402Fax: +1 (262) 637-8211 Fax: +49 (211) 9866-555

VIBROMAX COMPACTION EQUIPMENT GmbH VIBROMAX COMPACTION EQUIPMENT GmbHSchaeferberg 1 72, Pasir Ris Heights06466 Gatersleben, GERMANY SINGAPORE, 519279Phone: +49 (39482) 9331 Phone: +65 5838297Fax: +49 (39482) 9102 Fax:+ 65 5838301

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82 Sección 4

NOTAS: