Manual de compactación, pavimentación y fresado – Capítulo – Capítulo 07

PROPIEDADES DE COMPACTACIÓN DE DIFERENTES SUELOS

La elección del equipo de compactación debe tener en cuenta varios factores.
Algunos de ellos son:

• tipo de trabajo y área a ser compactada
• tipo de suelo y tenor de agua
• espesor de la capa
• dureza de la capa subyacente
• especificaciones de la compactación
• requisitos de capacidad
• condiciones climáticas

La sección abajo analiza los diferentes tipos de suelos y sus propiedades de compactación.

Enrocado (bloques y guijarros)
Los enrocados contienen bloques y guijarros, cuyos tamaños varían desde de un huevo de gallina hasta cerca de 1,5 metro.

Enrocados, rocas detonadas, rochas trituradas o materiales naturales. Los bloques y guijarros son la fracción dominante, a pesar de que también pueden ocurrir en pequeñas fracciones.

El tamaño máximo de las piedras y la granulometría del enrocado son determinados por el tipo y calidad de la roca y por el procedimiento de detonación de la roca. Rocas primarias, tales como basalto, gneis y granito poseen alta resistencia y enrocado de rocas detonadas en un tamaño de até 1,0 a 1,5 m posee una pequeña cantidad de finos. Cuando se hace el enrocado de caliza o arenisca, el tamaño máximo de las piedras es menor y la cantidad de finos puede ser tan grande que un asentamiento considerable ocurrirá, en caso de que el aterro no sea correctamente compactado.

El tamaño máximo de partículas permitido es normalmente de dos tercios del espesor de la capa. Pero en términos de compactación, es una ventaja si el tamaño máximo de los bloques no ultrapasa un tercio del espesor de la capa. Esto reduce el riesgo de fisuras de la roca durante la compactación.

Los equipos vibratorios demostraron ser el método de compactación más adecuado y económico. La compactación estática y por impacto no son las más adecuadas para enrocados. Se puede emplear la compactación por vibratoria en caso de usarse grandes pesos.

Sin embargo, cuanto mayor el peso, mayor el riesgo de fisuras.

En el caso de enrocados, es necesario emplear equipos de compactación vibratoria de peso medio-pesado a pesado, a fin de reorganizar los grandes bloques y alcanzar la densidad y estabilidad necesarias.

Se debe observar el riesgo de fisuras de las rocas, pudiendo influenciar la elección del tamaño, amplitud y número de pasadas del rodillo.

La compactación de enrocados ejerce esfuerzos extremos en el equipo de compactación y, por eso, es importante seleccionar máquinas que hayan sido específicamente concebidas para esa finalidad.

Grava y arena

La grava y la arena varían en tamaño, yendo desde el tamaño de un huevo de gallina hasta 0,063 mm o, en algunos casos, 0,075 mm. Ellos incluyen fracciones de otros tipos de suelos, que afectarán sus propiedades de compactación.

Las propiedades de compactación de la grava y de la arena son influenciadas por el tenor de agua; la compactación es más eficaz cuando hay un tenor de agua ideal.

Si el tenor de finos es menor que 5 a 10%, el suelo es considerado de drenaje libre. En suelos de drenaje libre, el exceso de agua es drenado durante la compactación. Esto quiere decir que, en ciertas circunstancias, el trabajo de compactación puede continuar también cuando está lloviendo.

Si el suelo no es de drenaje libre, es probable que ocurrirán problemas caso se intente compactar el material sobre el tenor de agua ideal. El suelo se hará elástico y encharcado. Puede ser imposible alcanzar los requisitos de compactación según el suelo se quede saturado de agua, ya que el suelo se mantendrá en una densidad más baja de lo que aquella especificada.

Cuando la arena y la grava poseen una granulometría uniforme, es difícil obtenerse una alta densidad próxima a la superficie (en los primeros 10 a 15 cm), debido a la resistencia al cizallamiento del material. El material tiende a ser prensado detrás del cilindro compactador y, consecuentemente, la superficie adquiere una densidad relativamente baja. En la práctica, eso no tiene gran importancia ya que al realizarse la compactación en capas, la superficie suelta encima se compacta según se trabaja la capa siguiente.

Se debe considerar el relajamiento de la superficie al realizarse las pruebas de compactación.

Como regla general, todos los tipos y tamaños de máquinas pueden ser usados en la compactación de grava y arena, con excepción de rodillos con patas. La elección dependerá de los requisitos de compactación y capacidad.

Los rodillos vibratorios medios a pesados realizarán la compactación en capas espesas, mientras rodillos menores son más adecuados para espesuras y volúmenes limitados de capas.

Limo

El tamaño de los granos de limo varía de 0,063 mm a 0,002mm, a pesar de que esos límites pueden variar un poco, de acuerdo con el sistema de clasificación de suelos. Él puede contener fracciones de otros tipos de suelos, que afectarán sus propiedades de compactación.

En limo puro o mesclado con fracciones de granulación gruesa, hay poca cohesión. Con un tenor mayor de arcilla, la cohesión aumentará.

Como ocurre con todos los suelos de granulación fina, la compactación del limo es extremadamente dependiente del tenor de agua. Para un buen efecto de compactación, el tenor de agua no debe ser muy diferente del valor considerado ideal.

En un tenor de agua ideal, el limo es relativamente fácil de compactar. En un tenor de agua alto y bajo la influencia de la vibración o del tráfico de vehículos, el limo se transforma, adquiriendo un estado más o menos fluido.

Los equipos vibratorios son los más eficaces para el limo.

La espesura de las capas puede ser prácticamente la misma de la grava y la arena, si el tenor de arcilla no es muy alto. Si éste es mayor que un 5% (pero menor que un 15%), serán necesarias máquinas mayores y capas más finas para superar la cohesión del material. En tales casos, un cilindro pie de cabra puede proporcionar mejores resultados que un cilindro liso. Además, las placas vibratorias y los rodillos de compactación con cilindro liso pueden presentar problemas de tracción, especialmente cuando el tenor de agua es un poco mayor.

Propiedades de compactación del suelo

Un resumen de las propiedades de compactación de los suelos de granulación fina (cohesivos) y granulación gruesa (no cohesivos/granulares).

Materiales de granulación gruesa

Son relativamente fáciles de compactar, especialmente por vibración y tienen alta capacidad de sustentación. Los suelos de drenaje libre no son susceptibles a encharcamiento y congelación.

Materiales de granulación fina

El tenor de agua y, consecuentemente, las condiciones climáticas son importantes para los resultados de la compactación. Deben ser compactados en capas relativamente finas.

 Volúmenes de suelo

Los suelos poseen diferentes densidades, dependiendo de si son encontrados in situ, sueltos o compactados. La espesura de la capa compactada es siempre mencionada en el proyecto de nuevas estructuras.
El volumen del suelo puede ser definido bajo diferentes condiciones
• en estado natural (in situ)
• en estado suelto (no compactado)
• compactado
La tabla abajo muestra los volúmenes relativos de los diferentes tipos de suelos.

Arcilla

La arcilla se forma por las menores partículas existentes, con tamaños aproximados de 0,002 mm. Las partículas son tan pequeñas que no se pueden ver a simple vista. Un tenor de arcilla de 15% es suficiente para que el suelo exhiba las propiedades de arcilla, siempre que la cohesión y la cohesión aparente sean los principales factores de resistencia. El efecto de la cohesión depende del tenor de arcilla, del tamaño y formato de los granos y también de su composición mineral. Éste puede variar grandemente entre dos arcillas diferentes con la misma curva de distribución granulométrica pero con diferentes formatos de granos y composición mineral.

El tenor de agua posee un gran efecto en la resistencia a la compactación del material. La compactación es más fácil cuando el tenor de agua está cercano a lo ideal.

La arcilla requiere un esfuerzo de compactación relativamente alto (en comparación con suelos de granulación gruesa). Los rodillos vibratorios pie de cabra son bastante adecuados para la compactación de arcilla. Ellos son capaces de transmitir las altas presiones y fuerzas de rompimiento necesarias para compactar el material en el tenor de agua ideal o poco debajo de él.

Aquí, los esfuerzos de compactación son los más altos posibles. Las espesuras de las capas son normalmente limitadas a 15 a 40 cm, dependiendo del tamaño de la máquina. Rodillos tipo Tamping también son adecuados para la compactación de arcilla. Ellos son bastante económicos en grandes áreas de terraplenes. En esos casos, se pone la arcilla en capas de 15 a 30 cm.

No se aconseja trabajar con arcillas cuyo tenor de agua se encuentra por encima de lo ideal, ya que este suelo presentará un comportamiento excesivamente elástico.

Estabilización de la caliza

Los suelos cohesivos no pueden ser compactados cuando su tenor de agua es alto. La estabilización del material utilizando caliza es una de las maneras de mejorar la capacidad de compactación y estabilidad del material. Se esparce la caliza sobre la superficie y se la mezcla al material, utilizándose un mezclador giratorio. La caliza se enlaza con parte del agua y, con el tiempo, también crea un enlace químico que aumenta substancialmente la resistencia de la arcilla.

Los rodillos vibratorios pie de cabra son generalmente la mejor opción para la compactación de materiales estabilizados.

Subcapa y base

La subcapa y la base son materiales seleccionados y deben encontrarse dentro de los límites especificados de una curva de granulometría. La fracción principal se compone de grava. En ciertos países, cantidades relativamente altas de finos son permitidas en la subcapa; sin embargo, ella pierde sus propiedades de drenaje libre.

Las subcapas y las bases normalmente poseen altas especificaciones de compactación, requiriendo un mayor esfuerzo de compactación que los materiales de relleno para la misma espesura de capa. Los equipos vibratorios son más eficaces en subcapas y bases, mientras la compactación por impacto no es adecuada.

En algunos casos, donde la base es fina (menos de 10 a 15 cm), se puede usar rodillos estáticos. Ellos son especialmente adecuados si se quiere evitar el relajamiento del material. Una base debe siempre ser finalizada con algunas pasadas estáticas antes de iniciar el trabajo de revestimiento.

Estabilización

A veces las subcapas y bases pueden ser compuestas de materiales granulares mezclados con cemento, cenizas volantes o mismo betún. Esto se hace para aumentar las propiedades de soporte de carga del material. El material estabilizado de la subcapa es frecuentemente colocado utilizándose una pavimentadora, con el fin de obtenerse la mejor uniformidad posible.