COMPACTACIÓN DE SUELOS

Compactación de suelos es 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. 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, para cada caso. 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.

Eficacia de la compactación en obra depende de:

-Naturaleza del suelo a compactar.
-Elección adecuada del equipo: tipo, peso, presión de inflado de neumáticos, área de contacto, frecuencia de vibración.
-La energía específica de compactación (energía que se le entrega al suelo por unidad de volumen durante el proceso mecánico de que se trate).
-Contenido de humedad del suelo.
-Cantidad y espesor de las capas del terraplén.
-Número de pasadas del equipo de compactación.

Beneficios de la compactación de suelos

 
Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debidas a que las partículas mismas que soportan mejor.

Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme produciendo grietas o un derrumbe total.

Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

 
Características

 
Porosidad: Es el volumen de poros expresado en porcentaje (%) del volumen total, es decir la relación de dividir el volumen sólido entre el volumen de sólido más aire más agua que contiene el material.

Contenido de humedad: Es la relación porcentual (%) del peso del agua al peso sólido.

Densidad: Es la relación del peso por unidad de volumen. La máxima densidad de un suelo se obtiene si los huecos entre partículas de un diámetro determinado se rellenan con partículas de diámetro menor.

Capilaridad: Indica la capacidad de un suelo para absorber agua en dirección vertical o lateralmente.

Compresibilidad: Indica el porcentaje de reducción en el volumen del suelo, debido a perdida de parte del agua entre sus granos, cuando está sometido a una presión.

Elasticidad: Es la tendencia del suelo a recuperar su forma original al quitar la carga que lo comprime.

Permeabilidad: Característica del suelo que indica la facilidad del suelo para permitir el paso de agua a su través. Depende de su textura, granulometría y grado de compactación, cuanto más gruesas sean las partículas mayores será su permeabilidad.

Plasticidad: Es la propiedad de deformarse rápidamente el suelo bajo la acción de una carga, sin llegar a romperse o disgregarse, y sin que se recupere la deformación al cesar la acción de la carga.

Asentamiento: Indica la disminución de la cota o altura del nivel del suelo debido a la consolidación del material de relleno.

Resistencia al cizallamiento: Es la resistencia que oponen las partículas a deslizarse entre sí. Es consecuencia de la fricción interna y la cohesión del material. Cuanta más resistencia al cizallamiento más difícil será la compactación.

Esponjamiento: Capacidad del material para aumentar o disminuir su volumen por la pérdida o acumulación de humedad.

Consistencia: Es el grado de resistencia de un suelo a fluir o deformarse.
Limite liquido:Nos indica el contenido de humedad en que el suelo pasa del estado plástico al líquido e indica también si el suelo contiene humedad suficiente para superar la fricción y cohesión interna.

Limite plástico: Cuando el suelo pasa de semi-sólido a plástico porque contiene humedad suficiente se dice que ha traspasado su límite plástico.

Índice de plasticidad: Refleja la diferencia numérica entre el índice plástico del suelo y el límite líquido. Permite medir la capacidad de compresión y la cohesión del suelo.

Límite sólido: Constituye el límite en el cual el suelo pierde su plasticidad por secado y aumenta su fragilidad hasta que las partículas quedan en contacto.

Limite de retracción: Es el porcentaje de agua que separa el estado semi-sólido del suelo del estado sólido.

Equivalente de arena: Es la relación, en porcentaje, existente entre los materiales más gruesos de un suelo y los más finos, determinada en un ensayo de laboratorio.

 
Métodos:

 
Método por amasado: La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Por ejemplo: Un rodillo “Pata de Cabra”. Este método es ideal para la compactación de suelos arcillosos porque produce mayores esfuerzos de cizallamiento en toda la masa de la capa de suelos por compactar, concentrando grandes presiones en ciertos puntos; gracias a la presencia de los vástagos que concentran gran energía en áreas pequeñas y se penetran profundamente en la capa suelta tendida, especialmente en las primeras pasadas y esta penetración va siendo menor a medida que se densifica la capa. De esta manera el rodillo pata de cabra va compactando a la capa tendida de abajo hacia arriba, característica única en los rodillos de compactación.

Método por vibración: La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia. Un equipo apropiado debe aplicar presiones suficientemente considerables, lo que se logra aprovechando el peso muerto del equipo más la fuerza dinámica proporcionada por el vibrador; esas fuerzas deben de actuar con la amplitud suficiente y dando, a través de la frecuencia empleada, tiempo para el movimiento de los granos o grumos del suelo .La mayor parte de los equipos vibratorios producen fuerzas verticales. La compactación vibratoria frecuente en los trabajos prácticos, es el compactador de plataforma o placa, que va desde equipos manuales operados por un trabajador hasta plataformas más pesadas remolcadas por tractores. Dentro de los equipos utilizados en este caso se encuentra los rodillos tipos tramper, vibrocompactadores, canguros y pisones. Es muy común que los canguros y pisones sean utilizados en áreas pequeñas.

Método estático: La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. La compactación depende de su peso propio. Se utilizaban en todo tipo de suelos.

Precarga: En general las deformaciones de los suelos no son elásticas. Si se aplica una carga disminuye el volumen (baja el terreno). Al retirarla no desaparece la deformación. Se construye sobre la futura fundación un terraplén que aplique una carga mayor que la futura estructura o equipo a fundar. Si el suelo está saturado, la presión produce reducción de volumen a condición que emigre el agua cuando el suelo está saturado. El plazo en que debe mantenerse la carga dependerá de la permeabilidad del suelo a compactar.

Precarga con ayuda a la Consolidación: Se usa cuando los suelos son relativamente impermeables. Se perfora e instalan tuberías drenantes.
Influenciando aguas subterráneas: Se baja la napa mediante punteras. Los vacíos son llenados por el propio suelo, compactándose. Una vez retiradas las bombas el agua no descompacta el suelo.
Inyección de compactación: Se inyecta mortero a gran presión (no lechada) usando bombas para hormigones, similar a inflar un globo dentro del suelo. Es muy efectivo en arenas finas, pues las comprime y densifica.

Método dinámico: El método de compactación seleccionado debe estar de acorde con las especificaciones de proyecto de los proyectos excepto cuando se han realizado numerosas pruebas para quitar la posibilidad de que el suelo se comporte de una manera diferente a la proyectada.

Al comienzo de la prueba se miden ciertas características o sustancias que servirán posteriormente para poder valorar las propiedades de conservación del producto, recurriendo generalmente a aquellas que se pueden controlar de forma continua como el valor de pH, la conductibilidad, el consumo de oxigeno o el aumento de peso del sustrato. El objetivo es la determinación de denominado tiempo de inducción, que sirve de magnitud de medida de la capacidad de conservación de los productos. El tiempo de inducción es el intervalo de tiempo en el que o no se desarrollan o se desarrollan muy lentamente los procesos de descomposición.

Métodos utilizados en laboratorio

 
Compactación por impacto: también conocido como método dinámico, consiste en colocar una cantidad de material con cierto contenido de humedad en un molde cilíndrico y compactarlo con un determinado número de golpes por capa. La cantidad de energía aplicada a cada ensayo se determinada por medio de la ecuación.

 
Compactación giratoria: este método consiste en la aplicación de acciones simultáneas como la presión vertical y la acción giratoria, con un ángulo de inclinación con respecto al eje vertical, ejercidas por el equipo, asemejando los procesos constructivos en obra.

 
El método de compactación por impacto no es el más adecuado para arenas y suelos no cohesivos, debido a que los resultados en campo arrojaron pesos unitarios superiores a los que se obtienen en el laboratorio y las humedades en campo eran menores a las de las pruebas de laboratorio.

 
El método de laboratorio que arrojó resultados más cercanos a los obtenidos en campo, fue el método de compactación giratoria.

Para obtener el peso unitario máximo del suelo estudiado se debe trabajar a una presión vertical de 200 kPa, con 1.25° de inclinación y 90 giros a una velocidad de 20 giros por minuto.

En JH - Soluciones Integrales S.A.S. “Realizamos diseño y cálculo estructural en Medellín"

Fuente:
SUELO SER RL