Generalidades sobre Compactación de Suelos
1 COMPACTACIÓN.


La compactación es un proceso geotécnico que se le otorga a un material pétreo (suelo), que busca mejorar las propiedades resistivas en forma permanente, mediante el suministro de niveles de energía. La compactación esta muy relacionada con la preparación de bases estabilizadas, mejorando su resistencia al corte, compresibilidad. Por medio de energía mecánica como son las maquinas de compactación.

La importancia de la compactación de suelos consiste en el aumento de la resistencia y la disminución de la capacidad de deformación al someter al suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco, 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, pavimentos, etc.

Los métodos empleados para la compactación de suelos depende del tipo de material con que se trabaje en cada caso; en los materiales puramente friccionantes como la arena, los métodos vibratorios son los mas eficientes, en tanto que en suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el mas ventajoso.

2. VARIABLES DE COMPACTACIÓN.

Todo material a usarse en un trabajo de compactación tiene dos variables importantes, también llamado par geotécnico de compactación las cuales son
Peso unitario seco (γd)
Humedad (W)

Entonces la compactación como procedimiento geotécnico, buscaobtener este par de variables. Se procura mediante energía de compactación llevar los valores peso unitario seco a un peso unitario seco máximo (γd  γd máx ), y una llevar una humedad a una humedad optima (W  Wop ). Para garantizar buena calidad del suelo compactado

Gráficamente la relación de estas variables se observa en la figura N°20


Figura N°20: Curva de compactación

Para bajos contenidos de humedad, el agua esta en forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a la formación de grumos difícilmente desintegrables que dificultan la compactación.

El aumento del contenido de humedad hace disminuir esta tensión capilar en el agua, haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores resultados. Si el agua es tal que se tiene parte importante de los vacíos llenos de agua, esta dificulta el desplazamiento de las partículas de suelo produciendo una disminución en la eficiencia de la compactación. Por esta razón se habla de una humedad óptima para suelos finos, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen.

3. MATERIALES USADOS EN COMPACTACION

Fundamentalmente se aplican procedimientos de compactación sobre tres tipos de materiales como son: Suelos, asfaltos y basuras.

3.1. SUELOS.

El suelo es el material procedente de la descomposición físico-química de las rocas. Los suelos están formados por depósitos de rocas desintegradas que los fenómenos físicosy químicos han descompuesto lentamente. Los fenómenos físicos como son: la congelación y descongelación, rozamiento, arrastre, transporte por el viento y el agua, etc. Las gravas, arenas y limos son producidos por estos  fenómenos. Los fenómenos químicos producen habitualmente las arcillas que son láminas diminutas y planas de diversos materiales. El crecimiento de las plantas contribuye también a la formación del suelo, sus residuos en forma de materia orgánica constituyen suelos esponjosos y débiles para soportar estructuras. 

Tabla N°12: Clasificación de Suelos.
DIÁMETRO COMPONENTES
(mm
SEDIMENTOS DETRÍTICOS
ROCAS sedimentarias detriticas
GRUESOS

2 mm
gravas
BLOQUES

CANTOS

CONGLOMERADOS
MEDIOS
0.062 mm
ARENAS
Gruesas
Finas
ARENISCAS
FINOS
0.004 mm
LIMOS
Gruesos
Finos
LIMOLITAS
MUY FINOS
ARCILLAS
ARCILLAS

  Los suelos están constituidos por mezclas de grava, arena, arcillas, limos y materia orgánica en proporciones variables y con un determinado contenido de agua, según la proporción de materiales tendremos un tipo de suelo distinto. 

Grava: Partículas individuales de tamaño que varía entre 2 y 76 milímetros de diámetro y de aspecto redondeado.

Arena: Rocas o piedras pequeñas o fragmentos minerales de tamaño inferior a 2 milímetros de diámetro y con aristas cortantes.

Limo: Partículas finas de aspecto suave y harinoso en seco.

Arcilla: Suelos de textura muy fina que forman terrones duros al secar.La arcilla es la que determina el grado de plasticidad y le da cohesión a los suelos.

Materia orgánica: Vegetación descompuesta en parte o materias vegetales divididas en partículas muy finas.



Los suelos pueden tener una estructura

Granular: si están constituidos por grano redondos o angulares individualizados, con bajo contenido de arcilla, como es el caso de las arenas, por lo que son difíciles de compactar. Requieren máquinas con vibración para su compresión.

Flocular: si están agrupados en forma de racimos o panales, como en el caso de las arcillas, que dejan espacios huecos entre ellos, por lo que permiten la compresión del suelo. en estos tiene mayor influencia el amasado por lo que se requieren máquinas distintas para su compactación como son los rodillos de pisones.

CALIDAD DE COMPACTACIÓN.

En la calidad de compactación, la variable mas importante a tomar en cuenta es el del porcentaje de finos del material pétreo, presente en la compactación. Para esto se observan dos criterios a continuación.

DEFINIR EL GRADO DE COMPACTACIÓN SI, % FINO < 12%
DEFINIR EL GRADO DE COMPACTACIÓN SI, % FINO > 12%

Se define como Grado de Compactación (GC) de un suelo compactado a la relación, en porcentaje, entre la Densidad Seca alcanzada en obra y la Densidad Máxima Seca obtenida en laboratorio para el mismo suelo (Ensayo “Proctor” Estándar o Modificado)



Según el tipo de material pétreo que utilizaremos para la compactación, definiremos uno de los dos criteriosantes mencionados para el grado de compactación. Existen dos criterios ya que el peso unitario seco (γd), se estima según el porcentaje de fino presente suelo a utilizar.

1 GRADOS DE COMPACTACIÓN SI PORCENTAJE FINO < 12%.

Para este primer criterio, se usa la densidad relativa (DR) para determinar el peso unitario seco (γd). Esto debido a que el material utilizado para la compactación es del tipo granos gruesos, gravas y arenas (G y S). Este tipo de material se selecciono según el método de clasificación AASHTO que fue detallado anteriormente.



Para determinar el grado de compactación para suelos que tienen menos a un 12% de finos se necesita calcular el peso unitario seco máximo (γd MÁX) por medio de la densidad relativa, este proceso se realiza en laboratorio el cual se describe a continuación.

1.1. DENSIDAD RELATIVA.

La densidad relativa es una propiedad índice de los suelos y se emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen casi exclusivamente partículas mayores a 0.074 mm (malla Ns 200).
 
La densidad relativa es una manera de indicar el grado de compactación de un suelo y se puede emplear tanto para suelos en estado natural como para rellenos compactados artificialmente. El uso de la densidad relativa es importante en mecánica de suelos debido a la correlación directa que ella tiene con otros parámetros como por ejemplo: el ensayo Proctor, el ensayo C.B.R. y otros relacionados con la capacidad de soporte de un suelo.

 Conceptualmente la densidad relativa indica el estado de compactación de cualquier tipo de suelo.

La densidad relativa se obtiene de la determinación de otros parámetros como lo son: Densidad Mínima, Densidad Máxima y la Densidad in-situ, de estos, los dos primeros se realizan en laboratorio y el ultimo se debe realizar en terreno. El ensayo es aplicable a suelos que contengan hasta un 12% de partículas finas y un tamaño máximo nominal de 80 mm.

1.2 DETERMINACION DE LA DENSIDAD RELATIVA (Nch 1532 of.80)

1.2.1. Equipos.

Mesa vibradora (frecuencia aproximada 3660 vibraciones/minuto
Moldes metálicos de 2.8 y 12 litros de capacidad.
Tubos guía.
Placa base.
Sobrecarga (de 14 Kpa).
Bandejas de mezclado
Balanzas de 10 y 20 kg de capacidad con una precisión de 0.1 mm
Cronometro.
Palas, poruña, brocha, regla enrasadora.

1.2.2. Acondicionamiento de la muestra.

Secar la muestra a 110sC y pasar por un tamiz pequeño para separar las partículas cementadas.

1.2.3. Densidad mínima.

Este ensayo esta normalizado en chile según la Nch 1726, existiendo 2 procedimientos muy similares, donde la diferencia radica en el tamaño máximo de la muestra de suelo.

Se elige el aparato de llenado y molde según la siguiente tabla N°13

Tabla N°13: Capacidad del molde para determinación densidad mínima.
Tamaño máximo (mm
Aparato llenado
Capacidad molde (lt)
80
Pala o poruña
12
40
Poruña
2.8
20
Poruña
2.8
10
Embudo 25 mm
2.8
5
Embudo 25 mm
2.8

Colocarel molde sobre una superficie firme y horizontal.
 
Tamaño máximo nominal < 10 mm.

Colocar el material en el molde tan suelto como sea posible, vaciándolo a flujo constante y ajustando la altura de la descarga de modo que la caída libre del suelo sea de 25 mm. Simultáneamente mover el embudo en espiral desde la pared del molde hacia el centro, a fin de formar una capa de espesor uniforme, sin segregación. Llenar hasta aproximadamente 25 mm por sobre el molde. Enrasar el material excedente mediante una pasada continua con una regla de acero, procurando no compactar el material, si no se remueve todo el material sobrante, efectuar una pasada adicional.
Tamaño máximo > 10 mm.

Colocar el material en el molde, de modo que se deslice en lugar de caer sobre el fondo. Si es necesario, sujetar con la mano las partículas mayores para impedir que rueden fuera. Llenar hasta aproximadamente 25 mm. Por sobre el nivel del molde y luego enrasar según como se describió anteriormente.

- Se pesa el molde con el suelo, se determina la masa del suelo seco, aproximado a 100 gr para el molde de 12 lt y a 1 g para el molde de 2.8 lt.

- Se calcula la densidad mínima seca de acuerdo con la formula


Donde:
ï»»min : Densidad mínima
Wt : Peso total
Wm : Peso del molde
Vm : Volumen del molde
 
- Repetir los pasos anteriores hasta obtener 3 densidades consistentes, registrar el valor mas bajo.
 
1.2. Densidad máxima

Para la realización de este ensayo existen dos métodos, el métodoseco y el húmedo. Cuando existe un cambio notorio del estado de la muestra, se realizan ambos métodos, para determinar con cuál de las dos se obtiene la mayor densidad máxima. Si la mayor densidad en más de 1% se obtiene con el método húmedo, en los ensayes sucesivos debe seguirse con este método.
 



1.2.5. Método seco

a) Normalmente, el molde lleno con suelo utilizado para la determinación de densidad mínima puede ser empleado para la determinación de la densidad máxima.

b) Se ajusta al molde el collar superior, y el conjunto a la mesa vibradora. Se coloca la sobrecarga en la superficie del suelo, dentro del collar.

c) Se hace vibrar la mesa a la amplitud máxima durante 8 minutos. Luego se retira la sobrecarga y el collar. Se anotan los niveles de la placa que se apoya sobre el suelo metido en dos lados opuestos de esta placa. Se pesa el suelo más el molde y se anota el peso.
 
1.2.6. Método húmedo:

i) El método húmedo puede efectuarse sobre el material de la muestra acondicionada al cual se agrega suficiente agua, o si se prefiere, sobre el suelo húmedo del terreno. Si se agrega agua al suelo seco, dejar transcurrir un periodo mínimo de remojo de œ hora.

ii) Llenar el molde con suelo húmedo por medio de una poruña o pala. Agregar la cantidad de agua suficiente para que una pequeña cantidad de agua libre se acumule sobre la superficie del suelo antes del llenado.

iii) Durante y después del llenado del molde, vibrar el suelo por un periodo total de 6minutos, cuidando de reducir la amplitud del vibrador tanto como sea necesario para evitar que se agite excesivamente. Durante los minutos finales de este vibrado, remover el agua que aparezca sobre la superficie del suelo.

iv) Armar el conjunto de tubo guía, placa base y sobrecarga.

v) Vibrar el molde cargado durante un periodo de 8 minutos. Retirar la sobrecarga y el tubo guía, obtener y registrar 2 lecturas del calibre, una a cada lado de la placa, determinar y registrar el promedio de ambas lecturas (Lf).

vi) Retirar cuidadosamente el total de la muestra de suelo que llena el molde y secar hasta masa constante. Pesar y registrar la masa seca del suelo que llena el molde (ms).

vii) Pesar y registrar la masa seca del suelo que llenó el molde, aproximado a 100 g para el molde de 12 lt y a 1 g para el molde de 2.8 lt.

viii) Calcular la densidad máxima según


Donde:
ï»»max : Densidad máxima
Wt : Peso total
Wm : Peso del molde
Vm : Volumen del molde

 Finalmente la determinación el peso unitario seco máximo.

Despejando la anterior ecuación nos queda


Donde:
ï»»d max : Densidad máxima
ï»»min : Densidad mínima
ï»»d : Densidad in-situ
DR : Densidad Relativa

Observaciones: Los valores ï»»max, ï»»min y ï»»d (in-situ) deben informarse con (kg/dm3) aproximando a la centésima de (kg/dm3).

Tabla N°14: Clasificación de Valores de densidad relativa
Densidad Relativa DR
CLASIFICACION
> 85
Excelente compactación
65 - 85
Compactación Buena
35 - 65
Compactación Regular15 - 35
Compactación Mala
0 - 15
Compactación Nula

Escogiendo un valor para la densidad relativa, calculamos ï»»max entonces el grado de compactación es

Para un % Fino < 12%

2 GRADOS DE COMPACTACIÓN SI PORCENTAJE FINO > 12%.

En este caso cuando se trata de materiales pétreos con presencia de fino sobre el 12%, el grado de compactación se obtiene de la relación entre el peso unitario seco (ï»»d) observado para una carpeta de material pétreo compactado, y el peso unitario seco máximo (ï»»d máx), definido este ultimo en laboratorio por medio de ensayo proctor simple o modificado.



En esta ocasión para determinar el grado de compactación cuando se esta utilizando un material particulado con un porcentaje de fino mayor al 12% la determinación del peso unitario seco máximo (ï»»d máx), se efectúa mediante un ensayo Proctor.

5. ENSAYOS PROCTOR.

El término compactación se utiliza en la descripción del proceso de densificación de un material mediante medios mecánicos. El incremento de la densidad se obtiene por medio de la disminución de la cantidad de aire que se encuentra en los espacios vacíos que se encuentra en el material, manteniendo el contenido de humedad relativamente constante.

En la vida real, la compactación se realiza sobre materiales que serán utilizados para relleno en la construcción de terraplenes, pero también puede ser empleado el material in situ en proyectos de mejoramiento del terreno.

El principal objetivo de la compactación es mejorar laspropiedades ingenieriles del material en algunos aspectos

Aumentar la resistencia al corte, y por consiguiente, mejorar la estabilidad, de terraplenes y la capacidad de carga de cimentaciones y pavimentos.
Disminuir la compresibilidad y, por consiguiente, reducir los asentamientos.
Disminuir la relación de vacíos y, por consiguiente, reducir la permeabilidad.
Reducir el potencial de expansión, contracción o expansión por congelamiento.

5.1. PROCTOR MODIFICADO.

Actualmente existen muchos métodos para reproducir, al menos teóricamente, en laboratorio las condiciones dadas de compactación en terreno. Históricamente el primer método, respecto a la técnica que se utiliza actualmente, es el debido R.R. Proctor y es conocido como prueba proctor estándar. El mas empleado, actualmente, es la denominada prueba Proctor Modificado en el que se aplica mayor energía de compactación que es estándar siendo el que esta mas de acuerdo con las solicitaciones que las modernas estructuras imponen al suelo. También para algunas condiciones se utiliza el que se conoce como Proctor de 15 Golpes.

Todos ellos consisten en compactar el suelo, con condiciones variables que se especifican a continuación.

Tabla N°15: Especificaciones de pruebas Proctor en laboratorio.

Método Proctor
N
Tamaño molde (cm)
Volumen molde (cm)
Piston (Kg)
N° Capas
Altura caída (cm)
N° Golpes
Energía compact/ volumen (Kg·m/m3)
Estándar
1
11.64*10.16
943.33
2.49
3
30.48
25
60.500
Estándar
2
11.64*15.24
2123.032.49
3
30.48
55
60.500
Modificado
3
11.64*10.16
943.33
2.49
5
45.72
25
275.275
Modificado
4
11.64*15.24
2123.03
2.49
5
45.72
55
275.275
15 Golpes
5
11.64*10.16
943.33
2.49
3
30.48
15
36.400


Los métodos 1 y 3 se emplean con suelos que tienen un alto % de partículas bajo la malla 4 (4,76 mm), un buen criterio es considerar 80% en peso como mínimo. Los métodos 2 y 4 se emplean con suelos que tienen un % importante de partículas mayores a la malla 4 y menores que Ÿ.
La energía específica de compactación se obtiene aplicando la siguiente formula:

Donde:
Ee : Energía especifica
N : Numero de golpes por capas
n : Numero de capas de suelo
W : Peso del pistón
H : Altura de caída libre del pistón
V : Volumen del suelo compactado

Con este procedimiento de compactación. Proctor estudio la influencia que ejercía en el proceso el contenido inicial de agua de suelo. Observo que a contenidos de humedad crecientes, a partir de valores bajos, se obtenían mas altos pesos específicos secos y, por lo tanto, mejores compactaciones de suelo, pero que esa tendencia no se mantenía indefinidamente, sino que al pasar la humedad de un cierto valor, los pesos específicos secos obtenidos disminuían, resultando peores compactaciones en la muestra. Es decir, que existe una humedad inicial denominada humedad optima, que produce el máximo peso especifico seco que puede lograrse con este procedimiento de compactación y, por consiguiente, la mejor compactación del suelo (FiguraN°21).

Figura N°21: Curvas de compactación para distintos tipos de suelo

Equipos necesarios para el ensayo.

Molde de 100 cm.(Figura N° 22) De diámetro nominal con una capacidad de 0.944 ± 0.008 lt, con un diámetro interno de 101.6 ± 0.4 mm. Y una altura de 116.4 ± 0.1 mm.
Molde de 150 mm.(Figura N° 22) De diámetro nominal con una capacidad de 2124 ± 0.021 lt, con un diámetro interno de 152.4 ± 0.1 mm.
Pistón metálico de 50 ± 0.2 mm.(Figura N°23) De diámetro, con un peso de 2500 ± 10 gr. Se ocupa en el método estándar.
Pistón metálico de 50 ± 2 mm. (Figura N°23) De diámetro con un peso de 4500 ± 10 gr. Se ocupa en el método modificado.
Probetas graduado con capacidad de 500 cm3 graduada a 2.5 cm3
Balanza (Figura N° 24) con una capacidad de 10 kg y una precisión de 5gr y otra con 1 kg de capacidad y una precisión de 0.1 gr.
Estufa
Regla de acero de 300 mm. De largo, tamices de 50, 20 y 5 mm. De abertura, cápsulas, pailas.


Figura N°22: Molde Proctor.


Figura N°23: Pistón Metálico Ensayo Proctor

Figura N° 24: Balanza
Calibración del molde.

Se pesa, se registra la masa del molde vació (Mv) y se determina la capacidad volumétrica como sigue
Ajustar el cilindro a la placa base
Colocar el molde sobre una superficie firme, plana y horizontal.
Llenar el molde con agua a temperatura ambiente y determinar la masa de agua que llena el molde (Mw) aproximadamente a g.
Medir la temperatura de agua y determinar su peso especifico ï»»W según la tabla N°16.
Determinar lacapacidad volumétrica aproximando a 1 cm3, según la siguiente expresión

Donde:
MW : masa del agua que llena el molde
ï»»W : peso especifico del agua
Tabla N°16: Peso especifico del agua según su temperatura.
Temperatura °C
Peso Especifico G/cm3
4
1.0
6
0.999968
8
0.999876
10
0.999728
12
0.39526
14
0.39273
16
0.99897
18
0.99862
20
0.99823
23
0.99756
26
0.99681
29
0.99597

Tamaño de la muestra.

El tamaño de la muestra de ensayo se obtiene de acuerdo a la tabla mostrada a continuación

Tabla N°17: Tamaño de la muestra de ensayo.

Molde

Método
Masa mínima de la muestra (g
Masa aprox. De fracción de muestra para cada determinación (g
100
1
15000
3000
150
2
30000
6000


Procedimiento del laboratorio.

Se describe solo el método uno, Proctor Estándar, ya que los demás siguen el mismo procedimiento variando solo las características indicadas anteriormente

Para permitir un mínimo de 5 determinaciones de punto de la curva de compactación, dos bajo la humedad optima y dos sobre ellas, se procede a secar al aire una cantidad suficiente de suelo.
Se selecciona el material haciéndolo pasar por la malla N°4, se pesa el material retenido por ella y el que pasa. Se utiliza en el ensayo solo el material que pasa bajo la malla.
Se mezcla cada porción de suelo, con agua para llevarla al contenido de humedad deseado, considerando el agua contenido en la muestra.
Para permitir que el contenido de humedad se distribuya uniformemente en toda la muestra,se guardan las proporciones de suelo en envases cerrados.
Se pesa el molde y su base. Se coloca el collar ajustable sobre el molde.
Colocar una capa de material aproximadamente 1/3 de la altura del molde más el collar. Compactar la capa con 25 golpes uniformemente distribuida en el molde de 100 mm de diámetro con un pistón de 2.5 Kg con una altura de caída de 30.5 cm.
Repetir dos veces la operación anterior, escarificando ligeramente la superficie compactada antes de agregar una nueva capa. Al compactar la ultima capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde, el que debe sobresalir de Œ a œ de pulgada.
Retirar cuidadosamente el collar ajustado y enrasar la superficie del molde con una regla metálica. Pesar el molde (con la placa) y el suelo y restar la masa del primero, obteniendo así la masa del suelo compactado (M). registrar aproximado a 1 g.
Retirar el material del molde y extraer dos muestras representativas del suelo compactado. Obtener la humedad de cada uno de ellos y registrar la humedad del suelo compactado como el promedio de ambas.
Repetir las operaciones anteriores, hasta que haya un decrecimiento en la densidad húmeda del suelo. El ensayo se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda.

Resultado.

Se obtiene el peso específico húmedo (ï»»t) dividiendo el peso del material húmedo por el volumen interior del molde



A partir de los datos del contenido de humedad calculados, de cada muestra compactada se determinael peso específico seco (ï»»d) según:


Donde:
ï»»t : Peso específico húmedo
ï»»d : Peso específico seco
w : Humedad del suelo

Por lo tanto, finalmente podemos obtener nuestro Grado de compactación cuando el porcentaje de fino supera el 12 %, y este es:


Para un % Fino >12%

6 CARPETAS ESTABILIZADAS.

6.1. CARPETAS DE GRAVAS ESTABILIZADAS CON ARCILLA.

Por la configuración geológica del país, este tipo de carpetas es la solución más utilizada; en la mayor parte del territorio existen, a distancias adecuadas, gravas y gravas arenosas que, mezcladas con cierta cantidad de arcilla, permiten obtener un producto de buena calidad y a un costo razonable. Sin embargo, cuando el tránsito es relativamente alto y/o existen otros problemas específicos del camino o zona, los requerimientos de mantenimiento pueden ser tan altos que no resulte económico mantenerlas y deba optarse por otra solución. La estrategia adecuada consiste en utilizar la carpeta que responda mejor a las necesidades; espesor en función del tránsito y del suelo donde se apoya; materiales que resulten más eficientes con el menor costo de construcción y con los menores requerimientos de mantenimiento etc.

Existen varios criterios y procedimientos para determinar el espesor que requiere una “ripiadura”; todos relacionan la capacidad de soporte de los suelos de la subrasante con el tránsito, normalmente expresado como ejes equivalentes al eje patrón (eje simple de rueda doble y 80 kN de peso). Aún cuando estos métodos denresultados razonables, debe tenerse en consideración que las condiciones atmosféricas alteran muy rápidamente las propiedades físicas del material, en tanto que el tránsito modifica su geometría, por lo que siempre el mejor resultado se logrará considerando la experiencia, haciendo un seguimiento a obras de la zona que han presentado un buen comportamiento (y también registrando aquéllas en que no se ha tenido éxito).

Hecha la salvedad anterior, a continuación se entregan los espesores que requiere una carpeta de grava bien graduada, con algunas partículas chancadas y bien compactadas, en función del CBR de la subrasante. Se recomienda utilizar estos espesores sólo cuando no exista información experimental. Los valores de la Tabla N°13, fueron calculados sobre la base de lo que recomienda el Departments of the Army & Air Force de los Estados Unidos de Norteamérica en un informe de Julio de 1995. De acuerdo con esa publicación, los espesores que se señalan deberían permitir que tránsitos superiores a 1.000 EE provoquen muy poco ahuellamiento, probablemente menores que unos 50 mm.

Tabla N°18: Espesores de grava en función del CBR.
SUBRASANTE
CBR (%)
ESPESOR DE LA CAPA DE GRAVA (mm)

CON GEOTEXTIL
SIN GEOTEXTIL
0,5
380
-----
1,0
280
-----
2,0
170
-----
3,0
150
-----
4,0
120
180
6,0
-----
140
≥ 10
-----
120

Como se ha mencionado, los espesores de la Tabla N°18 son para una carpeta de grava bien graduada y compactada, CBR (80%; para carpetas de gravas arenosas demenor capacidad de soporte (CBR ( 40% - 60%), se debe aumentar el espesor de la Tabla en un 20% y para grava arenosa sin compactar en un 50%.
7. CURVAS DE COMPACTACION.

La Curva de compactación representación grafica del par geotécnico, densidad seca y contenido de humedad, además del limite de contracción (Lc) la cual se muestra en la siguiente figura

Donde:
Lc : limite de contracción
γd : Densidad seca
Gs : grado de saturación

Figura N°25: Curva de compactación y limite de contracción.

En está Curva de compactación: Donde se indica dentro del círculo una zona de partículas de suelo densificadas, con una buena resistencia y menor permeabilidad.


Figura N°26: Curva de compactación.

En la siguiente curva de compactación se muestra los efectos de la compactación mecánica. Lo que la compactación mecánica logra en terreno es: Disminuir el contenido de humedad óptimo, y aumentar la densidad seca. Como se muestra a continuación.


Figura N°27: Curva de compactación.

Curva de compactación para el caso de arcillas, la siguiente grafica se puede explicar de la siguiente manera, bajo un aumento en el contenido de humedad y un aumento en la compactación mecánica, entonces se logra una fabrica textural más dispersa.

Figura N°28: Curva de compactación.

Curvas de compactación para las diferentes etapas


Figura N°29: Curva de compactación.
9. DETERMINACION DE DENSIDADES IN-SITU EN CARPETAS ESTABILIZADAS

El ensayo permite obtener la densidad de terreno y asíverificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad.
Entre los métodos utilizados, se encuentran el método del cono de arena, el del balón de caucho e instrumentos nucleares entre otros.
Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho, son aplicables en suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 50 mm. Y utilizan los mismos principios, o sea, obtener el peso del suelo húmedo (P hum) de una pequeña perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la capa compactada. Obtenido el volumen de dicho agujero (Vol. Exc), la densidad del suelo estará dada por la siguiente expresión:

Si se determina luego el contenido de humedad (w) del material extraído, el peso unitario seco será





9.1. MÉTODO DEL CONO DE ARENA SEGÚN NCH 1516 OF. 1979.

Es el método lejos más utilizado. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Ns 10 ASTM (2 mm.) y Ns 35 ASTM (0,5 mm.).

9.1.1 Equipos
Aparato cono de arena (Figura Ns32), compuesto por una válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, con un extremo terminado en embudo y el otro ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 lts. de capacidad. El aparato deberá llevar una placa base, con un orificio centralde igual diámetro al del embudo.
Arena estandarizada (Figura Ns33), la cual deberá ser lavada y secada en horno hasta masa constante. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que corresponde a un material que pasa por la malla Ns 20 ASTM (0 mm.) y queda retenida en la malla Ns 30 ASTM (0,60 mm.).
Dos balanzas, de capacidad superior a 10 kgs. y 1000 grs., con precisión de 1 gr. y de 0,01 gr. Respectivamente.
Equipo de secado, podrá ser un hornillo o estufa de terreno.
Molde patrón de compactación de 4' de diámetro y 944 cc. de capacidad.

Figura N° 32: Equipo Cono de Arena

Figura N° 33: Arena Normalizada
9.1.2 Procedimiento

Extraer desde una base estabilizada una muestra de ± 5 Kg. De material particulado compacto.
Obtener una humedad w(%), para esto se debe hacer un ensayo de humedad a una muestra menor que 5 Kg.
Medir el volumen de la excavación, el procedimiento abordado es usar arena normalizada.
Abrir la válvula hasta llenar el cono y el orificio con arena normalizada
Cerrar la válvula, retirar el cono-botella que contiene arena normalizada, luego retirar la malla de plástico con el contenido de arena normalizada, donde el peso total de arena será igual al peso de la arena del cono mas la arena contenida en el orificio.
Llenar en forma separada el cono con arena y pesar el contenido de arena (WS).
Considere el valor del peso especifico de la arena normalizada ï»»S =2.65, asi calculamos el Volumen total del orificio el k se calcula a través de la siguiente formula:Considerando el punto (2) donde obtenemos el WT es que calculamos ï»»SAT, entonces:

Considerar, además:

Donde:

ï»»dcalculado : Peso Seco unitario instalado en la carpeta estabilizada
ï»»SAT : Peso unitario total determinado en (7)
W : % de humedad determinado en (2)
9.2. MÉTODO CON DENSÍMETRO NUCLEAR.
La determinación de la densidad total ó densidad húmeda a través de este método, está basada en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector gamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o adyacente al material a medirla, este instrumento se puede apreciar en la figura N°3

Figura N°34: Densímetro nuclear
Como el número de electrones presente por unidad de volumen de suelo es proporcional a la densidad de éste, es posible correlacionar el número relativo de rayos gamma dispersos con el número de rayos detectados por unidad de tiempo, el cual es inversamente proporcional a la densidad húmeda del material. La lectura de la intensidad de la radiación, es convertida a medida de densidad húmeda por medio de una curva de calibración apropiada del equipo.
Existen tres formas para hacer las determinaciones, retrodispersión, transmisión directa y colchón de aire, entregando resultados satisfactorios en espesores aproximados de 50 a 300 mm. Estos métodos son útiles como técnicas rápidas no destructivas siempre y cuando el material bajoensayo sea homogéneo.
ENSAYO CORTE DIRECTO
Las estructuras de suelos colapsan por una reducción de su fricción, de las partículas de suelos o material particulado (fallas de tipo catastróficas), entonces un Ensayo de Corte Directo estudia la reducción de fricción.

Figura N°35: maquina ensayo corte directo
El ensayo de corte directo consiste en hacer deslizar una porción de suelo, respecto a otra a lo largo de un plano de falla predeterminado mediante la acción de una fuerza de corte horizontal incrementada mientras se aplica una carga normal al plano del movimiento
10.1. Principios del ensayo de Corte Directo
Los aspectos del corte que nos interesa cubrir pueden dividirse en cuatro categorías:
a. Resistencia al corte de un suelo no cohesivo (arenas y gravas) que es prácticamente independiente del tiempo.
b. Resistencia al corte drenado para suelos cohesivos, en que el desplazamiento debe ser muy lento para permitir el drenaje durante el ensayo.
c. Resistencia al corte residual drenado, para suelos tales como arcillas en las que se refieren desplazamientos muy lentos y deformaciones muy grandes.
d. Resistencia al corte para suelos muy finos bajo condiciones no drenadas en que el corte es aplicado en forma rápida.

10.2. Equipamiento para desarrollar un Ensayo de Corte directo en Suelos

Máquina de corte Directo (distinta a las prensas usadas en rocas).
Caja de corte directo para estudiar Fricción y Cohesión del suelo a usar en un trabajo de preparación de una baseestabilizada.
Prensa o gato hidráulico lateral (ejerce un esfuerzo de corte
Juegos de diales macrometricos para medir en mms desplazamientos verticales y horizontales.
Muestra de árido, suelo y/o Material Particulado.
10.3. Tipos de Ensayos de Corte Directo
1. Ensayo de Corte Directo para suelos de Granos Gruesos (Cohesión nula) Grava y Arenas → La Fricción y Cohesión no dependen del tiempo de aplicación de un par de esfuerzos normales y laterales.
2. Ensayo de Corte Directo para suelos finos plásticos y cohesivos → Cohesión y Fricción dependen del tiempo de exposición de esfuerzos aplicados.
10. Ensayo de Corte Directo (ASTM 3080)
Seleccionar la presión normal a estudiar → Definir σV
Suponer σV = a (Kg/cm2)
Se recomienda usar valores de 50%; 100%; 150% y 200% del valor de terreno (σV). Es decir, si la estructura descarga en su fundación una tensión de compresión de 2 (Kg/cm2), se recomienda usar valores de ,3 y 4 (Kg/cm2), lo que traducido a pesos significan 100 ,200 ,300 y 400 kg respectivamente.
A cada peso se le debe aplicar un σN para provocar el corte y/o producir el desplazamiento horizontal prefijado
Estudio información de laboratorio






a. Caso suelos finos.


b. Caso de suelos de granos gruesos


c. Mejoramiento de la Cohesión para un suelo o material particulado grueso tipo G o S.