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Funclamentossobre la compactacin cle suelos

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Fundamentos sobrela compactacin suelos deAutor: Ingeniero R. Weissig Dirk Ttulo la edicin de originat: Grundlagen Bodenverdichtung der Traduccin alespaol: Ing.DirkR. Weissig

Mi especial agradecimiento a la WACKER va ESPAOI S.A.y a A, Sr. L. Paz Blanco, la WACKERMAQUINAS a (Chile) y LTDA. al y, Sr. DieterBoehme en especial, mi esposaC. EricaFrrrldcrichs Weissig a de por su ayudaen la correcin los textosde pruebatradrlr;iclos espaol. de al

Funclamentossobre la compactacin cle suelosAutor: DirkR. Weissig Ing.

@ 1995- Wacker-Werke GmbH& Co. KG, Mnchen Repblica Federal Alemana Todoslos derechosreservados La propiedad estaobraest protegida la ley,y se perseqrrir quienes por de a la reproduzcan fraudulentamente. Primera edicin alemana.992 1 Primera inglesa1994 edicin Primera edicin espaola: 1995* 12.000 tomos Segundaedicinespaola: 1997- 6.000tomos Tercera edicinesoaola: 1998- 3.000tomos Cuartaedicinespaola: 2000 - 3.000tomos lmpreso la Repblica en FederalAlemanat

o933022

Wacker-Werke GmbH& Co.KG

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PrlogoLa construccin senderos,camide nos, carreteras, torres, diques y puentesno slo fue una necebidad para el ser humano a partir de los tiempos bblicos.Este tipo de obras fueron necesariasdesde tiempos inmemoriales para llevar adelante la y comunicacin el comercio, guelas rrasy todo otro tipo de relaciones interpersonales. Los caminos, por ejemplo,ya eran desde los tiempos mas ,,sagrados" primitivos.En las grandes rutas comerciales a travs de toda Europa rega, entre los pueblos en general, paz para garantizar, hasta cierto punto,el intercambio mercancas. de Por ello no es de extraar que sea posible remontar hasta los orgenes la informacin sobre la construccin y el mantenimiento estasrutasde de comunicacin.En tanto que, entre las informaciones legadasa la posteya ridad por los egipcios, se menciona el uso de rodillospara la construccin de caminos, otros pueblos menos avanzadoshacanuso de esclavos,quienescompactaban apisonaban- el suelo medianteel uso de sus pies.Por otro lado, los romanos ya fueron mas progresistas, dado que utilizabanrebaos de ovejas y ganadopara compactarsus caminos. dos en los aos 30 del presentesglo. Sin embargoesta opiningener alizadacambiararpidamente. Hoy en da ya no es posible pensar en la preparaciny construccinde los fundamentos de un edificio u obra sin pensar automticamente en una compactacin mecnica,conforme a las reglas de arte, del suelo. Equipos de compactacin dinmicos, tal como vibroapisonadores, planchasvibradoras rodillosvibrao dores pertenecen al equipamiento normaly standardde toda obra. Culesson los criterios utilizados para hacer necesariosestos equipos en las obras? sucede Ques lo que actualmente allabajoen el suelo? se Cundo debe aplicarcultipo de equipo? Cmoes posiblecontrolarel grado de compactacin suelo? del Respuestasa todas estas - y muchas otras - preguntas podrn ser encontradasen el presente manual, el cu|,en su terceraedicin,ha sido completamente revisado y suplementadoen muchassecciones. Deseamos todos aquellosque tena gan intersen profundizarsus conocimientos sobre la compactacinde suelosy en la tcnicade los equipos diseados y desarrolladapara ello, y una lecturaentretenida de inters.

No muy en serio, y slo como una presenciasecundariarespecto a los grandes rodillos estticos de compactacin, fueron considerados los Munich,Octubrede 1995 primeros equipos de compactacin mecnicos diseados y desarrolla-

INDICECAPITULO I

CL}R'I'ESIA LE

NtFst&ffitl 12 13 14 14tc

tiene la compactacinde suelos Que significado cuandose compactasuelo? Desde Ventajas derivadasde la compactacinde suelos 1. Mayorcapacidadde carga 2. Mayorestabilidad 3. Disminucin la contraccin suelo de del 4. Disminucin la permeabilidad de 5. Disminucin asentamiento del Resmen

15 15 16

CAPITULO 2El material de construccin,,suelo" Elementos la compactacin suelos de de 1.Tipo suelo de y 2.Forma rugosidad la partcula de granulomtrica tamaos por 3.Distribucin 4.Contenido agua de

a717 18 20 21 23

CAPITULO 3Control de la compactacin del suelo Densidad seca y densidad Proctor

prcticos Ejemplos Determinacin contenido aguaen base lacurvaProctor del de a CAPITULO 4Mtodos parala toma de muestras y control de la compactacin en la obra Mtodo de extraccinde testigos por Mtodode sustitucin balnde agua Mtodode equivalente arena de Ensayo con sonda nuclear Mtodode la sondade penetracin MtodoCleggparacontrolde suelos Mtodo de ensayocon placa de carga

25 25 29 30

33 34 36 38 39 40 41 42

CAPITULO 5La seleccin correcta de equiposparala compactacinde suelos Suelosno cohesivos Sueloscohesivos Aplicaciones tpicasparaequiposde compactacin dinmica 45 45 46 49

CAPITULO 9Compactacin de suelosen zanjaspara servicios Base de zanjay apoyo de tubera Vibroapisonadores la construccinde zanjaspara tuberas en Planchas vibradoras la construccin zanjasparatuberas en de Rodillos vibratorios la construccin zanjasparatuberas en de Zonade conductosde servicios Zonapor encima del rea de las tuberas Cierrede zanjas 107 111 111 112 113 115 117 120

CAPITULO Vibroapisonadores Efectode compactacin un vibroapisonador de por impactoofuerzade impacto? Trabajo Vibroapisonadores accionamiento con elctrico Aplicaciones con vibroapisonadores 53 54 56 57 58

CAPITULO IOInformaciones generales sobre la compactacin, mantenimiento

CAPITULO 7Planchas vibradoras Efectode compactacin la planchavibradora de de montajefrontalo central? Excitador Planchas vibradoras avanceen una sola direccin de Planchasvibradorasreversibles Clculodel rendimiento compactacin de paraaplicacines planchas Criterios con vibradoras Compactacin grandessuperficies de para planchas pequeas Aplicaciones vibradoras Vibracin pavimentos de adoquinados Compactacinde asfalto 5 65 72 73 75 80 81 82 83 84 85

y economa generalessobre la compactacin fnformaciones generales Informaciones sobreel mantenimiento equipospara de la compactacin suelos de 1. Vibroapisonadores 2. Planchas vibradoras Rodillos vibratorios 3. postventa asistencia y Servicio tcnicaal cliente por Economa rendimiento o Econmico justiprecio? Resumen

123 123 126 127 128 129 130 13'1 134 136 t39 149

CAPITULO 8Rodillosvibratorios Efectode compactaciny caractersticas tcnicasde las mquinas 1. Fuerza centrfuga 2. Frecuencia excitador del 3. Amplitud nominal 4. Presin linealesttica 5. Presin linealdinmica 6. Velocidadde trabajo Rodillovibratorio doble de conduccinmanual Rendimiento compactacin de Rodillosparazanjas Rodillosvibratoriospara trabajosen capas asflticas 89 91 91 92 93 93 94 95 96 100 100 103

INDICEALFAB ET IC O INT ER N AC ION AL DIRECTORIO

CAPITULOI

La compactacinde suelos - una medidade construccin bienconocida - puedeser observada diarioen a tipos de obras,talescomo diferentes

Elobjetode haceractuarunafueza sobre el suelo- formadopor componentes slidosy espaciosvacos(poros) llenos de aireo agua- es el de reagruparlo y consolidarlo el objetode reducon cir a un mnimolos esoacios vacos.

y en muchsimos otros tipos de obras. Medianteel empleo de equipos de compactacinpequeos, livianosy de manejo manual,o tambin equipos autopropulsados hasta varias de toneladas peso, se introduce de traen bajo (energa) suelos removidos, mullidos de relleno o

Fig. 2 Suelo suelto sin compactar

Este orocesode la disminucin o minimizacin los espaciosvacos por de medio de la accin mecnicade las mquinasde compactacines el llamado proceso de compactacin. Duranteeste procesoson mejoradas diferentescaractersticas suelo,con un del aumento simultneodel valor de la densidad delmismo.

Fig, 1 Compactacin del suelo por medio de un vibroapisonador

Fig.3 Suelo compactado

CAPITULO I

CAPITULO I obrasvialesy de comunicacin. Durante apogeodel imperioromael no y bajo el mandode JulioCesar, se procedi a construir aprox. 70.000 Km de calles;en comparacin existan en el ao 1990 apenas9.000 Km de autopistas la Repblica en Federal Alemanay aprox. 82.000 Km en los EstadosUnidosde Nofteamrica. La construccin calles,un trabajoarde tesanalde alto nivel,se basabaya en aquellos tiempos (y esto es vlido hasta el da de hoy) en la nocin de que una calle era slo tan buena como lo era el fundamento sobre la cual descansaba. Es as que, antes de dejar colocar las piedras labradasa mano, los constructores romanoshacancompactar (apisonar) subsuelode los futuros el caminospor mediode la accinde la gran presin superficial provocada por las pequeaspatas de grandes rebaosde lanaresy manadasde vacunos. An hoy da se encuentranrestos de estos caminosen Europa,construidos hace aproximadamente2000 aos bajo increblesdificultadesy con mtodos sumamenteprimitivos en relacin los empleados la aca en tualidad. Si bien ya en la literatura los aos de 1725 se encuentranreferencias un a rodillo, slo en elsiglo 20 se desatan rolla la tcnica de compactacinde suelos en combinacincon la vibracin, debido esto en parte a las, cada vez ms, elevadasexigenciasen la y construccin en parteal avancede la tecnologa industrial. Esto significa que,adicionalmente la compactacin a

CUANDO SE DESDE COMPACTA SUELO?La compactacin de los ms variados tipos de suelos para cimientos (fundamentos) edificios y vas de de ya comunicacin era un hecho en la antiguedad.Entonces los mtodos empleadoseran sumamenteprimitivos, como por ejemploel apisonado del suelo medianteel pisarde esclay vos. Posteriormente, despus de que fueradescubierta, comenza se compactar suelorodandopor enciel ma de l pesadasruedasde madera o de piedra.

Fig. 5 Viejo rodillo a vapor HAMM (aprox. 1923)

Fig. 4 Antigua calle romana

Mientrasque hoy en da las redes de rutas y carreterasson utilizadaspara elturismoy el intercambio mercade derasy bienes,en el pasado fueron principalmente intencionesbelilas cosas,y los necesarios rpidosmovimientosde tropas, los factoresdeterminantespara la construccin las det2

durante la construccinde una estructura(unedificio), suelo natural el es perturbado (movido) por ej. por operaciones de desmonte, excavacin o aplanado. Durante eltranscur: so de estos trabajos el aire penetra dentrodel suelo,aumentandoelvolumen del mismocon la consecuente reduccin del peso por unidad cbica (densidad). El suelo, en su funcinde subsuelo, para,por fundamento infraestructura o pisospaej.,calles,estacionamientos, ra naves industriales etc. como tamVENTAJAS DERIVADAS bincomo sub-baseo relleno el ca: en DE LA COMPACTACION so de cimientosy construcciones, no slo deber ser colocado en capas DE SUELOS horizontales,sino que tambindebeCasi todas las estructurasconstru- r ser compactado (apisonado) medas por el hombredescansan sobre cnicamente. En general,tanto los uno u otro tipo de suelo.En general, suelosfinos como tambinlos suelost3

estticageneradapor el peso propio de la mquina, como era el caso del tal ya histricorodilloa vapo6ahoratambin actuaran fuerzasdinmicaspara alcanzar compactacinrequeridade la los suelos. Tan slo por medio de la vibracin puedeobtenerseuna elevadadensiy dad de los estratos(capas), paralelamente, una mayor capacidad de cargadel suelo.

CAPITULO I de paftculas mayortamao,alcande zan una mayor densidad 99ca a la que tenanen su estado natural. Graciasa este proceso de comPactacin, es decir, al mayor grado de vendensidad, dan las siguientes se tajas:

CAPITULOI

2. |4ayor estabilidad

de t. Disminucin la del Gontraccn suelode Al haberinclusiones aire,el agua podr penetrar con facilidad dentro dcl eueloy llenarestos espaciosvaduranteofoe.Consecuentemente, pocasde lluvia,el suelo aumentasu volumen(se hincha)y vuelvea contraersedurante la estacinseca.

Al construirseun edificio sobre un suelo apisonado (compactado)en forma irregular desigual- o tambin o el simplemente compactar, suelo sin se asienta(hunde)debido a la carga esttica y el edificio se encontrar car$a expuesto a fuerzasde deformacin. l. Mayor capacdad ds Al existirun asentamiento mayor de y ife en el un solo lado del edificioo en una esLas inclusiones agua de suelo conducen a un debilitamiento quina,causadopor ejemplopor una del mismo y disminuye su caPaci- compactacindesigual,aparecern grietaso se produciruna destrucdad para soportarcargas. ar- cin total del edificio. (apisonado) Con la compactacin tificialdel sueloaumentala densidad disdel mismo, con la consecueflte porcentaje esPacios minucindel cle porosos(volumen los poros).Dede bido a ellose obtieneu mejor distribucin de fuerzas dentrode la estructurade los granos,con el consial guienieaumentode la resistencia y una mayor capacidad de cone carga delsuelo.

te el paso del agua. De esta forma es oosiblecontrolarcon ciertafacilidad el volumende agua en un suelo o el drenajedel mismo.

Fig.9 Permeabilidad

4. Disminucin de la permeabilidadFig, 7 Asentamiento posterior del suelo

5. D i s m i nuc i n del asentamientoCuandoel agua se congelatiende a expandirse, su volumen aumenta (porej. botellarotaen el congelador). Este cambio de estado del agua frees cuentemente la causade la formacin de grietas en los pavimentos, placas base o paredes.

Fig. 6 Capacidades de carga dferentes en relacin al grado de densidad

de La permeabilidad un suelose define por medio del factor de permeabilidad Kf. Este depende esencialgranulommentede la distribucin trica del suelo y de su densidad(es decir,del porcentajede espaciosvacos).Un suelo bien compactadoimpide casi totalmente en buenaparo

t5I

CAPITULOI

CAPITULO 2

RESUMENTodo suelo sujetoa trabajosde movimientode tierras,desmonte,excavacin o aplanadodeber ser compactado. es Mediante compactacin posible la transformar material"suelo",blanel do y poroso,en un materialuniforme y estable,de pocos espacios vacos (pobreen poros),con la consecuente mejora de las propiedadesmecnicas del mismo. Los trabajosde tierra con el material "suelo"se extienden de construccin a todos los campos de la construccin civily tienenun papelpreponderante en la construccinde calles, carreteras,canales, zanjas, tneles, trabajos a cielo abiefto, construcciones hidrulicas, trabajos de fundamentosy conbtrucciones ferroviarias. Tambinen la construccinde esy tructuras, viviendas construcciones las industriales medidasde los trabajos de tierra'forman, en combinacin con los trabajos de compactacin, la base para construcciones de acero,hormignarmado, mampostera, maderaetc., estables, duraderas y libres de daos.

para son los apropiados Heetael momentose ha habladodel llas,arenas, de como material consexactamen- ser utilizados suelo,sin definir mteral truccin. ta qu es este material. y Becde tiempos inmemorables an terrestrese encuenhoy dfa la corteza de a lra expuesta la influencia muchsifactores (fuetzasdesroe diferentes cambiosde tempeGrandes tructlvas). vientos,agua, heladasY hielo rutura, han conducidoy an conducen a la y de dlrgregacin descomposicin malas cuales son llevadas !t! rocosas, Forvlentoy aguaa zonasde menoralturE y all depositadas- en forma de Suelos orgnicos,talescomo el humus (tierravegetal,negra),la turba o el carbn,no debern ser utilizados de como material construccin.

Fig. 10 Asentamiento disminuido

llmentos de la compactaClnde suelosde el Entre sinnmero suelosnaturapropiedades fsicas de diferentes lB, slo los varan lugara lugar, de QUe talUloo minerales(inorgnicos), gravigravas, como por ejemplo fat7

2 CAPITULO

CAPITULO 2Dimetro (en mm) > 60.0 SubdivisinRocas> h l r vo s al dlline

Grupo Partculas gruesas

Tamaos de comparacin

60.0 20.0 a 20.0 6.0 a 6,0a 2.02.Oa0.6 0.6 a 0.2 0.2 a 0.06 Partculas finas

Grava gruesa Grava media Grava fna Arena gruesa Arenamedia Arena fina Lrmo grueso Limo mediano Limo fino Grano muy fno (arcilla)

avellanas< huevos garbanzos< avellanas arroz < garbanzos > granos de sal < arroz = granosoe sal < granosde sal, partculas ndvduales an vsbles smple a vista partculas ya indviduales no vsibles a simplevsta

de cla al rozamiento los granosy, si- Los suelos cohesivos, con sus pemejora transmisin queos poros (huecos)entre grano y multneamente, la grano,generalmente da fueza entrelos mismos. llenosde agua,slo se dejan compactar en forma condicional por medio de la vibracin, siendo relativamenteresistenSuelos cohesivos: tes a esta vibracin. Esto se debe principalmente las fuerzasadhesia vas naturales(cohesin)entre estas pequesimaspartculas, las cuales tienden a agruparse formandolminas continuas con inclusionesde aguay/o aire,no permitiendo una as Los granosindividuales en general redistribucinde los granos o partcon forma de plaquetas- de este ti- culasindividuales. po de sueloson muy finos,casi harinosos(farinceos), adhierenfirme- Agua de lluvia slo puede penetrar se menteuno al otro y no puedenser re- muy lentamente un suelo cohesien por conocidosindividualmente el ojo vo bien compactado. Es por esta rafpmano. Los huecoso espaciosva- zn que la superficiede cada capa (os entrelos granosson muy peque- (tongada) individual debera ser os y predominantemente aislados "planchada", despus de los trauno del otro (tipo panal de abejas). bajos de compactacin, con por Debido a su estructuraestos suelos ejemploun pequeorodillode tammuestranpoca tendenciaa permitir bores lisos, manteniendouna penel paso de agua, aceptan (absorben) diente transversal (hacia afuera) de agua muy lentamentepero tambin por lo menosun 6 %. vuelven entregarlo a con lentitud. Una vez que el agua ha penetrado en Al tomar agua los suelos cohesivos el suelocohesivose torna muy difcil tienden a hincharsetornndosesi- su extraccina corto plazo. plsticos;por otro lamultneamente do, los sueloscohesivosmuestransu mayor grado de estabilidadcuando Suelosmixtos (suelosbien graduase encuentranen estado seco. dos): En la naturalezaIa mayora de los suelosestncompuestospor una ntima mezcla de partculas de muchsimos diferentes tamaos (graduaciones diferentes),o sea, una mezcla de granos finos cohesivos como tambin materialesde tamaot9

0.06 0.02 a 0.02 0.006 a 0.006 0.002 a< 0.002

En la tabla ">" signifca mayorque; "