Compactación de Suelos

Compactar es la operación previa, para aumentar la resistencia superficial de un terreno sobre el cual deba construirse una carretera y otra obra. Aplicando una cantidad de energía la cual es necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de hueco del material utilizado.

El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteración física, química o biológica. 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. Las constructoras a menudo trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se encuentran y se plantarán árboles. Se desconocen cual es la superficie que abarca el aparato radical, así como, se ignoran los efectos derivados de la compactación y dificultad que se encuentran para intentar resolverlo..

Características de la compactación de los suelos

La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos para formar una estructura mas densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento.

Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución mas compacta. El agua que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace mas fácil la compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución mas compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el agua abandona los poros o huecos rápidamente

En los suelos cohesivos la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.

Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es critico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso especifico y la resistencia aumenta.

Teoría de la compactación

Desde tiempos prehistóricos los constructores han reconocido el valor de la compactación del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por más de 2000 años la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muchos casos, que el valor de la compactación. Por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y continúa asentándose por décadas. Fue R. R. Proctor quien indicó el camino de la compactación efectiva a bajo costo.

La compactación o reducción de la relación de vacíos se produce de varias maneras: reordenación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reordenación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. La energía que se gasta en este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactación de la máquina de compactar. La eficacia de la energía gastada depende del tipo de partículas que componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactación.

Objetivos de la compactación

Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un pavimento, debe llenar ciertos requisitos:

1) Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas. 2) No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta. 3) N o debe ni retraerse ni expanderse excesivamente. 4) Debe conservar siempre su resistencia e imcompresibilidad. 5) Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.

Proceso de compactación en campo

La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera parcialmente saturado. Este proceso, para obtener un mejor resultado, implica el uso de las distintas que se nombran a continuación:

Clasificación de las maquinas de compactación

Clasificación de las maquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo:

1.- Por presión estática.

Trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos.

• Maquinas que compactan por presión estática:
  • Apisonadoras de rodillos lisos.
  • Rodillos de patas de cabra.
  • Compactadores con ruedas neumáticas.

2.- Por impacto.

Trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas.

• Maquinas que compactan por impacto.-
  • Placas de caída libre.
  • Pisones de explosión.

3.- Por vibración.

Trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos mas pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Por lo tanto, ya vemos que según sea el material, capaz de ser ordenado o no, este sistema de compactación por vibración, será mas o menos efectivo. Según propia experiencia y a titulo orientativo voy a ir hablando a continuación de los diversos tipos de maquinas, con expresión mas o menos concreta de los trabajos de compactación que a cada una de ellas se les debe encomendar.

• Máquinas que compactan por vibración.-
  • Placas vibrantes.
  • Rodillos vibratorios.

Bibliografía

- Introducción a la Mecánica de los Suelos y Cimentación. George B. Sowers y George F. Sowers. - Mecánica del Suelo: Cimentos y Estructura de Tierra. Gregory P. Tschebotarioff. - Mecánica de Suelos. Tomo I. Fundamentos en la Mecánica de Suelos. Juárez Badillo y Rico Rodríguez. - Mecánica de Suelos. T. William Lambe y Robert V. Whitman. - Mecánica de Suelos en la Ingeniería Práctica. Karl Terzagui y Ralph B. Peck.

Referencias

Referencias e información de imágenes pulsando en ellas.

Tatiana Luengo [1]