Compactacion de Suleos _OK
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I. INTRODUCCION ................ 3II. DEFINICION...
4
III. OBJETIVOS...............4
IV. VENTAJAS
.....5
V. DESVENTAJAS ....
5
VI. COMPACTACION EN LOS TIPOS DE SUELO..................5
a. Suelos
Cohesivos.5
b. Suelos No Cohesivos..5
c. Suelos Mixtos:..6
VII. CURVA DE COMPACTACION . 6
VIII. ESTUDIOS DE LA COMPACTACION DE SUELOES EN EL
LABORATORIO7
a. Energa Especifica o intensidad de compactacin 7
IX. COMPACTACION EN EL CAMPO
.8
a. Compactacin por Amasado ...
8
b. Compactacin por Presin 9
c. Compactacin por Impacto
.11
d. Compactacin por Vibracin .. 11
e. Compactacin por Mtodos Mixtos ..12
X. PRUEBAS DE LABORATORIO 12
a. Pruebas dinmicas...12
b. Pruebas Estticas o Precisin.12
c. Pruebas por Amasado..12
d. Pruebas por Vibracin..12
e. Pruebas Especiales...12
XI. CONTROL DE COMPACTACION
14
XII. CONTROL EN EL TERRENO
..15
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XIII. BENEFICIOS DE LA COMPACTACION 17
XIV. CONCLUSION
...18
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A los maestros quienes nunca desistieron
en ensear, aun sin importar que muchasveces no pona atencin en clase, a ellosque continuaron depositando su esperanzaen todos nosotros.
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I. INTRODUCCION
Se entiende por compactar a la accin de aplicar durante la construccin
del relleno, la energa necesaria para producir una disminucin
apreciable del volumen de huecos del material empleado y por tanto del
volumen total del mismo. Diferencindose de la consolidacin, en que
esta, aunque tambin disminuye el volumen de huecos dicha reduccin
no se consigue durante la ejecucin de los terraplenes, etc., sino en el
transcurso de un plazo de tiempo relativamente largo y debido a perdida
de agua intersticial, por efecto de cargas de servicio mviles o fijas, por
agentes atmosfricos, etc. La necesidad de compactar apareci no hace
an muchos aos debido a la urgencia de utilizar las obras
inmediatamente, sin tiempo para que el trfico o los agentes
atmosfricos produjesen los asientos definitivos. Por tanto, los sistemas
de compactacin se han ido desarrollando paralelamente a la
mecanizacin de las obras, ya que la aplicacin de la energa necesaria
exige una maquina adecuada en potencia y movilidad, pare cada caso.
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II. OBJETIVOSEl objetivo de la compactacin es el mejoramiento de las propiedades de
ingeniera de la masa de suelos, con la finalidad de obtener un suelo de
tal manera estructurada que posea y mantenga un comportamiento
mecnico adecuado a travs de toda la vida til de la obra.
Aunque en forma general quedaron sealados en el inciso anterior,
es evidente que conviene detallar cuales son las caractersticas
de comportamiento que pueden ser mejoradas al compactar un suelo.
En el caso de las vas terrestres existen tres de ellas cuya mejora se
busca prcticamente en todos los casos. Son la deformabilidad, que
implica la intencin de disminuir la compresibilidad de los suelos e
incrementar su estabilidad volumtrica, especialmente ante la absorcin
o prdida de agua; la resistencia, especialmente al esfuerzo cortante,
obviamente en el sentido de obtener los mayores valores posibles y
unas adecuadas relaciones esfuerzo-deformacin que garanticen un
balance conveniente en el comportamiento.
Algunas otras caractersticas cuya mejora se busca en
ocasiones son la flexibilidad de la formacin (es decir, la no
susceptibilidad al agrietamiento) ; la permeabilidad (cuyo control es
mucho ms tpico en la construccin de presas de tierra) , y el
incremento de la resistencia de los suelos compactados a la erosin.
III. MARCO TERICO
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3.1 COMPACTACIN DEL SUELOLa compactacin es el procedimiento de aplicar energa al suelo suelto
para eliminar espacios vacos, aumentando as su densidad y en
consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras
propiedades.
La compactacin en el proceso realizado generalmente por medios
mecnicos por el cual se obliga a las partculas de suelo a ponerse ms
en contacto con otras, mediante la expulsin del aire de los poros , lo
que implica una reduccin ms o menos rpida de las vacos, lo que
produce en el suelo cambios de volumen de importancia, principalmente
en el volumen de aire, ya que por lo general no se expulsa agua de los
huecos durante el proceso de compactacin, siendo por lo tanto la
condicin de un suelo compactado la de un suelo parcialmente saturado.
Para las finalidades de este trabajo la compactacin es un proceso
mecnico destinado a mejorar las caractersticas de
comportamiento de los materiales trreos que constituyen la seccin
estructural de las carreteras, los ferrocarriles o las aeropistas.
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3.2 VENTAJAS DE LA COMPACTACIN Aumenta la resistencia y capacidad de carga del suelo.
Reduce la compresibilidad y disminuye la aptitud para absorber el agua.
Reduce los asentamientos debido a la disminucin de la relacin de
vacos.
Reduce el efecto de contraccin.
Mejora las condiciones de esfuerzo-deformacin del suelo.
Reduce la permeabilidad del suelo, el escurrimiento y la penetracin del
agua. El agua fluye y el drenaje puede regularse
Reduce el esponjamiento y la contraccin del suelo, ya que si hay vacos,
el agua penetra y habr un esponjamiento en invierno y contraccin en
verano
Impide los daos de las heladas, puesto que el agua se expande y
aumenta de volumen al congelarse, haciendo que pavimentos se hinchen
y losas y estructuras se agrieten.
3.3 DESVENTAJAS DE LA COMPACTACIN La compactacin muy intensa produce un material muy susceptible al
agrietamiento.
Aumenta el potencial de hinchamiento (con la humedad) en suelos finos
Aumenta el potencial de expansin por las heladas.
3.5 COMPACTACION EN LOS TIPOS DE SUELO
a) Suelos Cohesivos: son suelos arcillosos y limosos o sea material degrano muy fino, y la compactacin se produce por la reorientacin y
por la distorsin de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra
por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la
resistencia de cohesin por las fuerzas entre las partculas.
b) Suelos No Cohesivos: (granular) son suelos compuestos de rocas,piedras. gravas. y arenas, o sea suelos de granos gruesos. En el caso
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de suelos granulares el proceso de compactacin ms adecuado
resulta el de la vibracin, pero debe tenerse en cuenta, como ya se
sabe, que el comportamiento de los suelos gruesos depende mucho
de la granulometra. Se requiere una fuerza moderada aplicada en una
amplia rea, o choque y vibracin. La compactacin eficiente en los
suelos cohesivos requiere presiones ms altas para los suelos secos
que para los hmedos, pero el tamao del rea cargada no es crtico.
La eficiencia se mejora aumentando la presin durante la
compactacin a medida que el peso especfico y la resistencia
aumenta.
c) Suelos Mixtos: en la naturaleza la mayora de loa suelos estancompuestos por una ntima mezcla de partculas de muchsimos
tamaos.
3.6CURVA DE COMPACTACIONCuando se compacta un suelo bajo diferentes condiciones de humedad y
siendo cualquiera el mtodo empleado, se relaciona las densidades con los
porcentajes de humedad, lo que da como resultado una curva como la que
se muestra:
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Las curvas nos indican un mximo absoluto para el valor de la
densidad (MDS) y la humedad correspondiente a este punto (OCH).
Cada suelo tiene su propia curva de compactacin, que es
caracterstica del material y distinta de otros suelos.
A la parte de curva situada en el lado izquierdo se le conoce con el
nombre de rama seca y al de la derecha como rama hmeda.
Rango aproximado de OCH vs Tipo de suelo
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3.7FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMPACTACIN
a) Tipo de sueloTiene influencia la granulometra del suelo, forma de sus partculas,
contenido de finos, cantidad y tipo de minerales arcillosos, gravedad
especfica, entre otros. De acuerdo a la naturaleza del suelo se aplicarn
tcnicas adecuadas en el proceso de compactacin En laboratorio, un
suelo grueso alcanzar densidades secas altas para contenidos ptimos de
humedad bajos, en cambio los suelos finos presentan valores bajos de
densidades secas mximas y altos contenidos ptimo de humedad.
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Curvas de compactacin para distintos suelos
b) Energa EspecficaLa energa especfica es la presin aplicada al suelo por unidad de volumen,
durante cualquier proceso de compactacin. En laboratorio, la compactacin
por impacto queda definida por:
Donde:
E : Energa Especfica
N : Nmero de golpes del pisn por capas
n : Nmero de capas
W : Peso del pisn compactador
h : Altura de cada del pisn
V : Volumen total del molde de compactacin.
Ensayo Prctor Modificado : Ee = 27.2 kg-cm/cm
Ensayo Prctor Estndar : Ee= 6.1 kg-cm/cm
El empleo de una mayor energa de compactacin permite alcanzar densidades
secas mayores y ptimos contenidos de humedad menores, esto se
comprueba al analizar los resultados obtenidos con las pruebas Proctor
Estndar y Proctor Modificado
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c) Mtodo de compactacinEn el campo y laboratorio existen diferentes mtodos de compactacin. La
eleccin de uno de ellos influir en los resultados a obtenerse.
d) La recompactacinEn laboratorio, a veces se acostumbra a utilizar un mismo especmen para
obtener todos los puntos de la curva, esto causa una deformacin volumtrica
de tipo plstico que causan las sucesivas compactaciones. La compactacin
muy intensa puede producir un fracturamiento de las partculas y originar un
material susceptible al agrietamiento.
e) HumedadLa humedad que nos permite alcanzar una compactacin ptima es el ptimo
contenido de humedad, la cual nos permitir alcanzar la densidad seca
mxima. Si el contenido de humedad est por debajo del ptimo, el suelo es
rgido y difcil de comprimir, originando densidades bajas y contenidos de aire
elevados. Cundo est por encima del ptimo, el contenido de aire se mantiene
pero aumenta la humedad produciendo la disminucin de la densidad seca.
f) Sentido de recorrido de la escala de humedadEn las pruebas de laboratorio, tiene influencia tambin el sentido en que se
recorre la escala de humedades al efectuar la compactacin, se obtienen
curvas diferentes si se compacta comenzando con un suelo hmedo y luego se
va agregando agua, o si se empieza con un suelo hmedo y luego se va
secando.
En el primer caso se obtienen densidades secas mayores ya que al agregar el
agua est tender a quedar en la periferia de los grumos, penetrando en ellos
despus de un tiempo, por lo tanto la presin capilar entre los grumos es
pequea favoreciendo la compactacin. En el segundo caso se obtienen
densidades secas menores, ya que al evaporarse el agua e irse secando el
suelo, la humedad superficial de los grumos se hace menor que la interna,
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aumentando la presin capilar haciendo ms difcil la compactacin.
g) Temperatura y presencia de otras sustanciasDependiendo de la temperatura puede producirse la evaporacin o
condensacin del agua, la presencia de sustancias extraas, puede tambin
producir variacin del resultado en la obtencin de la densidad seca
3.8 CURVA DE SATURACINLa curva de saturacin representa las densidades de un suelo en estado de
saturacin, es decir cuando el volumen de vacos es cero, razn por la cual se
le conoce tambin como Curva de cero vacos de aire o de "saturacin
completa" Esta curva es prcticamente paralela a la rama derecha de la curva
de compactacin y vara en funcin del peso especfico de slidos del material.
Curva de compactacin y saturacin
La curva del de saturacin es una ayuda para dibujar la curva de
compactacin. Para los suelos que contienen ms de un 10% de finos las dos
curvas generalmente se hacen aproximadamente paralelas en el lado hmedo
de la curva de compactacin entre el 92% y 95% de saturacin a contenidos de
humedad muy por encima del ptimo. Tericamente, la curva de compactacin
no puede cruzar a la derecha de la curva del 100% de saturacin. Si ocurre as,
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hay un error en la gravedad especfica de los slidos, en las medidas, en los
clculos, en los procedimientos de ensayo, o en el grfico.
3.9 ESTUDIOS DE LA COMPACTACION DE SUELO EN EL LABORATORIOLa compactacin se mide cuantitativamente por la densidad seca del
suelo, en cual est ntimamente relacionado con la densidad hmeda del
suelo y el contenido de agua que posee este, estando estos valores
influenciados por una seria de factores:
Humedad
Tipo de Suelo
Energa Especifica
El Mtodo de Compactacin
La Recompactacin
La Temperatura y la Presencia de Otras Sustancias.
a. Energa Especifica o intensidad de compactacinCuando se emplea en el laboratorio la compactacin por impacto
la energa queda definida por:
= N n W hVEc : Energa Especifica o Energa de Compactacin
N : Numero de golpes del pisn por cada capa
n : Numero de capas
W : Peso de pisn compactador
h : Altura de cada del pisn
V : Volumen total del molde de compactacin
3.10 COMPACTACION EN EL CAMPOLa compactacin de campo de acuerdo a la forma de aplicacin de la
carga puede clasificarse en los siguientes mtodos:
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a. Compactacin por AmasadoLa compactacin se logra aplicando al suelo altas presiones
distribuidas en reas ms pequeas que los rodillos lisos. Por
ejemplo : Un rodillo Pata de Cabra
Los equipos por amasado estn constituidos bsicamente por el
rodillo pata de cabra, el cual se caracteriza por:
La compactacin se realiza de abajo hacia arriba, originando una
mayor presin en el lecho inferior.
Se recomienda compactar en capas de 0.30m de espesor,
utilizando una penetracin del vstago del 20% al 50% de su
longitud de acuerdo a la plasticidad del suelo
Se recomienda un nmero mnimo de 24 pasadas.
Son apropiados para suelo finos (cohesivos)
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b. Compactacin Esttica o por PresinLa compactacin se logra utilizando una mquina pesada, cuyo peso
comprime las partculas del suelo, sin necesidad de movimiento
vibratorio. Por ejemplo : Rodillo Esttico o Rodillo Liso
Los equipos por presin estn constituidos por los rodillos lisos y
neumticos, presentando las siguientes caractersticas:
Rodillos Lisos En un rodillo liso la compactacin se realiza de arriba hacia abajo
disminuyendo con la profundidad de la capa.
Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm.
Se recomienda un nmero de 8 pasadas.
Son utilizados principalmente en suelos gravosos y arenosos
limpios as como para el acabado de la superficie superior de las
capas compactadas y en los concretos asflticos.
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Rodillos Neumticos Las caractersticas de los equipos neumticos que influyen en la
compactacin son: la presin del aire en los neumticos y el rea
de contacto entre el neumtico y el terreno.
Se recomienda compactar en capas sueltas de 20cm.
Se recomienda un numero de pasa de 16.
Son aplicables principalmente a los suelos arenosos con finos
poco plsticos, tratamientos superficiales, etc.
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c. Compactacin por impactoLa compactacin es producida por una placa apisonadora que
golpea y se separa del suelo a alta velocidad. Por ejemplo : Un
apisonador
Los equipos por impacto estn constituidos por los pisones.
Son utilizados en reas pequeas.
Se recomienda un nmero de pasadas de 4.
Son utilizados en los suelos plsticos o suelos granulares de
granulometra apropiada.
d. Compactacin por VibracinLa compactacin se logra aplicando al suelo vibraciones de alta
frecuencia. Por ejemplo: Placa o rodillos vibratorios.
Los equipos por vibracin estn representados por los rodillos
vibrantes, los cuales presentan las siguientes caractersticas:
Producen una disminucin o casi suprimen el rozamiento entre los
granos, teniendo una accin notable en la profundidad mas no as
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en la superficie.
Se pueden compactar capas hasta de 60cm en el caso de GP y
GW con resultados positivos.
Se recomienda compactar en capas de hasta 20cm
Se recomienda un numero de pasadas mnimo de 8
Son recomendables para los suelos granulares y a las gravas con
pocos finos plsticos (en un orden de 10%) as como en la
compactacin de firmes modernos (gran angularidad) y arenas de
granulometra cortada.
e. Compactacin por mtodos mixtosLos equipos mixtos estn representados por los rodillos lisos
vibratorios
3.11 PRUEBAS DE LABORATORIOLas pruebas de laboratorio de acuerdo al mtodo de compactacin
pueden ser de los siguientes tipos:
a) Pruebas dinmicas
Proctor Estndar y Modificado
Impacto California
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b) Pruebas Estticas o Precisin
Porter Sop
c) Pruebas por Amasado
Miniatura Harvard
Hveen
d) Pruebas por Vibracin
I. Mesa Vibratoria
e) Pruebas Especiales
II. Pruebas Nucleares
Equipo Proctor
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Mesa Vibratoria
3.12 ELECCION DEL MTODO DE COMPACTACIN
a) Suelos GranularesSe compactan mejor por vibracin.
La vibracin reduce las fuerzas de friccin, dejando que las partculas caigan
libremente por su propio peso.
Placas y rodillos vibratorios
Masas desde altura ( comp. dinmica )
b) Suelos CohesivosSe compactan mejor por amasado e impacto.
La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas
con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partculas en los vacos
con la vibracin. La fuerza de impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta
las laminaciones, oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie.
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Pisones
Rodillo Pata de Cabra y Neumtico
Circulacin adecuada del equipo de transporte
3.13 SELECCIN DEL TIPO DE MAQUINASeleccin del tipo de mquina en funcin del tipo de suelo segn la
clasificacin aashto ( dujisin y rutland, 1974 )
3.14 CONTROL DE COMPACTACION
La compactacin se mide cuantitativamente por la densidad seca del
suelo, la que presenta diferentes valores al ser medida en el campo y en
laboratorio, debido a la diferencia de condiciones existentes.
Por lo tanto un control de compactacin se efecta relacionando estos
dos valores, lo que se conoce como grado de compactacin:
G.C (%) = 100d : Densidad Natural del Suelo
d max : Densidad Mxima Obtenida en Laboratorio
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Es necesario indicar que la densidad seca no solamente es funcin de la
compactacin recibida sino de otros factores como: granulometra,
humedad, efecto yunque, espesor real de la capa en un punto dado,
angularidad, error accidental de la medida, etc., los que varan de un
punto a otro originando fluctuaciones en los resultados para una misma
calidad de compactacin, siendo necesario una aproximacin de +/- 3
puntos y desviacin de 0.08 gr/cm3 para suelos de grano fino y 0.16
gr/cm3 para suelos de grano grueso.
Por la dispersin de resultados existentes se cre la Compactacin
Relativa o densidad Relativa para medir la compactacin que alcanza el
suelo en el campo, presentndose las siguientes relaciones:
Dr (%) =e max : Relacin de Vacos Mxima del Suelo cuando esta sueltoe min : Relacin de Vacos Mnima del Suelo cuando esta compactoe nat : Relacin de Vacos Natural del Suelo insitu
Sabemos que: = 1= 1= 1
Reemplazando se obtiene la siguiente relacin:
Dr (%) = ! 100 %
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d nat : Densidad Natural del Suelo
d max : Densidad Mxima Obtenida en Laboratorio
d min : Densidad Mnima Obtenida en Laboratorio
3.15 CONTROL EN EL TERRENOConsiste en determinar la densidad seca del suelo insitu.
Existen diferentes mtodos entre los que mencionaremos:
a. Mtodo toma muestras
b. Mtodo del volumtrico
c. Mtodo del cono de arena
d. Por medio de fluidos
e. Por medio de membranas
f. Mtodo nuclear del baln de jebe
Mtodo del cono de arena (IN SITU)Se excava un hueco de 15 cm de ancho por 15 cm de profundidad en el
suelo compactado.
Se pesa el suelo extrado.
Se seca y se vuelve a pesar. Se obtiene el porcentaje ( % ) de humedad.
Un cono con granos de arena uniformes se coloca sobre el agujero y
ste se llena con arena
Se divide el peso seco extrado por el volumen de arena que se requiere
para llenar el hueco y se obtiene la densidad del suelo compactado en
kg/m3.
La densidad obtenida se compara con la densidad mxima Proctor,
obteniendo la densidad Proctor Relativa.
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Mtodo del Cono de Arena
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3.16 BENEFICIOS DE LA COMPACTACION
a) Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacos producendebilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas.
Estando apretadas todas las partculas, el suelo puede soportar
cargas mayores debidas a que las partculas mismas que soportan
mejor.
b) Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye enel suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde
dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos
diferenciales). Donde el hundimiento es ms profundo en un lado o
en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.
c) Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce lapenetracin de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces
regularse.
d) Reduce el esponjamiento y la contraccin del suelo: Si hayvacos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacos. El
resultado seria el esponjamiento del suelo durante la estacin de
lluvias y la contraccin del mismo durante la estacin seca.
e) Impide los daos de las heladas: El agua se expande y aumentael volumen al congelarse. Esta accin a menudo causa que el
pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se
agrieten. La compactacin reduce estas cavidades de agua en el
suelo.
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3.17CONCLUSIONES
Para obtener un Grado de Compactacin adecuado se tiene que seguir la
siguiente secuencia:
La importancia de la compactacin de los suelos estriba en el aumento de
resistencia y disminucin de capacidad de deformacin que se obtiene al
sujetar el suelo a tcnicas convenientes que aumenten su peso especfico
secos, disminuyendo sus vacos. Por lo general, las tcnicas de
compactacin se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de
presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos
de defensa, muelles, pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario
compactar el suelo natural, como en el caso de cimentaciones sobre
arenas sueltas.
Los mtodos utilizados para la compactacin de los suelos dependen de
los tipos de materiales con los que se trabaje en cada caso; con base en
un experimento sencillo que los materiales puramente friccionantes, como
la arena, se compactan eficientemente por mtodos vibratorios, en tanto
que en los suelos plsticos el procedimiento de carga esttica resulte ms
ventajoso.
La eficiencia de cualquier equipo de compactacin depende de varios
factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se
requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en
el laboratorio la compactacin que se puede lograr en el campo con el
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equipo disponible. Entre todos los factores que influyen en la
compactacin obtenida en un caso dado, podra decirse que dos son las
ms importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el
proceso de la compactacin y la energa especifica empleada en dicho
proceso. Por energa especifica se entiende la energa de compactacin
suministrada al suelo por unidad de volumen.
Cuando se va a realizar una obra en la que el suelo puede ser
compactado se recaban muestras de los suelos que se usaran; en el
laboratorio se sujetan esos suelos a distintas condiciones de
compactacin, hasta encontrar algunas que garanticen un proyecto
seguro y que puedan lograrse con el equipo de campo existente; con el
equipo de campo que vaya a usarse se reproducen las condiciones de
laboratorio adoptadas para el proyecto (esto suele hacerse construyendo
y compactando en el campo un terrapln de prueba con el suelo a usar,
en el que se ve el nmero de veces que deba pasar el equipo, el espesor
de las capas de los suelos depositados para compactar, etc.). Finalmente,
una vez iniciada la construccin, verificando la compactacin lograda en
el campo con muestras al azar tomadas del material compactado en la
obra, se puede comprobar que en estas se estn satisfaciendo los
requerimientos del proyecto.