\376\377\0001\0009\000.\0002\000.\000-\000 \000M\000A\000N\000U\000A\000L\000 \000D\000E\000 \000C\000A\000R\000R\000E\000T\000E\000R\000A\000S\000;\000 \000S\000E\000C\000C\000I\000\323\000N\000 \0005\000.\0002\0000\0005\000_\0001\0001

FORMACION Y COMPACTACION DE TERRAPLENES

Introduccin

La dinmica actual del ritmo de construccin de las obras hace necesario el control exhaustivo del grado de compactacin de los terraplenes en cada una de las tongadas, as como la determinacin de la resistencia en fondos de desmonte y explanadas para la correcta formacin de plataformas, sin interferir en la produccin.

I. Definicin.

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.

II. objetivos.

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. El papel del peso volumtrico en la tecnologa de la compactacin.

El problema de la compactacin de los suelos estuvo desde un principio ligado a la necesidad de controlar los trabajos de campo. En las vi as terrestres, estos trabajos suelen realizarse a contrato, por lo que la verificacin de lo realizado est ligada a problemas de pago y otros de carcter legal. La verificacin no slo ha de referirse a que el contratista ejecute todas las operaciones que se le encomienden, sino tambin a que se alcancen en la obra los resultados tcnicos exigidos por el proyecto.

Para medir la resistencia, la compresibilidad, la permeabilidad y todas las dems propiedades relevantes de los suelos se requieren pruebas especializadas, que necesitan laboratorios con un cierto nivel de equipamiento y tiempos de ejecucin casi siempre demasiado largos para controlar un proceso de compactacin que avance de manera normal. Por ejemplo, para controlar la compresibilidad de suelos finos podra pensarse en la utilizacin de pruebas cada una de las cuales exige varios di as de trabajo; en otros casos, no existen pruebas estandarizadas y reconocidas, tal como podra suceder al desear controlar la resistencia a la

erosin.

Esta situacin, existente desde los primeros aos de la dcada de los treinta, cuando volvieron a actualizarse las tcnicas de la compactacin en un sentido moderno, llev a los pioneros de entonces (Proctor y otros, Ref, 1 y 2) a buscar alguna caracterstica del suelo compactado que representara la compactacin obtenida con suficiente confiabilidad para servir de base de pago y de elemento de control y que, a la vez, pudiera conocerse con gran prontitud. Partiendo de la idea intuitiva de que la compactacin disminuye el volumen de los suelos tanto ms cuanto ms se compacten juzgaron que el peso volumtrico era la caracterstica buscada. Aquellos pioneros realizaban en laboratorio la compactacin de diferentes muestras del suelo a utilizar, para elegir una que les pareca satisfactoria en cuanto a comportamiento esperado ya la que, naturalmente, corresponda un cierto peso volumtrico (pensaron en referirse al peso volumtrico seco, d = Ws / Vm, pues esta cantidad slo vara cuando vara el volumen de

suelo). Juzgaron tambin ~-1e al pactar con el contratista el peso volumtrico al que haba que llegar en la obra, bastara medir en esta el peso volumtrico alcanzado( lo cual se logra con una prueba que requiere poco tiempo) para garantizar que se haba obtenido en el campo el suelo seleccionado en los estudios de laboratorio y fundamento del proyecto.

IV.- La compactacin como tcnica de trabajo de campo.

Es evidente que la compactacin de suelos es ante todo y sobre todo una tcnica de trabajo de campo y que si sus particularidades se estudian tambin en los laboratorios o son objeto de trabajos de investigacin terica, ello no puede tener otra finalidad que el apoyo de las propias obras en donde se aplique.

En principio, el proceso de compactacin en el campo debe conducirse para responder a la pregunta fundamental de que equipo habr de emplearse y que operaciones habrn de realizarse para obtener en un suelo dado un cierto conjunto de propiedades mecnicas consonantes con las consideradas en el

proyecto?

Como es sabido existen diversos modos de compactar materiales en el campo.

Los utilizados al presente se suelen clasificar en las siguientes categoras:

-Por amasado

-Por presin

-Por impacto

-Por vibracin

-Por mtodos mixtos

V. Mtodos de compactacin en campo y laboratorio.

En el inciso VII de este trabajo se enlistaron ya los diferentes mtodos que pueden aplicarse en el campo para compactar suelos. En este inciso se harn algunas consideraciones adicionales sobre esos mtodos.

La falta de una teora general que modele la compactacin de suelos hace indispensable el uso continuo de tcnicas de laboratorio que permitan manejar suelos compactados, midiendo sus propiedades para fines de proyecto o que sirvan de referencia para problemas de control de calidad o de base de pago.

Como ya se dijo, desde un principio se plantea la necesidad de obtener congruencia entre los resultados obtenidos con esas pruebas de laboratorio y los que finalmente puedan obtenerse en la obra; hasta este momento se han presentado elementos suficientes para pensar que las propiedades adquiridas por

los suelos compactados cambian con el mtodo de compactacin y con otras caractersticas, por lo que la bsqueda de esa congruencia resulta fundamental.

1.-Descripcin y Alcances

Esta Seccin se refiere a la formacin y compactacin de terraplenes o pedraplenes, ensanches de existentes para conformar la plataforma del camino, y a la formacin y compactacin de terraplenes para sobrecargas temporales. La Seccin incluye adems los rellenos de las excavaciones de escarpe, de material inadecuado y otras construcciones sealadas en el Proyecto. Cuando lo especifique el Proyecto, se har la prueba de uniformidad de soporte sobre las superficies de los rellenos que se indiquen, de acuerdo a lo establecido en estas E.T.G..

2.-Materiales

(1)Terraplenes

Los terraplenes y ensanches de existentes debern construirse con material denominado "terreno de cualquier naturaleza. Excavacin General Abierta.Los suelos debern ser inorgnicos, libres de materia vegetal, escombros, basuras, materiales congelados, terrones, trozos de roca o bolones degradables o deleznables o trozos cementados de tamao superior al especificado. Salvo indicacin contraria en el Proyecto, los materiales a emplear en la construccin del cuerpo de los terraplenes debern tener un poder de soporte no inferior al 10% CBR, determinado segn el Mtodo LNV 92, y medido al 95% de la D.M.C.S. segn el Mtodo LNV 95. El tamao mximo del material ser de 150 mm, aceptndose una tolerancia de 5% entre 150 mm y 250 mm, pero en ningn caso podr el sobretamao ser mayor que la mitad del espesor de cada capa compactada. En zonas donde la precipitacin media anual sea inferior a 50 mm, el poder de soporte se determinar sin inmersin.

Asimismo, los 0,30 m superiores del coronamiento de los terraplenes debern construirse con suelos que se denominan "material de subrasante", cuyo poder de soporte no deber ser inferior a 20% CBR, medido en las mismas condiciones estipuladas para el cuerpo del terrapln; el tamao mximo del material no ser superior de 100 mm y el espesor compactado de la capa no ser inferior a 0,30 m.

3.-Formacin, Ensanche y Compactacin de los Terraplenes

(1) Generalidades

El Contratista deber colocar estacas espaciadas a no ms de 20 m entre s que delimiten, el pie del terrapln, dejando puntos de referencia, tanto altimtricos como planimtricos, que permitan en cualquier momento reponer las estacas que se pierdan o deterioren.

Cuando corresponda instalar tuberas de hormign y metal corrugado o construir cajones u otras obras de drenaje, cuyas claves queden por sobre la superficie del terreno natural, se deber construir primeramente el terrapln del camino o en su defecto prismas con material de terrapln en las zonas de las estructuras, , Alcantarillas de Tubos de Hormign. Slo una vez instaladas las obras de drenaje, y despus de asegurarse que tienen las sobrecargas de suelo mnimas admisibles y en todo caso compatibles con los pesos por eje de los vehculos que se pretende utilizar para el transporte de las tierras, se podr continuar con los trabajos de formacin de terraplenes. Cuando los taludes de los prismas acusen una inclinacin superior a 20%, se deber cumplir con la construccin de escalones a medida que se construye el terrapln.

Todos los materiales provenientes de cortes del camino que se ajusten a los requisitos del Tpico

debern utilizarse en la formacin de terraplenes u otros rellenos del Proyecto en la medida de lo posible. El retiro del sobretamao que pudiere presentar este material, deber efectuarse en el lugar del corte, nunca en el sitio del terrapln.Los materiales no aptos para rellenos y los que resulten en exceso,

Cuando los materiales de los cortes no sean suficientes o no sean aptos para la construccin de los terraplenes, el Contratista deber localizar el o los emprstitos que proporcionen materiales La ubicacin de los emprstitos con suelos aptos, as como la

adquisicin de los derechos de extraccin, sern de exclusiva responsabilidad y cargo del Contratista. La localizacin y procedimientos de explotacin de los emprstitos debern ajustarse a las disposiciones sealadas en la Seccin 5.003, Especificaciones Ambientales Generales. Los materiales de sobretamao debern retirarse en el lugar del emprstito. Ser de responsabilidad y cargo del Contratista la construccin y conservacin de todos los caminos que se requieran para transportar el material entre los emprstitos y las obras del Proyecto.

(2) Colocacin y Compactacin del Material

Los terraplenes a construir con material clasificado como "terreno de cualquier naturaleza", se formarn mediante capas de espesor uniforme y sensiblemente paralelas a la rasante del Proyecto, cubriendo todo el ancho del perfil transversal y en longitudes compatibles con los mtodos empleados en la distribucin, mezcla y compactacin del material. El bombeo transversal deber mantenerse con una pendiente mnima que asegure el escurrimiento de agua durante la construccin. La colocacin del material se efectuar mediante camiones de volteo u otros equipos apropiados, debindose disponer de bulldozers, motoniveladoras u otros equipos adecuados para asegurar capas de espesor uniforme.

La construccin deber comenzar desde los puntos ms bajos del perfil transversal y proseguir por capas superpuestas hasta alcanzar todo el ancho del terrapln. Se colocar la siguiente capa de material, slo cuando la precedente se encuentre satisfactoriamente compactada y aprobada.

El espesor compactado de las capas, incluyendo cualquier material subyacente que hubiera sido escarificado, deber ser en general de 0,30 m como mximo; se podrn aceptar espesores mayores si el Contratista demuestra que con los equipos de que dispone, puede asegurar la compactacin especificada en todo el espesor de la capa. Los terrones o conglomerados debern romperse enteramente por medio de rastras de discos u otros mtodos aceptables, de manera de cumplir con el tamao mximo del material de 150 mm. Lo precedente no se aplicar al coronamiento del terrapln, donde el espesor de la capa compactada se limitar a 0,30 m y el tamao mximo del material no ser superior a 100 mm,

La compactacin del material deber realizarse en las siguientes condiciones:

- Humedad

Los materiales a compactar debern estar homogneamente hmedos y su contenido ser cercano al ptimo, segn se determina en el Mtodo LNV 95. Por lo tanto, de acuerdo con la humedad natural del material, se deber agregar agua o secar de manera de cumplir con lo requerido.

Equipo

Las capas debern densificarse mediante equipos compactadores del tipo pata de cabra, rodillos neumticos, rodillos lisos con o sin aditamento vibrador, u otro equipo adecuado, de acuerdo al tipo de material a compactar.

- Procedimientos

El trabajo deber realizarse comenzando desde los bordes del terrapln, avanzando hacia el centro con pasadas paralelas traslapadas en, por lo menos, la mitad del ancho de la unidad compactadora. En curvas peraltadas, la compactacin deber comenzar en la parte baja y avanzar hacia la ms alta. Toda la superficie deber recibir el nmero suficiente de pasadas completas para obtener una compactacin uniforme en todo el ancho del terrapln.

- Compactacin

Desde una profundidad mnima de 0,90 m por debajo de la rasante del Proyecto y hasta alcanzar las cotas de subrasante, los rellenos a efectuarse por capas debern alcanzar una densidad mnima del 95% de la D.M.C.S., medida segn el Mtodo LNV 95 el 80% de la Densidad Relativa, determinada segn el Mtodo LNV 96. Se excepta el borde exterior de cada capa, a uno o ambos lados de la plataforma del terrapln segn corresponda, en un ancho igual o inferior al del sobreancho de compactacin. (S.A.C.), donde la compactacin deber alcanzar una densidad mnima del 90% de la D.M.C.S. o el 70% de la D.R., medidas segn los Mtodos LNV 95 96, respectivamente.

Para profundidades mayores a 0,90 m por debajo de la rasante del Proyecto, la exigencia de compactacin para cada capa en el ancho total de la plataforma del terrapln ser de mnimo 90% de la D.M.C.S. o el 70% de la D.R., medidas segn los mtodos sealados anteriormente.

(3) Confeccin de Terraplenes en Terrenos Inclinados y Transiciones de Corte a Terrapln y Viceversa

Cuando un terrapln deba fundarse en una ladera, adosado a un terrapln existente, o sobre un terreno con inclinacin superior a 20%, se formarn los escalones (endentados) descritos en el Acpite 5.205.301(1). A medida que se construye el terrapln, el material proveniente de las excavaciones de los endentados ser ocupado en los rellenos. Si este material no cumple con las exigencias estipuladas en el Tpico 5.205.2, se deber mezclar con material transportado en una proporcin adecuada, de modo que la combinacin cumpla con lo establecido. Cuando un nuevo terrapln deba cubrir otro existente, se proceder con la formacin de los endentados y rellenos por capas, hasta alcanzar la cota superior del terrapln existente, antes de incrementar la altura de este ltimo.

No se cuantificarn para efectos de pago los volmenes de las excavaciones de los escalones ni los rellenos correspondientes, independientemente de si el material excavado requiera o no ser mezclado con material transportado.

La preparacin y compactacin del sello de las cuas que debern formarse en las transiciones de corte a terrapln y viceversa, incluso la colocacin y compactacin de los materiales de relleno, se regirn por lo especificado anteriormente, salvo las excavaciones de corte en terreno de cualquier naturaleza o en roca para la construccin de las cuas, las que se medirn para efectos de pago en la partida correspondiente y los rellenos en la partida correspondiente

(7) Taludes

Los taludes de los terraplenes tendrn una inclinacin uniforme, la que en general ser de 3:2 (H.V), salvo indicacin distinta en el Proyecto. El ancho de la plataforma del terrapln a nivel de subrasante se ajustar a las dimensiones establecidas en los perfiles tipo del Proyecto. No obstante, se podr aceptar un sobreancho de hasta 0,15 m respecto a la lnea terica del talud, medido perpendicularmente al plano de ste. En el caso de terraplenes construidos con material rocoso, dicho sobreancho podr ser el doble del anteriormente sealado. Cuando el tamao mximo del material rocoso no permita cumplir con lo anterior, se aceptar un sobreancho mayor a 0,30 m, pero en ningn caso superior a 0,50 m. Los taludes terminados debern quedar libres de protuberancias y depresiones, debiendo presentar una superficie uniforme y estticamente aceptable, a plena satisfaccin de la Inspeccin Fiscal.

(8) Responsabilidad por la Estabilidad de los Terraplenes

El Contratista ser responsable por la estabilidad de los terraplenes y deber efectuar, a su cargo, los trabajos que sean necesarios para reponer total o parcialmente aquellos que hubieren quedado mal construidos o que resultaren daados por descuido, negligencia o por no haberse tomado las debidas precauciones.

La reparacin de daos producidos por aguas lluvia, ser de exclusivo cargo del Contratista.

4.- Control de las Compactaciones

La aceptacin del grado de compactacin de los terraplenes construidos con material de cualquier naturaleza, excepto roca, se basar en la medicin de las densidades de terreno, determinadas segn los Mtodos LNV 19, LNV 62 u otro mtodo que se especifique. Se aceptar la compactacin del terrapln, siempre y cuando sta iguale o supere los valores mnimos especificados en esta Seccin.

5.- ESTABILIZACIN DE SUELOS.

Concepto ms amplio y general que el de COMPACTACIN, pues

incluye cualquier procedimiento til para mejorar las propiedades ingenieriles del suelo, como estructura.

La estabilizacin comprende:

a) Compactacin

b) Mezcla granulomtrica

c) Adicin de compuestos especiales (antes de mezcla y/o compactacin)

Los estabilizantes son de tres tipos:

a) Cemento

b) Material bituminoso (asfalto, por ejemplo)

c) Productos qumicos (xidos e hidrxidos de Ca, cloruro de Ca y Na, cloruro frrico, silicato Na y recinas)

5.1.- MEDIDA DE LA COMPACIDAD DEL SUELO.

Se califica la compacidad por la comparacin cuantitativa de las densidades secas o pesos unitarios secos, d, que el

suelo va adquiriendo gradualmente, al variar la humedad, la energa o el mtodo de compactacin.

5.2.- MTODO PROCTOR.

Consiste en compactar el material dentro de un molde metlico y cilndrico, en varias capas y por la cada de un

pistn. Existen dos variaciones del MTODO PROCTOR.

a) Proctor estandar o normal, con pistn de 5 lbs, h = 12, N = 25 golpes y 3 capas a compactar. El molde de

= 4 y volumen 1/30 ft3.

b) Proctor modificado, con pistn de 10 lbs, h = 18, N = 25 golpes, y compactando en 5 capas, con el mismo

molde.

5.2.1 Curva de humedad densidad o de COMPACTACIN. Esta curva da la variacin, d Vs , que se obtiene

en laboratorio. La densidad seca (y tambin el d) va variando al modificar la humedad, , de compactacin.

5.2.2 Penetrmetro Proctor. Herramienta que se hinca a mano. Se trata de una aguja o varilla con un dispositivo

para medir la fuerza requerida (en libras), para que la penetre (variable en tamao y forma) profundice en el suelo 3

por lo general. La operacin se hace en laboratorio y en campo, simultneamente, para comparacin de d, o de la

humedad si se quiere. (No debe existir grava en el suelo).

5.2.3 Energa de compactacin. La calidad de la compactacin depende de: Contenido de humedad, mtodo de

compactacin y energa de compactacin. (ver fig Vs d y # de pasadas Vs d)

En el ensayo proctor, la energa especfica Ee, est dada por:

V

E n N W h e = * * *

Siendo N = # de capas; n = # de golpes; W = peso del pistn; h = altura de cada del pistn; V = volumen del

molde y muestra. La AASHTO (departamento de carreteras de USA), tiene dos normas: La T99 para el proctor

estndar que exige Ee = 6,03 cm3

Kg cm y la T180, para proctor modificado, con Ee = 27,4 cm3

Kg cm . Ambas normas aplicables a materiales Pasa tamiz #4.

6.- VARIABLES DEL PROCESO.

Son 3: Suelo, mtodo y energa:

a. Suelo: Puede ser granular (friccionante) o fino (cohesivo)

b. Mtodo de compactacin: En campo (rodillos); en laboratorio (varios).

c. Energa: Energa especfica, temperatura y humedad.

Los mtodos de laboratorio son impacto, amasado y de carga esttica. Ellos dan resultados diferentes y afectan las condiciones del suelo de manera distinta.

La compactacin de campo se hace con rodillos lisos, neumticos o con pata de cabra. Los rodillos pueden ser vibratorios y los sistemas suelen hacerse mixtos. Se pueden usar ranas o canguros (vibrocompactadores), en reas pequeas.

En carga esttica, la Ee es difcil de evaluar y est afectada por el tiempo de aplicacin y la deformalidad del suelo.

En amasado, la Ee es ms difcil y compleja de evaluar, pero se puede cuantificar variando el nmero y espesor de las capas, y la presin de apisonado y nmero de aplicaciones.

El contenido de agua del suelo se relaciona con la permeabilidad. En arcillas se dan tensiones capilares que favorecen la formacin de grumos que dificultan la compactacin. El resultado no es el mismo, en d, aumentando agua que esperando a que el suelo la pierda; es decir, compactando por la rama hmeda o por la rama seca, pues el suelo tarda tiempo en admitir agua que se agrega, en el primer caso.

En suelos recompactados, el resultado es diferente al de los suelos vrgenes. Los pesos unitarios resultan mayores.

La temperatura genera evaporacin o condensacin, con lo que se afecta la humedad del suelo. Esto obliga a compactar iniciando con humedades diferentes a la ptima.

7.- MTODOS DE CAMPO

Amasado _ Rodillo pata de cabra PC

Presin _ Rodillo neumtico o liso, tractor RN, RL, TR

Impacto _ Canguro y pisones C, P

Vibracin_ Rodillos y ranas RV, R

Mixtos _ Presin y vibracin PV

8.- DENSIDAD DE CAMPO.

Se hace un hueco en el terreno, de forma cilndrica; se pesa el suelo extrado en estado hmedo y seco, y el volumen, que es el del hueco, se mide llenndolo de arena curzosa (de Ottawa o Guamo, Tolima), que debe lavarse y gradarse peridicamente. En su defecto, con aceite grueso o con una vejiga de agua, siendo este ltimo un mtodo poco exacto.

Grado de compactacin: Se mide de dos posibles maneras, con el porcentaje de compactacin GC, o con la relacin de compactacin Cr