La compactación incrementa la densidad en forma rápida, es decir que permite un acercamiento entre las partículas de un suelo mediante la aplicación de energía.
Cuando se especifica para un proyecto un porcentaje de compactación (según el proctor modificado o estándar), no necesariamente se persigue como objetivo último un aumento en la densidad del suelo, sino que se busca especificar una determinada condición del material de fácil medición en el campo. Puesto que casi todas las propiedades del suelo se pueden relacionar con su densidad, los documentos contractuales hacen referencia a ella, aún cuando lo que se busque sea prevenir asentamientos, un incremento en la resistencia del material, el control de los cambios de volumen o la disminución de la permeabilidad.
El método más usado para compactar un suelo consiste en hacer pasar sobre él un equipo pesado, un determinado número de veces. Esto representará una determinada energía de compactación en obra.
Los métodos más conocidos para aplicar dicha energía son: el impacto o golpes, la presión usando un peso estático, la vibración sacudiendo las partículas y el amasado, manipulando o reacomodando el material. La eficiencia que alcance cada uno de los distintos métodos de compactación depende del tipo de suelo en que se trabaja y la energía aplicada.
La siguiente relacion indica la eficiencia que puede obtenerse según los distintos métodos de aplicación de energía, para cada tipo de suelo. En materiales combinados, la selección del equipo adecuado dependerá de la naturaleza predominante del depósito.
Método de compactación según el tipo de suelo
Material Impacto Presión Vibración Amasado
Grava Pobre No Bueno Muy bueno
Arena Pobre No Excelente Bueno
Limo Bueno Bueno Pobre Excelente
Arcilla Excelente* Muy bueno No Bueno
* Si existe confinamiento.
A menudo es necesario contar con más de un tipo de compactador para construir un relleno de calidad, en el menor tiempo posible y al costo más bajo. Dado que un proyecto de mejoramiento del terreno requiere de la vigilancia y la toma continua de resultados, si no se consigue la densidad requerida con el equipo definido en un total de cuatro a ocho pasadas, debe considerarse su cambio.
En general, los materiales granulares pueden compactarse en capas de 20 a 30 cm, en tanto que los materiales de grano fino (limos y arcillas) requieren capas de 15 a 20 cm para ser trabajados.
A continuación, una breve descripción de los equipos disponibles para la compactación:
Rodillo liso: Es un cilindro de acero con un determinado peso, que compacta el material por presión. El equipo puede ser de uno, dos o tres cilindros. Se usa por lo general en suelos granulares o poco plásticos, para concreto asfáltico en caliente, en tareas de acabado en capas de base o para el sellado de capas. Actualmente, se prefieren los rodillos lisos vibratorios, por su mayor versatilidad.
Rodillos especiales con salientes: El más conocido es el llamado pata de cabra. Su tambor de acero, que está provisto de salientes cuya dimensión y forma varía según el fabricante, generalmente es hueco y se puede incrementar su peso añadiendo agua o lastre. Los rodillos pueden ser autopropulsados o impulsados por un tractor.
Las salientes o pies tienen la función de penetrar el suelo para producir una acción mixta de amasado y presión, con lo que se compacta el suelo desde el fondo hacia la superficie de la capa. Conforme avanza el proceso de compactación, la profundidad de penetración de la pata debe disminuir, ya que si no lo hace, porque el rodillo es demasiado pesado o el suelo está demasiado húmedo, el rodillo estará más bien esparciendo el suelo.
Para producir una masa cohesiva y bien consolidada es mejor no compactar hasta la superficie superior de cada capa. Se logra una mejor ligazón de la capa siguiente cuando las últimas pulgadas de material superficial están un poco flojas. Los últimos centímetros de la capa no se compactan bien con estos rodillos, por lo que la tarea deberá ser hecha con un rodillo liso.
Rodillo de rejilla: Se trata de un cilindro cuya superficie está constituida por una parrilla o malla cuadriculada, fabricada con barras de acero. Ejerce presiones muy altas y se emplea con éxito en materiales que requieren disgregación, como arcillas, arenas, limos y arcillas con abundancia de finos.
Rodillo segmentado: Su forma es similar al rodillo de pisones de un tambor, pero está segmentado en tres ruedas en un aro interrumpido. Es altamente eficiente en materiales que requieren disgregación.
Compactadores vibratorios: La arena, grava y las partículas rocosas relativamente grandes responden muy bien a estos rodillos, pues facilitan el reacomodo de los granos. Pueden tener uno o dos rodillos y funcionan por una combinación de presión y vibración, a una velocidad de operación que no debe exceder los 6 Km/h.
Compactador de pisones vibratorios: Está compuesto por los mismos rodillos de pisones provistos de un sistema vibratorio dentro del tambor. Son eficientes en suelos de hasta un 50% del material con un IP de 5% o más.
Rodillo neumático: Puede ser autopropulsado o montado. Las unidades de llantas pequeñas generalmente tienen dos ejes en tándem, con cuatro o cinco llantas en cada uno, las que oscilan permitiendo seguir el contorno de la superficie y llegar a las áreas más bajas con una compactación uniforme. Las llantas posteriores están traslapadas respecto a la posición de las delanteras, para cubrir la superficie entre ellas y lograr una cobertura completa de la superficie.
Se usan en proyectos de mediana o pequeña envergadura, fundamentalmente en materiales de base granular, en la compactación del concreto asfáltico en capas de rodadura y en tratamientos superficiales.
Compactadores de impacto: Se trata de equipos con tres, cuatro o cinco lados. Su principio de funcionamiento es sencillo: el equipo gira y el lado correspondiente cae al suelo generando el impacto adecuado para compactar suelos con bajo contenido de humedad en regiones áridas.
Pueden usarse en un rango amplio de materiales, como roca, arena, grava, limo y arcilla, y manejarse con capas de hasta 90 cm. Como impactan el suelo con una gran energía, la densidad se logra en un rango muy amplio de contenidos de humedad.
Compactadores pequeños
Se usan para áreas pequeñas o de difícil acceso. La compactación es adecuada siempre y cuando el espesor de capa sea pequeño (10 cm aproximadamente). El contenido de humedad se controla cuidadosamente y se logra una suficiente cobertura. Cuando se utilizan estos equipos debe controlarse el número de pasadas y el espesor de la capa para garantizar buenos resultados.
Finalmente, debe tenerse en cuenta que una presión de contacto muy alta no asegura la máxima densidad de compactación. Es el área de contacto lo que determina la máxima densidad seca, de manera que cuanto mayor sea el área de contacto, menor será el número de pasadas necesario para lograrla.
Para lograr la correcta eficiencia en una compactación, debe controlarse:
• Tipo de equipo, dimensiones del rodillo y peso
• Espesor de la capa compactada
• Velocidad del equipo
• Número de pasadas
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