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tario seco,

07/05/13 ��

Compactación: sobretamaño, reuso y degradación.

J.C.RojasLaboratorio de Geotecnia, Universidad Mayor de San Simón

1 INTRODUCCIÓN

Dentro el proceso de determinación de las propiedades de compactación en laboratorio de un suelo, son muchos los factores de error introducidos debido a razones tan diver- sas como la presencia de partículas con sobre tamaño, el reuso de la muestra y la degradación de las partículas.

El presente trabajo cita la norma AASHTO (1986),conociéndose que los últimos cambios realizados dentro esta respecto a los ensayos de compactación han sido rea- lizados en 1997, los procedimientos mencionados se constituyen en una referencia que debe ser actualizada.

2 ENSAYO DE COMPACTACIÓN

El ensayo de compactación de mayor difusión es el de- nominado Proctor. Del ensayo se obtiene la curva de compactación (i.e. contenido de humedad, w vs. peso uni-

d ), identificándose en esta los parámetros de compactación peso unitario seco máximo, γ

max y conteni-do de humedad óptimo, w opt .

2.1 Ensayo de compactación Proctor: estándar y modificado

Los procedimientos de compactación empleados en nues- tro país son principalmente los propuestos por la Ameri- can Society for Testing and Materials, ASTM y la Ame- rican Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO.

Proctor (1933) propuso un ensayo para la determina-ción de los parámetros de compactación en el que se apli- ca al suelo una energía de compactación de 600kN × m/m

3 , el procedimiento se encuentra normado bajo

la designación ASTM D698-00a y AASHTO T99-86.Debido al desarrollo de la maquinaría de compacta-

ción en campo, cada vez se alcanzaron pesos unitarios mayores, debiendo modificarse el ensayo de compacta- ción Proctor con el propósito de imprimir una energía decompactación de 2700 kN × m/m

3 , el ensayo de compacta-

ción a esta energía es conocido como Proctor modificado.

2.2 Métodos de compactación

Los procedimientos de compactación presentan métodos con variaciones del ensayo en función a la distribución granulométrica de la muestra de suelo. El tamaño máxi- mo de partícula de suelo a compactarse a través de los procedimientos convencionales (i.e. ASTM D698 y D1557; AASHTO T99 y T180) es de 19 mm (i.e. 3/4").

2.2.1 Métodos ASTMLa norma ASTM presenta tres métodos de compactación en función al porcentaje de tamaño de partículas presen- tes en la muestra de suelo. Los tres métodos se aplican tanto para ensayo de compactación Proctor estándar co- mo para Proctor modificado, ver Apéndice A.

Para la selección del método de compactación el suelo debe ser tamizado a través de las mallas 3/4", 3/8" y Nº4.

El método A utiliza como material de compactación elsuelo que pasa el tamiz Nº4. Es aplicado a suelos con un porcentaje menor al 20%, por masa del material, retenido en el tamiz Nº4.

El método B utiliza como material de compactación el suelo que pasa el tamiz 3/8". Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 %, por masa del material, retenido en el tamiz Nº4 y con un valor menor al 20%,por masa del material, retenido en el tamiz 3/8".

El método C utiliza como material de compactación elsuelo que pasa el tamiz 3/4". Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 %, por masa del material, retenido en el tamiz Nº4 y con un valor menor al 30%, por masa del material, retenido en el tamiz 3/8".

2.2.2 Métodos AASHTOLos métodos de compactación presentados por la normaAASHTO son cuatro, ver Apéndice B:

El método A utiliza como material de compactación el suelo que pasa el tamiz Nº 4. El molde a utilizar es el de101,6 mm de diámetro.

El método B utiliza como material de compactación el suelo que pasa el tamiz Nº 4. La compactación se realiza en el molde de 152,4 mm de diámetro.

El método C utiliza como material de compactación el

dc . r . / / i / r i . t l /5

181 4sha ed com doc Q 8DGvgs p ev ew h m 2

C

e s o

wF w P

07/ /

La designación ASTM D1557-00 y la AASHTO T180-86, presentan las normativas del ensayo.

suelo que pasa el tamiz 3/8". El molde a utilizar es el de101,6 mm de diámetro.

15

El método D utiliza como material de compactación el suelo que pasa el tamiz 3/8". La compactación se realiza en el molde de 152,4 mm de diámetro.

3 FACTORES DE ERROR

La experiencia muestra que los métodos de compactación

donde: γw = peso unitario del agua; P C = porcentaje de

partículas con sobre tamaño por peso; G M =gravedad es-pecífica volumétrica y γ

d = peso unitario seco de la frac-ción de finos usados en la compactación de laboratorio.

La gravedad específica volumétrica, G M , es determi- nada siguiendo el procedimiento ASTM C127.

Para la corrección del contenido de humedad se utiliza la Ecuación (2):

son extremadamente difíciles de implementar o producenresultados erróneos cuando se trata de algunos tipos de

wcorr= (100 − P

)+C C (2)

suelos (ASTM 2001), Los problemas comunes son los refe- rentes a fracción gruesa presente en la muestra, degrada- ción de los suelos durante la compactación y reuso demuestras.

3.1 Fracción con sobre tamaño

La fracción con sobre tamaño o fracción gruesa es la por- ción total de muestra no incluida en la realización del en- sayo de compactación, pudiendo ser la porción total de

donde: w corr = contenido de humedad corregido; w F = contenido de humedad de la fracción de finos y w C = con- tenido de humedad a superficie seca de las partículas desobre tamaño en estado saturado.

La Figura 1 muestra la diferencia entre una curva de compactación corregida y sin corregir correspondiente a una grava limosa (GM) (Escobar 2001) .

3 ] 24,5

muestra retenida en el tamiz Nº 4 para el método A, en el tamiz 3/8" para el método B o en el tamiz 3/4" para el método C.

Se denomina fracción fina o fracción de finos a laporción de suelo compuesta por partículas iguales o más pequeñas que el tamaño máximo admitido para un méto- do dado.

Las partículas de sobre tamaño son retiradas de la muestra de suelo para realizar los ensayos de compacta-

24,0 [kN/m γd γ

23,5

23,0

22,5

22,0

P 21,5

nitario s e

co,

Gs = 2,7

corregido sin corregir

ción de laboratorio, debiendo corregirse los pesos unita-rios y contenidos de humedad obtenidos, para así consi- derar en el resultado la fracción de suelo que no interviene en la prueba.

3.1.1 Corrección ASTM por sobre tamañoSi la muestra a ensayar contiene más del 5 %, por masa, de fracción de sobre tamaño y el material no es incluido en el ensayo, deben realizarse correcciones al peso unita-rio seco y al contenido de humedad de la muestra (ASTM

2001) .El procedimiento ASTM D4718-87 es el apropiado

para realizar correcciones de peso unitario y contenido de humedad para suelos que contengan partículas con sobre tamaño. Esta corrección esta basada en el trabajo presen- tado por Ziegler (1948).

Este método cubre los casos en los que la porción considerada como sobre tamaño es la fracción de material retenido en el tamiz Nº4, siendo esta mayor al 40 %. Además, considera los casos en los que la fracción ex-cluida es la porción retenida en el tamiz 3/8" y 3/4". Elprocedimiento cubre hasta un porcentaje de sobre tamaño retenido en el tamiz 3/4" no mayor al 30 %.

Siguiendo este procedimiento, el peso unitario seco corregido, γ

dcorr , es determinado con la siguiente expre-

2,5 3,5 4,5 5,5 6,5

Conte nido de hume dad, w [%]

Figura 1. Comparación entre la curva de compactación de una grava limosa con arena (GM) sin corregir por sobretamaño y corregida s e- gún el procedimiento ASTM D4718-87.

El Cuerpo de Ingenie ros de la Armada de los Estados Unidos (1995) presenta también las Ecuaciones 1 y 2, pe- ro, extendiendo el rango de aplicación hasta suelos conun 35 % de partículas de sobre tamaño retenidas en eltamiz 3/4".

3.1.2 Corrección para porcentaje retenido en el tamiz3/4 " mayor al 30 %

Cuando el sobre tamaño considerado en el método C (i.e. porcentaje retenido en el tamiz 3/4") es mayor al 30 %, en masa, la norma ASTM no presenta método alguno para la determinación de los parámetros de compactación.

El procedimiento ASTM D1557-78 presentaba un mé-todo para este tipo de suelos (i.e. método D), basado en la técnica de reemplazo, en la que la fracción de sobre ta- maño es remplazada con una fracción fina del suelo, sin embargo, por ser esta práctica inapropiada para determi- nar el peso unitario seco máximo de suelos que contienen partículas con sobre tamaño, este método fue eliminado.

05 13 ��dc . r . / / i / r i . t l /5

181 4sha ed com doc Q 8DGvgs p ev ew h m 3

I

P

Gc

f

C P C

C P

d

c c

G

C

=

M

P I G

w g C

w w w

f c

07/ /

sión:

γ =dcorr P

100 γ w

γ ( P )

El Cuerpo de Ingenieros de la Armada de los EstadosUnidos (1995) propone una extensión del procedimiento

(1) de Ziegler (1948) analizada por Torrey & DonagheC + w

M

100 −γ

d

(1991), este procedimiento incorpora el coeficiente de in-terferencia de densidad, I c:

16

R en el tamiz Nº 4; D f = densidad seca máxima de la frac-= C

C P G(3) ción fina y D c = 62,4 × G M .

g M Si se desea un ajuste con mayor precisión se emplea laexpresión:

donde: R c = fracción decimal del porcentaje de compac-tación y P g = fracción decimal del porcentaje de grava

Para determinar el peso unitario seco máximo corre- gido, γ

dmaxcorr , correspondiente al total de la muestra desuelo se tiene:

62 ,4D 62 , 4(1 −P

)c +

rD

(6)

γ = gγ γ

C dmax w M

donde: r = coeficiente que se encuentra en función delvalor de P c . La Tabla 1 muestra los valores del coeficie n-

dmaxcorr (100 −P )γ + P I γdmax

(4)te r.

donde: γdmax = peso unitario seco máximo, sin corregir .

El contenido de humedad optimo corregido, w optcorr es calc ulado con una expresión similar a la Ecuación 3:

3.2 Reutilización de muestras

La masa de muestra de suelo seco requerida para los mé-

optcorr=

Fopt(100 −P )+

C C(5) todos ASTM A y B y AASHTO A y C es aproximada-

mente 16 kg y para los métodos ASTM C y AASHTO B y C 29 kg, considerando que la muestra en campo se en- cuentra húmeda las cantidades necesarias de suelo, en ese

3.1.3 Corrección AASHTO por sobre tamañoEl procedimiento AASHTO para la corrección de partícu- las gruesas en ensayos de compactación de suelos es el T224-86. Este determina la densidad seca máxima corre- gida, D, considerando el porcentaje de partículas gruesasno incluidas en el ensayo. El procedimie nto no presenta una corrección para el contenido de humedad óptimo.

Para la corrección recurre a tres cartas, no se incluidosen el presente artículo. La carta de corrección 1 es aplic a- ble a los métodos A y B, y determina la densidad seca máxima corregida para el porcentaje de partículas con sobre tamaño retenidas en el tamiz Nº 4.

Para la corrección de los porcentajes retenidos en la aplicación de los métodos C y D se debe hacer uso de dos

estado, se incrementan a 23 kg y 45 kg respectivamente.

Al ser necesarias cantidades de muestra de suelo con- siderables, en ocasiones por falta de esta, se procede a la reutilización de muestra, ignorando la disposición general para ensayos de compactación de la norma ASTM que nopermite la reutilización de muestras suelo, es decir la uti-lización de muestras que previamente hayan sufrido un proceso de compactación en laboratorio.

La Figura 2 muestra la comparación entre una curva de compactación, de una grava pobremente gradada con limo y arena (GP-GM), reutilizando y sin reutilizar lamuestra (Escobar 2001) .

]cartas de corrección: la primera (i.e. carta de corrección2) determina la densidad seca máxima ajustada para el porcentaje de partículas con sobre tamaño retenidas en el tamiz Nº 4; la segunda (i.e. carta de correcció n 3) deter- mina la densidad seca máxima ajustada para el porcentaje de partículas con sobre tamaño retenidas en el tamiz 3/4".

Además, la normativa T224-86 presenta una ecuación empírica para ajustar las densidades secas máximas obte- nidas con los métodos A o B:

3 24,5

24,0 [kN/m γγ

23,5

23,0

22,5

22,0

Gs = 2,8

Reutilizando Sin reutilizar

D = (1 −P )D

+ 0 ,9 P D

(5) Pe2so1,u5nitario seco,2,5 3,5 4,5 5,5 6,5

donde: D = densidad seca máxima ajustada; P c = porcen- taje en masa de las partículas con sobre tamaño retenidas

Tabla 1. Valores del coeficiente r (AASHTO 1986).

r P c

1,00 0,20 o menos

Contenido de humedad, w [%]Figura 2. Comparación entre la curva de compactación de una grava pobremente gradada con limo y arena (GP-GM) sin re- utilizar y reutilizando la muestra.

3.3 Degradación del suelo

05 13 ��dc . r . / / i / r i . t l /5

05 13 ��

181 4sha ed com doc Q 8DGvgs p ev ew h m 4

- diámetro [mm] 101,6 101,6 152,4 101,6 101,6 152,4Martillo: - masa [kg] 2,5 2,5 2,5 4,54 4,54 4,54

- altura de caída [mm] 305 305 305 457 457 457Número de capas de compactación 3 3 3 5 5 5Número de golpes por capa 25 25 56 25 25 56Energía de compactación [kN × m/m

3 ] 600 600 600 2700 2700 2700

Suelo a usarse:- pasa el tamiz Nº 4 3/8” 3/4" Nº 4 3/8” 3/4"- porcentaje retenido en

el tamiz Nº 4 < 20 % > 20 % > 20 % < 20 % > 20 % > 20 %

07/ /

0,99 0,21 – 0,250,98 0,26 – 0,300,97 0,31 – 0,350,96 0,36 – 0,400,95 0,41 – 0,450,94 0,46 – 0,500,92 0,51 –0,550,89 0,56 – 0,600,86 0,61 – 0,650_,_8_3__________________0_,6_6_–

__0_,7_0___________

Los suelos que contienen partículas que se degradan du- rante la compactación se constituyen en un problema, es- pecialmente cuando se tiene mayor degradación durantela compactación en laboratorio que durante la compacta-ción en campo, que es el caso típico (ASTM 2000;) . Como consecuencia de esta diferencia, en muchas ocasiones, noes posible alcanzar en campo los valores de compacta-ción obtenidos a partir de ensayos de laboratorio.

17

Los suelos residuales son los que sufren mayor degra- dación de la estructura de sus partículas al ser compacta- dos. Gidigasu (1974) demostró la influencia tanto de lapreparación de las muestras y del procedimiento de labo-ratorio en las características de compactación de los sue- los residuales.

Cuando el suelo a compactar es degradable, se reco- mienda determinar los parámetros de compactación a tra- vés de un proceso de pruebas en campo, que contribuirán a la optimización de la elección y operación del equipo(Simmons y Blight 1997).

4 CONCLUSIÓNES

Es práctica común el ignorar los factores que alteran los resultados de compactación en laboratorio, como conse- cuencia de aquello, se ha visto que se pueden sobreesti- mar o subestimar los valores a obtener en campo, inci- diendo estas variaciones, por ejemplo, en la elección de bancos de préstamo, con las concernientes pérdidas eco- nómicas.

Para evitar la inclusión de errores en los datos de compactación obtenidos en laboratorio, se debe extraer la cantidad de muestra apropiada y hacer notar en la identi-ficación de la muestra si se sospecha que el suelo sea de

origen residual. Así mismo, se debe exigir a los laborato- rios de geotecnia, se realicen las correcciones pertinentes por sobre tamaño.

REFERENCIAS

AASHTO 1986. Standard specifications for transportation ma- terials and methods of sampling and testing. AASHTO: Washington.

ASTM 2000. 2000 Annualbook of ASTM standards Vol 04.08.Escobar, P.J. 2001. Empleo del modulo de deformación en el

control de compactación de capas de suelo obtenido me- diante el ensayo de análisis espectral de ondas superficia-les -SASW. Proyecto de grado. No publicado

Gidigasu, M.D. 1974. Degree of weathering in the identifica- cion of lateritic materials for engineering pourposes- A re- view. Engineering geology 8 (3): 213-266

Proctor, R.R. 1933. Design and construction of rolled hearth dams. Engineering news record Vol. 3.

Simmons, J.V. & Blight, G.E. 1997. Compaction. Mechanics of

residual soils. Editor G.E. Blight. Brookfield: Balkema. United States Army Corps of Engineers, 1995. Engineering

manual EM 1110-2-1911.Ziegler, E.J. 1948. Effect of materials retained on the nº 4

sieve on the compaction test soil. Highway Research Boards: Proceedings: Vol. 28, 409-414.

APÉNDICE

A__pé_n_d_ic_e_A__. _E_s_p_ec_i_fi_c_ac_i_on_e_s_t_é_c_ni_c_as__de_l_e_n_sa_y_o_d_e__co_m__p_ac_t_ac_i_ó_n_P_r_oc_t_o_r

_s_eg_ú_n_p_r_o_c_ed_i_m_i_en_t_os__A_S_T_M_.______________________________Procedimiento ASTM D-698 ASTM D-1557

Método A B C A B C

Molde: - volumen [cm 3

] 944 944 2124 944 944 2124

- porcentaje retenido en

____________el_t_a_m_iz__N_º_3_/8_”___________________________<__20__%______<__3_0_%______________________<_2_0_%_______<_3_0__%______

dc . r . / / i / r i . t l /5

05 13 ��07/ /

A__p_é_nd_i_c_e_B_.__E_s_pe_c_i_fi_c_ac_i_o_ne_s__té_c_n_ic_a_s_d_e_l _en_s_a_y_o_d_e_c_o_m__pa_c_t_a_c_ió_n_P_r_o_c_to_r_s_e_g_ú_n_p_ro_c_e_d_im__ie_n_to_s_A__A_S_H_T__O_.________________________ Procedimiento AASHTO T-99 AASHTO T -180

Método A B C D A B C D________________________________________________________________________________________________________ _Molde: - volumen [cm

3 ] 944 2124 944 2124 944 2124 944 2124

- diámetro [mm] 101,6 152,4 101,6 152,4 101,6 152,4 101,6 152,4Martillo: - masa [kg] 2,5 2,5 2,5 2,5 4,54 4,54 4,54 4,54

- altura de caída [mm] 305 305 305 305 457 457 457 457Número de capas de compactación 3 3 3 3 5 5 5 5Número de golpes por capa 25 25 56 56 25 25 56 56Energía de compactación [kN × m/m

3 ] 600 600 600 600 2700 2700 2700 2700

Suelo a usarse:

___________- _p_as_a_e_l_t_am__iz___________________N_º_4________N_º_4________3_/_4"________3_/_4_"__________N_º_4________N__º

_4________3/_4_" 3/4"

18

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