GEOTECNIAGEOTECNIATEORIA DE LA COMPACTACIONTEORIA DE LA COMPACTACION

EXPOSITOR:ING. NESTOR HUAMAN GUERRERO

Capítulo 1.0

• 1) “CARRETERAS, CALLES Y AEROPISTAS” RAUL VALLE RODAS

• 2) “PAVIMENTOS ASFALTICOS” – Manual Básico ING. NESTOR HUAMAN GUERRERO.

• 3) “MANUAL BÁSICO DE EMULSIONES ASFÁLTICAS” INSTITUTO DEL ASFALTO – MANUAL SERIES # 19 (MS - 19)

• 4)“DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN CALIENTE” INSTITUTO DEL ASFALTO –MANUAL SERIES # 22 (MS - 22)

• 5) DISEÑO DE ESPESORES : “PAVIMENTOS ASFALTICOS PARA CALLES Y CARRETERAS” INSTITUTO DEL ASFALTO - MANUAL SERIES # 1 (MS - 1)

• 6) “DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS” GUIA AASHTO 1993.

• 7) ESPECIFICACIONES TECNICAS GENERALES PARA CONSTRUCCION DE CARRETERAS EG-2000/MTC.

• 8) CONGRESOS GEOTECNIA Y PAVIMENTOS, REVISTAS ESPECIALIZADAS, TESIS DE GRADO, PAGINAS WEBB INTERNET, ETC.

BIBLIOGRAFIA

COMPACTACION DE TERRAPLENES

COMPACTACION DE TERRAPLENESCOMPACTACION DE TERRAPLENES

1)CONFORMACION DEL SUELO1)CONFORMACION DEL SUELO: Está conformado por : Está conformado por Espacios Intergranulares llamados VACIOS, los que se Espacios Intergranulares llamados VACIOS, los que se encuentran llenos de aire, agua o de ambos a la vez.encuentran llenos de aire, agua o de ambos a la vez.

2)TEORIA DE LA COMPACTACION:

- Estado Suelto: Mayor Volumen- Acción de “Comprimir” o “Apretujar”- Reduccion de Volumen de Vacios- Reduce Capacidad Absorbente del Agua- Aumenta Valor Soporte-Estable

3)CONCEPTOS BASICOS: HUMEDAD OPTIMA

DENSIDAD MAXIMA

4)EQUIPO MECANICO : Aplanadoras, Rodillos : Lisos, “Neumáticos”, “Pata de Cabra”, Vibroflotadores,etc.

Laboratorio (PROCTOR)

5) CURVAS DE CONTROL5) CURVAS DE CONTROL

CURVA DE COMPACTACIONCURVA DE COMPACTACION :: “Humedad Optima”- “Humedad Optima”- “Densidad Maxima”“Densidad Maxima”

CURVA DE ESTABILIDAD CURVA DE ESTABILIDAD :: Resistencia a la Resistencia a la Penetracion. Penetracion.

CURVA DE SATURACION CURVA DE SATURACION :: Estado de Saturación “Cero Estado de Saturación “Cero Vacios de Aire”Vacios de Aire”

RECOMENDACIÓN RECOMENDACIÓN :: Compactar a “Humedad Compactar a “Humedad Optima” y Optima” y “Densidad “Densidad Maxima”.Maxima”.

BUENAS CARRETERAS DEPENDEN DE BUENAS CARRETERAS DEPENDEN DE

BUENOS MATERIALES : CANTERASBUENOS MATERIALES : CANTERAS

CURVAS DE COMPACTACION, SATURACION Y ESTABILIDAD

VENTAJAS DE UNA BUENA

COMPACTACION

Tal como se puede apreciar en las curvas es conveniente y necesario compactar el terreno de fundación a humedad optima y densidad máxima, a fin de mantener estable durante todo el año y especialmente durante la época de lluvias las carreteras calles y pistas de aterrizaje que se construyen.

También es bueno tener en cuenta los aumentos de volumen por hinchamiento de los suelos así como su contracción, porcentajes que de acuerdo al material pueden ser muy significativos incidiendo fuertemente en los costos finales de obra

METODOS PARA DETERMINAR LA HUMEDAD OPTIMA Y DENSIDAD MAXIMA

METODOS DINAMICOS:

METODO AASHO STÁNDAR T-99

METODO AASHO ESTÁNDAR T-180

METODOS ESTATICOS:

METODO CALIFORNIA

ENSAYOS DE LABORATORIO DE COMPACTACION PROCTOR

STANDARD AASHO T-99Martillo: 5,5 lb. - Altura de caída : 12”

METODO A METODO B METODO C METODO D

Pasa

Tamiz N° 4

6”

3

56

1/13.33pie3

12.317

MATERIAL

- Molde usado

- Número de capas

- Número de golpes x capa

- Volumen del Molde sin collar

- Energía de compactación en libras/pie por cada pie3

Pasa

Tamiz 3/ 4”

4”

3

25

1/30pie3

12.375

Pasa

Tamiz 3/4”

6”

3

56

1/13.33pie3

12.317

Pasa

Tamiz N° 4

4”

3

25

1/30pie3

12.375

STANDARD AASHO T-180Martillo: 10 lb. - Altura de caída : 18”

METODO A METODO B METODO C METODO D

Pasa

Tamiz N° 4

6”

5

56

1/13.33pie3

55.986

MATERIAL

- Molde usado

- Número de capas

- Número de golpes x capa

- Volumen del Molde sin collar

- Energía de compactación en libras/pie por cada pie3

Pasa

Tamiz 3/ 4”

4”

5

25

1/30pie3

56.250

Pasa

Tamiz 3/4”

6”

5

56

1/13.33pie3

55.986

Pasa

Tamiz N° 4

4”

5

25

1/30pie3

55.250

COMPACTACION DEL TERRENO

1. Determinar densidad máxima y humedad óptima

2. Compactar el material con equipo mecánico apropiado.

3. Controlar la densidad alcanzada en el terreno a fin

de comprobar si el material ha sido debidamente compactado.

El número de veces que es necesario pasar un rodillo a fin de obtener una adecuada compactación, puede fácilmente determinarse antes de empezar los trabajos en una zona de “prueba” escogida para tal fin. Así se podra ver que la densidad del material aumenta visiblemente hasta llegar a un cierto número de pasadas de rodillo (aprox. 10), permaneciendo después practicamente invariable, tal como se aprecia en el gráfico.

RELACION DE LA DENSIDAD ALCANZADA EN RELACION DE LA DENSIDAD ALCANZADA EN EL TERRENO VARIANDO EL NUMERO DE EL TERRENO VARIANDO EL NUMERO DE

PASADAS PASADAS DE RODILLODE RODILLO

0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 16 18

Si al cabo de 12 pasadas de rodillo no se alcanzó la compactación deseada deberá disminuirse el espesor de las capas del material colocado, o aumentarse el peso del rodillo.

2100

2000

1900

1800

1700

1600

1500

REFER

IDA

AL P

ES

O S

EC

O

REFER

IDA

AL P

ES

O S

EC

O

Kg

/m2)

Kg

/m2)

Equipo empleado para determinar la compactación del terreno, mediante el uso de arena

DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE CAMPO MEDIANTE LA MEDIDA DEL VOLUMEN DE LA

TIERRA EXTRAIDA

CONCLUSIONES

El Porcentaje de Compactación del Terraplén está dado por la relación entre la densidad obtenida en el campo y la densidad máxima obtenida en el laboratorio.

La AASHTO recomienda que en los Terraplenes los Suelos se compacten hasta alcanzar una densidad no menor del 95% que la densidad máxima obtenida en el laboratorio y que en las Subrasantes se compacte hasta alcanzar el 100% de la densidad máxima de laboratorio.

DENSIMETRO NUCLEAR

INTRODUCCIONINTRODUCCION

OBJETIVO PRINCIPAL : Dar a conocer acerca del avance tecnológico OBJETIVO PRINCIPAL : Dar a conocer acerca del avance tecnológico alcanzado alcanzado enen nuestro país, en lo que se refiere a mediciones de la nuestro país, en lo que se refiere a mediciones de la DENSIDAD y otras características de los Suelos y Asfaltos en DENSIDAD y otras características de los Suelos y Asfaltos en campo, sin la necesidad de realizar ensayos de laboratorio.campo, sin la necesidad de realizar ensayos de laboratorio.

VENTAJAS

Se realizan los ensayos en menor tiempo, resultando muchas Se realizan los ensayos en menor tiempo, resultando muchas veces más económicos.veces más económicos.

La ventaja principal de estos instrumentos electrónicos es la La ventaja principal de estos instrumentos electrónicos es la de llegar a una gran precisión y en un tiempo inmediato a de llegar a una gran precisión y en un tiempo inmediato a cálculos de las cálculos de las principales propiedades de los suelos y principales propiedades de los suelos y pavimentos.pavimentos.

DEFINICIONESDEFINICIONES

Es un equipo de medición que permite obtener inEs un equipo de medición que permite obtener in situ la situ la densidad de la masa y del contenido de agua de un suelo densidad de la masa y del contenido de agua de un suelo o agregado a través de la energía nuclear.o agregado a través de la energía nuclear.

LLa medición de la densidad, se realiza haciendo atravesar a medición de la densidad, se realiza haciendo atravesar la masa del suelo con radiaciones gamma (fotones).la masa del suelo con radiaciones gamma (fotones).

Las Radiaciones provienen Las Radiaciones provienen de una Fuente de Cesio 137, de una Fuente de Cesio 137, las cuales son atenuadas por los electrones corticales de las cuales son atenuadas por los electrones corticales de los átomos que constituyen la materia en la partícula del los átomos que constituyen la materia en la partícula del suelo.suelo.

Los fotones ya atenuados son recibidos por un contador Los fotones ya atenuados son recibidos por un contador Geiger-Müller y leídos, contados y procesados por Geiger-Müller y leídos, contados y procesados por circuitos electrónicos los cuales a su vez convierten los circuitos electrónicos los cuales a su vez convierten los conteos en valores de densidad.conteos en valores de densidad.

El equipo oEl equipo opera hasta 800 horas ( 5 mediciones por pera hasta 800 horas ( 5 mediciones por hora) con seis (6) baterías alcalinas AA, que son de fácil hora) con seis (6) baterías alcalinas AA, que son de fácil obtención y reemplazo.obtención y reemplazo.

La cantidad de funciones que tiene introducidas en su La cantidad de funciones que tiene introducidas en su procesador permiten obtener en campo valores procesador permiten obtener en campo valores de de relaciones gravimétricas conocidas sin necesidad de relaciones gravimétricas conocidas sin necesidad de utilizar calculadoras haciendo las verificaciones de utilizar calculadoras haciendo las verificaciones de control en campo más rápidas y efectivas.control en campo más rápidas y efectivas.

El Densímetro Nuclear El Densímetro Nuclear es un equipo usado en es un equipo usado en el Peru para la el Peru para la medición de la medición de la Densidad en Campo, Densidad en Campo, tanto de los suelos y tanto de los suelos y terraplenes, como de terraplenes, como de los asfaltos en obras los asfaltos en obras de pavimentación.de pavimentación.

SEGURIDAD RADIOLOGICA BASICASEGURIDAD RADIOLOGICA BASICA

Las Radiaciones emitidas por los elementos Cesio 137 y Las Radiaciones emitidas por los elementos Cesio 137 y Americio 241 utilizados, son ALTAMENTE PENETRANTES EN Americio 241 utilizados, son ALTAMENTE PENETRANTES EN EL CUERPO HUMANO produciendo efectos dañinos que EL CUERPO HUMANO produciendo efectos dañinos que podrían ser letales.podrían ser letales.

Es por lo que estas fuentes de emisión deben estar debida Es por lo que estas fuentes de emisión deben estar debida y seguramente selladas dentro del y seguramente selladas dentro del equipoequipo..

No obstante las siguientes notas deben ser tomadas en No obstante las siguientes notas deben ser tomadas en consideración como Seguridad Radiológica Básica.consideración como Seguridad Radiológica Básica.

Suscríbase de inmediato al Servicio de Radio física Sanitaria Suscríbase de inmediato al Servicio de Radio física Sanitaria ; quien le dotara de un equipo de d; quien le dotara de un equipo de doosimetría para el simetría para el personal que usa el medidorpersonal que usa el medidor..

Transporte del equipo completo en el cajón suministrado. Transporte del equipo completo en el cajón suministrado. Evite golpes y caídas. NUNCA TRANSPORTE EL EQUIPO EN LAS Evite golpes y caídas. NUNCA TRANSPORTE EL EQUIPO EN LAS PIERNAS.PIERNAS.

En lo posible, NUNCA TOQUE LA BARRA DE MEDICIÓN QUE En lo posible, NUNCA TOQUE LA BARRA DE MEDICIÓN QUE PENETRA EN EL SUELO PARA LA MEDICIÓN DIRECTA, esta PENETRA EN EL SUELO PARA LA MEDICIÓN DIRECTA, esta contiene las fuentes radiactivas de emisiones gamma y contiene las fuentes radiactivas de emisiones gamma y neutrones.neutrones.

En el momento de la medición, permanezca detrás del En el momento de la medición, permanezca detrás del aparato (frente de la pantalla del procesador).aparato (frente de la pantalla del procesador).

TRABAJO EN CAMPO CON DENSIMETRO TRABAJO EN CAMPO CON DENSIMETRO NUCLEARNUCLEAR

Se debe de contar con Se debe de contar con todas las previsiones y todas las previsiones y equipos que observan las equipos que observan las Normas ASTM para la Normas ASTM para la utilización de este tipo de utilización de este tipo de Equipos que usan energía Equipos que usan energía radiactiva.radiactiva.

EQUIPO HUMBOLDT 5001-PEQUIPO HUMBOLDT 5001-P

Equipo y accesorios del Equipo y accesorios del que se compone un que se compone un Densímetro Nuclear Densímetro Nuclear Modelo Humboldt 5001-pModelo Humboldt 5001-p

MEDIDOR HUMBOLDT 5001-PMEDIDOR HUMBOLDT 5001-P El 5001-P es un medidor muy versátil, realiza mediciones en suelo y El 5001-P es un medidor muy versátil, realiza mediciones en suelo y asfaltoasfalto..

En Suelos: Mide con mucha precisión:En Suelos: Mide con mucha precisión:

La Densidad Seca (DD)La Densidad Seca (DD)Contenido de Humedad por Volumen (W)Contenido de Humedad por Volumen (W)Densidad Húmeda (DW)Densidad Húmeda (DW)Porcentaje de Humedad (%W)Porcentaje de Humedad (%W)

Las propiedades de Las propiedades de Densidad Máxima SecaDensidad Máxima Seca (DMS) y (DMS) y Gravedad Gravedad EspecificaEspecifica (Gs) son determinados en el Laboratorio e introducidos en (Gs) son determinados en el Laboratorio e introducidos en la Memoria del Procesador del Densímetro y partir de las cuales la Memoria del Procesador del Densímetro y partir de las cuales podremos determinar mediante el equipo:podremos determinar mediante el equipo:

Porcentaje de Compactación. (%PR)Porcentaje de Compactación. (%PR)Relación de Vacíos de Aire (AV).Relación de Vacíos de Aire (AV).Porcentaje de Vacíos de Aire (%AV)Porcentaje de Vacíos de Aire (%AV)

En el Asfalto: Mide con poca precisión:En el Asfalto: Mide con poca precisión:

Densidad Total (DW)Densidad Total (DW)Contenido Aprox. de Ligante Asfáltico (%W) Contenido Aprox. de Ligante Asfáltico (%W)

Las propiedades de Densidad Máxima Teórica de Laboratorio o Las propiedades de Densidad Máxima Teórica de Laboratorio o “Marshall” es introducido en la Memoria del Procesador y “Marshall” es introducido en la Memoria del Procesador y podemos determinar mediante el equipo:podemos determinar mediante el equipo:

Porcentaje de Compactación (%MA)Porcentaje de Compactación (%MA)

COMPLEMENTOS DEL EQUIPO PARA LA COMPLEMENTOS DEL EQUIPO PARA LA MEDICIONMEDICION

Fuente Gamma emisora de isótopos radioactivos.Fuente Gamma emisora de isótopos radioactivos. Dispositivo de Lectura.Dispositivo de Lectura. Detector Gamma.Detector Gamma. Patrón de Referencia (de Densidad Uniforme e Invariable) Patrón de Referencia (de Densidad Uniforme e Invariable)

para chequear la operación del equipo.para chequear la operación del equipo. Caja de construcción sólida, para proteger a los Caja de construcción sólida, para proteger a los

instrumentos antes mencionados del polvo y la humedad.instrumentos antes mencionados del polvo y la humedad. Herramientas y accesorios para emparejar la superficie Herramientas y accesorios para emparejar la superficie

del terreno.del terreno.

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE LA MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE LA

DENSIDAD EN DENSIDAD EN CCAMPOAMPO

Existen tres formas: Existen tres formas:

Retrodispersión, Retrodispersión, Transmisión directa y Transmisión directa y Colchón de aireColchón de aire

Estos métodos son útiles como técnicas rápidas no Estos métodos son útiles como técnicas rápidas no destructivas siempre y cuando el material bajo ensaydestructivas siempre y cuando el material bajo ensayo,o, sea homogéneo. sea homogéneo.

METODO DE TRANSMISION DIRECTAMETODO DE TRANSMISION DIRECTA LLa barra de medición del aparato que contiene a la fuente radioactiva a barra de medición del aparato que contiene a la fuente radioactiva penetra dentro del espesor compactado. Con el inicio de la medición penetra dentro del espesor compactado. Con el inicio de la medición el aparato registra los valores de densidad total y contenido de agua.el aparato registra los valores de densidad total y contenido de agua.

METODO DE RETRODISPERSIONLa barra solo entra en contacto con la superficie del relleno y envía un haz de fotones y neutrones contra la materia, la atenuación es leída al igual que el método directo por un contador Geiger-Muller. Este método se utiliza en la verificación de compactación de carpetas asfálticas. Es menos preciso que el Método Directo.

METODO DEL COLCHÓN DE AIRESe diferencia de los métodos anteriores en que el equipo medidor se coloca sobre unos soportes o espaciadores que producen un espacio vacío (colchón de aire) entre la base del medidor y el área de la superficie de terreno a ensayar. Se requiere además tomar una o más lecturas en la posición de retrodispersión para chequear las mediciones.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

El Equipo electrónico mas utilizado en el Peru, para la El Equipo electrónico mas utilizado en el Peru, para la determinación de la Densidad en Campo y el Contenido de determinación de la Densidad en Campo y el Contenido de Humedad, ya sea de Suelos o Asfaltos es el DENSIMETRO Humedad, ya sea de Suelos o Asfaltos es el DENSIMETRO NUCLEAR, desplazando a los antiguos equipos mecánicos.NUCLEAR, desplazando a los antiguos equipos mecánicos.

El Densímetro Nuclear es un equipo que por su versatilidad, fácil El Densímetro Nuclear es un equipo que por su versatilidad, fácil manejo, precisión y además relativo bajo costo es el mas utilizado manejo, precisión y además relativo bajo costo es el mas utilizado por las grandes empresas en el Peru.por las grandes empresas en el Peru.

Es cierto que este tipo de equipo posee un alto factor de precisión Es cierto que este tipo de equipo posee un alto factor de precisión en la determinación de los parámetros de suelos y asfaltos, pero a en la determinación de los parámetros de suelos y asfaltos, pero a su vez es muy sensible y hasta cierto punto peligroso, por lo que su vez es muy sensible y hasta cierto punto peligroso, por lo que su uso esta normalizado por las Normas ASTM.su uso esta normalizado por las Normas ASTM.

Generalmente para la medición de la Densidad in situ, se Generalmente para la medición de la Densidad in situ, se utilizan:utilizan:

El Spider (Equipo mecánico) y El Spider (Equipo mecánico) y

Densímetro Nuclear (Equipo Electrónico).Densímetro Nuclear (Equipo Electrónico).

Cabe resaltar que además de los parámetros que nos arroja Cabe resaltar que además de los parámetros que nos arroja directamente el equipos en las mediciones, se pueden obtener directamente el equipos en las mediciones, se pueden obtener otros parámetros adicionales como Porcentaje de Compactación otros parámetros adicionales como Porcentaje de Compactación a partir de la Densidad Seca ( para los Suelos) y de la Máxima a partir de la Densidad Seca ( para los Suelos) y de la Máxima Densidad Teórica hallada por los Ensayos Marshall (para los Densidad Teórica hallada por los Ensayos Marshall (para los Pavimentos), ya que posee un procesador capaz de realizar Pavimentos), ya que posee un procesador capaz de realizar operaciones Gravimétricas en campo.operaciones Gravimétricas en campo.