Hispanopedia WikiEn ingeniería geotécnica , la compactación del suelo es el proceso por el cual la tensión aplicada al suelo provoca su densificación al desplazarse el aire de los poros entre los granos. Cuando la tensión aplicada causa densificación debido al desplazamiento de agua (u otro líquido) entre los granos, se produce consolidación , no compactación. Normalmente, la compactación es el resultado de la compresión del suelo por maquinaria pesada , pero también puede ocurrir debido al paso de, por ejemplo, las patas de los animales.
En la ciencia del suelo y la agronomía , la compactación del suelo suele ser una combinación de compactación ingenieril y consolidación, por lo que puede ocurrir debido a la falta de agua en el suelo, siendo la tensión aplicada la succión interna debida a la evaporación del agua [ 1 ] así como debido al paso de las patas de los animales. Los suelos afectados se vuelven menos capaces de absorber la lluvia , aumentando así la escorrentía y la erosión . Las plantas tienen dificultades en el suelo compactado porque los granos minerales se comprimen, dejando poco espacio para el aire y el agua, que son esenciales para el crecimiento de las raíces . Los animales excavadores también lo encuentran un entorno hostil, porque el suelo más denso es más difícil de penetrar. La capacidad de un suelo para recuperarse de este tipo de compactación depende del clima, la mineralogía y la fauna. Los suelos con alta capacidad de contracción-expansión , como los vertisoles , se recuperan rápidamente de la compactación cuando las condiciones de humedad son variables (los períodos secos contraen el suelo, provocando que se agriete). Pero las arcillas como la caolinita , que no se agrietan al secarse, no pueden recuperarse de la compactación por sí solas a menos que alberguen animales que viven en el suelo, como las lombrices de tierra ; la serie de suelos Cecil es un ejemplo de ello.
Antes de compactar los suelos en el campo, se requieren algunas pruebas de laboratorio para determinar sus propiedades geotécnicas. Entre las diversas propiedades, la densidad seca máxima y el contenido óptimo de humedad son vitales y especifican la densidad requerida para la compactación en el campo. [ 2 ]
En construcción
La compactación del suelo es una parte vital del proceso de construcción. Se utiliza para el soporte de elementos estructurales como cimientos de edificios, carreteras, aceras y estructuras de contención de tierra, entre otros. Para un tipo de suelo determinado, ciertas propiedades pueden hacer que sea más o menos deseable para un desempeño adecuado en una circunstancia particular. En general, el suelo preseleccionado debe tener la resistencia adecuada, ser relativamente incompresible para que el asentamiento futuro no sea significativo, ser estable frente a cambios de volumen debido a variaciones en el contenido de agua u otros factores, ser duradero y seguro frente al deterioro, y poseer la permeabilidad adecuada . [ 3 ]
Cuando se va a rellenar o cubrir un área, el suelo se coloca en capas llamadas pilas. La capacidad de las primeras capas de relleno para compactarse adecuadamente dependerá del estado del material natural que se va a cubrir. Si se deja material inadecuado en su lugar y se rellena, este puede comprimirse durante un largo período bajo el peso del relleno de tierra, causando grietas por asentamiento en el relleno o en cualquier estructura que se apoye en él. [ 4 ] Para determinar si el suelo natural soportará las primeras capas de relleno, se puede realizar una prueba de compactación en un área. La prueba de compactación consiste en utilizar una pieza de maquinaria pesada de construcción para rodar sobre el sitio de relleno y observar si se revelan deflexiones. Estas áreas se indicarán por la formación de surcos , bombeo o movimiento del terreno . [ 5 ]
Para garantizar una compactación adecuada del suelo, las especificaciones del proyecto indicarán la densidad o el grado de compactación requeridos. Estas especificaciones suelen ser recomendadas por un ingeniero geotécnico en un informe geotécnico.
El tipo de suelo —es decir, la distribución del tamaño de grano, la forma de los granos, la gravedad específica de los sólidos del suelo y la cantidad y tipo de minerales arcillosos presentes— tiene una gran influencia en el peso unitario seco máximo y el contenido óptimo de humedad. [ 6 ] También tiene una gran influencia en cómo se deben compactar los materiales en situaciones dadas. La compactación se realiza mediante el uso de maquinaria pesada. En arenas y gravas, la maquinaria generalmente vibra para provocar la reorientación de las partículas del suelo en una configuración más densa. En limos y arcillas , se usa frecuentemente un rodillo de pata de oveja para crear pequeñas zonas de cizallamiento intenso , que expulsa el aire del suelo.
La determinación de una compactación adecuada se realiza midiendo la densidad del suelo in situ y comparándola con la densidad máxima determinada mediante un ensayo de laboratorio. El ensayo de laboratorio más utilizado es el ensayo de compactación Proctor , y existen dos métodos diferentes para obtener la densidad máxima: el ensayo Proctor estándar y el ensayo Proctor modificado . Este último es el más común. Para pequeñas represas, el ensayo Proctor estándar puede seguir siendo la referencia. [ 5 ]
Si bien es necesario compactar el suelo bajo las estructuras y los pavimentos, después de la construcción es importante descompactar las áreas que se van a ajardinar para que la vegetación pueda crecer.
Métodos de compactación
Existen diversos métodos para compactar un material. Algunos son más adecuados para la compactación de suelos que otros, mientras que algunas técnicas solo son apropiadas para ciertos tipos de suelo o para suelos en condiciones específicas. Otras son más adecuadas para la compactación de materiales distintos del suelo, como el asfalto . En general, las técnicas que permiten aplicar cantidades significativas de esfuerzo cortante y compresivo son las más efectivas.
Las técnicas disponibles se pueden clasificar como:
- Estático: se aplica lentamente una gran tensión al suelo y luego se libera.
- Impacto: la tensión se aplica dejando caer una gran masa sobre la superficie del suelo.
- Vibración: se aplica una tensión de forma repetida y rápida mediante una placa o martillo accionado mecánicamente. A menudo se combina con la compactación por rodillos (véase más abajo).
- Giro: se aplica y mantiene una tensión estática en una dirección mientras el suelo se somete a un movimiento giratorio alrededor del eje de carga estática. Limitado a aplicaciones de laboratorio.
- Compactación con rodillo: un cilindro pesado se desplaza sobre la superficie del suelo. Se utiliza comúnmente en campos deportivos. Los compactadores de rodillo suelen estar equipados con dispositivos vibratorios para mejorar su eficacia.
- Amasado: la cizalladura se aplica mediante movimientos alternos en posiciones adyacentes. Un ejemplo, combinado con la compactación por rodillos, es el rodillo de pata de oveja que se utiliza para compactar residuos en vertederos .
La maquinaria de construcción disponible para lograr la compactación es extremadamente variada y se describe en otra parte .
Métodos de ensayo en laboratorio
Los compactadores de suelo se utilizan para realizar ensayos que abarcan métodos de compactación de laboratorio empleados para determinar la relación entre el contenido de agua de moldeo y el peso unitario seco de los suelos. El suelo colocado como relleno de ingeniería se compacta hasta alcanzar un estado denso para obtener propiedades de ingeniería satisfactorias, tales como resistencia al corte, compresibilidad o permeabilidad. Además, los suelos de cimentación a menudo se compactan para mejorar sus propiedades de ingeniería. Los ensayos de compactación de laboratorio proporcionan la base para determinar el porcentaje de compactación y el contenido de agua de moldeo necesarios para lograr las propiedades de ingeniería requeridas, y para controlar la construcción y asegurar que se alcancen los contenidos de compactación y agua necesarios. Métodos de ensayo como EN 13286-2, EN 13286-47, ASTM D698, ASTM D1557, AASHTO T99, AASHTO T180, AASHTO T193 y BS 1377:4 proporcionan procedimientos de ensayo de compactación de suelos. [ 7 ]
Investigaciones recientes han puesto de relieve la importante influencia de las condiciones de compactación en el comportamiento mecánico de los suelos utilizados en aplicaciones de ingeniería. Se ha demostrado que una mayor compactación mejora la resistencia y la capacidad portante de los suelos de grano fino y yesíferos al reducir la relación de vacíos y aumentar la densidad seca, lo que mejora el entrelazamiento de partículas y la estabilidad general del suelo. [ 8 ]
Estos hallazgos resaltan la importancia de considerar tanto los parámetros de compactación como la exposición ambiental en el diseño y la construcción de terraplenes y subrasantes de carreteras. Un control adecuado de la compactación y una correcta selección de materiales son esenciales para garantizar la estabilidad y durabilidad a largo plazo de la infraestructura construida sobre suelos problemáticos. [ 9 ]
Véase también
- Compactación del suelo (agricultura)
- Degradación del suelo
- Compactador
- Terraplén
- Estructura del suelo
- Aireación
- Resistencia al corte (suelo)
Referencias
- ↑ Compactación del suelo debido a la falta de agua en el suelo
- ↑ Jia, Xiaoyang; Hu, Wei; Polaczyk, Pawel; Gong, Hongren; Huang, Baoshan (2019). "Evaluación comparativa del proceso de compactación de materiales base utilizando métodos de compactación de laboratorio". Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board . 2673 (4): 558– 567. doi : 10.1177/0361198119837953 . ISSN 0361-1981 .
- ↑ McCarthy, David F. (2007). Fundamentos de mecánica de suelos y cimentaciones . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. pág. 595. ISBN 978-0-13-114560-3.
- ↑ McCarthy, David F. (2007). Fundamentos de mecánica de suelos y cimentaciones . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. pp. 601–602 . ISBN 978-0-13-114560-3.
- 1 2 McCarthy, David F. (2007). Fundamentos de mecánica de suelos y cimentaciones . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. pág. 602. ISBN 978-0-13-114560-3.
- ↑ Das, Braja M. (2002). Principios de ingeniería geotécnica . Pacific Grove, CA: Brooks/Cole. pág. 105. ISBN 0-534-38742-X.
- ↑ "Compactador automático de suelos" . cooper.co.uk . Cooper Research Technology. Archivado del original el 27 de agosto de 2014. Consultado el 8 de septiembre de 2014 .
- ↑ Razouki, SS; Kuttah, DK; Al-Damluji, OA; Nashat, IH (2011). "Mejora de suelos yesíferos de grano fino mediante mayor compactación". Revista Internacional de Ingeniería de Pavimentos . 13 (1): 32– 38.
- ↑ Razouki, SS; Kuttah, DK; Abood, MH (2011). "Compactación y diseño de relleno yesífero para pavimentos de carreteras en desiertos cálidos". Actas del ICE - Materiales de construcción . 164 (1): 3– 11.
- Ciencia del suelo
- Movimiento de tierras (ingeniería)
- Degradación del suelo