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Introducción En este artículo se presenta a RAMCODES (acrónimo de RAtional Methodology for COmpacted geomaterial’s DEnsification and Strength analysis, o Metodología Racional para el Análisis de Densificación y Resistencia de Geomateriales Compactados), qué es una metodología racional, basada en experimentos factoriales, en conceptos de la Mecánica de Suelos No Saturados, y en la experiencia práctica de diseño y control, para análisis de densificación y resistencia de los geomateriales (como suelos, mezclas, y mezclas asfálticas) compactados que se utilizan en las vías terrestres. Esta metodología se fundamenta en tres aspectos esenciales, que son: la clasificación cuantitativa; que resume las características de un suelo en un valor numérico único en una escala continua, el potencial de densificación; que estudia la probabilidad de que el geomaterial alcance una densidad en un rango de contenidos de agua o de asfalto, bajo una energía de compactación particular, y en la relación entre el contenido de agua/asfalto, la densidad, y la respuesta del geomaterial; ya sea de resistencia, deformabilidad, módulos, etc., bajo las condiciones particulares de un experimento. En el área de suelos compactados, la clasificación cuantitativa permite anticipar comportamientos de densificación y resistencia, lo que facilita las labores de preselección de bancos de material. También, la clasificación cuantitativa, a través de un factor característico, sirve como parámetro para evaluar la variabilidad del material de suelo durante la explotación de bancos. Una de las aportaciones más significativas de RAMCODES al control de calidad de la compactación es demostrar que, con la metodología tradicional basada en el alcance de un nivel mínimo de densificación y en ensayos de CBR (Valor Relativo de Soporte) bajo hidratación, se cometen serios errores que bien podrían acarrear fallas en las estructuras de pavimento, o bien podrían cargar al constructor con innecesarios retrasos que redundarían en importantes implicaciones económicas. Clasificación cuantitativa La clasificación cuantitativa es uno de los pilares fundamentales de la metodología RAMCODES. La misma consiste en resumir en un solo valor las características índice del suelo que más significativamente afectan su comportamiento. Estas características, según Sánchez-Leal, son la proporción granulométrica y la superficie específica de la parte fina. Para realizar la clasificación cuantitativa, el autor (Sánchez-Leal, F.J.) propuso el factor característico, Fp, definido como el producto lineal de la proporción granulométrica entre finos y gruesos, y el límite líquido. Este último como una medida de la superficie específica de los finos. La expresión propuesta es la siguiente:
donde: wL: es el límite líquido del material, en decimal F: es la fracción que pasa el tamiz #200, en decimal, y G: es la fracción retenida en el tamiz #4, en decimal. El factor característico Fp, está asociado a la clasificación descriptiva según la Tabla 1. Tabla 1 Fp relacionado con la clasificación descriptiva [2]
Nota: RS1* y RS2* son suelos sin grava. A pesar de que sus valores de Fp coinciden con los tipos RS1 y RS2, respectivamente, aquellos se comportan de una manera diferente. Campo de aplicaciones Algunos campos, dentro de los cuáles el autor principal ha realizado aplicaciones, son: la anticipación de la resistencia a partir de la clasificación del suelo, la cuantificación del efecto de la microtextura, el estudio de deformaciones permanentes y la patología de estructuras de pavimento, entre otros. A continuación, se muestra un ejemplo sobre este último. Patología de estructuras de pavimento El siguiente ejemplo está tomado de un proyecto petrolero en el oriente venezolano, donde se produjeron fallas (deformaciones excesivas) en la estructura de pavimentos de una plataforma terrestre de explotación durante las operaciones de prospección inicial. Las deformaciones se produjeron en el área de operaciones (la más cargada por vehículos), durante la temporada de lluvias, pese a que la infraestructura estaba dotada de un eficiente sistema de drenaje, y el nivel freático medido durante el periodo de lluvias tenía una profundidad superior a los 10 metros. Debido a que se comprobó que la estructura de pavimentos estaba adecuadamente diseñada y construida, surgió la hipótesis del debilitamiento de los materiales de base y subbase debido a la hidratación (ver Figura 1). Los “cellars” son unos cajones cúbicos de concreto de 1.5 m de lado que tienen una perforación circular en el fondo, a través de la cual pasan las mechas y tuberías de explotación de yacimientos. Durante las lluvias los cellars se convierten en considerables reservorios de agua, desde donde esta se infiltra al suelo conformando temporales niveles freáticos colgantes (ver Figura 2). Los materiales de subbase y base de la estructura de pavimentos se hidratan por ascensión capilar desde el nivel freático.
El material de base es un R2 con Fp=0.25, y el de sub-base es un R3 con Fp=0.55. En la prospección patológica y en los registros de fabricación de la plataforma, se identificó también un material R2 con Fp=0.38, en la estructura de pavimentos; su origen probable es la mezcla de los materiales de base y subbase ocurrida durante el proceso constructivo. La Figura 3 muestra el mapa de resistencia (CBR) para el material de la base. En este mapa se representaron los estados de fabricación, y los estados correspondientes a las prospecciones emprendidas por el fabricante, por el departamento de ingeniería; tanto con densímetros nucleares (DN) calibrados, como con cono y arena (CyA).
Los estados de fabricación demuestran que el CBR de fabricación de la base estuvo en el rango de 80 a 100%, y el CBR de la subbase entre 70 y 85%. Los estados medidos con las prospecciones patológicas demuestran una disminución de la resistencia inicial hasta valores de CBR de 20 a 10% debida a la hidratación. En el material de base se observó una disminución de la densidad seca, esto muy probablemente debido a la distorsión producida por las fallas.
Conclusiones La metodología RAMCODES permite incorporar criterios de la Mecánica de Suelos No Saturados que explican el comportamiento del suelo compactado, con base en parámetros tradicionales que pueden ser medidos sin dificultad tanto en el laboratorio como en el campo, como son la densidad seca y el contenido de agua del suelo. El potencial de densificación es definido aquí por los tradicionales parámetros de máxima densificación, DMS, y su humedad asociada, CAO. Con el auxilio del factor característico, Fp, se pudo encontrar una relación estrecha entre estos parámetros y la clasificación del material, así como la demostración de que el potencial de densificación, así como sus niveles de variabilidad, son iguales tanto en campo como en laboratorio. El enfoque presentado, basado en un marco referencial que incorpora en un solo gráfico las especificaciones para vacíos y para los parámetros mecánicos, deriva en la generación de una región de aceptación que asegura el enlace del control de campo con los criterios de diseño. Sin menoscabar en la teoría, el enfoque le da al ingeniero de campo, al diseñador y al inspector, una herramienta valiosa y práctica no sólo para el diseño, sino también para el control y para la revisión de una mezcla asfáltica. Adicionalmente, el enfoque representa un marco de referencia eficiente para la interpretación de resultados de investigaciones científicas concernientes al comportamiento de una mezcla asfáltica. Bibliografía [1] Garnica Anguas, P. y Pérez García, N., Influencia de la plasticidad en el módulo de resiliencia y deformaciones permanentes en suelos finos compactados, Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Qro., 2002. [2] Sánchez-Leal, F.J., Correlation of maximum density and optimum water content with index properties, Proceedings of the 3rd International Conference on Unsaturated Soils, UNSAT 2002, 10-13, March, Recife, Brazil. pp. 647-652. [3] Sánchez-Leal, F.J., Interpretation of CBR-test results under the shear-strength concept of unsaturated soil mechanics, Proceedings of the 3rd International Conference on Unsaturated Soils, UNSAT 2002, 10-13, March, Recife, Brazil. pp. 663-668. Freddy SÁNCHEZ-LEAL * Síntesis del documento: SÁNCHEZ-LEAL, Freddy; Paul GARNICA; José Antonio GÓMEZ y Natalia PÉREZ, “RAMCODES: Metodología racional para el análisis de densificación y resistencia de geomateriales compactados”, Publicación Técnica No. 200, Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Qro., 2002.
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