• Freddy J. Sánchez-Leal

¿Cómo analizar una especificación de suelo compactado?

Actualizado: feb 16


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En mi experiencia como consultor geotécnico para proyectos de obras de tierra, la primera reunión es generalmente para que mi cliente me cuente de qué se trata el proyecto, yo haga varias preguntas y solicite información adicional que creo necesaria. Pero, en la segunda reunión, le expongo el análisis de la especificación del proyecto, donde le hago ver los alcances, limitaciones y consecuencias de las especificaciones derivadas del contrato de construcción, o de supervisión, si fuera el caso.


A lo largo de los años, fui desarrollando un sistema propio para realizar este análisis de la manera más eficiente, y sobre todo, para que fuera sencillo y contundente de comunicar a mi cliente y, muchas veces, al cliente de mi cliente y otros actores de la obra.


A este método lo llamé RAMCODES, lo fui organizando por ya 22 años, y quiero que me acompañes a ver tres ejemplos de aplicación al análisis de una especificación de suelos compactados. En todo este tiempo he capacitado a cientos de profesionales en cursos presenciales, y sobre todo digitales, en toda Hispanoamérica, y mi deseo es que hoy tú aprendas a hacer esto, leyendo este artículo. Vamos.



Ejemplo 1: Use suelo con clasificación A-2-4(0), o superior, y compacte al 95 % del ensayo Proctor Modificado AASHTO T-180.

Análisis: Esta clasificación es típica del Nivel 1 de la Pirámide de diseño de RAMCODES, porque destaca un requerimiento de calidad para el material de suelo, en este caso particular, basado en la granulometría y la plasticidad del suelo, como veremos en el siguiente párrafo. Además, la especificación destaca el requerimiento de que se alcance un grado mínimo de compactación, que este caso es del 95 %, con respecto a la densidad máxima de ensayo Proctor Modificado, según el estándar AASHTO T-180.


Observando la tabla de clasificación por el sistema AASHTO, recogida según la norma ASTM D3282-15: "Standard Practice for Classification of Soils and Soil-Aggregate Mixtures for Highway Construction Purposes" (Practica normalizada para la clasificación de suelos y mezclas de suelo y agregado, con propósitos de construcción de carreteras), tenemos que un suelo A-2-4 es un material granular, con un pasa Nº 200 de 35 %, o menos. Con límite líquido no superior a 40 %, y un índice de plasticidad no mayor que 10 %. Descriptivamente, son gravas o arenas limosas o arcillosas.



Después de realizar este análisis, en esa segunda reunión, le explico a mi cliente que su proyecto está en Nivel 1 de la pirámide de diseño RAMCODES, que llamamos "La receta". Le digo que es la especificación más común o frecuente en los trabajos. Tiene la ventaja de que es simple y fácil de ejecutar. Requiere equipo básico de laboratorio, para los análisis de calidad del material de suelo, y la revisión de la densidad máxima seca del ensayo Proctor a lo largo de la explotación del o los préstamos o bancos de material, o las diferentes áreas de corte definidas en el proyecto. Como equipo de control de campo, le recomiendo utilizar algún densímetro, siempre que sea calibrado con cono y arena en un tramo de prueba. Para ayudar a la construcción, y dependiendo de la importancia y magnitud de la obra, le recomiendo realizar un tramo de prueba, donde pueda evaluar la eficiencia de sus rodillos, definir el espesor de capa suelta más conveniente, si es que no apareciera en la especificación, y el número de pases para alcanzar el grado de compactación requerido. Otra recomendación es la utilización de un medidor de humedad de campo, ya sea el tradicional "Speedy", o bien un dispositivo al estilo Ohaus MB23. Esto facilitará el que el material, humedecido y mezclado en campo, siempre esté cerca de la humedad óptima, para maximizar el aprovechamiento de la energía de compactación. También le diría que la desventaja de esta especificación es que no hay evaluación de la resistencia o respuesta del suelo. En proyectos que involucran rellenos estructurales para edificaciones importantes, y para carreteras, el proyecto regularmente establece un valor mínimo de resistencia (expresada en términos de valores de CBR o de módulo de Elasticidad) que debe cumplir el suelo en campo. Cuando esto no viene en la especificación, implica una vulnerabilidad de la construcción, y podría ser un riesgo si es que un análisis técnico demuestra que la resistencia del suelo compactado, así cumpla con lo especificado, es menor que lo requerido por el proyecto. Aunque el proyecto es responsabilidad del profesional encargado de eso, yo siempre le digo a mis clientes que más vale prevenir que lamentar. Si se detecta esto, hay que "levantar la mano", enviando una comunicación al supervisor y al dueño de la obra, advirtiendo que la especificación tiene esta vulnerabilidad. Es mejor librar responsabilidades. Si ocurre una falla en el futuro, Dios nos libre, contra el primero que se va es contra el constructor, y eso no lo podemos evitar, pero, le digo yo a mis clientes, hay que dejar un soporte de nuestra liberación de responsabilidad. Por esta razón, el Nivel 1 es llamado un nivel de cumplimiento, porque no contiene el análisis necesario para contrastar la respuesta del suelo compactado con la resistencia requerida por el proyecto, si es que la tuviera especificada.




El siguiente análisis de la especificación tiene que ver con el tema estadístico, un criterio frecuentemente ausente en nuestras obras de tierra. El "plan de inspección" es un documento, generalmente contractual, que establece definiciones como el universo, el tamaño del lote, de la muestra, la frecuencia de muestreo, la magnitud del error tolerable, el nivel de significancia, el procedimiento de muestreo aleatorio, y el mecanismo de decisión sobre la aceptación o rechazo de lotes de obra terminada. En el caso de la especificación que estamos analizando, el plan de inspección es solo hacer cumplir que el grado de compactación de campo sea igual o mayor que 95 %. No hay definición del tamaño del lote, del número de elementos por muestra, no hay muestreo aleatorio, y no hay método estadístico para aceptación o rechazo. El plan de inspección es abiertamente determinista.


Para relacionar los criterios evaluados por el diseño del suelo compactado, que en RAMCODES llamamos QA, y el plan de inspección, que llamamos QC, en mis consultorías utilizo un diagrama llamado "los cuadrantes del QA-QC, que muestro en la figura anterior.


En cuanto a la especificación que estamos analizando, ya establecimos que el QA es de cumplimiento, por estar en el nivel 1 de la pirámide. En el caso del QC, la característica del plan de inspección es determinista. Si combinamos una posición de cumplimiento en el QA, y determinista en el QC, estamos en presencia de una especificación en cuadrante III, como se muestra en la figura.


Tal como dice debajo del número III, "nadie quiere estar aquí". Y es que ya el diseño tiene la potencial vulnerabilidad de solo ser de cumplimento, y ahora se le suma el hecho de que el plan de inspección es determinista y con muchas ausencias de información importante.


Un esquema como el de la siguiente figura me permite recomendarle a mi cliente que solicite una acción de al menos modificar el plan de inspección a que incluya muestreo aleatorio, hipótesis de inferencia, para la aceptación o rechazo de lotes, o de plan de protección fija, que es el preferido de RAMCODES para el mismo fin, o de planes AQL, y así movernos del cuadrante III al cuadrante II, de proyectos pequeños o medianos.


Si así el proyecto lo amerita (relleno sometido a cargas importantes que requieren diseño geotécnico de la cimentación, o bases y subbases de pavimento), le puedo recomendar a mi cliente que incorpore la realización de pruebas de desempeño, ya sea de campo o de laboratorio, y pase la especificación al nivel I, que es el nivel ideal, cuya trayectoria de modificación queda reflejada en la siguiente figura.


¿Interesante, no? Vámonos con otro ejemplo.



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Ejemplo 2: Construya una base estabilizada con cal, compactándola, de modo que presente un módulo de Elasticidad de al menos 100 MPa, a los 7 días de fraguado. Utilice el material de sitio, agregando cal según diseño aprobado por la supervisión. Evalúe la calidad de campo empleando deflectómetro de impacto ligero (LWD), empleando la norma SCT M·MMP·1.16/20, garantizando que el módulo LWD inmediatamente posterior a la compactación final, sea de al menos 80 MPa. Los lotes de obra evaluada tendrán una longitud máxima de 250 metros, y el muestreo del lote tendrá L/50 elementos, siendo L igual a la longitud del lote, en metros. Independientemente de cualquier otra directriz, la ubicación de estos elementos será aleatoria, siguiendo lo establecido para muestreo compuesto en la norma SCT M·CAL 1·02/01. La supervisión deberá aceptar o rechazar cada lote de obra terminada por el constructor empleando un plan de inferencia estadística, según SCT M·CAL 1·03/03, con nivel de significancia de 95 %. El contratista deberá presentar, al final de la obra, una carta de control de media móvil con periodo 5, según la norma SCT M·CAL· 1·03/03, y que demuestre que la calidad de la base, fundamentada en la obtención del módulo LWD inmediatamente después de la construcción, sea igual o mayor que 80 MPa.

Les confieso que es raro que me encuentre una especificación así escrita. Esto se parece más bien a una recomendación mía posterior a mi intervención como consultor, o una especificación escrita por alguno de nuestros alumnos de nuestro programa digital de suelos compactados de la Academia Geotechtips.


Análisis: Bien, comencemos por analizar el QA. Está claro que esta especificación corresponde al nivel 2 de la pirámide de diseño de RAMCODES. A diferencia del ejemplo anterior, esta sí es una especificación de desempeño, en este caso, de desempeño de campo, en la que se debe emplear, porque así lo dice la especificación, un deflectómetro de impacto ligero (LWD) para medir dicho desempeño. El QA, entonces, se ve como en la siguiente figura.


Como recomendación, se le explica al cliente que debe programar una inversión de laboratorio que conste de un deflectómetro, pero también una asesoría en el tema del uso de la cal. Un laboratorio aprobado por la supervisión, debe hacer el diseño del uso del material de sitio, definir la proporción de cal a utilizar para alcanzar el módulo de Elasticidad requerido tanto al final de la compactación, como luego de siete días de curado; también ese laboratorio debe definir el contenido de agua a agregar en campo, y se debe realizar un tramo de prueba para establecer el espesor máximo de capa suelta, y el número de pases necesarios para alcanzar el módulo mínimo deseado. Cuando se trata de bases o subbases estabilizadas, la construcción para a ser de reusable a no reusable. ¿Qué significa esto? Cuando lo que compactamos es material de suelo sin estabilizar, si nos rechazan el lote, simplemente recompactamos, o en el peor de los casos, hay que escarificar, reintimar con agua, tender y volver a compactar. En cambio, en los materiales estabilizados, la construcción es no reversible ya que, en caso de rechazo del lote, habría que reconstruirlo empleando nuevo suelo y cal. En estos casos, yo le recomiendo a mi cliente emplear al principio tramos más pequeños, en este caso de 150 m, para que el equipo de construcción vaya encontrando el punto adecuado. Ya luego de ir obteniendo resultados exitosos, la longitud del tramo se puede ir extendiendo hasta llegar a los 250 m que dice esta especificación que analizamos. El lector verá que el trazo de la carta de control de media móvil para el módulo LWD, va a ir dando cuenta de este cambio desde los primeros lotes hasta cuando ya el equipo de compactación, me refiero a operadores, equipos y máquinas, hayan encontrado el punto adecuado.


Ahora vamos con el QC. Tal como puede ver el lector, la especificación analizada tiene claramente un plan de inspección completo y muy bien definido. Por tanto, es un plan probabilista. Entonces, si combinamos un QA de desempeño, con un QC probabilista, tendremos que la especificación corresponde al cuadrante I, o cuadrante ideal, tal como se ve en la figura. Y realmente no necesita ninguna mejora, porque, tratándose de suelos estabilizados, no hay ninguna necesidad de recomendar subir la especificación de QA al nivel 3 de la pirámide de diseño.


Aquí vamos con la tercer y último ejemplo de especificación. Atención...




¿Te atreverías a hacerlo tú? Hazlo con papel y lápiz definiendo el nivel de la pirámide al que corresponde, la forma en que quedarían las curvas de diseño del suelo, la ubicación de la especificación en los cuadrantes del QA-QC, y envíamelo al correo. Te aseguro que será un estupendo ejercicio.


Video: Cómo analizar la especificación de una base hidráulica.


Déjame tu comentario más abajo sobre qué te ha parecido este método que empleo en mis obras y que nuestros alumnos también utilizan.


¡Hasta la próxima!



Freddy J. Sánchez-Leal, IC, MI (UNAM)

Consultor geotécnico y de geomateriales para carreteras.

Profesor en Instituto Tecnológico de la Construcción (ITC).

Director de la Academia Geotechtips.

sanchez-leal@geotechtips.com

Twitter: @saintloyal


Planilla análisis QA y QC segun RAMCODE
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Download • 1.48MB

Descarga la planilla RAMCODES para el análisis de QA y QC.

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