Estabilización de los Suelos

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MODIFICACION DE SUELOSMODIFICACION DE SUELOS
¿Por qué es necesario modificar un suelo? 
Ø Muchos suelos en estado natural tienen características y propiedades 
índices totalmente inconvenientes con el objeto de dar respuesta a las cargas 
y solicitaciones externas a las cuales puedan estar sometidos.
Ø La escasez de terrenos en las áreas centrales de nuestras ciudades, en 
muchas ocasiones no resulta posible descartar un terreno por el solo hecho de 
que el suelo tenga características e índices no apropiados.
Ø Las grandes distancias al sitio de construcción de materiales de 
características adecuadas hacen necesario modificación de los suelos del sitio 
de obra.
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Estabilización de Suelos (concepto):Estabilización de Suelos (concepto):
ESTABILIZACION DE SUELOS
Es un proceso que procura el cambio de las propiedades y características de 
un suelo para su mejoramiento general y garantizar un adecuado 
comportamiento cuando este sometido a cargas u otras exigencias exógenas.
Algunas Metodologías usadas en la estabilización de 
suelos son:
Algunas Metodologías usadas en la estabilización de 
suelos son:
q Densificación del Suelo q Depresión del Nivel Freático
q Agregar un material para efectuar cambios químicos y/o físicos en el suelo.
q Remoción y/o reemplazo de suelos malos. q Uso de precargas.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Los procesos de Estabilización pueden ser de naturaleza Mecánica, 
Química, o en ocasiones Térmicas y Eléctricas, dependiendo del tipo de 
problema y las posibilidades tecnológicas. 
Estabilización Mecánica:Estabilización Mecánica:
Proceso de densificación con humedad adecuada, utilizado sobre uno o varios 
tipos de suelos mezclados, para crear trabazón necesaria en los materiales 
componentes, la estabilización mecánica incluye la compactación, variadas 
técnicas patentadas de vibración y el uso de explosivos. 
Estabilización Térmica y Eléctrica:Estabilización Térmica y Eléctrica:
Se consigue aplicando al suelo un tratamiento térmico o eléctrico para modificar 
ciertas propiedades, Ejemplo Congelación, uso del agua en el suelo como 
conductor de corriente .
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Estabilización Química:Estabilización Química:
Permite el cambio de propiedades del suelo, por efectos químicos, a partir de la 
incorporación de ciertos aditivos como son: el cemento, cal, asfalto, Aceite
sulfonado, etc. Estos aditivos reaccionan con el suelo, modificando las propiedades 
que lo hacen apto.
La estabilización química incluye la mezcla o la inyección (denominada lechada) 
de substancias químicas al suelo, por lo general con agua en proporciones 
variables de acuerdo a el tipo de suelo a inyectar y del problema a resolver. 
Así pueden esperarse mezclas de : 
Ø Agua – Cemento Pórtland (con una relación A/C entre 0.5 y 5 ).
Mezcla intima de suelo pulverizado con cantidades medidas de cemento 
compactadas a alta densidad. Al hidratarse el cemento, la mezcla se convierte en 
un material resistente y durable diferente a cada uno de sus componentes.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Estabilización Química (continuación):Estabilización Química (continuación):
Ø Agua – Cal.
El tratamiento con cal se recomienda para suelos arcillosos, altamente plásticos que 
presentan grandes cambios volumétricos al cambiar su contenido de humedad. 
Efectos de la Cal:
-Reduce el índice de plasticidad
- Aumenta el Limite de Contracción.
- Reduce la Expansión
Ø Agua – Aceite Sulfonado.
El tratamiento con Aceite sulfonado permite la deshidratación de suelos arcillosos y 
aumenta la resistencia.
Existen mezclas con otras sustancias como arcillas, cenizas, polimeros etc. Que 
cumplen el papel de aditivos. Estas mezclas tienden a reducir la permeabilidad y 
mejoran globalmente las propiedades del suelo y en este tema no trataremos a 
fondo estas metodologías.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Ø Uso de fibras y tejidos artificiales denominados Geotextiles, cuyas 
características son variadas de acuerdo a la necesidades que deban 
resolverse 
-Como Filtrantes
- Drenaje.
- Separación de Distintos suelos.
- Refuerzo
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Uso de geotextiles:Uso de geotextiles:
Depresión del nivel Freático
Como drenes
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Uso de geotextiles:Uso de geotextiles:
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Estabilización Mecánica (compactación):Estabilización Mecánica (compactación):
Compactación de Suelo Granular. Compactación de Suelo Arcilloso.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación: Compactación: 
Esta definida como un proceso de estabilización por medios mecánicos y 
físicamente es la reducción de la relación de vacíos de un suelo usando energía 
mecánica, lo que conlleva a una reducción del volumen del suelo y a un aumento de 
su densidad (densificación).
Históricamente la compactación de los suelos es un procedimiento que ha sido 
usado desde hace mucho tiempo, algunas civilizaciones orientales practicaron este 
proceso con el uso de animales para densificar el suelo suelto previamente colocado, 
o con el paso de recuas o carretas cargadas sobre los antiguos caminos, igualmente 
existen claros indicios de algunas de nuestras civilizaciones americanas usaron este 
método de estabilización.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación: Compactación: ¿ Que podría pasar si compactamos mal?
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Objetivos de la compactación:
El principal objetivo de la compactación es el mejoramiento de las propiedades de 
ingeniería de la masa de suelos. Existen varias ventajas que se desarrollan a través 
de la compactación: 
Ø Reducción de los asentamientos debidos a la disminución de la relación de 
vacíos (disminución de las posibilidades de deformación)
Ø Aumento de la resistencia al corte.
Ø Aumento de la densidad del suelo.
Ø Disminución de la permeabilidad.
Las principal desventajas son el que se aumente el hinchamiento
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Teoría de la compactación:
El proceso de compactación puede ser usado como un método para la 
construcción y estabilización de rellenos y terraplenes. R.R. Proctor (1920) desarrollo 
el método mientras construía presas para el distrito de aguas de Los Ángeles . Por 
esta razón la compactación estándar en laboratorio comúnmente se llama ensayo 
Proctor.
Ø La densidad máxima seca (?dmax)
Ø La humedad optima (wopt.)
Las variables que controlan la compactación tanto en campo como en laboratorio 
(definidas por Proctor) son básicamente:
Ø La energía especifica de compactación
Ø El tipo de suelo (gradación, presencia de limo, arcilla, partículas grandes, 
etc.)
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Como todo proceso que se desarrolla sobre el suelo, la compactación en campo debe 
tener un patrón de control en el laboratorio, es decir, el prototipo en escala natural que 
puede ser un terraplén de una carretera de un urbanismo, etc. Debe ser modelado a 
escala en el laboratorio, para definir los parámetros de control para la ejecución 
adecuada de la compactación en campo.
Para ello el Ing. R.R. Proctor diseño el ensayo Estándar de compactación y se 
denomina ensayo Proctor en este se definen las 04 variables de compactación 
nombradas anteriormente.
También conocido como ensayo, ASSHTO T-99, es una prueba que aplica la energía 
mecánica por impacto, mediante la caída repetida de un martillo de altura de caída y 
peso especificado, sobre una capa de suelo colocada dentro de un cilindro de 
dimensiones normalizadas, el suelo es compactado dentro del cilindro en 3 capas 
dando 25 golpes por capa.
Ensayo Proctor Standard o Normal: Ensayo Proctor Standard o Normal: 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Es una medida de la energía mecánica aplicada al suelo para lograr su compactación 
por unidad de volumen 
Energía especifica de compactación: Energía especifica de compactación: 
Calculo de la energía especifica de compactación: Calculo de la energía especifica de compactación: 
Para el calculo se usa una expresión donde convergen los factores del ensayo que son 
directamenteo inversamente proporcionales a esta energía, así de la siguiente manera: 
V
hWN
nEc
**
=
Donde:
Ec= Energía especifica de compactación
n= Numero de capas en que se compacta el suelo.
N= Numero de golpes por cada capa
W= peso del martillo
h= Altura de caída del martillo
V= Volumen del cilindro de compactación 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Ensayo Proctor Estándar o Normal: Ensayo Proctor Estándar o Normal: 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Ensayo Proctor Standard o Normal: Ensayo Proctor Standard o Normal: 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
La aparición de aviones cada vez mas pesados que aumentaron las cargas o 
solicitaciones sobre los terraplenes y estructuras de tierra que servían de base a las 
pistas de aeropuertos y los cambios introducidos en la maquinaria de compactación que 
aumentaron su peso y por consiguiente su energía de compactación, esto obligo a 
introducir modificaciones al ensayo Proctor Standard y a partir de estos cambios se 
desarrollo un método modificado con mayor energía que el Proctor normal. 
Ensayo Proctor Modificado: Ensayo Proctor Modificado: 
Proctor Standard. Proctor Modificado.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Ensayo Proctor Standard y Modificado: Ensayo Proctor Standard y Modificado: 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
En el laboratorio se usan otros métodos de compactación, pero su uso en general es 
poco frecuente por ausencia de correlaciones confiables, así podemos citar entre otros: 
- El Miniatura de Harvard, Diseñado por la Universidad de Harvard, se denomina de 
esa forma por lo pequeño, es un ensayo que aplica un amasado a los suelos cohesivos
- Mesas Vibratorias, compactan aplicando energía vibratoria sobre el suelo, esto 
resulta conveniente en suelos granulares.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Resultados del Ensayo de compactación:
Curva de compactación: Curva de compactación: 
Cuando se compacta un suelo bajo diferentes condiciones de humedad (4 o 5), y se 
relacionan las densidades secas con los contenidos de humedad respectivos, se 
obtiene una curva de compactación similar a la de la figura:
Curva de Compactacion
1.800,00
1.900,00
2.000,00
2.100,00
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00
Humedades (%)
D
en
si
d
ad
es
 S
ec
as
 
(k
g
/m
3)
 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Resultados del Ensayo de compactación:
Curva de compactación: Curva de compactación: 
Se construye de la manera siguiente:
ü Se realiza partiendo de una muestra previamente cuarteada y tamizada
ü Se separa en varias porciones (4 o 5) de 3 kg aprox.
ü Se le agrega un volumen de agua para preparar la muestra a diferentes contenidos 
de humedad.
ü Se compactan cada una de las muestras por capa según las especificaciones del 
ensayo Proctor.
ü Luego de compactada se procede a obtener la densidad húmeda de cada una según 
la siguiente expresión:
V
Wh
h =γ
donde: 
?h= Densidad húmeda del suelo
Wh= Peso del suelo húmedo compactado en el cilindro.
V= Volumen del cilindro
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Resultados del Ensayo de compactación:
Curva de compactación: Curva de compactación: 
ü Previamente a realizar la compactación del suelo dentro del cilindro se toma una 
pequeña porción de la muestra para llevarla al horno y determinar la humedad del suelo 
compactado.
ü Para cada una de las muestras podemos determinar la densidad seca (?dmax) mediante 
la relación:





+
=
100
1
w
h
d
γ
γ
donde: 
?dmax= Densidad seca del suelo compactado
?h= Densidad seca del suelo compactado.
w= Humedad de la muestra
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Resultados del Ensayo de compactación:
Curva de compactación: Curva de compactación: 
ü Así podremos resumir los resultados en una tabla como la siguiente:
.
.
wn
w2
w1
w(%)
?dn?hnVWnn
?d2?h2VW22
?d1?h1VW11
?d?hVWhMuestra
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Curva de compactación: Curva de compactación: 
Ø La curva de compactación esta definida como el lugar geométrico de todos los 
puntos que relacionan la humedad del suelo correspondiente con la densidad seca 
alcanzada por ese suelo luego de la compactación.
Ø La curva de compactación es única para un tipo de suelo dado un método de 
compactación y un esfuerzo de compactación. 
Ø La curva de compactación, aun a muy altos contenidos de agua, nunca alcanza la 
curva de cero vacíos con aire ( S = 100 %)
Ø Están representadas a la semejanza de una curva muy conocida : la parábola
Ø El punto máximo de la curva se denomina Densidad máxima seca y el contenido de 
humedad referido a es el contenido optimo de humedad.
Ø Se divide en dos partes la rama ascendente, conocida como la rama seca, situada 
antes del punto máximo de la curva, y la rama descendente o rama húmeda donde las 
humedades son mayores que la humedad optima.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Curva de compactación (continuación): Curva de compactación (continuación): 
Ø Los Valores de ?dmax y wopt varían para un mismo suelo cuando varia la energía 
especifica de compactación. Para mayores energías de compactación mayores 
densidades secas y menores wopt ( esta relación no es proporcional)
Ø Las curvas de compactación tienden a ser parábolas extendidas o abiertas cuando 
se trata de suelos granulares y son mas cerradas y pronunciadas si se trata de suelos 
cohesivos.
ØLos contenidos óptimos de humedad son mayores en suelos cohesivos que en suelos 
granulares. 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Curva del 100 % de Saturación: Curva del 100 % de Saturación: 
Ø Curva de todos los puntos donde se alcanza la humedad de saturación para cada 
peso especifico seco dado (relación de vacíos dada)
Ø A mayor ?d menor e y menor wsat.
Ø Se pueden definir curvas para cualquier saturación (S= 80 %, 70%, 60%, etc.)
Ø Por encima de la curva de 100 % saturación, zona donde no es posible compactar el 
suelo por mayor que sea la energía especifica.
Ø La distancia entre wopt y wsat, indica que un suelo compactado al máximo igual tiene 
aire, en compactación no es posible expulsar todo el aire de los vacíos. 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Curva de compactación: Curva de compactación: 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Curva de compactación: Curva de compactación: 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Curva de compactación: Curva de compactación: 
'
HQ
VL
G
DG
6
HF
D
$
OF
DQ
]D
G
D
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Rol del agua en el proceso de compactación: Rol del agua en el proceso de compactación: 
Ø En la Rama Seca:
- Es agua es un agente facilitador del proceso.
- Permite la disgregación de los grumos y terrones.
- Sirve como lubricante que favorece el movimiento y reacomodo de las partículas.
- Aumenta la eficacia de la energía de Compactación.
Ø En la Rama Húmeda:
- El agua tiene un papel negativo.
- Al haber mucho agua en el suelo, esta se convierte en un agente de dispersión.
- Las cargas aplicadas provocan elevaciones instantáneas de la presión de poros, 
lo cual reduce la eficacia en la aplicación de la energía de compactación .
- Estas elevaciones en la presión fracturan las partículas sólidas que produce un 
desplazamiento de la masa del suelo en vez de un arreglo de las partículas.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Influencia del tipo de suelo en la compactación: Influencia del tipo de suelo en la compactación: 
A diferentes tipos de suelo corresponden distintas formas estructurales y 
características físicas. Esto induce diferencias marcadas en el proceso de 
compactación para suelos de diferentes naturaleza.
Ø Suelos Granulares:
- Estables bajo cargas estáticas, se reordenan en arreglos mas densos bajo cargas 
cíclicas.
- Resulta conveniente compactarlos con energía de vibración.
Ø Suelos Cohesivos:
- El comportamiento y la estructuras de los suelos cohesivos cuando se compactan 
mecánicamente resultan tan complejos como cuando están en estado natural.
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Influencia del tipo de suelo en la compactación: Influencia del tipo de suelo en la compactación: 
Ø Suelos Cohesivos (continuación):
- Dependerán de: Características del proceso de compactación, tipo de suelo, si se 
compacta en la rama seca o la rama húmeda.
- La estructura de los suelos cohesivos tiende a ser dispersa a mayores contenidos 
de humedad para un mismo nivel de energía:
- En la rama húmeda hay tendencia a estructuras dispersa y bien orientadas.
- En la rama seca la estructura tiende a ser flocúlenla, porosa y errática.
- Cuando la energía de compactación es mayor para un mismo contenido de 
humedad, los suelos cohesivos desarrollan estructuras dispersas y bien orientadas.
- Cuando el nivel de energía es menor se presentan estructuras porosas y erráticas 
para un contenido de humedad constante.
- El suelo será menos permeable para un mayor esfuerzo de compactación, para 
una humedad especificada. 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Curva de compactación: Curva de compactación: 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Propiedades de los suelos compactados en la rama seca y húmeda: Propiedades de los suelos compactados en la rama seca y húmeda: 
AltaBajaCompresibilidad
BajaAltaPermeabilidad
AltaBajaPresión de Poros
MediaMuy bajaPermanencia de sus 
propiedades
BajaAltaCambios de Volumen 
por saturación
BajaaltaResistencia al Corte
Rama HúmedaRama SecaPropiedad
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Se tratara de forma muy esquemática y breve, sobre el proceso de compactación y 
construcción de terraplenes, partiendo de la selección de los sitios de préstamo hasta el 
tratamiento final del terraplén:
q Se realizara una exploración de suelos que permita verificar las condiciones y 
características de los suelos en el área que servirán de cimiento o apoyo para la 
estructura de tierra a construir.
q En el mismo momento también se realizaran estudios de suelos sobre aquellas áreas 
que potencialmente puedan ser usadas como sitios para suministro de material de 
préstamo (humedad, ensayo Proctor, Valor CBR, etc.) 
q Construcción de trinchera o cajuela que servirá de apoyo al terraplén: consiste en 
excavar una cajuela en el área del terraplén extrayendo el material inadecuado (para la 
excavación se usan equipos de Motoniveladora o patrol y mototraillas o tornapul) y 
sustituyendo por material de préstamo debidamente compactado y estabilizado. 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
q Extracción y transporte del material de préstamo. Esta excavación será realizada con 
equipos apropiados como: excavadoras y retroexcavadoras mecánicas (excavación 
vertical) también se usan mototraillas empujadas con tractores D9 o D8, la carga se puede 
hacer simultáneamente desde las excavadoras o por cargadores de cauchos u orugas 
(payloader, showell) y el transporte se realiza con camiones volteos aunque si las distancias 
no son grandes se puede realizar con las mototraillas.
q Colocación del material y extensión de la capa a compactar. Si el material es 
transportado en camiones, estos irán vaciando la carga a lo largo del terraplén en forma de 
“camellones”, la separación de los camellones dependerá de del espesor de la capa a 
compactar.
q Luego de la colocación se procede a extender la capa con el uso de la motoniveladora 
que con su pala va extiendo el material longitudinalmente. Cuando se transporta el material 
en mototraillas la colocación y extensión se hacen simultáneamente.
q Pulverización y desterronamiento (uso de rastras) del material para reducirlo a tamaños 
de partículas que puedan ser compactadas. 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
q Simultáneamente se realiza una actividad de “despiedre”, en la cual se retiran aquellas 
piedras o peñones que no pueden ser pulverizados.
q Humedecimiento o secado y mezclado del material. Si la wcampo < wopt se procede a 
humedecerlo (Ballena o Camiones cisternas), Si wcampo > wopt debe procederse al secado al 
aire. Generalmente en campo siempre es conveniente tener el material con humedades 
inferiores a la optima, pues el proceso de secado es mas complicado.
q Compactación del material, se procede a la aplicación de la energía de compactación con 
el uso del equipo seleccionado a tal efecto (estático, vibratorio o amasado). El espesor de la 
capa será una función de la compactación requerida y del equipo utilizado, igualmente el 
numero de pasadas deberá ser analizado y ajustado en la medida que avance el proceso. En
obras cuya magnitud lo justifique se realiza un terraplén de prueba.
A cada capa de suelo compactado deberá practicársele el control de calidad 
necesario para garantizar la adecuada compactación (wopt , ?dmax) 
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Rodillos pata de 
Cabra
Rodillos Neumatico
En suelos cohesivosHarvard Miniatura
Metodo de Hveen
Amasado
Rodillo de rueda 
lisa
Suelos con T.M.N. 
< ¾”
Metodo PorterEstatico
Compactadores 
Vibratorios
Rodillos 
Vibratorios
Suelos sin CohesionMesa VibratoriaVibracion
Rodillos de Rueda 
Lisa
Suelo cuyo T.M.N
sea < ¾” a Nro 4
Proctor Stándard
Proctor Modificado
Dinamico
Equipo Usado en el 
Terreno
UtilizacionEnsayo de 
Laboratorio
Metodo de 
Compactacion
Relación de Métodos de Compactación y Ensayos de Laboratorio
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Motoniveladora (Patrol) Cortando Mototrailla o Tornapul
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Excavadoras y Retroexcavadoras 
Cajuela o trinchera
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Cargador de oruga “Showell” Camellones de material a extender
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Extension del material Extension de Material
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Chequeo de la Humedad
Humedecimiento del material 
(Uso de la Ballena)
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Compactacion (amasado) Compactacion (vibratorio)
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ESTABILIZACION DE SUELOS
Compactación en Campo (construcción de terraplenes): Compactación en Campo (construcción de terraplenes): 
Compactador de 
neumaticos (amasado) Plancha vibratoria (rana)