Mejoramiento de terreno natural, compactación e incorporación de agua para compactación al 90% p.v.s.m., incluye: mano de obra, agua, y maquinaria p.u.o.t.

La Cimentación del Éxito - ¿Por Qué la Compactación de Suelos es el Pilar de Toda Obra?

En el vasto y complejo universo de la construcción en México, desde el levantamiento de un rascacielos en la Ciudad de México hasta el trazado de una autopista en la Sierra Madre, existe un proceso fundamental que, aunque a menudo oculto bajo capas de concreto y asfalto, determina la longevidad, seguridad y estabilidad de toda la estructura: la compactación de suelos. Un pavimento que se hunde prematuramente, cimentaciones que presentan grietas inexplicables o taludes que se deslizan tras una temporada de lluvias, son a menudo síntomas de una misma patología: una compactación deficiente o inadecuada.

La compactación es mucho más que el simple acto de "apisonar" el terreno. Es un proceso de ingeniería de precisión que busca mejorar las propiedades mecánicas del suelo mediante la aplicación de energía para reducir los vacíos de aire entre sus partículas. Un suelo correctamente compactado ofrece beneficios estructurales invaluables:

• Aumento de la Capacidad de Carga: Al densificar el suelo, se incrementa su resistencia al corte, permitiendo que soporte cargas mayores sin deformarse, lo cual es esencial para cimentaciones y pavimentos.

• Reducción de Asentamientos: La eliminación de vacíos minimiza el potencial de asentamientos futuros, tanto por el peso propio de la estructura como por las cargas de servicio, evitando hundimientos y daños estructurales a largo plazo.

• Disminución de la Permeabilidad: Un suelo más denso dificulta el paso del agua, reduciendo la penetración y el escurrimiento. Esto protege las capas estructurales de la saturación, que puede debilitar el material y, en climas fríos, causar daños severos por congelamiento (heladas).

• Control de Cambios Volumétricos: Reduce el potencial de esponjamiento y contracción del suelo debido a cambios en la humedad, un factor crítico en los suelos expansivos comunes en varias regiones de México.

El éxito de este proceso no depende de la fuerza bruta, sino de un delicado equilibrio técnico entre tres variables interdependientes: las características del suelo, su contenido de humedad y la energía de compactación aplicada. Para navegar esta disciplina, los profesionales en México se apoyan en conceptos y estándares clave como el Peso Volumétrico Seco Máximo (PVSM), la Humedad Óptima, la Prueba Proctor y el Grado de Compactación, todos ellos enmarcados en la rigurosa normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT).

Esta guía ha sido concebida para ser el recurso más completo y práctico sobre la compactación de suelos en el contexto de la construcción mexicana. A lo largo de las siguientes secciones, se desglosará cada faceta del proceso, desde la teoría fundamental de la mecánica de suelos y los ensayos de laboratorio, hasta el proceso constructivo en campo, la selección de maquinaria, el análisis de costos unitarios y el cumplimiento de las normativas de seguridad. El objetivo es proporcionar a ingenieros, arquitectos, constructores y gerentes de proyecto el conocimiento necesario para ejecutar y supervisar trabajos de compactación que garanticen la calidad, durabilidad y rentabilidad de sus obras.

Desmitificando la Mecánica de Suelos: Conceptos Clave para Profesionales

Para dominar el arte y la ciencia de la compactación, es indispensable manejar con precisión su lenguaje técnico. Estos conceptos no son meras abstracciones académicas; son los parámetros que definen el éxito o el fracaso de un proyecto de terracerías.

Peso Volumétrico Húmedo (γm)

El punto de partida en el análisis de un suelo es su peso volumétrico en estado natural o húmedo, conocido como γm​. Se define como la relación entre el peso total de una muestra de suelo (que incluye tanto las partículas sólidas como el agua contenida en sus vacíos) y el volumen total que ocupa dicha muestra. Aunque es un dato inicial fácil de obtener, su utilidad para el control de calidad es limitada, ya que el peso del agua puede variar significativamente sin que cambie el acomodo de las partículas sólidas.

Contenido de Humedad (ω)

El contenido de humedad, expresado como ω, es uno de los factores más influyentes en la compactación. Se define como la relación entre el peso del agua (Ww​) y el peso de las partículas sólidas secas (Ws​) en una muestra de suelo, usualmente expresado en porcentaje: ω=(Ww​/Ws​)×100. Durante la compactación, el agua actúa como un agente lubricante que facilita el deslizamiento y reacomodo de las partículas bajo la energía aplicada, permitiendo que alcancen una disposición más densa.

Peso Volumétrico Seco (γd o PVS)

Esta es la métrica fundamental para evaluar la compactación. El peso volumétrico seco, γd​, representa la relación entre el peso de las partículas sólidas del suelo y el volumen total de la muestra. Al eliminar la variable del peso del agua, el γd​ refleja de manera precisa qué tan juntas están las partículas sólidas, es decir, el grado real de densificación. Se calcula a partir del peso volumétrico húmedo y el contenido de humedad mediante la fórmula:

Donde ω se expresa en forma decimal.

Peso Volumétrico Seco Máximo (PVSM) y Humedad Óptima (ωo)

Para una energía de compactación determinada (por ejemplo, la aplicada en una prueba de laboratorio), la relación entre el contenido de humedad y el peso volumétrico seco no es lineal. Al compactar un suelo con diferentes contenidos de humedad, se observa que el γd​ aumenta a medida que se añade agua, gracias al efecto lubricante. Sin embargo, se alcanza un punto máximo en la curva de compactación. A partir de este punto, el agua adicional comienza a ocupar el espacio que de otro modo sería ocupado por partículas sólidas, haciendo que el γd​ disminuya.

• Peso Volumétrico Seco Máximo (PVSM): Es el valor pico de la curva de compactación y representa la máxima densidad seca que se puede alcanzar para un suelo específico con una energía de compactación determinada.

• Humedad Óptima (ωo​): Es el contenido de humedad con el cual se logra el PVSM. Trabajar en campo con un contenido de humedad cercano al óptimo es crucial para lograr la compactación especificada de manera eficiente.

Es fundamental comprender que el PVSM no es una propiedad intrínseca del suelo. Es el resultado de un proceso específico. Si se aplica una mayor energía de compactación, como en el ensayo Proctor Modificado en comparación con el Estándar, el mismo suelo arrojará un PVSM más alto y una humedad óptima más baja. Esto significa que el PVSM de laboratorio es un valor de referencia relativo a la energía aplicada, y el equipo de compactación en obra debe ser capaz de impartir una energía análoga para alcanzar los objetivos del proyecto.

Grado de Compactación (GC)

El Grado de Compactación es el parámetro final de control de calidad en obra. Se define como la relación porcentual entre el peso volumétrico seco obtenido en el campo (γd,campo​) y el peso volumétrico seco máximo determinado en el laboratorio (PVSMlab​):

Los proyectos de construcción en México especifican un grado de compactación mínimo que debe alcanzarse, comúnmente del 90%, 95% o incluso 100% del PVSM, dependiendo de la capa estructural y los requerimientos de la obra.

El Laboratorio como Punto de Partida: La Prueba Proctor Estándar vs. Modificada

Antes de mover un solo metro cúbico de tierra en la obra, el trabajo de compactación comienza en el entorno controlado del laboratorio. La prueba Proctor es el ensayo geotécnico que establece los parámetros de referencia —PVSM y Humedad Óptima— contra los cuales se medirá y aceptará todo el trabajo de campo.

El ensayo, desarrollado por el ingeniero Ralph R. Proctor en la década de 1930, fue una revolución en la ingeniería civil al estandarizar el proceso de compactación. Con el tiempo, las crecientes demandas de la infraestructura moderna, como las pistas de aeropuertos que debían soportar aviones más pesados durante la Segunda Guerra Mundial, llevaron al desarrollo de una versión con mayor energía: el Proctor Modificado. Hoy en día, ambos ensayos son pilares en la práctica de la ingeniería en México.

Metodología y Diferencias Clave

Aunque el objetivo de ambos ensayos es el mismo —determinar la curva de compactación para encontrar el PVSM y la humedad óptima—, la diferencia fundamental radica en la energía de compactación aplicada a la muestra de suelo. Esta energía se modifica variando el peso del pisón (martillo), la altura desde la que se deja caer, el número de capas en que se divide la muestra dentro del molde y el número de golpes aplicados a cada capa.

• Ensayo Proctor Estándar (o Normal): Utiliza una energía de compactación menor. Es adecuado para proyectos donde las cargas de servicio no son extremadamente altas, como rellenos de zanjas, plataformas para edificaciones ligeras o caminos secundarios.

• Ensayo Proctor Modificado: Aplica una energía de compactación significativamente mayor (aproximadamente 4.5 veces más que el Estándar). Esto simula las condiciones de compactación más intensas requeridas para infraestructura crítica como autopistas, pistas de aeropuertos, grandes presas y cimentaciones para estructuras pesadas.

La normativa de referencia internacionalmente aceptada y utilizada en México son las normas ASTM D698 para el ensayo Estándar y ASTM D1557 para el Modificado. A nivel nacional, el Instituto Mexicano del Transporte (IMT) también establece procedimientos en manuales como el M·MMP·1·09.

Interpretación de Resultados y Criterios de Selección

El procedimiento para ambos ensayos implica compactar varias muestras del mismo suelo con contenidos de humedad crecientes. Para cada muestra, se determina su peso volumétrico seco. Al graficar estos puntos (eje Y: densidad seca; eje X: humedad), se obtiene la característica "curva de compactación" en forma de campana. El punto más alto de esta curva revela el PVSM y su correspondiente humedad óptima.

La elección entre especificar un control basado en el Proctor Estándar o Modificado es una decisión estratégica que impacta tanto el diseño como el presupuesto del proyecto. No es solo una cuestión técnica, sino de gestión de riesgos. Optar por el Proctor Modificado significa diseñar para una mayor capacidad de carga y una menor deformabilidad, pero también implica que en campo se deberá utilizar maquinaria más pesada o realizar un mayor número de pasadas para alcanzar el grado de compactación requerido, lo que se traduce en costos de construcción más elevados. Por lo tanto, el ingeniero debe balancear el costo inicial de una compactación más rigurosa contra el riesgo y el costo potencial de una falla estructural a largo plazo si se utiliza una especificación insuficiente para una aplicación crítica.

A continuación, se presenta una tabla comparativa que resume las diferencias técnicas clave entre ambos ensayos.

Del Laboratorio a la Obra: Proceso Constructivo de Compactación de Terracerías en México

Con los parámetros de PVSM y humedad óptima definidos en el laboratorio, el siguiente paso es replicar estas condiciones en el campo. El proceso constructivo de compactación de terracerías es una secuencia metódica de operaciones que transforma un material suelto en una plataforma estable y resistente. Cada capa de material compactado es, en esencia, un mini-proyecto que requiere la misma atención al detalle: colocación, humectación, compactación y, crucialmente, verificación. Omitir la verificación rigurosa en cada ciclo es un error común que puede llevar a la propagación de deficiencias hacia las capas superiores, creando puntos débiles permanentes en la estructura.

El procedimiento general, adaptado a las prácticas comunes en obras mexicanas, es el siguiente:

1. Preparación del Sitio (Despalme y Limpieza): La primera acción en el terreno es la remoción de toda la capa superficial que contenga material inadecuado. Esto incluye vegetación, raíces, materia orgánica, basura y cualquier suelo suelto o contaminado. Esta operación, conocida como despalme, asegura que la primera capa de relleno se coloque sobre un terreno firme y estable.

2. Escarificación y Nivelación: La superficie de desplante del terraplén o relleno se escarifica (se araña o rompe superficialmente) para promover una mejor adherencia y ligazón con la primera capa de material compactado. Esto evita la creación de un plano de falla débil entre el terreno natural y el relleno. Posteriormente, se nivela para asegurar un espesor uniforme de la primera capa.

3. Colocación del Material (Tendidos): El material de relleno, ya sea producto de excavaciones de corte en la misma obra o traído de un banco de materiales, se transporta y se extiende sobre la superficie preparada. Esta operación se realiza en capas uniformes, conocidas como "tongadas". El espesor de estas capas es un factor crítico para el éxito de la compactación; capas demasiado gruesas impiden que la energía del equipo compactador alcance la parte inferior, resultando en una compactación deficiente. Típicamente, los espesores de capa varían entre 15 y 30 cm, dependiendo de la capacidad del equipo utilizado.

4. Acondicionamiento de Humedad: Una vez extendida la capa de material, se ajusta su contenido de humedad para que se aproxime a la "humedad óptima" determinada en la prueba Proctor (generalmente dentro de un rango de ±2%). Esto se logra mediante el riego uniforme con camiones cisterna (pipas de agua). Para asegurar que el agua se distribuya de manera homogénea en todo el espesor de la capa, el material se mezcla y se revuelve utilizando una motoniveladora.

5. Compactación: Con el material en su espesor y humedad adecuados, se procede a la aplicación de la energía de compactación. La maquinaria seleccionada (rodillos, apisonadores, etc.) realiza pasadas sistemáticas sobre la superficie. Un patrón de compactación eficiente generalmente comienza en los bordes o costados del área y avanza hacia el centro, para confinar el material. Cada pasada debe traslaparse con la anterior (típicamente un 30% a 50% del ancho del rodillo) para garantizar una cobertura completa y sin zonas sueltas. El número de pasadas necesario dependerá del tipo de suelo, el espesor de la capa y la eficiencia del equipo.

6. Control de Calidad y Liberación de Capa: Antes de colocar la siguiente capa, es imperativo verificar que la capa recién compactada ha alcanzado el grado de compactación especificado en el proyecto. Se realizan pruebas de densidad en campo en puntos aleatorios. Si los resultados son satisfactorios, la capa es "liberada" por la supervisión y se puede proceder a extender la siguiente. Si no se cumple con la especificación, se deben tomar acciones correctivas, como dar pasadas adicionales, ajustar la humedad o, en casos extremos, remover y reemplazar el material.

La Maquinaria Adecuada para Cada Suelo: Selección y Rendimiento de Equipos

La selección del equipo de compactación no es una decisión trivial; es uno de los factores más determinantes para la eficiencia técnica y económica del proyecto. Utilizar la maquinaria incorrecta para un tipo de suelo específico puede resultar en una compactación ineficaz, un aumento innecesario de los costos operativos y retrasos en el programa de obra. La elección debe basarse en el principio de compactación que mejor se adapte a las propiedades del material.

Clasificación de Suelos y Principios de Compactación

Para fines prácticos de compactación, los suelos se pueden agrupar en dos categorías principales :

• Suelos Granulares (No Cohesivos): Como arenas y gravas. Sus partículas son relativamente grandes y no se adhieren entre sí. La compactación se logra mejor reduciendo la fricción interna entre las partículas para que se reacomoden en una estructura más densa.

• Suelos Cohesivos: Como arcillas y limos. Sus partículas son muy finas y presentan fuerzas de atracción (cohesión). La compactación requiere romper esta cohesión interna y expulsar el aire atrapado.

A cada tipo de suelo le corresponde un método de compactación más eficiente:

• Compactación por Presión Estática: Aplica una carga pesada de forma continua. Es realizada por rodillos lisos estáticos. Es efectiva para el acabado final de capas granulares y asfálticas, pero menos eficiente para compactar capas gruesas de suelo.

• Compactación por Amasado e Impacto: Aplica altas presiones en áreas concentradas, penetrando la capa de suelo. Es el método ideal para suelos cohesivos. El equipo por excelencia es el rodillo pata de cabra, cuyas protuberancias (patas) penetran el suelo, rompen los terrones y compactan la capa de abajo hacia arriba. Los rodillos neumáticos, con sus llantas de hule, también proporcionan un efecto de amasado.

• Compactación por Vibración: Induce vibraciones de alta frecuencia en el suelo, lo que reduce temporalmente la fricción entre las partículas de suelos granulares y les permite asentarse en una configuración más densa por gravedad. Los rodillos vibratorios lisos y las placas vibratorias son los equipos más comunes para este fin.

• Compactación por Impacto Rápido: Aplica una serie de impactos de alta energía en un área pequeña. Es muy eficaz para suelos cohesivos y mixtos en áreas confinadas donde no puede operar maquinaria grande. El equipo representativo es el apisonador vertical, comúnmente conocido en México como "bailarina".

La siguiente tabla sirve como una guía rápida para la selección del equipo más adecuado.

Cálculo del Rendimiento de la Maquinaria

Estimar la productividad o rendimiento de un equipo de compactación es esencial para la planificación y el control de costos. El rendimiento de un rodillo compactador se puede calcular en metros cúbicos por hora (m3/h) utilizando la siguiente fórmula general :

Donde:

• R = Rendimiento en volumen suelto por hora (m3/h).

• A = Ancho efectivo de compactación del rodillo en metros (m), considerando el traslape.

• V = Velocidad de operación en metros por hora (m/h).

• E = Espesor de la capa suelta en metros (m).

• Fe​ = Factor de eficiencia del trabajo (usualmente 0.75-0.85 para considerar maniobras y tiempos muertos).

• N = Número de pasadas requeridas para alcanzar la compactación especificada.

Ejemplo Práctico: Calcular el rendimiento de un rodillo vibratorio con las siguientes características:

• Ancho del tambor: 2.1 m (traslape de 0.2 m, Ancho efectivo A = 1.9 m)

• Velocidad de operación: 3 km/h (V=3000 m/h)

• Espesor de la capa suelta: 0.25 m (E=0.25 m)

• Número de pasadas: 8 (N=8)

• Factor de eficiencia: 0.83 (Fe​=0.83)

Este cálculo indica que, en condiciones ideales, el rodillo puede compactar aproximadamente 148 metros cúbicos de material suelto por hora.

Control de Calidad en Campo: Métodos para Verificar el Grado de Compactación

La fase final y más crítica de cada ciclo de compactación es la verificación. El control de calidad en campo no es opcional; es el único medio para asegurar que la densidad del suelo alcanzada en la obra cumple con las especificaciones de ingeniería establecidas en el proyecto. Este proceso implica medir la densidad seca y el contenido de humedad del material in situ y compararlos con los valores de referencia del ensayo Proctor para determinar el Grado de Compactación.

Existe una tensión inherente en el control de calidad entre la precisión y la velocidad. Los métodos tradicionales son muy precisos pero lentos, mientras que las tecnologías modernas ofrecen rapidez a cambio de una dependencia en la calibración. La estrategia de control de calidad debe definirse en el plan del proyecto, a menudo combinando métodos para optimizar la eficiencia y la fiabilidad. En México, los dos métodos más extendidos son el Cono de Arena y el Densímetro Nuclear.

Método del Cono de Arena

Este es el método clásico, considerado el "estándar de oro" por su principio físico directo y su fiabilidad. Aunque es laborioso y destructivo (requiere excavar una porción del material ya compactado), sus resultados son ampliamente aceptados como definitivos en caso de disputas.

El procedimiento, en esencia, consiste en :

1. Excavación de la Cala: Se excava un pequeño agujero (cala) de aproximadamente 15 cm de diámetro y con una profundidad igual al espesor de la capa compactada.

2. Recolección y Pesaje: Todo el material extraído de la cala se recolecta cuidadosamente en un recipiente sellado para no perder humedad y se pesa. Esto da el peso húmedo del material.

3. Determinación del Volumen: Se utiliza un dispositivo llamado "cono de arena", que consiste en un frasco con arena calibrada de densidad conocida. Se coloca el cono sobre el agujero y se abre una válvula para que la arena llene completamente la cala. Al conocer el peso de la arena utilizada y su densidad, se puede calcular con precisión el volumen del agujero.

4. Cálculo de la Densidad Húmeda: Se divide el peso del material húmedo extraído entre el volumen de la cala para obtener la densidad húmeda en campo (γm,campo​).

5. Determinación de la Humedad: Se toma una muestra representativa del material extraído y se lleva al laboratorio (o se usa un método rápido en campo) para determinar su contenido de humedad (ωcampo​).

6. Cálculo de la Densidad Seca: Finalmente, con la densidad húmeda y la humedad, se calcula la densidad seca en campo (γd,campo​) usando la fórmula previamente descrita. Este valor se compara con el PVSM del laboratorio para obtener el Grado de Compactación.

Método del Densímetro Nuclear

Este método moderno ofrece una alternativa rápida y no destructiva para la medición de la densidad y la humedad. El equipo utiliza una fuente radiactiva (generalmente Cesio-137 para la densidad y Americio-241/Berilio para la humedad) para emitir partículas al suelo.

• Principio de Operación: El densímetro se coloca sobre la superficie del suelo compactado. Una sonda que contiene la fuente radiactiva se extiende hacia el interior del suelo. Los detectores en la base del equipo miden la cantidad de radiación que es absorbida o dispersada por el suelo. Un suelo más denso absorbe más radiación gamma, y un suelo con más humedad dispersa más neutrones. El equipo correlaciona estas lecturas con valores de densidad húmeda y contenido de humedad, calculando internamente la densidad seca.

• Ventajas: Su principal ventaja es la velocidad. Una medición puede tomar solo unos minutos, permitiendo realizar un mayor número de pruebas en una jornada de trabajo y obtener retroalimentación casi inmediata para el equipo de compactación.

• Desventajas: Es un método indirecto cuya precisión depende de una calibración rigurosa para cada tipo de material. Además, requiere personal certificado para su operación y el cumplimiento de estrictos protocolos de seguridad para el manejo de material radiactivo.

Frecuencia de Muestreo

La cantidad y ubicación de las pruebas de control de calidad deben estar definidas en las especificaciones del proyecto. Una práctica común, sugerida en algunas normativas, es realizar al menos una prueba (cala o medición nuclear) por cada cierto volumen de material compactado (por ejemplo, cada 250 o 500 m3) o por cada tramo de longitud en proyectos viales (por ejemplo, cada 500 m2 de capa o cada 200 m de un carril). La selección de los puntos de prueba debe ser aleatoria para asegurar una evaluación representativa de toda el área trabajada.

Navegando la Normativa Mexicana: Requisitos de Compactación según la SCT

Para cualquier proyecto de infraestructura vial en México, la normativa emitida por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) es de cumplimiento obligatorio. Estas normas establecen los requisitos mínimos de calidad para los materiales y los procedimientos de construcción, incluyendo los grados de compactación para cada una de las capas que conforman la estructura de un pavimento. El conocimiento y la aplicación de esta normativa son esenciales para garantizar la durabilidad de las obras y para la aceptación y pago de los trabajos ejecutados.

El marco normativo principal de la SCT para terracerías y pavimentos se estructura en varios libros, siendo los más relevantes para la compactación :

• Libro N-CMT (Normas - Características de los Materiales): Define las especificaciones de calidad que deben cumplir los materiales utilizados en cada capa (granulometría, plasticidad, resistencia, etc.).

• Libro N-CTR (Normas - Construcción): Describe los procedimientos que deben seguirse durante la construcción, incluyendo la formación de las capas y los requisitos de compactación.

Grados de Compactación Específicos por Capa Estructural

La estructura de un pavimento se construye en capas, y cada una tiene una función específica. Generalmente, los requisitos de compactación se vuelven más estrictos a medida que nos acercamos a la superficie de rodamiento, donde las cargas del tráfico son más altas. A continuación, se resumen los grados de compactación mínimos típicamente exigidos por la SCT, haciendo referencia a las normas correspondientes.

• Cuerpo de Terraplén: Es el cuerpo principal del relleno que da la altura y geometría al camino. Los materiales deben cumplir con la norma N·CMT·1·01. El grado de compactación exigido es, por lo general, del 90% del Peso Volumétrico Seco Máximo (PVSM) determinado mediante la prueba Proctor correspondiente (Estándar o Modificada, según lo especifique el proyecto).

• Capa Subyacente: Es la capa superior del terraplén, de transición hacia las capas del pavimento. Los materiales se rigen por la norma N·CMT·1·02. El requisito de compactación se eleva, típicamente al 95% del PVSM.

• Capa Subrasante: Es la capa final de las terracerías, que sirve como cimiento para el pavimento. Es una capa crítica para la distribución de esfuerzos. Los materiales deben cumplir con la norma N·CMT·1·03 y tener un espesor mínimo (usualmente 30 cm). El grado de compactación es más riguroso, especificándose comúnmente en 100% ± 2% del PVSM , o en algunos casos, un mínimo del 95%.

• Base Hidráulica: Es la principal capa estructural del pavimento, compuesta por materiales pétreos de alta calidad (N·CMT·4·02·002). Su función es soportar y distribuir las cargas del tráfico. El grado de compactación exigido es típicamente del 100% del PVSM de la prueba AASHTO Modificada , o en algunos casos, un mínimo del 95%.

• Carpeta Asfáltica: La capa de rodamiento. Su compactación se controla mediante la prueba Marshall, no Proctor, y se exige un mínimo del 95% de la densidad Marshall de laboratorio.

La siguiente tabla consolida estos requisitos en un formato de referencia rápida, indispensable para la planificación y supervisión de obras viales en México.

Análisis de Precios Unitarios (APU): ¿Cuánto Cuesta Compactar un Terreno en México en 2024?

Entender el costo de la compactación es crucial para la elaboración de presupuestos precisos y competitivos. El precio unitario por metro cúbico (/m3) de material compactado no es un valor fijo, sino el resultado de un análisis detallado que integra los costos de materiales, mano de obra, maquinaria y equipo. Este desglose se conoce como Análisis de Precios Unitarios (APU) y es la base de cualquier presupuesto de obra en México.

Componentes del Costo de Compactación

Los principales elementos que conforman el costo directo de un metro cúbico de material compactado son:

1. Materiales:

   • Material de Relleno: Es el costo del material (tepetate, material de banco clasificado) puesto en el sitio de la obra. Este costo incluye la extracción en el banco y el acarreo. Es fundamental considerar el factor de abundamiento, que refleja la diferencia de volumen entre el material en su estado suelto y su estado compacto. Típicamente, se requiere entre 1.20 y 1.30 m3 de material suelto para producir 1 m3 de material compactado.

   • Agua: El costo del agua necesaria para alcanzar la humedad óptima. Generalmente se suministra en camiones cisterna (pipas) de 10,000 o 20,000 litros. El precio por pipa puede variar significativamente según la región y la disponibilidad.

2. Mano de Obra:

   • Se calcula con base en el costo de la cuadrilla de trabajo necesaria y su rendimiento. Una cuadrilla típica para trabajos de terracerías puede incluir un cabo de oficios y varios peones. El costo se basa en el salario real diario (incluyendo prestaciones). Los salarios varían por región, pero los datos del INEGI y la Comisión Nacional de Salarios Mínimos para 2024 sirven de referencia.

3. Maquinaria y Equipo:

   • Este es uno de los componentes más significativos. Se calcula a partir del costo horario de cada máquina involucrada en el proceso: motoniveladora (para extender y mezclar), vibrocompactador (para compactar), camión cisterna (para el riego) y, en algunos casos, cargador frontal. El costo horario se determina analizando los cargos fijos (depreciación, inversión, seguros, mantenimiento) y los consumos (combustible, lubricantes, llantas) y la operación (salario del operador).

   • Herramienta Menor: Un pequeño porcentaje (usualmente 3-5%) del costo de la mano de obra se asigna para cubrir el desgaste de herramientas manuales.

Ejemplo de Análisis de Precio Unitario (APU)

A continuación, se presenta un APU simplificado para la formación y compactación de un terraplén al 95% Proctor Modificado con material de banco, medido compacto. Los costos son estimaciones para 2024 y pueden variar.

Nota: Al costo directo se le deben agregar los costos indirectos (gastos de oficina y campo, típicamente 10-15%), financiamiento, utilidad de la empresa constructora (8-12%) e impuestos para obtener el precio de venta final.

Costos de Referencia

La siguiente tabla ofrece rangos de costos promedio para la compactación, sin incluir el costo del material de relleno, ya que este puede variar drásticamente. Estos precios reflejan únicamente el costo de la mano de obra y la operación del equipo.

Seguridad Primero: Cumplimiento de la NOM-031-STPS-2011 en Trabajos de Compactación

En la industria de la construcción, la productividad y la calidad nunca deben ir en detrimento de la seguridad. La NOM-031-STPS-2011, Construcción-Condiciones de seguridad y salud en el trabajo, es la Norma Oficial Mexicana que establece los requisitos mínimos para prevenir los riesgos laborales en las obras. Su cumplimiento no es solo una obligación legal que evita sanciones, sino una inversión fundamental en la protección de los trabajadores y la continuidad del proyecto.

Un accidente grave, como la volcadura de un compactador, no solo tiene consecuencias humanas trágicas, sino que también provoca la paralización de la obra, costos de investigación y reparación, y un daño significativo a la reputación de la empresa constructora. Por ello, un plan de seguridad robusto debe estar integrado en la planificación y ejecución de los trabajos de compactación desde el inicio.

Obligaciones y Riesgos Específicos

Según la NOM-031-STPS-2011, el patrón tiene la obligación de :

• Clasificar el tamaño de la obra (pequeña, mediana o grande) para determinar el nivel de gestión de seguridad requerido.

• Realizar un análisis de riesgos potenciales para todas las actividades, incluyendo la operación de maquinaria de compactación.

• Elaborar e implementar un programa de seguridad y salud en la obra.

• Proporcionar capacitación a los trabajadores sobre los riesgos específicos de sus tareas y las medidas de seguridad.

• Dotar a los trabajadores con el Equipo de Protección Personal (EPP) adecuado y supervisar su uso correcto.

En las actividades de compactación, los riesgos más significativos a considerar son:

• Atropellamiento y Volcaduras: La operación de maquinaria pesada como rodillos compactadores presenta un riesgo inherente de accidentes, especialmente en terrenos irregulares, pendientes o cerca de bordes de taludes.

• Exposición a Ruido: Los motores y los mecanismos de vibración/impacto de los equipos de compactación generan altos niveles de ruido, que pueden causar daño auditivo permanente con exposición prolongada.

• Exposición a Polvo: El movimiento de tierras y la compactación de materiales secos generan polvo (sílice), cuya inhalación puede provocar enfermedades respiratorias graves.

• Vibraciones (Síndrome de Vibración Mano-Brazo): La operación continua de equipos manuales como apisonadores ("bailarinas") y placas vibratorias transmite vibraciones al operador, lo que puede causar trastornos musculoesqueléticos y neurológicos.

• Riesgos Ergonómicos: Posturas forzadas y el manejo de equipos pesados pueden generar lesiones en la espalda y otras partes del cuerpo.

Equipo de Protección Personal (EPP) Obligatorio

Para mitigar estos riesgos, es indispensable que los operadores de equipos de compactación utilicen el siguiente EPP :

• Casco de seguridad: Para protección contra impacto de objetos.

• Botas de seguridad con casquillo de acero: Protegen los pies contra aplastamiento por la maquinaria o caída de objetos.

• Protección auditiva: Orejeras o tapones para los oídos para atenuar los niveles de ruido por debajo de los límites permisibles.

• Protección visual: Gafas de seguridad para proteger los ojos del polvo y partículas proyectadas.

• Mascarilla contra polvo: Especialmente en ambientes secos y polvorientos, se debe usar un respirador con filtro adecuado para partículas.

• Guantes de trabajo: Para proteger las manos y mejorar el agarre de los controles.

• Ropa de trabajo de alta visibilidad: Chalecos o camisas de colores fluorescentes con bandas reflejantes para asegurar que el operador sea visible para otros vehículos y personal en la obra.

• Faja de soporte lumbar: Recomendada para operadores de equipos manuales para reducir el riesgo de lesiones en la espalda.

La supervisión constante en campo es clave para asegurar que estos equipos se utilicen de manera correcta y permanente durante toda la jornada laboral.

Errores Comunes y Mejores Prácticas: Cómo Evitar Fallas y Optimizar la Compactación

Incluso con los mejores equipos y materiales, los trabajos de compactación pueden fallar si no se ejecutan con la técnica y el control adecuados. Identificar y prevenir los errores más comunes es fundamental para garantizar la calidad y evitar costosos retrabajos.

Error 1: Contenido de Humedad Incorrecto

• El Problema: Este es, quizás, el error más frecuente y perjudicial. Si el suelo está demasiado seco, la lubricación entre partículas es insuficiente, la fricción es alta y, a pesar de aplicar la energía de compactación, no se alcanza la densidad requerida. Si está demasiado húmedo, el exceso de agua ocupa los vacíos y, al no ser compresible, impide que las partículas se acerquen, resultando en una baja densidad. En casos extremos, el suelo puede volverse inestable y presentar un fenómeno de "bombeo" bajo el compactador.

• Mejor Práctica: Realizar un control riguroso de la humedad en campo antes de iniciar la compactación de cada capa. Utilizar métodos rápidos de medición o enviar muestras al laboratorio. Ajustar la humedad de manera controlada, agregando agua con pipa y mezclando con motoniveladora para homogeneizar, o permitiendo que el material se seque (aireación) si está por encima del óptimo.

Error 2: Espesor de Capa Excesivo

• El Problema: Intentar ahorrar tiempo compactando capas (tongadas) más gruesas de lo recomendado es contraproducente. La energía aplicada por el equipo de compactación se disipa con la profundidad. Una capa demasiado gruesa resultará en una buena compactación en la superficie, pero una densidad deficiente en la parte inferior, creando un punto débil oculto en la estructura del terraplén.

• Mejor Práctica: Respetar estrictamente el espesor de capa máximo especificado, que generalmente oscila entre 15 y 30 cm, dependiendo del tipo de suelo y la capacidad del equipo compactador. Es siempre más eficaz compactar en capas delgadas y uniformes.

Error 3: Selección Incorrecta de Maquinaria

• El Problema: Utilizar un equipo cuyo principio de compactación no es adecuado para el tipo de suelo. Por ejemplo, usar un rodillo vibratorio liso en una arcilla plástica húmeda será ineficiente, ya que la vibración no logrará romper la cohesión del material. De igual forma, usar un rodillo pata de cabra en una arena limpia puede disgregar el material en lugar de densificarlo.

• Mejor Práctica: Realizar un análisis geotécnico adecuado del material y seleccionar la maquinaria conforme a las recomendaciones técnicas (ver Tabla 2). En caso de duda o con materiales mixtos, se pueden realizar tramos de prueba en campo para determinar qué equipo y qué número de pasadas ofrecen los mejores resultados con la mayor eficiencia.

Error 4: Falta de Preparación del Sitio

• El Problema: Iniciar la colocación de material de relleno sobre una superficie que no ha sido limpiada y preparada adecuadamente. La presencia de materia orgánica (raíces, vegetación), escombros o suelo suelto en la base del terraplén creará vacíos a medida que estos materiales se descompongan o asienten, lo que inevitablemente conducirá a hundimientos en el futuro.

• Mejor Práctica: Ejecutar un despalme y una limpieza exhaustivos de toda el área de desplante. Escarificar la superficie para asegurar una buena adherencia con la primera capa de relleno.

Error 5: Sobre-compactación

• El Problema: La creencia de que "más es mejor" no siempre aplica en la compactación. Aplicar una energía excesiva (demasiadas pasadas del rodillo) puede ser perjudicial. En suelos granulares, puede causar la fractura de las partículas de los agregados, cambiando su granulometría y reduciendo su capacidad de carga. En suelos cohesivos, puede destruir la estructura del suelo, haciéndolo más susceptible a la consolidación a largo plazo.

• Mejor Práctica: Establecer el número óptimo de pasadas mediante un tramo de prueba y monitorear la densidad alcanzada con pruebas de campo. Una vez que se alcanza la densidad especificada, las pasadas adicionales no solo no aportan beneficios, sino que pueden ser dañinas y representan un gasto innecesario de tiempo y combustible.

Preguntas Frecuentes (FAQ) sobre Compactación de Cimentaciones y Pavimentos

Esta sección aborda algunas de las dudas más comunes que surgen en el día a día de los profesionales de la construcción en México.

• ¿Cuál es la diferencia entre compactación y consolidación? La compactación es un proceso mecánico y rápido que densifica el suelo mediante la expulsión de aire de los vacíos, manteniendo el contenido de agua relativamente constante. La consolidación es un proceso natural y lento, típico de suelos finos saturados (como las arcillas de la Ciudad de México), donde la densidad aumenta debido a la expulsión gradual de agua de los vacíos por la aplicación de una carga a largo plazo.

• ¿Se puede compactar un terreno bajo la lluvia? No es recomendable. La lluvia aumenta el contenido de humedad del suelo de forma incontrolada, llevándolo por encima del óptimo. Un suelo excesivamente húmedo es inestable y difícil de compactar eficazmente. Si llueve, los trabajos de compactación deben detenerse hasta que el suelo recupere un nivel de humedad adecuado.

• ¿Qué pasa si no se alcanza el grado de compactación requerido en una capa? La capa no debe ser aceptada y no se debe colocar la siguiente capa encima. Se deben tomar medidas correctivas. Esto puede implicar dar pasadas adicionales con el equipo compactador, ajustar la humedad del material (si es el problema), o en casos severos, remover, reacondicionar y volver a compactar el material de la capa deficiente.

• ¿Cómo afecta el tipo de suelo (arcilloso vs. arenoso) al proceso de compactación? Afecta drásticamente. Los suelos arenosos (granulares) se compactan mejor por vibración, ya que esta reduce la fricción entre partículas. Los suelos arcillosos (cohesivos) requieren un método de amasado o impacto (como un rodillo pata de cabra) para romper la cohesión interna y densificar el material. Además, los suelos arcillosos son mucho más sensibles a las variaciones de humedad.

• ¿Es necesario compactar el fondo de una excavación para una cimentación? Sí, es una práctica estándar y fundamental. Después de realizar la excavación hasta la cota de desplante, el fondo debe compactarse para asegurar una superficie de apoyo firme y uniforme para la cimentación (ya sea una zapata, losa o plantilla). Las especificaciones a menudo exigen compactar el fondo a un mínimo del 90% o 95% de su PVSM.

• ¿Qué es el CBR (Valor Soporte de California) y cómo se relaciona con la compactación? El CBR es un ensayo que mide la resistencia al corte de un suelo bajo condiciones controladas de humedad y densidad. Es un indicador de la capacidad de soporte del material, especialmente para capas de subrasante y base en pavimentos. La relación es directa: un mayor grado de compactación generalmente resulta en un mayor valor de CBR, lo que significa una mayor capacidad para soportar las cargas del tráfico.

• ¿Para qué tipo de obras se usa el Proctor Estándar vs. el Modificado? El Proctor Estándar se utiliza para proyectos con cargas más ligeras, como rellenos para jardinería, zanjas de servicios o caminos de bajo tráfico. El Proctor Modificado, que aplica una mayor energía, se especifica para infraestructura que soportará cargas pesadas y repetitivas, como carreteras principales, autopistas, plataformas industriales, pistas de aeropuertos y cimentaciones de edificios de gran altura.

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Conclusión: Hacia una Compactación Inteligente para Construcciones Duraderas y Rentables

La compactación de suelos, como se ha detallado en esta guía, es una disciplina de ingeniería que constituye la verdadera base de cualquier proyecto de construcción. Su correcta ejecución no es un gasto, sino la inversión más fundamental en la durabilidad, seguridad y rendimiento a largo plazo de la infraestructura. Ignorar sus principios conduce a fallas prematuras, reparaciones costosas y, en el peor de los casos, riesgos para la seguridad pública.

El éxito en la compactación se sustenta en cuatro pilares interconectados:

1. Análisis de Laboratorio Riguroso: La determinación precisa del Peso Volumétrico Seco Máximo y la Humedad Óptima a través de la prueba Proctor adecuada (Estándar o Modificada) establece los objetivos claros y alcanzables para el trabajo en campo.

2. Proceso Constructivo Controlado: La ejecución metódica en campo, prestando especial atención al espesor de las capas, el acondicionamiento de la humedad y la aplicación sistemática de la energía, es crucial para traducir la teoría en una realidad tangible.

3. Selección Adecuada de Maquinaria: Utilizar el equipo correcto para cada tipo de suelo no es solo una cuestión de eficiencia, sino una necesidad técnica para lograr la densificación deseada.

4. Verificación de Calidad Constante: Un programa de control de calidad robusto, que verifique cada capa antes de proceder con la siguiente, es la única garantía de que las especificaciones del proyecto se están cumpliendo en cada etapa.

En el contexto de la construcción moderna en México, donde la eficiencia y la optimización de recursos son primordiales, la tendencia se dirige hacia una compactación más tecnológica. Tecnologías emergentes como la Compactación Inteligente (Intelligent Compaction) están comenzando a transformar la industria. Estos sistemas, equipados con sensores GPS y acelerómetros montados en los rodillos, permiten monitorear en tiempo real la rigidez del suelo y el número de pasadas, ajustando la energía de compactación sobre la marcha y generando mapas de cobertura detallados. Esto no solo optimiza el proceso, reduciendo el número de pasadas innecesarias y ahorrando combustible y tiempo, sino que también proporciona un registro de calidad del 100% de la superficie compactada.

El llamado a la acción para los profesionales de la construcción en México es claro: adoptar un enfoque de ingeniería de precisión en cada proyecto de compactación. Al combinar un profundo entendimiento de los principios de la mecánica de suelos con una ejecución disciplinada en campo y la adopción de nuevas tecnologías, es posible elevar el estándar de calidad de la infraestructura nacional, construyendo obras más seguras, duraderas y rentables para el futuro.

Glosario de Términos

• Compactación: Proceso mecánico de aplicar energía a un suelo para densificarlo, aumentando su peso volumétrico y su capacidad de carga.

• PVSM (Peso Volumétrico Seco Máximo): La máxima densidad que puede alcanzar un suelo bajo una energía de compactación específica (Prueba Proctor). Es el 100% de referencia.

• Prueba Proctor: Ensayo de laboratorio estándar (AASHTO T-99 o T-180) que determina el PVSM de un suelo y su "humedad óptima" para lograrlo.

• Grado de Compactación: El porcentaje de la PVSM que se alcanza en el campo, verificado mediante pruebas de densidad (calas).

• Bailarina (Apisonador): Maquinaria ligera de compactación que funciona por impacto, ideal para zanjas y áreas pequeñas.

• Vibrocompactador: Maquinaria pesada que utiliza un rodillo vibratorio liso o "pata de cabra" para compactar grandes áreas.

• Terracerías: El conjunto de trabajos de movimiento y preparación de tierras (cortes, terraplenes, compactación) para una obra.