Aplicación de la Compactación a obras Civiles.

La compactación de un suelo es muy importante en la mayoría de las obras civiles, generalmente su campo de aplicación es más para la construcción de carreteras y presas. Las obras de gran importancia involucran grandes cantidades de dinero y por consiguiente se tiene que asegurar que el periodo de vida de la estructura sea lo mas prolongado posible. El terreno es el que sostiene toda la estructura de la obra civil y si no es lo suficiente estable, empiezan a producirse asentamientos perjudiciales del terreno lo que provoca que se produzcan fisuras en la presa o carretera, llegando incluso en algunas ocasiones a provocar derrumbes, que pueden involucrar vidas humanas.

Dada la gran importancia de la estabilidad del terreno en este tipo de obras, es que existe la gran necesidad de aumentar la estabilidad del mismo mediante distintas técnicas, la más usada por su simplicidad y eficacia es la compactación del terreno. Cada tipo de obra tiene sus especificaciones mínimas que se deben alcanzar. 

Los principales parámetros que rigen el valor del peso específico seco máximo y el contenido de humedad óptimo, son la permeabilidad y la resistencia del suelo. Generalmente lo que se quiere lograr es una permeabilidad lo mas baja posible y una resistencia del suelo lo mas alta posible.

Por lo tanto para la obtención de un terreno que cumpla con estas condiciones es necesario tomar en cuenta las propiedades del suelo para poder determinar un rango de contenido de humedad en el que se puedan alcanzar tanto el peso específico seco mínimo requerido como también las propiedades del suelo requeridas.

COMPACTACION: Prueba o ensayo Proctor Modificado.

Debido al rápido desarrollo en los equipos de compactación de campo, la energía de compactación en la prueba Proctor estándar empezó a no lograr representar en forma adecuada las compactaciones mayores que podían lograrse con dicho nuevo equipo. Esto condujo a una modificación en la prueba, aumentando la energía de compactación, de modo que conservando el número de golpes por capa se elevo el número de capas de 3 a 5, aumentando al mismo tiempo el peso del pison y la altura de caída del mismo, siendo el molde es el mismo que el de la prueba estándar. Esta nueva versión revisada se la llama normalmente como la prueba Proctor modificado (ASTM D-1557 y AASHTO T-180). A continuación se describirán todas sus especificaciones y procedimiento de compactación.

La prueba Proctor modificado es la más utilizada para la compactación en laboratorio, teniendo tres variantes en el método, que varían en función del porcentaje de tamaño de partículas presentes en la muestra de suelo. Debido a esto es que se explicara en forma más detallada el procedimiento de compactación, además de todas sus especificaciones basándose en la ASTM D1557-00.

La prueba Proctor modificado al igual que la Proctor estándar se utiliza para determinar el peso específico seco máximo y el contenido de humedad óptimo. Este ensayo se aplica solamente a suelos con menos del 30 % en peso de partículas retenidas en el tamiz de 19 mm.

Para conducir la prueba Proctor modificado, se utiliza el mismo molde con un volumen  de 943.3 cm³ (1/30 pie³) como en el caso de la prueba Proctor estándar. Sin embargo, el suelo es compactado en cinco capas por un pisón que pesa 4.54 ± 0.01 kg, la caída del pisón es 457.2 ± 1.6 mm, la cara de golpe del pisón tiene un diámetro de 50.8 ± 0.25 mm. El pisón debe ser reemplazado cuando el diámetro de la cara de golpe es desgastado o expandido en 12 mm. El número de golpes del pisón para cada capa se conserva en 25 como en  el caso de la prueba Proctor estándar. El pisón debe estar equipado con un tubo que le permita desplazarse en la caída con facilidad, el tubo debe tener al menos cuatro agujeros en cada extremo espaciados 90º entre si, el diámetro mínimo de estos agujeros es de 9.5 mm Figura 7.8.

Figura 7.8. Equipo de compactación en laboratorio.

Debido a que aumenta la energía de compactación, los resultados de la prueba Proctor modificado aumentan en el peso específico seco máximo del suelo. El aumento en el peso específico seco máximo es acompañado por una disminución del contenido de humedad óptimo.

Las tres variantes en el método de compactación Proctor modificado, varían en algunas especificaciones que se resumen en la Tabla 7.1. El método de compactación se elige en función del porcentaje de tamaño de partículas presentes en la muestra de suelo. Para la selección del método de compactación el suelo debe ser tamizado a través de los tamices ¾ plg, 3/8 plg y Nº4.

Tabla 7.1. Especificaciones técnicas para la prueba de compactación Proctor según las especificaciones ASTM. 

Método A utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz Nº 4. Es aplicado a suelos con un porcentaje menor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4.

Método B utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/8 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz Nº 4 y con un valor menor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg.

Método C utiliza como material de compactación el suelo que pasa por el tamiz 3/4 plg. Es aplicado a muestras de suelo con un valor mayor al 20 % de material retenido en el tamiz 3/8 plg y con un valor menor al 30 % del material retenido en el tamiz 3/4 plg.

Figura 5.9. Curvas de compactación para los ensayos Proctor estándar y modificado. (Holtz & Kovacs, 1981)

COMPACTACIÓN: Prueba Proctor Estándar.

Esta prueba de compactación Proctor estándar, esta elaborada en base a ASTM D-698 (ASTM, 1982) y AASHTO T-99 (AASHTO, 1982). 

En esta prueba el suelo es compactado en un molde que tenga un volumen de 943.3 cm³ (1/30 ft³). El diámetro del molde es de 101.6 mm (4 plg) y 116.43 mm (4.584 plg) de altura, provisto de una extensión desmontable de igual diámetro y 50 mm (2 in) de altura. 

 Figura 7.6. Equipo para la prueba Proctor estándar (a) molde, (b) pison, (Das, 1998).

Figura 7.7. Compactación de un suelo, usando el pisón Proctor estándar (Das, 1998).

Durante la prueba de laboratorio, el molde puede fijarse a una base metálica con tornillos de mariposa (Figura 7.6a). El suelo se mezcla con cantidades de agua que varían y después es compactado (Figura 7.7) en tres capas iguales por un pisón (Figura 7.6b) que aplica 25 golpes a cada capa. El pisón pesa 2.5 kg (5.5 lb) y tiene una caída de 304.8 mm (12 plg).

La curva de compactación para esta prueba se la halla de la misma manera a la explicada en el punto 7.2.1. Para esta prueba el volumen del molde, V, es de 943.3 cm³.