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Este documento proporciona una descripción detallada del proceso de compactación de suelos, incluyendo la definición de compactación, los tipos de pruebas de compactación (proctor standard y proctor modificado), los métodos para medir el grado de compactación en campo (medición física del peso volumétrico, método nuclear, método del carburo de calcio), y las consideraciones especiales para capas de gran espesor. Se explican los conceptos clave como peso volumétrico seco máximo, humedad óptima y porcentaje de compactación. Relevante para estudiantes y profesionales en áreas como ingeniería civil, geotecnia y construcción, y podría ser útil como material de estudio, resumen o referencia para cursos relacionados.
Tipo: Apuntes
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Compactación : Es el aumento artificial, por medios mecánicos, del peso volumétrico de un suelo, esto se logra a costa de la reducción de los vacíos del mismo al conseguir un mejor acomodo de las partículas que los forman mediante la expulsión de aire y/o agua del espacio entre las partículas de suelo.
Desde el punto de vista del CONSTRUCTOR el problema es obtener la densidad especificada por el diseñador. Obtenida esta densidad se asegura que la resistencia a futuros asentamientos y la impermeabilidad sean las supuestas por el diseñador, sin embargo, la obtención de la densidad de diseño no necesariamente asegura la resistencia mecánica supuesta, ya que ésta depende, en muchos suelos, de la humedad a la cual fue compactado. Es necesario entonces que la compactación sea efectuada a la humedad especificada, especialmente para suelos cohesivos. Se hace notar que compactar a mayores grados del especificado no es conveniente, es decir, compactar más, puede resultar perjudicial pues pueden fracturarse las partículas. Por otra parte es antieconómico. La falla de algunas obras han obligado a que las especificaciones de compactación y sus controles sean cada vez más estrictos; las tolerancias en más o menos, del grado de compactación especificado, son generalmente fijadas desde el inicio de la obra.
En la construcción de terraplenes, sería ideal poder medir la resistencia del suelo para determinar cuando se ha alcanzado la resistencia adecuada. Aunque se han hecho muchos intentos de medir la resistencia del suelo de forma fácil, el equipo actualmente disponible es voluminoso, caro y no aplicable a todos los suelos. Entonces se decidió medir el peso volumétrico de los materiales compactados, pues R. R. Proctor, en 1933 , encontró una correlación entre éste y la resistencia del material. Éste es el patrón de referencia con el que se miden los resultados. Las pruebas que se realizan son:
En cada capa se deja caer 25 veces un martillo de 2. 5 kg, que tiene un diámetro de 2 ”, repartiendo uniformemente estos golpes en la superficie expuesta del material. Después se quita la extensión del cilindro, se enrasa para tener un volumen conocido (el volumen del cilindro) y se obtiene el peso volumétrico seco del material. Una vez terminada esta primera prueba se tiene un par de valores (humedad-peso volumétrico) que se lleva a una gráfica (Figura 3 ).
Se repite la prueba aumentando un poco la humedad, entonces la humedad funciona como lubricante entre las partículas con lo que aumenta el peso volumétrico al aumentar la humedad. Así se van obteniendo otros pares de valores Humedad-Peso volumétrico. La prueba se repite hasta que el agua empieza a tomar el lugar de las partículas y el peso volumétrico comienza a bajar. Es evidente que la curva que une los pares de valores obtenidos tiene un máximo peso volumétrico llamado “Peso Volumétrico Seco Máximo Proctor” (PVSMP). Obsérvese (Figura 3 ) que este máximo se ha obtenido aplicando sobre el material la misma energía específica de compactación en cada caso y sólo hemos variado la humedad. Esta humedad, por tanto, es la que hace más eficiente la compactación, y recibe el nombre de “Humedad Óptima”.
Las especificaciones hablan de cumplir un porcentaje del PVSMP, generalmente es del 90 % ó del 95 %, por lo tanto los resultados de la prueba de compactación de campo no se dan en peso volumétrico de la capa compactada sino en porcentaje de compactación. Nótese que con el mismo esfuerzo de compactación no sería posible alcanzar el PVSMP si la humedad es inferior o superior al 12 %. Entonces se requeriría un mayor esfuerzo de compactación, lo que es antieconómico. Si el proyecto marcara 95 % entonces el peso volumétrico mínimo a alcanzar en el campo sería: 1,810 x 0.95 = 1,720 kg/m Este es nuestro “metro” para medir el grado de compactación.
Figura 4.
Si realizamos ambas pruebas en el mismo material (Figura 5 ) observaremos que las resistencias son mayores en la Prueba Proctor Modificada debido a la mayor energía específica que se le aplica (La energía es 4. 5 veces mayor) pero la Humedad Óptima es menor, esto debido a que el agua empieza antes a ocupar el lugar de las partículas de suelo. Es importante hacer notar que esta prueba, tal como la hemos descrito tiene pequeñas variaciones según las diferentes especificaciones.
C) PRUEBA PORTER. Tanto la prueba Proctor Standard como la Prueba Proctor Modificada han dado muy buen resultado en suelos cuyos tamaños máximos son de 10 mm ( 3 / 8 ”), en suelos con partículas mayores al golpe del martillo no resulta uniforme y por lo tanto la prueba puede variar de resultados en un mismo material. Para evitar esta dificultad se ideó la prueba Porter, que consiste en lo siguiente: a) Se toma una muestra del material a probar y se seca. b) Se pasa por la malla de 25 mm ( 1 ”) y se determina el porcentaje, en peso, retenido en la malla, si el porcentaje es menor del 15 %, se usará para la prueba el material que pasó la malla. Si el porcentaje retenido es mayor del 15 % se prepara, del material
original, una muestra que pase la malla de 1 ” y que sea retenida en la malla No. 4 , de esta muestra se pesa un tanto igual al peso retenido, el que se agrega al material que paso la malla de 1 ”, con este nuevo material se procede a la prueba. c) A 4 kg de la muestra así preparada se le incorpora una cantidad de agua conocida; y se homogeniza con el material. d) Con este material se llena, en tres capas, un molde metálico de 6 ” de diámetro por 8 ” de altura con el fondo perforado. Cada capa se pica 25 veces con una varilla de 5 / 8 ” ( 1. 9 cm) de diámetro por 30 cm de longitud con punta de bala. e) Sobre la última capa se coloca una placa circular ligeramente menor que el diámetro interior del cilindro, y se mete el molde en una prensa de 30 Ton.
