Se entiende por compactación de suelos al incremento artificial de su peso específico por medio de métodos mecánicos. Se distingue de la consolidación de los suelos en que, en este último proceso, el peso específico crece gradualmente bajo la acción natural de sobrecargas impuestas que provocan expulsión del agua por un proceso de difusión. Ambos procesos involucran disminución de volumen, por lo que en el fondo son equivalentes.
La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación. Esto se obtiene gracias a la aplicación de técnicas apropiadas para aumentar su peso específico, disminuyendo los vacíos. Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensa, muelles, pavimentos, entre otros.
Hay dos situaciones con elevado riesgo de compactación: áreas con fuerte tránsito de vehículos y personas, y áreas cercanas a lugares en construcción. Hay suelos con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la composición, estructura y contenido de humedad.
Para poder analizar la influencia particular de los factores involucrados en la eficiencia de una técnica o equipo de compactación, es necesario disponer de procedimientos estandarizados. Para esto se llevan a cabo pruebas de laboratorio con el fin de desarrollar el que sea adecuado. De esta forma se puede tener la seguridad de que en el campo el equipo utilizado trabaje en las condiciones previstas en el proyecto.
Por lo general, las técnicas de compactación se aplican en:
- Cimentaciones de Edificios
- Cimentaciones de Vivienda
- Presas
- Diques
- Terraplenes para caminos y ferrocarriles
- Muelles
- Pavimentos, etc.
La compactación de suelos tiene razones fundamentales para realizarse, entre las principales que podemos enlistar, están:
- Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor.
Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme produciendo grietas o un derrumbe total.- Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.
- Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción de este durante la estación seca.
- Impide los daños de las heladas (Sí aplica): El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.
En mecánica de suelos, el ensayo de compactación Proctor es uno de los más importantes procedimientos de estudio y control de calidad de la compactación de un terreno. A través de él es posible determinar la densidad seca máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, a una energía de compactación determinada.
Existen dos tipos de ensayo Proctor normalizados; el “Ensayo Proctor Normal”, y el “Ensayo Proctor Modificado”. La diferencia entre ambos estriba en la distinta energía utilizada, debido al mayor peso del pisón y mayor altura de caída en el Proctor modificado.
Ambos ensayos se deben al ingeniero que les da nombre, Ralph R. Proctor (1933), y determinan la máxima densidad que es posible alcanzar para suelos o áridos, en unas determinadas condiciones de humedad, con la condición de que no tengan excesivo porcentaje de finos, pues la prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente por la malla No 4, o que tengan un retenido máximo del 10 % en esta malla, pero que pase (dicho retenido) totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” deberá determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Proctor estándar.
El ensayo consiste en compactar una porción de suelo en un cilindro con volumen conocido, haciéndose variar la humedad para obtener el punto de compactación máxima en el cual se obtiene la humedad óptima de compactación. El ensayo puede ser realizado en tres niveles de energía de compactación, conforme las especificaciones de la obra: normal, intermedia y modificada.
Ensayo Proctor Normal.
El objetivo del ensayo será obtener la densidad máxima de un suelo y la humedad optima que es necesaria aportar para alcanzar dicha densidad.
Para la realización de este ensayo utilizaremos un molde cilíndrico con una capacidad de 1.000 cm³, el cual es rellenado con tres capas de material granular debidamente compactado con una maza tipo de 2,5 kg de peso, la cual se deja caer libremente 25 veces sobre una altura de 305 mm.
Es fundamental que el material a utilizar sea previamente desecado y pasado por el tamiz 20 mm UNE (o su equivalente ASTM) humedeciéndolo posteriormente con distintas humedades (una para cada muestra que sea necesaria).
Una vez que se ha compactado el material granular siguiendo el procedimiento expuesto, se enrasa el molde y se toma una muestra de la zona central, la cual será utilizada para medir la densidad y la humedad. Lo habitual es repetir este ensayo 5 o 6 veces, obteniendo la densidad para distintos valores de humedad, representando estos valores en un gráfico, y obteniendo así la denominada “curva de compactación”. Sobre está curva podemos obtener de un modo gráfico cual es la densidad máxima del suelo, y cuál es la humedad óptima con la que alcanzar dicha densidad.
Ensayo Proctor Modificado.
El procedimiento para seguir en el ensayo proctor modificado es prácticamente idéntico al que acabamos de describir para el ensayo proctor normal, aunque modificando algunos parámetros fundamentales. Utilizaremos un molde metálico con una capacidad de 2.320 cm³ y una maza de 4,535 kg, la cual se dejará caer en este caso desde una altura mayor (457 mm), dando lugar a una energía de compactación mayor. Además, en lugar de 3 capas de material granular, se dispondrán 5 capas, dando a cada una de ellas un total de 25 golpes.
Al igual que en el caso del ensayo proctor normal, repetiremos el ensayo varias veces, para distintas humedades, con objeto de poder representar la curva de compactación a partir de varios valores. Como hemos comentado, esta modalidad del ensayo utiliza una energía de compactación mayor, por lo que recrea con mayor fidelidad las condiciones de compactación de una obra, y por ello, el PG-3 suele exigir a la compactación de capas granulares un determinado porcentaje respecto del valor obtenido en el ensayo proctor modificado. En cambio, el ensayo proctor normal suele tener mayor utilidad en compactaciones menores como son las correspondientes a relleno de zanjas o ejecución de caminos.
