Diferencia entre un proctor modificado y un standar1

La compactación consiste en un proceso repetitivo, cuyo objetivo es conseguir una densidad específica para una relación óptima de agua, al fin de garantizar las características mecánicas necesarias del suelo. En primer lugar se lanza sobre el suelo natural existente, generalmente en camadas sucesivas, un terreno con granulometría adecuada; a seguir se modifica su humedad por medio de aeración o de adición de agua y, finalmente, se le transmite energía de compactación por el medio de golpes o de presión. Para esto se utilizan diversos tipos de máquinas, generalmente rodillos lisos, neumáticos, pie de cabra, vibratorios, etc., en función del tipo de suelo y, muchas veces, de su accesibilidad.

Con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. Esto se traduce en determinar cuál es la humedad que se requiere, con una energía de compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir para un determinado suelo. La humedad que se busca es definida como humedad óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de compactación dada. Se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se consigue para la humedad óptima.

Es comprobado que el suelo se compacta a la medida en que aumenta su humedad, la densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo, cuya humedad es la óptima.

A partir de este punto, cualquier aumento de humedad no supone mayor densidad seca a no ser, por lo contrario, uno reducción de esta.

Los análisis son realizados en laboratorio por medio de probetas de compactación a las cuales se agrega agua. Los ensayos más importantes son el Proctor Normal o estándar y el Proctor modificado. En ambos análisis son usadas porciones de la muestra de suelo mezclándolas con cantidades distintas de agua, colocándolas en un molde y compactándolas con una masa, anotando las humedades y densidades secas correspondientes. En poder de estos parámetros, humedad/ densidad seca (humedad en %), se colocan los valores conseguidos en un gráfico cartesiano donde la abscisa corresponde a la humedad y la ordenada a la densidad seca. Es así posible diseñar una curva suave y conseguir el punto donde se produce un máximo al cual corresponda la densidad seca máxima y la humedad óptima.

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 compactación máxima de un terreno en relación con su grado de humedad, condición que optimiza el inicio de la obra con relación al costo y el desarrollo estructural e hidráulico.

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 a una mayor masa 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 lahumedad 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.

La energía de compactación viene dada por la ecuación:

Donde:

Y - energía a aplicar en la muestra de suelo;

n - número de capas a ser compactadas en el cilindro de moldeado;

N - número de golpes aplicados por capa;

P - peso del pisón;

H - altura de caída del pisón; y

V - volumen del cilindro.

El Grado de compactación de un terreno se expresa en porcentaje respecto al ensayo Proctor; es decir, una compactación del 85% de Proctor Normal quiere decir que se alcanza el 85% de la máxima densidad posible para ese terreno.

Las principales normativas que definen estos ensayos son las normas americanas ASTM D-698 (ASTM es la American Society for Testing Materials, Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales) para el ensayo Proctor estándar y la ASTM D-1557 para el ensayo Proctor modificado. En España existen las normas UNE 103-500-94 que define el ensayo de compactación Proctor normal y la UNE 103-501-94 que define el ensayo Proctor modificado

La diferencia básica entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado es la energía de

compactación usada. En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes.

 

Beneficios de la compactación

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 (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen 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 seria el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

Impide los daños de las heladas: 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.

 

Objetivos

Este método de ensayo se emplea para la determinación rápida del peso unitario máximo y de la humedad óptima de una muestra de suelo empleando una familia de curvas y un punto.

El índice que se obtiene, se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de sub rasante y de las capas de base, sub base y de afirmado.

Diferencia entre Proctor Estándar y Modificado

La diferencia básica entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado es la energía de compactación usada.

En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes.

El 100%

¿Se puede tener un grado de compactación mayor que 100%? En muchas ocasiones me han hecho esta misma pregunta, y la respuesta que más he escuchado es « ¡Por supuesto que no!».

 

Este asunto no es cualquier cosa, pues de esta respuesta depende el desarrollo de cualquier obra civil que involucre suelos compactados.

Como soporte a esta respuesta negativa están las afirmaciones del tipo: «Es imposible porque en laboratorio se dan las condiciones ideales, de modo que no se pueden superar», o «Por eso se llama densidad máxima, porque es la máxima; luego no puede haber otra mayor».

Sin embargo, la persona que tiene experiencia en el movimiento de tierras sabe que es posible medir grados de compactación en campo mayores que 100%. Si esto te llega a suceder, amigo lector, te recomiendo realizar las siguientes verificaciones antes de aceptarlo:

Variaciones en el material: El suelo es el menos uniforme de todos los materiales de construcción, y las variaciones en su granulometría y plasticidad durante la explotación de un préstamo o área de corte pueden provocar cambios en sus valores de densidad máxima de laboratorio. De modo que hay que verificar si ha habido algún cambio en la clasificación del material que se compacta con respecto a la referencia.

Variaciones en el material.

Calibración de los equipos de medición de campo: Esto tiene dos vertientes cuando se trabaja con densímetros nucleares, a) la calibración de fábrica del equipo, que se verifica diariamente con los controles que aparecen en el manual, y al menos anualmente por el proveedor de servicio, y b) la calibración de material comparando con la medición directa del ensayo de Cono de Arena que verifica las eventuales desviaciones provocadas en los conteos de fotones y electrones por parte de minerales tales como la mica y los óxidos de hierro. No se pueden obviar ninguna de las dos calibraciones.

Calibración de equipos de medición.

Terraplén de prueba: en la mayoría de los proyectos se obvia este tan importante paso que sirve para escoger la óptima combinación de equipo de compactación, número de pases, amplitud y frecuencia de vibración, espesor de capa, humedad para compactar más eficientemente un material de suelo. Recordemos siempre que los métodos Proctor, Harvard miniatura, Mesa Vibratoria, o Martillo Vibratorio son aproximaciones de laboratorio para emular lo que sucede en campo.

Terraplén de prueba.

Corrección por sobre tamaño: Estándares tales como AASHTO y ASTM establecen que el ensayo Proctor en gravas o en suelos gravosos, se realiza con un suelo pasante del tamiz No. 4 «fabricado» según las proporciones de sobre tamaño (i.e., material más grueso que 4.75 mm), por lo que la medición de densidad de campo debe ser corregida. Métodos como AASHTO T 224, ASTM D 4718 o USBR 5515 contemplan fórmulas empíricas para realizar tal corrección. En caso de que se estén compactando tales suelos, es necesario verificar que estas correcciones se estén realizando.

Corrección por sobre tamaño.

Variación del ensayo per se: Al igual que se esperan variaciones en las densidades medidas en un lote compactado, también existen variaciones en el ensayos Proctor dada la naturaleza estocástica del mismo; solo que, por razones de economía, la variabilidad en este último ensayo no es medida. En una publicación mía del año 2002, por ejemplo, reporté variaciones de más o menos 150 kg-f/m3 en los resultados de 84 ensayos Proctor practicados en diferentes muestras de suelo, desde gravas hasta arcillas, pertenecientes a una misma región geológica. De modo que esta variabilidad intrínseca del ensayo de laboratorio podría también producir resultados de grado de compactación por encima de 100%.

Variabilidad de la densidad máxima seca para varios suelos de una misma región geológica (fuente propia 2002).

Esta lista no pretende ser exhaustiva sino más bien llamar la atención sobre un fenómeno que es bastante más común de lo que se piensa.El problema, sin embargo, no es que el suelo tenga más de 100% de compactación, sino saber o establecer lo que significa esto ingenierilmente. Por ejemplo, si se compacta demasiado el suelo este podría presentar módulos elásticos más altos que los contemplados en el proyecto, dando lugar a agrietamientos prematuros de los pavimentos. O por ejemplo, entregar más de la energía de compactación necesaria a un suelo podría triturar («crushing») las partículas en suelos susceptibles a ellos, tal como se muestra en la escala de energía y trituración de partículas de la figura.