I. INTRODUCCIÓN

Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar

las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo deformación de los mismos.

Este proceso implica una reducción más o menos rápida de los vacíos, como

consecuencia de la cual en el suelo ocurren cambios de volúmenes de importancia,

fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire. Dicha reducción de vacíos se de

varias maneras: reordenación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras

entre ellos seguida por reordenación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas

absorbidas (Juárez, 2005).

La compactación se encuentra relacionada con la densidad máxima o peso volumétrico

seco máximo del suelo que para producirse es necesario que la masa del suelo tenga una

humedad determinada que se conoce como humedad óptima. La energía que se gasta en

este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactación de la máquina de

compactar y la eficacia de la energía gastada depende del tipo de partículas que

componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactación (Juárez,

2005).

Desde tiempos pre-históricos los constructores han reconocido el valor de la compactación

del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por

más de 2000 años la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del

ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era

mayor, en muchos casos, que el valor de la compactación. Por otro lado, si la tierra se

descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las

cargas y continúa asentándose por décadas. Fue R. R. Proctor quien indicó el camino de la

compactación efectiva a bajo costo (Juárez, 2005).

Por lo general las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como

cortina de presa de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, muelles,

pavimentos, etc. Algunas veces se hace necesario compactar el terreno natural, como en

el caso de cimentaciones sobre arena suelta (Juárez, 2005).

II. OBJETIVOS

1

Conocer algunas de las pruebas de compactación que se aplican a los suelos para fines de

ingeniería así como su aplicación para la determinación de la humedad y pesos

volumétricos óptimos de una muestra de suelo dadas.

III. REVISION BIBLIOGRÁFICA

I. Definición y objetivos de la compactación

Rico y del castillo (1992), mencionan de manera explícita que la compactación es un

proceso mecánico destinado a mejorar las características de comportamiento de los

materiales térreos que constituyen la sección estructural. En términos semejantes Rosetti y

Begliardo (2005) dicen que se conoce como compactación al proceso mecánico por el cual

se busca mejorar artificialmente las características de resistencia, compresibilidad y el

comportamiento esfuerzo – deformación de los mismos. En general implica una reducción

de los vacíos y, como consecuencia de ello, en el suelo ocurren cambios volumétricos de

importancia ligados a la pérdida de aire.

La compactación tiene por propósito mejorar las características de un suelo. Estas

características de comportamiento que pueden ser mejoradas al compactar son: la

deformabilidad, que implica la intención de disminuir la compresibilidad de los suelos e

incrementar su estabilidad volumétrica, especialmente ante la absorción o pérdida de agua;

la resistencia, especialmente al esfuerzo cortante, obviamente en el sentido de obtener los

mayores valores posibles y unas adecuadas relaciones esfuerzo-deformación que

garanticen un balance conveniente en el comportamiento (Rico y Castillo, 1992).

Normalmente el esfuerzo de compactación le imparte al suelo un aumento de la resistencia

al corte, un incremento en la densidad, una disminución de la contracción, una disminución

de la permeabilidad y una disminución de la compresibilidad (Rosetti y Begliardo, 2005).

II. Pruebas de compactación en laboratorio

En la actualidad existen distintos métodos para reproducir en laboratorio las condiciones de

compactación en obra. El primero y más difundido es debido al Dr. R. R. Proctor (1933) y

es conocido como Ensayo Proctor Estándar (Rosetti y Begliardo, 2005).

1. Proctor Estándar.

2

La prueba consiste en compactar el suelo a emplear en tres capas dentro de un molde de

forma y dimensiones normalizadas, por medio de 25 golpes en cada una de ellas con un

pisón de 2.5 kg de peso, que se deja caer libremente desde una altura de 30.5 cm (Rosetti

y Begliardo, 2005).

Si a un suelo cuya humedad es baja se le van dando ciertos incrementos a su contenido de

agua y se le aplica cada vez la misma energía de compactación, su peso volumétrico va

aumentando, propiciado por la acción lubricante del agua, hasta que llega un momento en

el que el peso volumétrico del material seco, calculado a partir del peso volumétrico del

material húmedo y de la humedad, alcanza un valor máximo (Bolees, 2014)

Cuando a partir de esta condición de humedad óptima y peso volumétrico seco máximo, se

incrementa el agua para un mismo volumen, el agua con el aire remanente ocuparían el

lugar de algunas partículas de suelo, obteniéndose en consecuencia pesos volumétricos

que van siendo menores a medida que el agua aumenta. Si en un sistema de ejes

coordenados se sitúan los puntos correspondientes a cada peso volumétrico seco con su

respectiva humedad y se unen con una curva, quedará representada la variación del peso

volumétrico de un material para diferentes contenidos de agua y una misma energía de

compactación; esta curva adopta aproximadamente la forma de una parábola, siendo más

pronunciada su curvatura en el caso de suelos arenosos que en los suelos arcillosos

(Rosetti y Begliardo, 2005).

3

Ilustración 1.Curva de Humedad vs peso volumétrico obtenido con una prueba

Proctor.

2. Proctor Modificada.

Según Valenciano (2007) la diferencia fundamental con la prueba Proctor estándar es que

“representa mejor las condiciones de campo”. Con los mismos volúmenes de moldes, un

pistón de 44.5 N que cae a una altura de 457.2 mm, compactando un total de 5 capas

con 56 golpes o dependiendo del método que utilice.

Debido a que incrementa el esfuerzo de compactación, la prueba Proctor modificada

resulta en un incremento del peso específico seco máximo acompañado de un

decremento del contenido de agua óptimo (Valenciano, 2007).

Enseguida se muestra el cuadro de especificaciones para el caso de la prueba.

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Ilustración 2.Especificaciones de la prueba Proctor modificada según Das (2006).

3. Harvard Miniatura.

Este método de laboratorio es usado en materiales finos, plásticos y con partículas

menores a 2 mm. Fue desarrollado por el Profesor S.D Wilson, en la Universidad de

Harvard y consiste en la compactación del suelo por medio de presión, para lo cual se

requiere una cámara cilíndrica metálica de 3.3 cm de diámetro y 7.2 cm de altura; el molde

está provisto de una extensión removible de 3.5 cm de altura y además de una barra

metálica de 1.3 cm de diámetro, que actúa como un émbolo y aplica presión (Camacho y

Reyes, 2007).

Procedimiento de la prueba Proctor estándar.

IV. EQUIPO Y MÈTODOS

a) Material

Molde Proctor

Extensión de 6.5 cm

Martillo de 2.5 kg con extensión

metálica con caída libre de 30 cm.

Horno

Base estándar de compactación

de 325 kg

Balanzas de 2 y 30 kg

Charola y cucharon metálicos

Extractor de muestras

Regla razadora

Cuchara de albañil No. 4

Probeta de 100 ml

Botes de aluminio

Bernier

Malla No. 4

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b) Métodos

Para llevar a cabo las pruebas de compactación es importante recalcar que se hacen con

el suelo o la fracción del suelo que pasa la malla No. 4, por lo que antes de efectuar

cualquier paso del método como tal, es necesario poner a secar una muestra lo

suficientemente grande para tamizarla y obtener aproximadamente 2 o 2.5 kg de suelo

tamizado por cada repetición que se vaya a realizar (mínimamente 4 repeticiones). Con

esta muestra, se procede a agregarle una cierta cantidad de agua hasta alcanzar una

“humedad inicial”, que es el punto en que la muestra se encuentra ligeramente húmeda y

que aún se desmorona cuando se suelta después de haber sido apretada en la mano.

Este paso se obvio en la práctica por lo que la muestra de suelo con la cual se trabajó ya

se encontraba con esta “humedad inicial”.

Después de estos pasos, se procedió a pesar el molde y a obtener sus dimensiones para

calcular su volumen. Posteriormente se colocó el molde y la extensión en la base metálica.

Así mismo se pesaron 2.5 gr del suelo húmedo para llenar el molde aproximadamente a la

mitad de su capacidad. Se procedió a dejar caer el embolo del pisón 25 veces sobre el

suelo agregado procurando que los golpes se distribuyeran sobre toda el área transversal

del molde. Se volvieron a agregar 2 capas más de muestra al molde procurando que l

cantidad fuese el suficiente para que una vez compactada, el molde quedara totalmente

ocupado por suelo.

Una vez que el suelo se compacto en el cilindro metálico (molde), éste se retiró de la base

y se separó de la extensión. Con ayuda de una espátula se recortó la parte del suelo que

quedo por arriba de borde superior del molde para que se obtuviera un cilindro de suelo

compactado, el cual se pesó, junto con el cilindro metálico. Con ayuda de un extractor se

sacó el cilindro de suelo y con este se obtuvo una muestra representativa para obtener el

contenido de humedad.

Todo el procedimiento anterior se repitió agregando 60, 120 y 180 ml de agua a 2.5 kg de

suelo seco, con el fin de obtener distintas humedades y pesos volumétricos, para obtener

la curva Humedad vs Peso volumétrico y así encontrar la humedad optima del suelo.

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Imagen 1, 2 y 3. Mezcla de suelo y agua para la realización de la prueba de Proctor Estándar (imagen superior izquierda), separación del cilindro de suelo compactado con ayuda del

extractor hidráulico (imagen superior derecha) y compactación del suelo mediante pisón y su respectivo embolo.

V. RESULTADOS

En la siguiente tabla se muestran las lecturas medidas durante la práctica de compactación

Proctor, y sus respectivos cálculos.

Tabla 1. Resultados de la Prueba de Compactación Proctor.

Peso Cilindr

o +Suelo

(kg)

T. Humeda

d Compac

tada (kg)

OBTENCIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDADContenido de

Humedad (%)

Suelo Seco Compactado

(kg)

Peso Vol.

Seco (kg/m³)

No. Tara

Peso Tara (gr)

Tara + Muest

ra Húme

da (gr)

Tara + Muestra

Seca (gr)

Peso de

Agua (gr)

Peso Seco (gr)

3.553 1.804 1 17.64 119.36 103.36 16.00 85.72 18.67 1.520 1.557

7

3.654 1.905 41 26.15 169.2 144.13 25.07 117.98 21.25 1.571 1.609

3.632 1.883 143 15.59 160.11 132.00 28.11 116.41 24.15 1.517 1.553

3.579 1.830 127 14.74 81.69 67.77 13.92 53.03 26.25 1.450 1.484

La siguiente gráfica representa el peso volumétrico seco en función del contenido de

Humedad del Suelo. Para saber la Humedad Óptima de Compactación, se debe conocer el

punto donde el Peso Volumétrico Seco es Máximo. En este caso podemos apreciar que el

peso volumétrico máximo se alcanza en el segundo punto graficado, que corresponde a

1609 km/cm³ con una porcentaje de Humedad de 21.25%.

Gráfica 1. Contenido de Humedad vs Peso Volumétrico Seco

En la siguiente tabla se muestran las características de la compactación realizada en el

laboratorio.

Tabla 2. Características del método de Compactación.

Parámetro Cantidad Unidades

Diámetro del molde 10.23 cm

Altura del molde 11.88 cm

Volumen del molde 976.47 cm³

Peso del molde 1.749 kg

N (capas de muestra) 3 Adimensional

Número de golpes 25 Adimensional

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Peso del Martillo 2.5 kg

Caída Libre 30 cm

Energía de compactación (E₁ ) 5.761 kg*cm/cm³

En cuanto al valor obtenido a partir de la curva Humedad vs Peso volumétrico, podemos

ver que para una energía de compactación de 5.761 kg*cm/cm³ el peso volumétrico

máximo (1.609 kg/cm³) se alcanza con una humedad del 21.5%, siendo ésta la humedad

óptima para compactar en las condiciones especificadas.

Si observamos la gráfica de contenido de humedad vs peso volumétrico seco, nos

percatamos que si se varía el 21.25 % en ±0.40% de humedad, el suelo no varía mucho la

resistencia al esfuerzo contante, sin embargo, si la humedad se disminuye o se incrementa

más allá del 1%, la resistencia del suelo disminuye considerablemente. Por tal motivo es

muy importante evitar que al momento de la compactación del suelo, ya propiamente en la

realización de cualquier obra civil, cuidar que la humedad utilizada no varíe demasiado, ya

que esto repercute en la estabilidad y vida útil de la obra, así como en la seguridad para la

población que se beneficiará de la misma.

VI. CONCLUSIONES

En el laboratorio se conoció y realizó el procedimiento de la prueba Proctor Estándar para

determinar la compactación de suelos, primero con una breve explicación del profesor y

posteriormente con la práctica realizada, además, durante el proceso nos percatamos de

la fácil realización de la prueba.

El porcentaje de humedad óptimo que se obtuvo fue de 21.25%, con el cual el suelo que se

utilizó como muestra en el laboratorio alcanza su máximo peso volumétrico (1.609 kg/cm³)

para la energía de compactación dada.

Es importante cuidar el contenido de humedad al momento de llevar a cabo la

compactación con el fin de lograr la estabilidad y resistencia deseadas en el suelo

compactado, empleado en una obra.

VII. REFERECNIAS BIBLIOGRÀFICAS

Juárez B., Mecánica de suelos 1 Fundamentos de mecánica de suelos, México, Limusa

2005.

9

J. E. Bolees . Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil. Mexico D.F. 2014.

R. C. Rosetti, H. F. Begliardo. Generalidades sobre compactación de suelos. Universidad

Tecnológica Nacional F.R. Rafaela. Rafaela, Argentina. 2005.

A. Rico R, H. del Castillo M. Consideraciones sobre compactación de suelos en obras de

infraestructura en transporte. Sanfandila, Quintana Roo, México. 1992.

B. Das. Principios de ingeniería de cimentaciones. México D.f. 2006.

J. G. Valenciano. Prueba de compactación Proctor modificado. Instituto Tecnologico de

Costa Rica. Costa Rica. 2007.

J. F. Camacho, O. J. Reyes. Ensayo de compactación giratoria en un suelo como

alternativa al ensayo de compactación Proctor.Bogota, Colombia. 2007.

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/466/A4.pdf?

sequence=4

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