Teoría: Compactación Proctor
Qué mide el ensayo de compactación Proctor, cómo se traza la curva de compactación y cómo se usan la densidad seca máxima y la humedad óptima para controlar rellenos.
Compactación
La compactación densifica un suelo expulsando aire con energía mecánica, lo que aumenta su resistencia y reduce su compresibilidad y permeabilidad. Ralph Proctor mostró en 1933 que, para una energía dada, la densidad seca alcanzada depende de la humedad: sube hasta un máximo y luego baja.
En la rama seca, el agua lubrica los granos y los ayuda a acomodarse; en la rama húmeda, el agua ocupa vacíos que la compactación no puede expulsar. El pico de la curva da la densidad seca máxima (ρd,máx) y la humedad óptima (wópt).
El ensayo
El suelo se compacta por capas en un molde con un pisón que cae desde una altura fija. Se repite con humedades crecientes, normalmente cinco puntos, dos por debajo y dos por encima del óptimo.
| ASTM D698 (método A) | NBR 7182 (normal) | |
|---|---|---|
| Molde | 4 in, 944 cm³ | Pequeño, 1000 cm³ |
| Pisón | 24,4 N (5,5 lbf), caída de 305 mm | 2,5 kg, caída de 305 mm |
| Capas × golpes | 3 × 25 | 3 × 26 |
| Energía | ≈ 600 kN·m/m³ | ≈ 580 kN·m/m³ |
La energía modificada (ASTM D1557) usa un pisón más pesado, una caída mayor y más capas, y da una densidad mayor con una humedad óptima menor.
Cálculos
La curva se traza por los puntos (w, ρd). Esta página la ajusta por mínimos cuadrados — una cúbica, que sigue la asimetría habitual de la curva, con cinco puntos o más, y una parábola con tres o cuatro — y toma su punto más alto entre el más seco y el más húmedo.
Con S = 100%, es la curva de saturación (cero vacíos de aire): ningún punto puede quedar por encima de ella. La rama húmeda suele correr paralela a ella, con S entre 80 y 95%.
Línea de óptimos
Cuanto mayor la energía de compactación, mayor la densidad seca máxima y menor la humedad óptima. Los picos de curvas con energías distintas caen aproximadamente sobre una recta, la línea de óptimos, casi paralela a las curvas de saturación, con S de alrededor de 80 a 90%.
Divide las ramas seca y húmeda para cualquier energía: un suelo compactado a su izquierda está del lado seco del óptimo, donde más energía todavía aumenta la densidad; a su derecha, más energía sirve de poco, ya que el aire que queda no puede salir.
Control en obra
En obra, la densidad seca de la capa compactada se compara con la máxima del ensayo mediante el grado de compactación:
Las especificaciones suelen pedir un grado de compactación de 95 a 100%, con la humedad dentro de ±2% del óptimo. Compactar del lado seco da un suelo más rígido, más propenso al colapso; del lado húmedo, uno más blando y menos permeable.
Limitaciones
- El ajuste solo aproxima la curva; con pocos puntos o dispersos, la posición del pico es incierta.
- Sin puntos a ambos lados del óptimo, el pico no está definido y hay que compactar más especímenes.
- Los suelos con mucha grava requieren el molde de 6 in (métodos B y C) o una corrección por partículas de sobretamaño (ASTM D4718).
Referencias
- ASTM. D698: Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort. West Conshohocken, 2021.
- ASTM. D4718: Standard Practice for Correction of Unit Weight and Water Content for Soils Containing Oversize Particles. West Conshohocken, 2015.
- Proctor, R. R. Fundamental principles of soil compaction. Engineering News-Record, v. 111, 1933.
- Das, B. M.; Sobhan, K. Principles of Geotechnical Engineering. 9.ª ed. Boston: Cengage, 2018.