ENSAYO DE COMPACTACIÓN

1. REFERENCIAS.

AASHTO T99-70

AASHTO T180-70

ASTM D698-70

ASTM D1557-70

2. OBJETIVO.

El objetivo trazado por éste ensayo es determinar la densidad máxima y el porcentaje de humedad óptimo para un esfuerzo de compactación dado sobre un suelo particular.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO.

La compactación de suelos en general es el método más barato de estabilización disponible. La estabilización de suelos consiste en el mejoramiento de las propiedades físicas indeseables del suelo para obtener una estructura, resistencia al corte y relación de vacíos, deseables. Existen muchos métodos para estabilizar suelos utilizando materia química como cal, mezclas de cal y cenizas, cemento, y compuestos de ácido fosfórico, pero estos métodos usualmente son más costosos y pueden utilizar métodos de compactación adicionalmente a las mezclas, pues al incorporar el material químico en la masa de suelo se produce una gran perturbación de su estructura.

Generalmente el esfuerzo de compactación imparte al suelo:

a) Un incremento a la resistencia al corte, pues ella es función de la densidad (las otras variables son estructura, φ y c).

b) Un incremento en el potencial de expansión.

c) Un incremento en la densidad.

d) Una disminución de la contracción.

e) Una disminución de la permeabilidad.

f) Una disminución en la compresibilidad.

De ésta lista de propiedades afectadas por la compactación se ve claramente que el problema de especificar la compactación, es algo más que simplemente el requerimiento de incrementar la densidad del suelo.

También es importante considerar los efectos colaterales; afortunadamente el problema no es tan grave como aparecería a primera vista, debido al método de estipular o especificar compactación, utilizado más comúnmente -X% de patrón de compactación, o compactación modificada según el método AASHTO. Es, sin embargo, muy importante especificar el tipo de suelo al cuál se aplican los criterios de compactación en un proyecto dado con el fin de eliminar por ejemplo, problemas con el cambio de volumen.

Se reconoce hoy en día que la estructura resultante de la masa de suelos (especialmente cuando hay suelos finos existentes) se asocia íntimamente con el proceso de compactación y el contenido de humedad a la cuál se compacto la masa de suelo. Este concepto es importante en extremo para compactar los núcleos de arcilla de represas (por ejemplo), donde asentamientos fuertes podrían causar fracturas de dicho núcleo. Se ha encontrado que la estructura dispersa del suelo obtenida al compactarlo en el lado húmedo del óptimo de humedad resulta en un suelo que tiene una resistencia al corte algo menor pero que puede resistir grandes deformaciones sin falla (fracturas) y las consiguientes filtraciones y/o falla total de la presa.

La compactación del suelo en el lado húmedo de su óptimo, reduce igualmente su permeabilidad, comparada con la permeabilidad obtenida al compactar en el lado seco del óptimo.

Inversamente la estructura floculada que resulta de compactar el suelo en el lado seco de su óptimo es menos susceptible a la contracción pero más susceptible a la expansión. La resistencia óptima de los suelos con estructuras floculadas es mayor a bajas deformaciones que la resistencia de los suelos con estructuras dispersas, es decir, el suelo tiende a la falla frágil. La resistencia residual del suelo compactado en el lado seco del óptimo es casi la misma resistencia última del suelo compactado en el lado húmedo del óptimo. Por consiguiente, para trabajo de carretera donde se desean bajo el pavimento deformaciones unitarias muy pequeñas, el suelo debería compactarse entre contenidos de humedad en la parte seca hasta el óptimo. El suelo que rodea el núcleo arcilloso de una presa debería también compactarse para producir en él una estructura floculada pues en ese suelo la resistencia es más importante que la permeabilidad. El núcleo de arcilla por otra parte debe compactarse para producir en él una estructura dispersa ya que es posible que se presenten grandes asentamientos y el suelo debe ser capaz de tolerarlos sin desarrollar fracturas o fisuras que permitan una falla por sifonamiento filtración.

Del anterior breve razonamiento es evidente que los criterios de compactación deberían basarse en consideraciones sobre la estructura del suelo, resistencia, permeabilidad, etc., como propiedades de diseño requeridas más que la simple obtención de una curva de compactación en el laboratorio y el requerimiento de que el suelo se compacte a un determinado porcentaje de compactación relativa; sin embargo, muchos -casos especialmente cuando la densidad (y el control de asentamiento) es la única propiedad que se necesita- con esto se obtiene un producto satisfactorio.

La masa de suelo involucrada en el proceso de compactación comienza como un sistema de tres fases: suelo, aire y agua. Durante los primeros ensayos hay una cantidad de aire presente, pero el proceso produce un cambio de estado en el cuál cada vez hay más suelo y agua presentes. Aún en la situación del contenido de humedad óptimo existe una cantidad de aire considerable. En la parte húmeda de la curva, el efecto principal es el de desplazar más y más aire por agua.

Si el proceso fuera completamente eficiente, sería posible reemplazar todo el aire de los vacíos con agua para producir un sistema de dos fases (una condición de cero-aire vacíos). Como nunca es posible sacar todo el aire de los vacíos, lo cual resultaría en una condición de S = 100%, cualquier curva de compactación estará siempre por debajo de la curva aire-vacíos.