Ensayo de Compactación del Suelo – Excel

En este ensayo de laboratorio de suelos se explica brevemente el procedimiento para determinar la curva de saturación y el grado de compactación de una masa de suelo en campo para la construcción de terraplenes, en carreteras, presas de tierras y otras estructuras, con el propósito de incrementar sus pesos específicos.

La compactación es un proceso mecánico que permite densificar la masa de suelo por remoción de aire, mejora las propiedades físicas y mecánicas del suelo de fundación.

Además, incrementa las características de resistencia de los suelos, aumentando la capacidad de carga de las cimentaciones y disminuyendo la cantidad de asentamientos indeseables.

Entre las propiedades físicas: aumento del peso específico (γ), disminución de la relación de vacíos (e) y de la porosidad (n). Las propiedades mecánicas: aumento del ángulo de fricción interna (Φ) y de la cohesión (c).

Los resultados a obtener con el proceso de compactación son: mayor resistencia del suelo a soportar cargas, menor deformación y menor permeabilidad.

El grado de compactación se mide en términos de peso específico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, este actúa como agente ablandador de las partículas del suelo, que hace que se deslicen las partículas a una posición de empaquetamiento más denso.

Ventajas 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 soportan mejor.
• Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en un suelo sin compactar o compactado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales), donde el hundimiento es más 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 compacto reduce la penetración de agua, se pueden controlar los drenajes.
• 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 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 menuda causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce esos espacios de agua en el suelo.

Factores que Afectan el Proceso de Compactación

Tipo de suelo

Suelos finos, granulares, suelos granulares más finos, es decir; su distribución granulométrica, la forma de los granos, la densidad de sólidos del suelo y tipo de minerales arcillosos presentes. Se tienen diferentes grados de compactación.

Humedad

Para suelos finos, contenido de humedad alta produce sobre-presión en los suelos, y contenido de humedad bajo facilita la formación de grumos (por tensiones capilares, son negativos).

Para suelos gruesos, contenidos de humedades altos, se tiene presencia de agua en el sitio de compactación y contenidos de humedad bajos hay alta fricción entre partículas.

Energía Transmitida al suelo

El suelo que se compacta será en función de:

– Peso del equipo.

– Número de pasadas del equipo.

– El espesor de la capa.

– Sentido de recorrido para obtener la humedad optima del suelo. Si presenta abundante agua hay que extender y secar (se produce la formación de grumos), para suelos secos se agrega agua para obtener la quedad apropiada (mejor proceso).

La energía de compactación por volumen unitario «E» usada para la prueba de proctor en el laboratorio se calcula:

Método de Compactación

Compactación estática o por presión: Se logra utilizando una maquina pesada, cuyo peso comprime las partículas de suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio. Por ejemplo, un rodillo estático o rodillo liso.

Compactación por impacto: Es producida por una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad. Ejemplo, un apisonador.

Compactación por vibración: Se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia. Ejemplos rodillos vibratorios.

Compactación por amasado: Se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas más pequeñas que los rodillos lisos. Ejemplo, rodillo pata de cabra.

Método Aplicado de Compactación en el Laboratorio

Se utilizan los siguientes métodos: Proctor Normal o Proctor Modificado.

Curva de Compactación

Se obtiene en el laboratorio agregando diferentes contenidos de agua a la misma muestra y usando el ensayo de proctor modificado. Para ello se colocan cinco capas, cada capa se compacta con el pisón de 4,5 kg, dejándolo caer de una altura de 45,7 cm, con 56 golpes.

Este procedimiento se repite, para cada muestra con contenido de humedad diferente, permitiendo de esta manera construir la curva de compactación con 5 puntos, siguiendo los siguientes pasos:

• Se halla el peso específico húmedo,  (se conoce el volumen del molde, y se determina el peso de la muestra.
• Luego se toma una muestra del suelo compactado para determinar el contenido de humedad, 
• Se determina el peso específico seco mediante la expresión: 
• Por último, se construye la curva de compactación, hallándose el contenido de humedad óptimo %Wopt y el Peso específico seco máximo γd máx.

Curva de Saturación

Para un contenido de agua dado, el peso específico máximo teórico se obtiene cuando no existe aire en los espacios vacíos, es decir, cuando el grado de saturación es igual al 100%. De esta manera, el peso específico seco máximo a un contenido de agua dado, con ceros vacíos de aire se expresa como:

Donde:

γsat= peso especifico saturado.

γw= peso específico del agua.

e = relación de vacios.

Gs = densidad relativa de los sólidos del suelo.

Para un 100% de saturación e=WGs, por lo tanto:

Grado de Compactación

Se debe cumplir el 95% de compactación en campo de lo que se compacte en el laboratorio.