Prueba de compactación de Proctor

El ensayo de compactación Proctor es un método de laboratorio para determinar experimentalmente el contenido óptimo de humedad en el que un tipo de suelo determinado alcanza su máxima densidad seca . El ensayo recibe su nombre en honor a Ralph Roscoe Proctor , quien en 1933 demostró que la densidad seca de un suelo para un esfuerzo de compactación dado depende de la cantidad de agua que contiene durante la compactación . ^{[ 1 ]} Su ensayo original se conoce comúnmente como el ensayo de compactación Proctor estándar; posteriormente, se actualizó para crear el ensayo de compactación Proctor modificado.

Estas pruebas de laboratorio generalmente consisten en compactar suelo con un contenido de humedad conocido en un molde cilíndrico con un collarín de dimensiones estándar de altura y diámetro, aplicando una fuerza de compactación de magnitud controlada. El suelo se compacta en el molde formando capas iguales, cada una de las cuales recibe varios golpes de un martillo estándar de peso determinado a una altura específica. Este proceso se repite para diferentes contenidos de humedad y se determina la densidad seca para cada uno. A continuación, se representa gráficamente la relación entre la densidad seca y el contenido de humedad para establecer la curva de compactación. Finalmente, se obtiene la densidad seca máxima a partir del punto máximo de la curva de compactación y su correspondiente contenido de humedad, también conocido como contenido de humedad óptimo.

Las pruebas descritas son, en general, coherentes con las normas de la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (ASTM) y similares a las de la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO). Actualmente, los procedimientos y los detalles del equipo para la prueba de compactación Proctor estándar se especifican en las normas ASTM D698 y AASHTO T99. Asimismo, la prueba de compactación Proctor modificada se especifica en las normas ASTM D1557 y AASHTO T180-D.

La fascinación de Proctor por la ingeniería geotécnica comenzó durante sus estudios de pregrado en la Universidad de California, Berkeley. Le interesaban las publicaciones de Sir Alec Skempton y sus ideas sobre el comportamiento in situ de las arcillas naturales. Skempton formuló conceptos y coeficientes de porosidad del agua que aún se utilizan ampliamente hoy en día. Fue idea de Proctor llevar este concepto un paso más allá y formular sus propias conclusiones experimentales para determinar una solución al comportamiento in situ de la arcilla y los suelos que los hacen inadecuados para la construcción. Su idea, que posteriormente fue adoptada y desarrollada por Skempton, implicaba la compactación del suelo para establecer la máxima densidad prácticamente alcanzable de suelos y agregados (el término "prácticamente" enfatiza que el valor se obtiene experimentalmente y no teóricamente).

A principios de la década de 1930, finalmente encontró una solución para determinar la densidad máxima de los suelos. Proctor descubrió que, en un entorno controlado (o dentro de un volumen controlado), el suelo podía compactarse hasta eliminar completamente el aire, simulando así las condiciones del suelo en su estado natural. A partir de esto, la densidad seca podía determinarse simplemente midiendo el peso del suelo antes y después de la compactación, calculando el contenido de humedad y, posteriormente, la densidad seca. Ralph R. Proctor continuó su carrera docente en la Universidad de Arkansas.

En 1958, se desarrolló el ensayo de compactación Proctor modificado como norma ASTM. Era necesario un estándar de compactación más exigente y pertinente. Existían equipos de compactación más grandes y pesados , como compactadoras vibratorias de gran tamaño y rodillos de acero más pesados . Estos equipos podían producir mayores densidades secas en los suelos, junto con una mayor estabilidad. Estas propiedades mejoradas permitieron el transporte de cargas mucho más pesadas en camiones por carreteras y autopistas. Durante las décadas de 1970 y principios de 1980, el ensayo Proctor modificado se generalizó como sustituto moderno del ensayo Proctor estándar. ^{[ 2 ]}

La compactación se define generalmente como la densificación del suelo mediante la eliminación del aire y la reorganización de las partículas a través de la aplicación de energía mecánica. La energía ejercida por la compactación obliga al suelo a llenar los huecos disponibles, y las fuerzas de fricción adicionales entre las partículas mejoran sus propiedades mecánicas. Dado que se requiere una amplia variedad de partículas para llenar todos los huecos, los suelos bien graduados tienden a compactarse mejor que los suelos mal graduados.

El grado de compactación de un suelo se puede medir mediante su peso unitario seco, γ _d . Cuando se añade agua al suelo, esta actúa como un agente suavizante sobre las partículas del suelo, haciendo que se deslicen entre sí con mayor facilidad. Inicialmente, el peso unitario seco después de la compactación aumenta a medida que aumenta el contenido de humedad ( ω ), pero una vez que se supera el porcentaje óptimo de humedad ( ω _opt ), cualquier agua añadida resultará en una reducción del peso unitario seco porque la presión del agua en los poros (presión del agua entre cada partícula del suelo) empujará las partículas del suelo separándolas, disminuyendo la fricción entre ellas.

La prueba Proctor original, ASTM D698 / AASHTO T99, utiliza un molde de 4 pulgadas de diámetro (100 mm) por 4,584 pulgadas de altura (116,4 mm) que contiene 1/30 de pie cúbico de suelo, y requiere la compactación de tres capas separadas de suelo utilizando 25 golpes de un martillo de 5,5 lb que cae 12 pulgadas, para un esfuerzo de compactación de 12.375 ft-lbf/ft ³ . ^{[ 3 ] [ 4 ]} La prueba "Proctor modificada", ASTM D1557 / AASHTO T180, utiliza el mismo molde, pero utiliza un martillo de 10 lb que cae a través de 18 pulgadas, con 25 golpes en cada una de las cinco capas, para un esfuerzo de compactación de aproximadamente 56.250 ft-lbf/ft ³ . Ambas pruebas permiten el uso de un molde más grande, de 6 ^pulgadas de diámetro y con capacidad para 1/13,333 pies³ , si el suelo o el agregado contiene una proporción demasiado grande de partículas del tamaño de la grava para permitir la repetibilidad con el molde de 4 pulgadas. Para proporcionar aproximadamente el mismo esfuerzo de compactación teórico (12 320 ft-lbf/ft³ ^para el Proctor estándar y 56 000 ft-lbf/ft³ ^para el Proctor modificado), el número de golpes por capa se incrementa a 56. ^{[ 5 ] [ 6 ]}            

El Departamento de Transporte de California ha desarrollado una prueba similar, la Prueba 216 de California, que mide la densidad máxima en húmedo y controla el esfuerzo de compactación en función de la longitud (en realidad, la altura) de la muestra de prueba, y no de su volumen . La principal ventaja de esta prueba es que los resultados de la prueba de densidad máxima están disponibles más rápidamente, ya que no es necesaria la evaporación de la muestra compactada.

La norma europea CEN para la compactación Proctor es EN 13286-2 ^{[ 7 ].}

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