domingo, 24 de junio de 2012

El ensayo Proctor, cuándo usar el estándar o el modificado


Figura 1. Zanja con tubería.
El ensayo Proctor es prácticamente la referencia universal para el diseño y control de compactación de suelos mixtos (es decir, suelos que no son puramente limpios o cohesivos). Estoy seguro que muchos de ustedes han leído o escuchado que la versión original del Proctor es la que hoy llamamos «Estándar», mientras que las demandas a las pistas de los aeropuertos causadas por los aviones más pesados de la 2da Guerra Mundial hicieron que se aumentara la energía de compactación, lo que nos trajo el Proctor «Modificado».


 

Aunque aún no lo he visto escrito en una especificación, es práctica común en nuestros países que seleccionemos como referencia de compactación el Proctor Estándar cuando usamos equipo liviano de compactación (e.g., ranas, sapos, mini rodillos), y el Proctor Modificado cuando usamos equipo pesado (e.g., rodillos lisos, pata de cabra). Basar la decisión sobre cuál referencia utilizar, si Estándar o Modificado, tomando en cuenta el tamaño del equipo de compactación podría ser una decisión catastrófica, como veremos en el siguiente ejemplo.

Supongamos que, según su diseño de pavimentos, el relleno de sub-base para una calle requiere un material con CBR de 20%, bajo grado de saturación de 80%. Luego de construir el relleno de sub-base compactándolo con un rodillo de 8 toneladas, y colocar también el material de base, se debe realizar una zanja o trinchera transversal de metro y medio de profundidad para instalar una alcantarilla (ver Figura 1). Una vez excavada la trinchera, y extendida una cama de arena en el fondo de la misma, se coloca el tubo colector y luego se rellena la trinchera desde el lomo del tubo hasta el tope de la cota de sub-base utilizando el mismo material de suelo que se usó para construir la calle. 

Como es costumbre, en un trabajo así se utiliza el Proctor Modificado como referencia para la compactación de la calle, pues se utiliza un compactador grande. Mientras que para el relleno dentro de la zanja, donde por razones de espacio solo se puede usar un compactador liviano, se utiliza el Proctor Estándar como referencia. No sé en sus países, pero aquí en mi ciudad, invariablemente, cuando se pone esta calle en servicio y, tras las lluvias, se dan las condiciones de hidratación previstas en el diseño de pavimentos, esta trinchera se hunde y hay que repararla. Si el constructor nos asegura que compactaron al 95% del Proctor, ¿cómo explicar qué fue lo que falló?

Figura 2. Pirámide de diseño de suelos compactados.


Esta es una falla típica del riesgoso Nivel 1 de la Pirámide de Diseño y que no puede ser explicada con la información, ni los criterios del nivel de receta pues simplemente allí no hay la ingeniería suficiente. Para saber qué es lo que falló debemos subir al menos al Nivel 3b y preguntárselo a una curva de diseño. 

La que muestra la Figura 3 es la curva de diseño, obtenida con la aplicación de diseño simple del software SoilDesigner, para la arena arcillosa usada como material de sub-base en esta calle. Se aprecia en la gráfica que cuando se compacta este suelo al 95% del Proctor Modificado presentará CBR de 20%, bajo grado de saturación de 80%. Asumiendo la equivalencia típica de que el 95% del Proctor Estándar es igual al 90% del Proctor Modificado, se observa en la Figura 3 que la resistencia del suelo en la zanja presentaría CBR de apenas 5%, para 80% de saturación, lo que causaría la falla estructural del relleno y explicaría el hundimiento de la zanja, muy a pesar de haber compactado al 95% del Proctor Estándar.

Figura 3. Curva de diseño para arena arcillosa, Sr=80%.


Con esta información resulta obvio que no se debe utilizar esta arena arcillosa para rellenar la zanja si se usa equipo liviano de compactación. Ante la imposibilidad de usar un equipo más pesado por razones de espacio, entonces, una de las alternativas de solución sería rellenar la zanja con un material de mejor calidad, por ejemplo, una grava limosa cuya curva de diseño se muestra en la Figura 4. Con este material bastaría compactar el suelo al 93% del Proctor Modificado para que la estructura de pavimentos en la zanja sea solvente; que es algo que está en el rango del alcance de un compactador liviano.

Figura 4. Curva de diseño para grava limosa.


Para un lector muy observador, como seguro eres, es sencillo especular que es muy difícil para cualquier suelo susceptible de hidratación (suelos con cohesión) desarrollar una resistencia moderada (como por ejemplo CBR de 20%) para grados de saturación tan importantes como 80%, si son compactados a bajos grados de compactación. De allí que las fallas por hundimiento en las zanjas y en los accesos a puentes sean sumamente recurrentes.

Como regla general, si se usa equipo liviano de compactación se debe cambiar a un suelo de mucha mayor calidad y, sobre todo, se debe verificar su resistencia a través de diseños típicos del Nivel 3 de la Pirámide de Diseño. Otra alternativa a considerar ante esta dificultad es la estabilización del suelo.

No nos engañemos, en el Nivel 1 de la Pirámide de Diseño no hay ingeniería, solo recetas.

Freddy J. Sánchez-Leal.

Si quieres repasar que es eso de curva de diseño lee aquí: 

Si quieres conocer al detalle sobre la Pirámide de Diseño lee aquí: 


28 comentarios:

  1. Hola Freddy. Muy buena la aclaratoria y la inducción. Saludos, Roger Lampe

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    1. ¡Hola, mi estimado Roger! Muchas gracias. Sé que a través de tu liderazgo y prestigio estos conceptos van a tener la mayor difusión. Abrazo.

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  2. Es muy bueno encontrar estas cosas ya hay muy pocas la verdad, les agradesco sigan adelante felicitaciones

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    1. ¡Muchas gracias! Por favor recomiéndenos con sus colegas.

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  3. Técnicamente lógico, pero si una zanja se compactó al 95% del proctor respectivo indica que solo existe un 5% de vacios y, estando éste material confinado dentro de ésa zanja, como se explica su dezplazamiento o asentamento, hacia que espacio se dezplazo si no existe éste dentro de la zanja ni dentro del material mismo, saludos

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  4. Agradecemos la participación. Me parece que hay una pequeña confusión entre la densidad máxima seca del Proctor y la densidad máxima teórica del suelo bajo un contenido de agua determinado. Por otro lado, en el artículo se define falla como el desarrollo de una resistencia por debajo de la requerida por el proyecto.

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  5. Mi pregunta es, hasta cuando dependeremos del ensayo del CBR.. existe algun otro parametro o ensayo mas confiable hoy en dia con tanta tecnología mundial??

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  6. Pero desde luego que sí. El ensayo triaxial, por ejemplo, es el que más desarrollo tecnológico ha recibido en los últimos años. Hoy día el tope del estándar es carga cíclica y control de succión. El ensayo triaxial, además, permite medir propiedades fundamentales del suelo, como el módulo elástico, por ejemplo, y no índices empíricos como el CBR. Lo que no puedo responder es la pregunta, ¿hasta cuándo el CBR? Tenemos que trabajar duro en la educación para cambiar la cultura. Saludos y muchas gracias por este valioso comentario.

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  7. muchas gracias por compartir los conocimientos

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    1. A la orden, carretero. Por favor comparta este artículo con colegas. Gracias

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  8. He leido con mucho interes "la receta", tengo però otro tema que no consigo aclarar...que grado de compactacio es requierido en una base de terraple?

    Gracias por su disponibilidad!!!

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    1. Gracias por el comentario. Según los niveles 2 y 3 de la pirámide, el grado de compactación mínimo dependerá de la resistencia requerida por el proyecto y se obtiene de la curva de diseño del suelo, que contempla, entre otras cosas, las condiciones de hidratación y sobrecarga establecidas en el proyecto.

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  9. Esta recomendacion es apropiada cuando se tiene instalaciones en playas de estacionamientos, donde primero se realiza la compactación de toda la Playa y finalmente se excava para instalar los ductos.
    Muchas Gracias por el aporte.

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    1. Muchas gracias, Antonio, por este valioso comentario. Si gusta, por favor comparta este artículo con colegas.

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  10. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  11. Existe alguna relación de comparación entre los resultados obtenidos de un proctor al 95% y al 90%, Ambos de proctor modificado? Quiero decir, los resultados obtenidos de un ensayo al 95% pueden ser comparables con unos obtenidos al 90%?
    Muchas Gracias!

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    1. Constanza, le agradezco mucho su consulta. Mire, no hay una norma o especificación para esto, pero lo que se maneja comúnmente es que el 90% del Proctor Modificado es equivalente al 95% del Proctor Estándar.

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  12. LUIS RINCONES
    Realmente desde el punto de vista geotecnico como se puede interpretar un ensayo de CBR

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    1. Luis, le agradezco mucho su interesante pregunta. Le dejo estos artículos que la intentan responder:

      http://blogramcodes.blogspot.com/2012/07/convirtiendo-el-criticable-cbr-en-el.html

      http://blogramcodes.blogspot.com/2013/03/como-se-relaciona-el-ensayo-proctor-con.html

      http://blogramcodes.blogspot.com/2012/07/terraplenes-y-validacion-de-resistencia.html

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  13. cuando hablamos de ensayo de CBR realmente es un ensayo confiable para determinar niveles de compactacion requerido

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    1. Saludos y gracias por la pregunta. Está difícil. Vamos a ver si la entendí. Partiendo de que hay un nivel de compactación requerido, el ensayo adecuado para determinar ese nivel en campo es el de densímetro nuclear, o de cono y arena, por ejemplo. De modo que el CBR no nos serviría para determinar el nivel de compactación requerido. Este ensayo, el CBR, nos serviría para, por ejemplo, verificar que el suelo que estamos usando alcance la compresibilidad o resistencia requerida por el proyecto que, a su vez, está asociada a un nivel de compactación requerido. Espero haber podido ayudar.

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  14. bien por los alacances que nos das

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  15. Saludos desde México.
    Te agradeceré me indíques bibliografía básica sobre compactación. Casi siempre sucede en las calles del D.F. (México) En las zanjas, coladeras, y en los bordes de las zapatas de los puentes sobrevienen hundimientos apenas después del primer año. Nosotros decimos fácilmente "no compactan bien"; sin considerar que la lluvia deslava al interior de los pavimentos, además de los aceites, ácidos que, sin control, corren por los suelos debilitándolos. Pero DEBE HABER UN MODO O MUCHOS PARA LOGRARLO, pues ... Y nos pasó recientemente en un piso de concreto de 15 cm de espesor, se nos hunde donde sabemos que un registro viejo que no fue corregido filtra agua y deslava. Mi pregunta es ¿donde queda en tu esquema esta variante, la de las filtraciones y el deslave y cómo se prevee?

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  16. Ing Freddy buenos dias tengo una consulta estoy usando vibrocompactador tipo canguro el suelo es arcillo gravoso uso el standard o modificado desde laboratorio, estoy usando vibrocompactador porq ue la zanja apenas tiene un ancho de canalizacion de 27 centimetros , cual de los dos metodos uso y si uso el modificado no seria mas conservador
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  17. Independientemente del tipo de suelo si uso el modificado seria mas conservador o no

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  18. según el SUCS y según las calidades de las capas según las normas de la SCT para terracerías y pavimentos... que recomiendas usar, estándar o modificada?

    Saludos y buen día!

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