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: 

http://blogramcodes.blogspot.com/2012/06/curva-de-diseno.html

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

http://blogramcodes.blogspot.com/2012/04/tres-formas-de-disenar-un-suelo.html