Maquinaria y Equipo de Compactacion

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

EJECUCIÓN DE OBRA Andrés Salguero MAQUINARIA Y EQUIPO DE COMPACTACIÓN Arq. Doris Andrade

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Octubre 2017

Maquinaria y equipo de compactación

1. Compactación La compactación es la densificación del suelo por remoción de aire, lo que requiere energía mecánica. El grado de compactación de un suelo se mide en términos de su peso específico seco. Cuando se agrega agua al suelo durante la compactación, ésta actúa como un agente ablandador de las partículas del suelo, que hace que se deslicen entre sí y se muevan a una posición de empaque más denso. (Das, 2001, p.51)

2. Objetivo de la compactación La compactación incrementa las características de resistencia de los suelos, aumentando así la capacidad de carga de las cimentaciones construidas sobre ellos. La compactación disminuye también la cantidad de asentamientos indeseables de las estructuras e incrementa la estabilidad de los taludes de los terraplenes. En la construcción de terraplenes para carreteras, presas de tierra y muchas otras estructuras de la ingeniería, los suelos sueltos deben ser compactados para incrementar sus pesos específicos. Los rodillos de ruedas lisas, los rodillos patas de cabra, los rodillos con neumáticos de hule y los rodillos vibratorios son usados generalmente en el campo para la compactación del suelo. Los rodillos vibratorios se usan principalmente para la densificación de los suelos granulares. (Das, 2001, p.51)

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3. Maquinaria, equipo y herramienta 3.1. Maquinaria. Sirven para la realización de trabajo pesado, cuentan con un motor, son de gran volumen y su acción de fuerza es dirigida por un operador capacitado. 3.2. Equipo. Son de rango menor a la maquinaría, son eléctricos y operan para un servicio o trabajo determinado. 3.3. Herramienta. Son de rango menor al equipo, se usa para trabajos manuales, la fuerza está dada por la persona que manipula el elemento.

4. Maquinaria usada en la compactación de suelos En concordancia con las normas UNE 115-405-88 (como se citó en Barber, 2009) un compactador es una máquina autopropulsada o remolcada sobre ruedas, rulo o masa diseñada para aumentar la densidad de los materiales por: peso estático, impacto, vibración, amasado (presión dinámica) o combinación de estos efectos.

Las acciones que recaen sobre el material son varias, no obstante en la mayoría de los casos el efecto se logra gracias a la combinación de algunas acciones o todas ellas, las cuales son: estáticas y dinámicas; por su parte las dinámicas son: impacto, vibración, con oscilación (Barber, 2009).

Carga estática.

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Es la ejercida por una fuerza aplicada de forma continua, que origina una compresión sobre el material en función del área de contacto y como consecuencia de la presión resultante. También influye en la compactación los sucesivos ciclos de carga descarga originados en cada pasada del compactador, a través de la capa de material. Compactación por impacto. Este efecto se produce por los impactos producidos sobre el suelo por la caída de un peso desde una altura, originando unas ondas de presión que se propagan en ondas esféricas por toda la masa del suelo. Vibratoria. Es la ejercida por una repetición de la fuerza aplicada de forma variable y con una frecuencia tal, que es capaz de transmitir al terreno las vibraciones producidas. Amasado. Es el efecto que originan las tensiones tangenciales y que también ayudan a la recolocación de las partículas. Su acción es evidente y muy importante en los materiales cohesivos aunque difícil de cuantificar: no está realmente estudiada a nivel teórico pero a nivel práctico es de mucha importancia en los rodillos de pisones para suelos cohesivos, algo menos en los compactadores de neumáticos, de poca importancia en los vibratorios lisos y casi nulo en los estáticos lisos metálicos. (Barber, 2009)

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4.1. Compactadores estáticos. Trabaja fundamentalmente a través de una elevada presión estática, la cual tiene un efecto de compactación limitado debido a la fricción interna de los suelos, sobretodo en suelos granulares (Barber, 2009). 4.1.1. Clasificación. • Rodillos de llantas lisas: Triciclo, Tándem. • Rodillos de cilindros con salientes. • Rodillos de neumáticos. 4.1.2. Rodillos de llantas lisas. Actúan por su propio peso ejerciendo una gran presión sobre el suelo (apisonadoras metálicas lisas, de triciclo o tándem) y como consecuencia consigue una compactación efectiva en superficie pero nula a cierta profundidad. 4.1.3. Rodillos con salientes. Utilizan el principio dinámico del imapcto como medio de llevar a cado la compactación. Existen tres variantes. 4.1.3.1. Rodillos de pata de cabra. Pueden ser remolcados o autopropulsados. Los remolcados están constituidos por un chasis que puede llevar un solo cilindro provisto de unos salientes denominados; patas de cabra, o dos cilindros en el mismo eje dispuestos a una y otra parte de un timón. Los autopropulsados tienen mayor movilidad sobre el terreno que los remolcados, siendo las características similares en ambos rodillos.

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4.1.3.2. Rodillos de rejilla. En estas máquinas, las partes protuberantes se han sustituido por huecos. Las presiones ejercidas sobre los alambres de la rejilla son muy elevadas y logran triturar los elementos más gruesos cuando no están constituidos por rocas muy duras.

4.1.3.3. Rodillos de segmentos. En este tipo de rodillos, en lugar de patas de pequeña sección se emplean rectángulos alargados. 4.1.4. Compactadores de neumáticos. El fundamento de este tipo de compactadores se basa en las elevadas cargas por unidad de superficie a las que queda sometido el terreno, lo que provoca la defomración plástica e irreversible del mismo.

Figura 3. Compactador de neumáticos. El efecto de la compactación con neumáticos es eficaz únicamente en una zona superficial pequeña, es decir, tienen una baja penetración (Barber, 2009) 4.2. Compactación de alta velocidad. En estos compactadores interesa un gran peso y una gran velocidad de traslación. Unas ventajas más importantes de este sistema de compactación son:

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• El gran efecto de amasado que producen los pisones al entrar y salir del material, por lo que es muy conveniente y a veces imprescindible para suelos plásticos y granulares algo plásticos. • El hecho de que, al clavarse los pisones sobre el material blando en las primeras pasadas, la compactación se produce en cada tongada de abajo hacia arriba, con lo que la densidad que se obtiene es más homogénea en profundidad. • Tienen gran utilidad en la compactación de residuos • Tienen la posibilidad de extender el material con una hoja empujadora que al efecto llevan en la parte delantera. Esta hoja les permite ahorrar el trabajo de la niveladora, a la vez que realiza una precompactación del mismo mientras lo extiende.

Figura 4. Compactador de alta velocidad. 4.3. Compactación vibratoria. La clasificación de las máquinas compactadoras vibratorias depende de la presión dinámica variable, y pueden ser: rodillos vibrantes y placas vibrantes. A su vez los rodillos vibrantes son: remolcados y autopropulsados. 4.3.1. Rodillos vibrantes remolcados. Consiste en un chasis, o marco, apoyado elásticamente en un rodillo vibrante sonre el que se sitúa un motor de combustión interna que proporciona la energía necesaria para la vibración. necesitan una unidad tractora con potencia necesaria.

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Figura 5. Rodillo vibrante remolcado. 4.3.2. Rodillos vibrantes autopropulsados. Los rodillos vibrantes tienen un bastidor el cual está aislado del o los tambores con elementos de caucho.

4.3.2.1. Monocilíndricos Los rodillos vibrantes autopropulsados con dos ruedas neumáticas en su eje posterior, surgen de los remolcados y han llegado a ser los más populares en obra. Son más rápidos y fáciles de maniobra. El rodillo es vibrante, la tracción está aplicada a las ruedas o a las ruedas y al rulo, lo cual proporciona mejor tracción.

Figura 6. Rodillo vibrante autopropulsado monocilíndrico. 4.3.2.2. Tándem Es un compactador con dos cilindros, siendo al menos uno tractor. Son utilizados en la reparación y trabajos de construcción de carreteras, autopistas y aeropuertos, estando relegados de la compactación de suelos. Existen rodillos de

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pequeño tamaño aunque se ha ido incrementando paulatinamente y en la actualidad se utilizan unidades con peso superior a las 15 Tn.

Figura 7. Rodillo vibrante autopropulsado tándem. Los modelos modernos poseen tracción y vibracion sobre ambos tambores. Consiguiéndose de esta manera aumentar su efecto en más de un 50%. Pudiendo ser articulados o rígidos. 4.3.2.3. Mixtos Los rodillos vibrantes mixtos combinan la compactación vibrante con la estática, montando en su eje delantero un rodillo liso vibrante y en el trasero tres o cinco neumáticos. Son utilizados para la compactación de suelos y aglomerados asfálticos.

Figura 8. Rodillo vibrante autopropulsado mixto. Ventajas e inconvenientes de los rodillos vibrantes Ventajas

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• Son sumamente eficaces y casi irremplazables para ciertos materiales, para firmes con ángulo de rozamiento interno elevado y para arenas secas con granulometría cortada. • Dan una mejor compactación en profundidad. • Precisan solo un pequeño número de pasadas. • Son máquinas relativamente pequeñas. Inconvenientes • No compactan en superficie y, a veces, pueden descompactarla. • Su rendimiento es pequeño, por su reducida velocidad de desplazamiento, lo que hace también necesario cargardos en un vehículo para desplazarlos de una obra a otra. • Si se aumenta mucho el número de pasadas pueden fragmentar los segmentos en el grado que se requiere compactar. • Son mecánicamente frágiles. (Barber, 2009)

5. Equipo usado en la compactación de suelos El equipo usado es de compactación vibratoria y se clasifica en: 5.1. Rodillo vibrante manual (duplex). Los rodillos de doble tambor, uno junto al otro, se utilizan con aplitud en numerosas obras.

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Figura 9. Rodillo vibrante manual. 5.2. Bandeja vibrante. Consiste en una placa metálica, ordinariamente rectangular, acoplada a un elemento vibrante accionado por un motor. Se utilizan para trabajos de apisonado de pequeña escala y como equipos auziliares de máquinas más grandes en aquellos sitios que estas no pueden entrar, por ejemplo trasdos de obras de fábrica, zanjas, etc.

Figura 10. Bandeja vibrante. Apoyándose en el movimiento vibratorio, se consigue que el equipo se autoprpulse, siendo guiada por el operador mediante una lazadera o similar. 5.3. Pisones vibrantes. El sistema de funcionamiento es el mismo que el de los anteriores, distinguiéndose de estos por la frecuencia más elevada de los choques. La accion de apisonado de estas máquinas produce elevadas fuerzas de presión, de ahí la eficacia de compactación que desarrollan sea buena sobre la casi totalidad de los suelos, aun los arcillosos.

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Figura 11. Pisón vibrante.

5.4. Ventajas e inconvenientes La mayor ventaja de estas máquinas es su pequeño tamaño. Por otro lado tienen el inconveniente de ser más lentas siendo su producción es pequeña (algunos metros cúbicos por hora) lo que origina costes más elevados que para rodillos. Por el contrario, las máquinas transportadas se desplzan fácilmente y son fáciles de manejar. En superficie las placas compactan mejor que los rodillos y una buena eficacio a produndidades medias. El empleo del equipo se limita, lo más corrientemente, a pequeños trabajos en el caso en el que se dispone de pequeños espacios o zonas de difícil acceso. (Barber, 2009)

6. Selección del compactador Para la elección del compactador más adecuado para un determinado trabajo y la forma como ha de trabajar este compactador; número de pases, velocidad de trabajo, frecuencia de vibración, etc. hay que tener en cuenta muchos factores. Tabla 1

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Compactación de suelos y firmes Tipo de compactador

Suelos donde se utiliza

Estado actual de uso

Arrastrado liso vibrante

Suelos granulares y algunos plásticos dependiendo de su peso

Cada día se usa menos salvo los muy pesados en piedraplenes

Arrastrado pata de Arcillas, limos cabra vibrante arcillosos, arcillas limosas y grava con aglutinantes arcillosos

Prácticamente en desuso

Arrastrado de pisones vibrante

Arcillas, limos arcillosos, arcillas limosas, arcillas arenosas y grava

Se utiliza muy poco

Autopropulsado liso vibrante

Preferentemente Es el más suelos granulares y popular dependiendo del peso, su aplicación puede llegar a suelos plásticos

Autopropulsado de pisones vibrantes

Suelos plásticos y granulares

Muy apto para suelos muy difíciles (pueden tener tándem)

Autopropulsado Asfalto, zahorra y vibrante de asfalto suelos preferentemente granulares

Cada vez es más sustituido por el tándem vibratorio

Tándem vibratorio Asfalto y suelos granulares

Es el idóneo para asfalto

Neumáticos

Como cierre en capas asfálticas y en arenas saturadas de agua

Su utilización va disminuyendo debido a los tándem vibratorios

Alta velocidad

Suelos plásticos y granulares algo plásticos

En condiciones especiales de extendido y compactación

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(Barber, 2009) 7. Medición del grado de compactación 7.1. Métodos discontinuos. Cuando los materiales a compactar son uniformes, como bases, subbases, etc. está justificado hacer un tramo de prueba. Cuando los materiales son cambiantes se hacen ensayos granulométricos, límites de plasticidad y Proctor con el material de todos los tajos y como máximo cada dos días. 7.2. Métodos continuos. Los métodos continuos de control se pueden utilzar tanto en suelos como sobre mezclas asfálticas, se clasifican en: mecánicos y nucleares. 7.2.1. Mecánico. Se instala unido rígidamente al tambor vibrante del rodillo el medidor de compactación que registra la aceleración vertical del tambor al impactar sobre el material. Cuando mayor sea la rigidez del material, como consecuencia del aumento de densidad, mayor será la componente vertical de la aceleración. 7.2.2. Nuclear. O DOR, consiste en una fuente radioactiva que actuando a modo de sonda define cada uno de los parámetros que definen el grado de compactación. (Barber, 2009)

8. Bibliografía Barber, P. (2009). Maquinaria de obras públicas II. Máquinas y equipos. Alicante, España: Editorial Club Universitario. Das, B. M. (2001). Fundamentos de ingeniería geotécnica. Ciudad de México, México: Thomson Learning.

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