Monografías
Publicar | Monografías por Categorías | Directorio de Sitios | Software Educativo | Juegos Educativos | Cursos On-Line Gratis

 

Compactación de Suelos parte 1 - Monografía



 
DESCARGA ESTA MONOGRAFÍA EN TU PC
Esta monografía en formato html para que puedas guardarla en tu pc e imprimirla.



Vínculo Patrocinado




Aquí te dejamos la descarga gratuita
Nota: para poder abrir archivos html solo necesitas tener instalado internet explorer u otro navegador web.




Ingeniería Civil. Mecánica de Suelos. Maquinaria por presión estática, por vibración, por impacto. Métodos. Características. Suelos no cohesivos. Cohesión moderada. Suelos arenosos, limosos, arcillosos. Curva de Compactación. Saturación



 INTRODUCCION.-   



A continuación hablaremos sobre la maquinaria usada por la compactación, entendiendo por compactar la acción de aplicar durante la construcción del relleno, la energía necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de huecos del material empleado y por tanto del volumen total del mismo. Diferenciándose de la consolidación, en que esta, aunque también disminuye el volumen de huecos dicha reducción no se consigue durante la ejecución de los terraplenes, terraplenes, etc., sino en el transcurso de un plazo de tiempo relativamente largo y debido a perdida de agua intersticial, por efecto de cargas de servicio móviles o fijas, por agentes atmosféricos, etc.  La necesidad de compactar apareció no hace aun muchos años debido a la urgencia de utilizar las obras inmediatamente, sin tiempo para que el tráfico o los agentes atmosféricos produjesen los asientos definitivos.  Por tanto, los sistemas de compactación se han ido desarrollando paralelamente a la mecanización de las obras, ya que la aplicación de la energía necesaria exige una maquina adecuada en potencia y movilidad, pare cada caso.

El problema se presenta porque la energía de compactación necesaria en cada caso no es solamente diferente, sino que también lo es el modo como dicha energía debe ser transmitida al terreno. La energía debe ser transmitida al terreno. Esta es la raz6n de que existan hoy día en el mercado diferentes tipos de maquinas compactadoras, y como consecuencia, la dificultad inherente de elegir en cada cave el modelo mas id6neo. No quiere decir esto, un terraplén con una maquina de un tipo u otro quede mejor o peor compactado. Con cualquier maquina, por poco específica que esta sea, podemos obtener una compactación satisfactoria. Lo que ocurrirá e s que gas tare más mucha energía de compactación y como consecuencia 16gica mas tiempo, mas dinero, etc., si no elegimos la maquina adecuada.  Por lo tanto el problema mas importante en la compactación es elegir la maquina adecuada pare cada trabajo. Para dicha elección tenemos hoy día unas ideas generales, consecuencia de ensayos prácticos mas o menos guiados por teorías, que nos permiten de entrada y a la vista de las principales características del material a compactar, decidir el tipo de maquinas mas id6neo.  Los factores principales que influye n en la capacidad de compactación de los suelos, son la composición granular y el contenido de humedad. Dentro de la composición granular, lo mas importante es el tamaño del grano, mucho mas -incluso- que la composición del mismo.  El contenido de humedad es el otro factor importante en la compactación. Se determine el valor mas favorable mediante el ensayo Proctor, que nos da la relación entre el contenido de humedad y la densidad del terraplén.

Así vemos que la densidad seca máxima crece con la energía de compactación. La humedad 6ptima depende de la energía utilizada pare compactar. El agua al actuar como lubricante de las partículas facilita una mejor imbricación entre ellas, pero si hay exceso de la misma, parte de la energía de compactación se pierde en expulsar el agua, por lo que aparece 16gicamente la existencia de un porcentaje 6ptimo, que es necesario determinar en cada caso. Ahora bien, como la correcci6n de humedad de un material es difícil y costosa, conviene evitarla, siendo preferible utilizar energías de compactación elevadas que permitan conseguir densidades secas superiores en un campo de humedades mas amplio.  Hay de todas formas suelos que presentan mas o menos dificultad de compactar. Entre los primeros están los cohesivos en general, los de granulometria uniforme, no cohesivos o débilmente cohesivos, con un coeficiente de desigualdad pequeño, rocas ligeras y rocas pesadas. Entre los suelos fáciles, tenemos las arenas bien graduadas no cohesivas o poco cohesivas a partir de un valor mediano de coeficiente de desigualdad, mezclas de arena y gravillas bien graduadas, no cohesivas o poco cohesivas con iguales coeficientes y, en general, todos los suelos no cohesivos o escasamente cohesivos aun con relativamente pequeñas desigualdades de grano.

2. COMPACTACION.-


Compactar es la operación previa, para aumentar la resistencia superficial de un terreno sobre el cual deba construirse una carretera y otra obra. Aplicando una cantidad de  energía la cual es  necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de hueco del material utilizado.


2.1 COMPACTACION DEL SUELO



El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Un cambio de este equilibrio puede provocar una alteración física, química o biológica. La compactación es la principal causa de alteración del suelo.
Hay dos situaciones con elevado riesgo de compactación: áreas con fuerte tránsito de vehículos y personas, y áreas cercanas a lugares en construcción. Hay suelos con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la composición, estructura y contenido de humedad. Las constructoras a menudo trabajan con maquinarias muy pesadas, sin delimitar la zona en la que se encuentran y se plantarán árboles. Se desconocen cual es la superficie que abarca el aparato radical, así como, se ignoran los efectos derivados de la compactación y dificultad que se encuentran para intentar resolverlo..

2.1. CARACTERISTICAS DE LA COMPACTACION DE LOS SUELOS.-  



La compactación de los suelos se produce por la reorientación de las partículas o por la distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos para formar una estructura mas densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento.
Si los granos se pueden liberar momentáneamente, las presiones, aun las ligeras, son efectivas para forzarlos a formar una distribución mas compacta. El agua que fluye también reduce el rozamiento entre las partículas y hace mas fácil la compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución mas compacta. Por esta razón la corriente de agua sólo se usa para ayudar a la compactación, cuando el suelo es de granos tan gruesos que el agua abandona los poros o huecos rápidamente

En los suelos cohesivos la compactación se produce por la reorientación y por la distorsión de los granos y sus capas absorbidas. Esto se logra por una fuerza que sea lo suficientemente grande para vencer la resistencia de cohesión por las fuerzas entre las partículas.
Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración. La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones mas altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es critico. La eficiencia se mejora aumentando la presión durante la compactación a medida que el peso especifico y la resistencia aumenta.


2.2. TEORÍA DE LA COMPACTACIÓN.-



Desde tiempos pre-hitoricos los constructores han reconocido el valor de la compactación del suelo para producir masas fuertes, libres de asentamiento y resistentes al agua. Por más de 2000 años la tierra ha sido aprisionada con maderos pesados, por las pisadas del ganado o compactada por cilindros o rodillos, pero el costo de este trabajo bruto era mayor, en muchos casos, que el valor de la compactación. Por otro lado, si la tierra se descarga meramente en el lugar, y no se compacta, frecuentemente falla por efecto de las cargas y continúa asentándose por décadas. Fue R. R. Proctor quien indicó el camino de la compactación efectiva a bajo costo.

La compactación o reducción de la relación de vacíos se produce de varias maneras: reordenación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reordenación  y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas absorbidas. La energía que se gasta en este proceso es suministrada por el esfuerzo de compactación de la máquina de compactar. La eficacia de la energía gastada depende del tipo de partículas que componen el suelo y de la manera como se aplica el esfuerzo de compactación.

2.3. OBJETIVOS DE LA COMPACTACION.-   



Las obras hechas con tierra, ya sea un relleno para una carretera, un terraplén para una presa, un soporte de una edificación o la subrasante de un pavimento, debe llenar ciertos requisitos:

1)    Debe tener suficiente resistencia para soportar con seguridad su propio peso y el de la estructura o las cargas de las ruedas.
2)    No debe asentarse o deformarse tanto, por efecto de la carga, que se dañe el suelo o la estructura que soporta.
3)    N o debe ni retraerse ni expanderse excesivamente.
4)    Debe conservar siempre su resistencia e imcompresibilidad.
5)    Debe tener la permeabilidad apropiada o las características de drenaje para su función.


2.4. PROCESO DE COMPACTACION EN CAMPO.-



La compactación se define como un proceso mecánico mediante el cual se logra la densificación del suelo al reducirse los espacios vacíos por la expulsión de parte del aire contenido en ellos a través de la aplicación de una determinada carga. No todo el aire puede ser expulsado durante este proceso por lo que el suelo se considera parcialmente saturado. Este proceso, para obtener un mejor resultado, implica el uso de las distintas que se nombran a continuación:

2.4.1. CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE COMPACTACION.- 



Tras estas ideas generales sobre compactaci6n, voy a pasar ahora a clasificar las maquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo:

1.- Por presión estática.

2.- Por impacto.

3.- Por vibraci6n.

Las primeras trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos.

Las segundas, de impacto, trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas.

Las ultimas, o sea, las de vibraci6n, trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos mas pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Por lo tanto, ya vemos que según sea el material, capaz de ser ordenado o no, este sistema de compactación por vibración, será mas o menos efectivo.  Según propia experiencia y a titulo orientativo voy a ir hablando a continuación de los diversos tipos de maquinas, con expresión mas o menos concreta de los trabajos de compactación que a cada una de ellas se les debe encomendar.

2.4.1.1. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESION ESTATICA: 



- Apisonadoras clásicas de rodillos lisos.
- Rodillos patas de cabra.
- Compactadores de ruedas neumáticas.

APISONADORAS CLASICAS DE RODILLOS LISOS.-


En estas apisonadoras la característica mas importante es la preside que ejercen sobre el terreno. Se considera un área de contacto en función del diámetro de los rodillos, peso de la maquina y tipo de suelo, a través del cual se transmite la preside estática.  Estas maquinas, aunque muy empleadas, la verdad es que su efecto de compactación alcanza muy poca profundidad en suelos coherentes. En los no coherentes, causan desgarros en la superficie, transversales a la dirección de la marcha, destruyendo de esta manera parte de su propio trabajo. Sin embargo son útiles pare el planchado,, de macadam y sellado de superficies regadas con emulsiones asfálticas. Su utilización máxima la tienen hoy día en las primeras pasadas de compactación de aglomerados asfálticos.  Nosotros hemos combinado los triciclos de 16 Tm. con los tamaños de 10 Tm. siendo suficientes para compactar con cuatro a seis pasadas capes de 1~9 centímetros. Para que no se adhiera la mezcla asfáltica van provistas de depósitos de agua que mojan constantemente los rodillos.  La pericia del maquinista es muy importante, sobre todo, pare borrar sus propias huellas y no enrollar, el material delante de los rodillos, para lo cual hay que esperar a que la mezcla se enfríe algo y alcance la temperatura adecuada.


RODILLOS DE PATAS DE CABRA.- 



Estos Compactadores concentran su peso sobre la pequeña superficie de las puntas tronco cónicas solidarias al rodillo, ejerciendo por lo tanto unas presiones estáticas muy grandes en los puntos en que las mencionadas partes penetran en el suelo. Conforme se van dando pasadas y el material se compacta, dichas partes profundizan cada vez menos en el terreno, llegando un momento en que no se aprecia mejora alguna, pues la superficie, en una profundidad de unos 6 centímetros siempre quedara distorsionada. Al pasar la maquina sobre la nueva tongada de material se compacta perfectamente esa superficie distorsionada de la cape anterior.  Este tipo de compactador trabaja bien con suelos coherentes, sin piedras, en capes de 20 cm. Con humedad adecuada, se consiguen resultados satisfactorios en unas 8/10 pasadas. Debido a su alta preside especifica (15/30 kg/cm2) y a los efectos de amasado que producen las partes, compactan bien los suelos altamente plásticos, con poco contenido de agua e incluso pobres de aire y de vacíos.  Como se trata de una maquina muy sencilla y robusta, el rendimiento que se obtiene es francamente bueno.  Los pesos de estos Compactadores utilizados por nosotros oscilan entre 1.000 y 8.000 kg., pudiendo acoplarse en paralelo o en también varias unidades pare obtener mejores rendimientos.  Existen varios tipos de compactador fundados en el mismo principio, con los que se consiguen también presiones especificas altas, s61O con modificar las  superficies de contacto tales como rejas, trenes de ruedas pequeñas, etc.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS.- 



Estas maquinas trabajan principalmente por el efecto de la presión estática que producen debido a su peso, pero hay un segundo efecto, debido al modo de transmitir esta preside por los neumáticos que tiene singular importancia. Las superficies de contacto de un neumático dependen de la carga que so. porte y de la preside a que este inflado, pero la presión que transmite al suelo el neumático a través de la superficie elíptica de contacto no es uniforme. Por lo tanto y pare simplificar el problema se emplea el termino presión media de contacto que se obtiene dividiendo la carga sobre cada rueda por la superficie de contacto. Estas superficies de contacto se obtienen pare las diferentes presiones de inflado y cargas sobre rueda, marcando las huellas de contacto sobre una place de acero con el neumático en posición estática.  Es norma general esperar una presión del orden del 90 % de la preside en la superficie a profundidades de 70 cm. y actuando en un ancho de unos 2/3 del ancho de la huella del neumático. Esto obliga a las maquinas compactadoras de estos tipos a procurar un cierto solape entre las huellas de los neumáticos delanteros y traseros.  Un compactador de neumáticos inflado a poca preside da unas superficies de contacto cóncavas y en los bordes del neumático, en los que la cubierta recibe el apoyo estructural de los laterales aparecen unas presiones horizontales adicionales que ayudan a l asentamiento de las partículas y a su mezclado.
Los neumáticos pare Compactadores deben ser de banda de rodadura ancha y lisa y capaces de ejercer una preside media de contacto entre 60 y 9() p.s.i. uniformemente sobre la superficie de contacto ajustando lastre y preside de inflado.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS AUTOPROPULSADAS.-


Equipados, generalmente, con dos ejes, con pesos normales entre 9 y 15 toneladas y con 8 hasta 13 neumáticos, son apropiados pare suelos coherentes de granulado fino y arenas y graves bien graduadas. Los que conocemos por 13 ruedas, son específicos para cerrar los aglomerados asfálticos.  Son maquinas complicadas que exigen entretenimiento cuidadoso; la altura de tongadas suele variar de 15 a 20 cm., y requieren 8/12 pasadas. Su velocidad de trabajo oscila sobre los 3 km./in.


COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS REMOLCADOS.-



Por lo general poseen un solo eje y pocos neumáticos, con pesos de trabajo hasta de 200 Tm. Son apropiados pare terrenos coherentes, margas, zahorras, etc., influyendo poco los grandes tamaños de piedra. Estas maquinas son muy sencillas y no requieren mas cuidado que el vigilar las presiones de los neumáticos. Los grandes Compactadores de este tipo hay que arrastrarlos con bulldozers de grandes potencies y por lo tanto requieren pare su buena utilización grandes áreas de trabajo.  Hemos compactado bien zonas, algo cohesivas en capas de 30 a 40 cm. en 6 u 8 pasadas con un compacto de 100 Tm., arrastrado por un D-8.

Naturalmente, que cualquier maquina o vehículo, en el sentido mas amplio del concepto de compactación, se puede considerar un compactador por presión estática, ya que su peso actuando a través del área de contacto de sus elementos de soporte, produce una preside sobre el terreno y como tal un efecto de consolidación.  En este sentido, las propias maquinas pare el movimiento de sierras ejecutan un trabajo de compactación que en muchos caves puede ser importante.  Normalmente el material de relleno es transportado con equipos pesados, precisamente circulando por encima de los propios terraplenes en ejecución. Estas maquinas transmiten cargas considerables al terreno y en consecuencia actúan como Compactadores. Como esta maquina suele ir equipada con ruedas neumáticas su efecto es similar al que produce los Compactadores neumáticos.
Sin embargo, cuando sin verter nuevas sierras hay puntos donde el trafico del transporte es elevado, se observan destrucciones mas o menos profundas y localizadas Hemos podido comprobar que estas destrucciones se producir de dos formas muy diferentes:

a) Cuando el terraplén que servia de camino estaba con poca humedad, la destrucción era superficial, por un efecto de desgaste, con la consiguiente formaci6n de polvo y avance de la destrucción de arriba hacia abajo, iniciándose la formaci6n de baches, lo que hacia aumentar mas, por el impacto, la velocidad de desgaste.

b) Si el terraplén, por el contrario, tenia exceso de humedad, antes de notarse exteriormente ninguna señal de destrucción, cambiaba el color pasando a mas húmedo. El paso de los vehículos produzca una deformación elástica que cesaba una vez que había pasado la carga. Y el final era la destrucción de zonas localizadas en una profundidad que, a veces llegaba a 25 6 30 cm.

Aparentemente la destrucción era simultanea en toda la altura. Este fenómeno que se produce normalmente al circular camiones pesados sobre suelos coherentes y ligeramente coherentes, llega a ser muy importante si las maquinas empleadas son traíllas rápidas con capacidades de carga entre 8 y 10 m3. El repetido paso de las mismas produce una supercompactación alcanzando la sierra su saturación. Al continuar la aplicación de estas cargas exteriores, el agua busca su salida que normalmente resulta mas fácil en sentido horizontal. Este movimiento horizontal del agua intersticial, produce una exfoliación del terraplén en capes de pequeñísimo espesor, que una vez iniciada su destrucción se disgregan rápidamente.  En la construcción de los terraplenes de la Base Aérea hispanoamericana de Valenzuela, en Zaragoza, tuvimos este tipo de problema. La maquinaria empleada eran traíllas rápidas de 10 yardas cubicas y los terraplenes se formaban con unas zahorras calizas (caliches). Estas traíllas alcanzaban velocidades superiores a los 80 km./in. y con el repetido trasiego sobre zonas determinadas, producían importantes deterioros que alcanzaban 30 y 40 cm. de profundidad. Este problema se solucion6 escarificando casi constantemente la cape superior de las tongadas con una motoniveladora ya que de este modo se favorecía la evaporación natural del agua intersticial sobrante.

2.4.1.2. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO.-


Vamos a considerar ahora algunas maquinas de compactación que trabajan según el principio de impacto:

- Placas de caída libre.
- Pisones de explosión.


PLACAS DE CAIDA LIBRE.- 



Se trata de unas places de hierro de superficie de contacto lisa de 0,5 m2, de forma rectangular y con un peso que oscila entre las 2 y 3 Tm., las cuales se eleven mediante cables hasta una altura de 1,5 a 2 m. sobre el suelo y se les deja caer libremente sobre el mismo. Para ello se necesita una maquina adicional tal como una excavadora, grúa, etc.  La preside de contacto que produce la caída es muy alta y comprime en combinación con una cierta sacudida hasta los suelos pesados, rocosos. Es únicamente en la compactación de roca donde puede ser interesante.

PISONES DE EXPLOSION.- 



Este tipo de maquina se levanta del suelo debido a la explosión de su motor, que por reacción contra el mismo produce la suficiente fuerza ascendente pare elevar toda ella unos 20 cm. Al caer ejerce un segundo efecto compactador dependiente de su peso y altura de elevación.  Estos pisones son muy apropiados pare suelos coherentes, aunque también den resultado con otra clase de materiales. Son muy buenos pare la compactación de zanjas, bordes de terraplenes, cimientos de edificios, etc. La habilidad del operador es decisivo en el rendimiento y calidad del trabajo. Los pisones grandes, de 500 a 1.000 kg., 11egan a compactar incluso tongadas de unos 30 centímetros de espesor en 4 ó 6 pasadas.  Estas maquinas, sin embargo, tienen un defecto grave y es el elevado numero de horas de avería por hora útil de trabajo.

2.4.1.3. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACION.-



- Placas vibrantes.
- Rodillos vibratorios.

Hoy día es quizá la maquina mas utilizada. En los últimos anos ha sido tal _I numero de tipos y marcas disponibles en el mercado, que casi resulta materialmente imposible conocerlas todas.
Se han empleado en la compactación de toda clase de suelos sin distinción: bases granulares artificiales, sub-bases naturales, suelo-cementos, rellenos rocosos, asfaltos, arcillas, arenas, etc., y naturalmente, el éxito ha sido variable.
Hay que considerar primordialmente los efectos de resonancia. Esta es función, por una parte, de la composición o tipo del terreno, contenido de humedad del mismo, etc., y por otra, del propio vibrador. Es decir, que lo importante es la adecuación de frecuencia de resonancia del suelo y de la mesa del vibrador.  Hay un rango de resonancias suelo-vibrador pare las cuales el efecto de ordenación granular y en consecuencia la compactación da mejores resultados.

Hace siete años, como la industria nacional no construía es te tipo de maquinaria y la importación era dificultosa , tuvimos que ingeniarnos la pare construir rodillos vibratorios vitales pare nuestras obras; las características principales de aquellos Bran: 3.000 kg. de peso propio, remolcados y con transmisión de fuerza desde el tractor de arrastre.  Diversos ensayos efectuados con los prototipos en Zaragoza nos marcaron una serie de criterios que después hemos visto confirmados en nuestras obras, trabajando no s6lo con nuestros vibradores. sino con los diversos tipos fabricados ya por las cases especializadas.  Vimos entonces que la amplitud y la frecuencia de la vibración influían grandemente en los rendimientos. Para cada tipo de suelo y el mismo contenido de humedad, existían pare la misma maquina unas amplitudes y frecuencias con las que se obtenían mejores resultados. En general, observamos que material  es con cierto contenido de arcilla compactaban mejor con frecuencias bajas y amplitudes altas.

También result6 claro que materiales granulares no cohesivos bien graduados compactaban mucho mejor con frecuencias altas y amplitudes bajas. De estos hechos sacamos la consecuencia de que en una buena maquina vibratoria debía de poderse modificar la frecuencia y la amplitud de vibración de una manera fácil, al objeto de poder elegir en cada cave -a la vista de los materiales a compactar- los valvis mas id6neos. La variación de frecuencia nosotros la conseguimos con una caja de cambios, que unida a la del tractor, variaba de 1.000 a 1.800 r.p.m. La velocidad de giro del eje excéntrico. Para variar la amplitud, aumentábamos o disminuíamos los contrapesos excéntricos, así como también la preside de los neumáticos soporte del eje excéntrico.

Otra característica que hay que tener en cuenta con las maquinas vibratorias es la de su peso estético, ya que el efecto vibratorio sobre el suelo es función del peso estático de la maquina y del movimiento vertical y horizontal. En el esquema de la pagina siguiente se ve claramente la influencia de ambas fuerzas:  Sea P el peso estático del vibrador y F la fuerza dinámica generadora de la vibración. Al comienzo de la I a vuelta de las mesas de vibración, las dos fuerzas P y F se suman produciendo una fuerza aplicada sobre el terreno P + F. Al continuar girando las masas alcanzan una 2.a posición, horizontal y paralela al suelo, de forma que la fuerza F tiende a impulsar el apisonado, transmitiendo al terreno unas fuerzas horizontales muy importantes. En este cave la fuerza vertical es igual a P. En la posición siguiente las masas están creando la fuerza F en oposici6n vertical a P y la fuerza sobre el suelo será P-F. Como generalmente F > P. la fuerza real sobre el suelo será cero, habiéndose elevado realmente la maquina sobre el mismo

COMPOSICIÓN DE FUERZAS EN UNA COMPACTACIÓN VIBRATORIA.- 



La cuarta posición de las mesas, da un estado de fuerzas simétrico al de la 2.a y de similares consecuencias. Cuando las mesas vuelven a la posición se obtiene un efecto claro de percusión sobre el suelo con la fuerza P + F como resultante. Dependerá de la velocidad de traslación de la maquina compactador el numero de impactos por metro lineal de terreno recorrido. Por esta raz6n resulta muy importante la velocidad de avance de los vibradores.  Hasta aquí no he hablado en absoluto del espesor de las tongadas mas conveniente pare este tipo de Compactadores. Nuestra experiencia de varios anos compactan do todo tipo de materiales con diversas clases de maquinas vibratorias en diferentes obras, me permiten insinuar que el problema del espesor de la tongada no depende sólo de la maquina y del material a compactar, sino de las propias características técnicas y económicas de la obra. Es evidente que con un compactador de 8 a 10 Tm. de peso propio, con efectos dinámicos de 80 a mas Tm., se pueden compactar en 4 ó 6 pasadas, tongadas de 80 a 100 cm. de material granular bien graduado, no cohesivo.  Sin embargo, hay pocas obras en las que el pliego de condiciones admita tongadas de eves espesores por razones técnicas muy estimables. En eves caves, es 16gico que haya que ir a maquinas mas pequeñas y como consecuencia a espesores menores.

PLACAS VIBRANTES.- 



Consisten en una plancha base que produce un golpeteo en sentido vertical, debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico accionado por un motor. Las fuerzas vibratorias engendradas son mayores que el peso de la maquina y por lo tanto la maquina se levanta del suelo en cada ciclo de rotación del plato excéntrico, como ya se extlic6 anteriormente. El movimiento de traslación se consigue utilizando parte de la energía de vibración según la componente horizontal.  Hay places vibrantes con alta frecuencia (mayor a 40 c/seg.), que funcionan muy bien con suelos cohesivos, arenas y graves, pero la cape superior de unos 5 cm. de espesor queda removida por efecto de las vibraciones sin sobrecarga.  Las places con frecuencias bajas ( menor a 30 c/seg.) disminuyen este efecto de superficie y sin embargo en las capes profundas producen buenos resultados en suelos algo cohesivos.  Estas maquinas son útiles pare trabajos pequeños, tales como relleno de zanjas, arcenes, paseos, etcétera. Sin embargo, se pueden unir 2, 3 6 mas vibradores de place en paralelo y obtener de esta manera una poderosa maquina de compactación.  Hemos compactado terrenos naturales poco cohesivos (grave arenosa) en tongadas de 15 a 20 cm. con bandejas vibratorias de unos 600 kg. con buenos rendimientos.  También se pueden montar sobre vehículos de orugas una serie de places vibratorias con la ventaja de que no gastan energía en el movimiento de traslación y al ser la marcha del vehículo mas regular y en ambos sentidos se obtienen mejores rendimientos.


RODILLOS VIBRATORIOS AUTOPROPULSADOS.-



Son maquinas que precisamente por su condición están un poco entre las apisonadoras estáticas clásicas y el rodillo vibratorio remolcado. Para algunos trabajos en que la maniobrabilidad es importante o bien que se requiera previamente a la vibración un planchado, son muy útiles. Su empleo esta indicado en los suelos granulares bien graduados sobre todo cuando los tajos son estrechos y no permiten alar la vuelta fácilmente a los rodillos remolcados.  Tienen el inconveniente , desde el punto de vista de maquinaria, de que son bastante mas complicados, requieren mas entretenimiento y por ultimo, al tener que ir los maquinistas vibrando sobre la maquina, estos suelen arreglárselas pare que esta vibre lo menos posible en frecuencia y tiempo, con el consiguiente empeoramiento del rendimiento.

También suelen aparecer problemas de adherencia entre las ruedas motrices y el suelo cuando su contenido de humedad es elevado o se presentan pendientes fuertes. .  Con maquinas de peso propio de 4 Tm. hemos compactado en 8 6 10 pasadas tongadas de 15 cm. de bases granulares artificiales en obras de carreteras. Las empleamos con buen éxito en la compactación de los arcenes una vez extendido el hormigón asfáltico en el centro de la explanación por la faceta antes apuntada de no presenten problemas al dar la vuelta,,, ya que trabaja correctamente en ambos sentidos.  Estas maquinas en su versión pesada (sobre 8 Tm.) donde verdaderamente tienen una aplicación interesante es en la compactación de hormigones asfálticos, ya que permiten alar primero unas pasadas sin vibrar pare consolidar la cape y luego terminar de obtener con vibración la densidad exigida.  Yo he presenciado ensayos en este sentido con capes de 8 cm. de aglomerado en caliente, de granulometria cerrada, con resultados muy satisfactorios. Con dos pasadas sin vibrar y posteriormente cuatro con vibración, se consiguieron densidades in situ por encima de las exigidas.  Las temperaturas del material que compact6 el rodillo fueron sobre 130° C, cuando se pas6 sin vibraci6n y sobre 105 ° C, cuando se pas6 vibrando. Las ultimas pasadas de sellado las daban con un compacto de 13 ruedas, neumático, lastrado con 10 toneladas.

RODILLOS VTBRANTES REMOLCADOS.- 



Forman hoy día la gama mas extensa de maquinas de compactación. Los hay desde diámetros y pesos casi ridículos, hasta diámetros de 2 metros y 10 toneladas, de peso propio. Para los inferiores a 1.000 kilogramos, se puede aplicar casi todo lo dicho referente a places vibratorias, con ventajas e inconvenientes según la particularidad de cada tipo. Por lo tanto no voy a decir nada mas sobre este punto.  La gama de los 3.000 a 5.000 kg. forman un tipo interesante de maquinas. Pueden ser con motor incorporado pare producir la vibraci6n o bien producir esta por medio de una transmisión elástica a partir del toma fuerzas del tractor. Son muy apropiados para compactar arenas y graves no cohesivas o ligeramente cohesivas, así como terrenos naturales rocosos, siempre que los fragmentos de roca sean pequeños. En suelos coherentes no den buen resultado pues la vibración que producir en las partículas, no suele ser suficiente para vencer la cohesión existente entre ellas y como consecuencia su efecto sobre el material, es el puramente estático.  De este tipo de maquinas tenemos gran experiencia y puedo asegurar que es la ideal para compactar zahorras, bases, sub-bases, suelo-cementos, etc. En capes de 20 6 30 cm., entre 6 y hasta 10 pasadas y a velocidad de trabajo alrededor de los 20 metros por minuto, hemos obtenido buenos rendimientos y magníficos resultados.  Suele ser una maquina sin problemas, con la que se consigue trabajar turno tras turno sin otras paradas que las propias pare su entretenimiento. El mayor cuidado hay que prestarlo en las que llevan motor incorporado, ya que por muy bien aislado que se encuentre de la vibración propia de la maquina, es imposible hacerla desaparecer totalmente. Los que no llevan motor incorporado suelen dar la lata>, con la transmisión elástica desde el tomafuerzas del tractor.

COMPACTADORES VIBRATORIOS “PATAS DE CABRA”.- 



Estos rodillos fueron construidos pensando en compactación de suelos coherentes y en particular en los terrenos arcillosos, pues al concentrar las fuerzas estáticas y dinámicas sobre áreas pequeñas, es mas fácil conseguir la energía necesaria y suficiente pare romper las fuerzas de cohesión (de naturaleza capilar), entre sus partículas.  Las patas de estos rodillos producen una acción mezcladora y rompedora muy beneficiosa, sobre todo si el terreno no es homogéneo. También favorecen la unión entre las diferentes tongadas, pues al quedar la superficie de cada cape distorsionada, esta se compacta junto con la siguiente eliminando la tendencia hacia la laminación o separación de estas.

SUPERCOMPACTADORES PESADOS REMOLCADOS.- 



Se refiere a los que poseen peso propio entre 8 y 10 toneladas. De ellos únicamente voy a decir que edemas de poder realizar el mismo trabajo que los de series anteriores, mas ligeras, pero en tongadas de mayor espesor, es tan especialmente  indicados pare la compactación de suelos rocosos no coherentes o ligeramente coherentes. Para la compactación de roca, el espesor de la cape debe ser función del tamaño máximo y del porcentaje de granos finos.  Hemos experimentado en nuestras obras que empleando un compactador remolcado de 8,5 Tm., S.A.W. (ABG), la compactación de zahorras algo cohesivas, es efectiva en tongadas de un metro hasta las capes inferiores de la misma, donde se alcanzaron las densidades exigidas en 6-8 pasadas. La cara superior quedaba movida por efecto de una vibración secundaria que produce una resonancia en las partículas de la cape superior del terreno. Naturalmente, este efecto descompactador no alcanzaba mas que 5 6 10 cm. de espesor en la superficie y únicamente había que tenerlo en cuenta, pare no considerar estos centímetros al sacar las muestras pare el Proctor. Al compactar la cape siguiente estos 5 6 10 cm. quedaban convenientemente consolidados.

En una visita a una presa de escollera en Alemania, en las proximidades de Nehein-Husten, concretamente en Ronkhausen/Arnsberg, para observar el trabajo de compactación que efectuaba el contratista Busher y Sohn con rodillos vibratorios de 8,5 Tm., sobre material rocoso de pizarras arcillosas.  En los comienzos de la obra prepararon una serie de ensayos en el propio tajo pare determinar el espesor de las tongadas y numero de pasadas de compactación correspondientes. Con las referidas maquinas y variando el numero de pasadas, compactaron diversos espesores de cape, determinando las densidades obtenidas haciendo hoyos de 2 X 2 X 2 aproximadamente y pesando el material extraído. Luego colocaban un plástico pegado a las paredes y rellenaban el hueco con agua o arena que iban midiendo hasta alcanzar la rasante del hoyo. De este modo determinaban el volumen del hueco y con el median la densidad obtenida en cada caso.
De este modo fijaron 80 centímetros de espesor de tongada y 6 pasadas de compactador. Estos eran los únicos controles que se verificaban en la obra.  Este procedimiento de ensayar la maquina mas adecuada en cada caso, incluso de terminando lo más cuidadosamente posible el numero de pasadas, espesor de cape, humedad óptima en la practica, etc., es el único método realmente eficaz pare elegir la maquina y sus circunstancias de trabajo.

3. PROPOSITOS Y METODOS PARA LA COMPACTACION DE SUELOS.- 



La estabilidad de mesas de suelos en su estado natural. Si se excavan tales mesas de suelos y se redepositan sin tomar un cuidado especial, la porosidad, permeabilidad y compresibilidad de los mismos aumenta, mientras que su capacidad pare resistir la erosión interna por efecto de venas de agua disminuye grandemente. Por ello, hasta en la antigüedad, se acostumbraba compactar los terraplenes que debían actuar como cliques o malecones. No se hacían, sin embargo, esfuerzos especiales pare compactar los terraplenes viales, pues las calzadas eran suficientemente flexibles como pare no ser donadas por un asentamiento. Hasta trace poco, los terraplenes pare líneas ferroviarias eran también construidos echando sierra suelta, que luego se dejaba asentar bajo su propio peso durante varios anos antes de colocar un balasto de alta calidad.  El asentamiento de los terraplenes sin compactación no trajo inconvenientes serios hasta que, después de iniciado el siglo veinte, hizo su aparición el automóvil y, con su rápido desarrollo, creo una demanda creciente de caminos pavimentados. Poco tiempo después se hizo evidente que los caminos de hormigón construidos sobre terraplenes no compactados se rompían con cierta facilidad, y que los pavimentos flexibles de tipo superior tenían la tendencia a desnivelarse en exceso. La necesidad de evitar estos inconvenientes fomento el desarrollo de métodos de compactación que fuesen a la vez eficientes y económicos. Por su parte, un aumento simultaneo en la construcción de cliques de sierra proveo un incentivo adicional, que coadyuvo también a la corrección de dichos métodos de compactación.  Las investigaciones que se realizaron demostraron que ningún método de compactación es igualmente adecuado pare todos los tipos de suelos.

Además, el grado de compactación que alcanza un suelo dado, sometido a un procedimiento de compactación también dado, depende en gran parte del contenido de humedad del suelo. La compactación máxima se obtiene pare un cierto contenido de humedad conocido como contenido optimo de humedad, mientras que el procedimiento utilizado pare mantener, durante la compactación, la humedad del terraplén cerca de la optima, se conoce como control de humedad.  En la actualidad, aun se tiene un conocimiento muy imperfecto acerca de las relaciones que existen entre el contenido de humedad en el momento en que se construye el terraplén, el grado de compactación y la forma como cambian las características físicas del mismo durante su periodo de servicio. Los cambios de resistencia, rigidez y permeabilidad que el terraplén sufre con el tiempo y con las variaciones en su contenido de humedad, merecen mucha mas atención de la recibida hasta el presente. De aquí que en lo que resta de este articulo casi no se bate de las propiedades de los suelos compactados y solo se describan los procedimientos constructivos.  En lo que sigue, los métodos corrientes de compactación de terraplenes artificiales se dividir en tres grupos: los adecuados pare suelos no cohesivos, los adecuados pare suelos arenosos o limosos con cohesión moderada y los adecuados pare arcillas. Finalmente, se tratan los métodos pare compactar mesas naturales de suelos en su lugar de origen.





Creative Commons License
Estos contenidos son Copyleft bajo una Licencia de Creative Commons.
Pueden ser distribuidos o reproducidos, mencionando su autor.
Siempre que no sea para un uso económico o comercial.
No se pueden alterar o transformar, para generar unos nuevos.

 
TodoMonografías.com © 2006 - Términos y Condiciones - Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons. Creative Commons License