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RODILLOS COMPACTADORES

DESCRIPCIÓN Máquina autopropulsada, de gran peso, dotada de uno o varios rodillos o ruedas cuya función consiste en planificar y dar la compacidad requerida al material sobre el cual se desplaza. Todos los compactadores deberán ser autopropulsados, tener inversores del sentido de la marcha de acción suave y estar dotados de dispositivos para mantenerlos húmedos en caso necesario. Las compactadoras son máquinas diseñadas para acelerar la compactación de diversos tipos de terrenos. El material se extiende en tongadas para ejecutar los rellenos que, posteriormente, deben ser compactados. Cada tongada se compacta, antes de poder extender la siguiente, mediante sucesivas pasadas las máquinas compactadoras. Compactar consiste en aplicar la energía necesaria, durante la construcción del relleno, para producir una disminución significativa del volumen de huecos del material empleado. De esta forma se aumenta la resistencia superficial del terreno. La elección de una u otra máquina compactadora y el proceso de compactación es importante con vistas a que la energía de la compactación no se disipe, dando lugar a tongadas irregulares con deformaciones. Si no se elige la máquina adecuada podemos perder energía y tiempo lo que implica gasto de dinero. En el mercado de maquinaria de compactación hay una gran variedad de quipos de compactación con diferentes rendimientos y grados de compactación. Pueden ser de presión estática, de impacto dinámico o de vibración. Por otro lado, se pueden dividir en automotrices o de empuje manual.

GENERALIDADES SOBRE COMPACTACIÓN Por medio de la compactacion aumenta el peso del material seco, los suelos retienen el minimo de humedad, presentan menor permeabilidad y sus asentamientos son reducidos; es decir, que la compactación se traduce a un mayor valos de soporte, mayor resistencia al corte y minima variacion volumétrica por cambio de humedad. El éxito de toda compatación depende del método usado, del equipo seleccionado, del espesor de la capa del suelo y de la presión ejercida sobre ella. El espesor depende del tipo de suelo y de la máquina de compactación que se utilice.

TIPOLOGIA En general, el problema de la compactación va ligado al del material a compactar y esta es la razón de la existencia de múltiples y diferentes equipos en el mercado que se diferencian más que en la energía de compactación que suministran, en la forma en que dicha energía es transmitida al terreno. Los equipos de compactación se clasifican en dos tipos:

 De presión estática Compactadores de ruedas neumáticas Formados por hileras delanteras y traseras de neumáticos lisos, en número, tamaño y configuración tales que permitan el solape de las huellas de las delanteras con las de las traseras. Serán capaz de alcanzar una masa de al menos treinta y cinco toneladas (35 tn) y una carga por rueda de cinco toneladas (5 tn), con una presión de inflado que pueda alcanzar al menos ocho décimas de megapascal (0,8 MPa).

Estas máquinas apisonadoras o compactadoras estan integradas por trenes de 7 o mas neumáticos montados en un chasís. También los hay de 4 nuemáticos gigantes. En estas máquinas, los neumáticos producen una acción de amasado del material que se transmite radialmente desde abajo del neumático para ayudar a consolidarlo. El compactador por neumáticos combina la acción de amasado con la del peso estático.

La eficiencia de este compactador depende del area y de la presión de contacto. Ésta última igual a la presión de inflado mas la presión debida a la rigidez de las paredes laterales del neumático, del número de pasadas y del espesor de la capa del suelo. Esta no debe ser mayor de 20 cm . si el equipo pesa entre 10 y 20 tn. ,pero puede incrementarse a 50 cm. Si el equipo pesa 50 tn.

Compactadores de pata de cabra Disponen de rodillos cilíndricos de acero a los que se ha dotado de patas de apoyo puntuales distribuidas uniformemente sobre la superficie del cilindro, cuyo efecto de compactación se debe a la alta presión que comunican al terreno. Su uso queda restringido a la compactación de cimientos o núcleos de terraplén de materiales cohesivos sin piedra. La longitud y la forma de los salientes apisonadores varía con el tipo de rodillo. La longitud fluctúa entre los 18 y 23 cm. Y su forma puede ser de tronco, de cono, troco de pirámide o de “pata de cabra”. Lo que se busca con esto es que las salientes radiales o apisonadores, al salir del terreno no se aflojen.

Para un buen resultado el espesor de la capa por compactado no debe exceder el 20% de la longitud de la pata; se recomienda que sea sensiblemente igual a la longitud de la pata. Al usar los rodillos de pata de cabra se deben aplicar las siguientes reglas:

Se recomienda un traslape de 30 cms entre pasada y pasada para mejores resultados. Se usan preferentemente en la compactación de suelos cohesivos, formados por partículas finas. El espesor de la capa compactada debe ser igual a la altura de los pisones o patas, para obtener una compactación óptima.

 vibratorio Compactador vibratorio monocilíndrico Está compuesto por un cilindro metálico vibratorio liso (con o sin tracción) que actuará como elemento de compactación y dos neumáticos traseros de tracción. Pueden usarse para la compactación de todo tipo de capas de cimiento, núcleo, explanada y firme, teniendo una mejor adaptación a la compactación de suelos no cohesivos, donde el efecto de la vibración posibilita una mejor acomodación de los elementos granulares. Compactador vibratorio bicilíndrico (o tándem) Está compuesto por dos cilindros metálicos vibratorios lisos (con tracción) que actúan de compactación. Pueden usarse para la densificación de todo tipo de capas de firme y/o explanadas bien graduadas, aunque generalmente son usados para la compactación y el acabado de capas asfálticas.

CARACTERÍSTICAS

1. Nuestro rodillo compactador vibratorio de tambor simple está equipado con el motor diesel de alta potencia D6114 o motor diesel refrigerado por agua con turbocompresor, y tanque de combustible de gran capacidad. Esto hace que el compresor sea adecuado para trabajar a gran altura. 2. Puede ser equipado con caja de cambios especial de alta resistencia o caja de cambios sincronizada. El eje de la dirección está provisto de un alto par de frenado. 3. Este rodillo compactador está provisto del dispositivo de doble amplitud de vibración y estructura de soporte tambor de viaje. 4. Nuestro rodillo compactador vibratorio de tambor simple es elegante en apariencia. Su cabina está construida principalmente de vidrio angular de tipo T. 5. Modo de operación Vinculados se adopte entre el pedal del embrague y el acelerador del motor. 6. Este equipo de pavimentación está equipado con tabla de instrumentos ajustable con el panel de instrumento de cristal líquido.

7. Su velocidad de desplazamiento es 10.5km/h. El radio de giro es 7500mm y la anchura de tambor es 2130mm

Es una máquina autopropulsada para compactar capas de tierra que se caracteriza por estar provista de un rulo metálico en su eje delantero y de ruedas en su eje trasero.

Compactador vibratorio bicilíndrico (o tándem) Está compuesto por dos cilindros metálicos vibratorios lisos (con tracción) que actúan de compactación. Pueden usarse para la densificación de todo tipo de capas de firme y/o explanadas bien graduadas, aunque generalmente son usados para la compactación y el acabado de capas asfálticas. Esta acción es importante y muchas administraciones lo exigen en la compactación de suelo cemento y grava cemento, formando parte del equipo de compactación con los compactadores vibratorios de doble tambor, que son los que se utilizan para las mezclas asfálticas.

Rodillos vibratorios autopropulsados: Se fabrican en diversidad de tamaños y modelos, con pesos que varían de 1 a 18 Ton; anchos de rodillo de 1 a 2,20 -metros; frecuencias de vibración de 1800 a 3600 r.p.m., amplitudes de vibración de 0,3 a 2 mm; y velocidades de trabajo de 2 a 13 km/hra. Una

misma máquina trabajando a baja velocidad compactará mayores espesores de capa, aumentando la velocidad disminuirá su capacidad de compactación, lo cual reducirá su alcance en profundidad. En este tipo los hay en modelos especiales cuando se usan sobre fragmentos de roca, viene equipado con hojas espaciadoras de rellenos.

MODO DE FUNCIONAMIENTO Tiene su fundamento en la presencia combinada del peso estático y de una fuerza dinámica generadora de vibración. Utilizan una masa excéntrica que gira dentro de un rodillo liso, produciendo una fuerza centrífuga que se suma al peso de la máquina al producir la correspondiente presión sobre el suelo.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Las características principales de los diferentes equipos son: Equipo Vibratorio monocilíndrico Vibratorio tándem

Peso (kg)

Potencia (CV)

7.000 – 20.000

100 – 186

Ancho tambor (mt) 1,70 – 2,22

1.500 – 12.000

22 – 132

0,88 – 2,14

Neumático Pata de cabra

9.000 – 35.000 5.500 – 32.700

100 – 130 60 – 400

1,90 – 2,00 1,37- 3,00

El rendimiento de cualquier máquina compactadora quedará influenciado por el ancho del rodillo compactador, por el mumero de pasadas, variable según la composición de humedad del suelo y por la velocidd media que se aplica. De aui tenemos que:

SIMBOLOGÍA (IPR) Índice de Peligrosidad de Riesgo (G) Índice de Gravedad (D) Índice de Detección (O) Índice de Ocurrencia (GP) Grado de Peligrosidad (C) Factor de Consecuencia (E) Factor de Exposición (P) Factor de Peligrosidad (MR) Magnitud de Riesgo (PSI) Libras por Pulgadas Cuadradas (Hp) Caballos de Poder (RPM) Revoluciones por Minuto (Lb-F) Libras Fuerza (Km/h) Kilómetros por hora

(mm.) Milímetros (Vpm) Vibraciones por Minuto (Kpa) Kilo Pascal

COMPACTACIÓN DE SUELOS

La compactación de suelos es el proceso artificial por el cual las partículas de suelo son obligadas a estar más en contacto las unas con las otras, mediante una reducción del índice de vacíos, empleando medios mecánicos, lo cual se traduce en un mejoramiento de sus propiedades ingenieriles. La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia , su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo.

METODOS DE LA COMPACTACION DE SUELOS. Los métodos convenientes de compactación de terraplenes artificiales se dividen en tres grupos. Los adecuados para suelos no cohesivos Los materiales puramente friccionantes se compactan eficientemente por métodos vibratorios, tales como el uso de plataformas vibratorias y rodillos lisos vibratorios. Los adecuados para suelos arenosos o limosos con cohesión moderada Los suelos de cohesión moderada se compactan mediante rodillos neumáticos. Los adecuados para arcillas Los suelos altamente plásticos, como la arcilla se compactan con rodillos “pata de cabra”.

LA MAXIMA DENSIDAD SECA Y EL CONTENIDO ÓPTIMO DE HUMEDAD. Cualquier sea el tipo de equipo de compactación disponible y el grado de cohesión del suelo. La eficacia del procedimiento de compactación depende en gran medida del contenido de humedad del suelo. La efectividad de la compactación se mide por el peso de los sólidos por unidad de volumen, es decir, por lo que se conoce con la “densidad seca”. Existe una relación entre la densidad seca de un suelo compactado y su contenido de humedad.

PRUEBA DE COMPACTACIÓN “PROCTOR” NORMALIZADO. PRUEBA PROCTOR ESTANDAR (ASTM D-698)

Con el objetivo de reproducir al menos teóricamente, en el laboratorio ciertas condiciones de compactación de campo es necesario efectuar un determinado procedimiento de compactación. Que consiste en compactar dentro de un molde, con cierta energía de compactación.

PRUEBA DE COMPACTACIÓN “PROCTOR” MODIFICADO. Debido al rápido desenvolvimiento del equipo de compactación de campo comercialmente disponible, la energía de compactación ha aumentado y por eso, con el propósito de reproducir en el laboratorio las condiciones de compactación de campo, ha sido necesario modificar la prueba de Proctor, de modo que conservando el número de golpes por capa se eleva el número de esta de 3 a 5, aumentando al mismo tiempo el peso del pistón (4.5 Kg.) y la altura de caída de (18” = 45.7 cm.), respectivamente la máxima densidad seca obtenida con esta mayor energía de compactación resultará mayor que la densidad seca (Ds) obtenida en la prueba Proctor Estándar, y consecuentemente la humedad optima será menor que aquel caso.

COMPACTACIÓN DE LOS SUELOS NO COHESIVOS Por medio de rodillos de 5 a 15 TN. Equipados con vibradores que operan a frecuencias comprendidas entre 1100 y 1500 pulsos/minuto, se ha obtenido la compactación efectiva de arena gruesa grava y enrocado de piedra, aplicando capas de 30 a40 cm. de espesor, y entre 2 a 4 pasadas de tales rodillos tirados a una velocidad que no exceda de alrededor de 3 Km./hora suele resultar adecuada para alcanzar un alto grado de compactación. También pueden utilizarse en estos suelos los rodillos neumáticos, pero se necesita en este caso un número mayor de pasadas entre 6 y 8, debido a la mayor velocidad del rodillo.

COMPACTACIÓN DE SUELOS ARENOSOS O LIMOSOS CON COHESIÓN MODERADA A medida que aumenta la cohesión, disminuye rápidamente la eficacia de las vibraciones como medio de compactación. También la baja permeabilidad de estos suelos hace difícil la penetración con agua, no obstante la compactación por capas utilizando distintos rodillos, neumáticos y patas de cabra.

Los rodillos neumáticos son más convenientes en la compactación de suelos arenosos ligeramente cohesivos, los rodillos patas de cabra tienen su máxima eficacia en suelos plásticos para presas de embalse y otros terraplenes, se utiliza rodillos neumáticos de 50 Tn. Con presiones de inflado de las llantas muy altas (>9Kg/cm2) y capas de espesor compactando que varia entre 15 y 30cm (utilizando rodillos de 100 TN. El espesor puede variar entre 30 y 45 cm.), se requiere usualmente 4 a 6 pasadas para alcanzar la compactación deseada COMPACTACIÓN DE ARCILLAS. Si el contenido natural de humedad de una arcilla en el préstamo no está próximo al óptimo puede resultar muy difícil llevarlo a dicho valor óptimo, sobre todo, si elcontenido natural de humedad es demasiado alto. Por eso a veces es inevitable utilizar la arcilla con un contenido de humedad diferente del óptimo. Extrayendo la arcilla de los préstamos se obtiene pedazos o terrones. Ahora bien solo los rodillos patas de cabra están en capacidad de reducir el tamaño de espacios abiertos existentes entre los terrones. GRADO DE COMPACTACIÓN En una obra nunca se logra precisamente la máxima densidad seca indicada por las pruebas de compactación del laboratorio (pruebas PROCTOR) por eso se define como grado de compactación de un suelo compactado la relación , en porcentaje, entre la densidad seca obtenida en obra y máxima densidad seca averiguada en el laboratorio por tal obra

El control de la obra se lleva generalmente investigando el grado de compactación de los materiales ya compactados y estableciendo un mínimo aceptable, que varía según la importancia y función de la obra. En obras importantes se recomienda siempre recurrir a secciones experimentales (por ejemplo terraplenes de prueba ) que permitan determinar el espesor de las capas y el número de pasadas de un cierto equipo para obtener el grado de compactación deseado. El grado de compactación de suelos se expresa:

G c %=

γ sec a

( log rada en elcampo )

γ sec amáx. ( log rada en el laboratorio )

x 100

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA (CBR) El método CBR fue propuesto en 1929 por los Ingenieros T. E. Stanton y O. J. Porter, del departamento de carreteras del Estado de California. Desde esta fecha, tanto en Europa como en América, el método CBR se ha generalizado y es, hoy en día, uno de los más empleados en el cálculo de pavimentos flexibles.

En general las fallas en los pavimentos flexibles, se debe principalmente a las fallas por corte del suelo o de los materiales que conforman las diferentes capas. Su diseño se basa en los resultados del corte directo, prueba triaxial o simplemente midiendo la resistencia a la penetración del material. El índice C.B.R. Es un valor empírico que sirve para determinar la resistencia de terrenos de fundación y/o cimentación de carreteras, aeropuertos, etc.Será determinado por la penetración de un pistón (con cierta velocidad) a una muestra compactada al contenido óptimo de humedad modificado.

Recomendaciones compactadores

generales

sobre

uso

de

equipos

La elección del equipo de compactación depende del tipo de suelo Rodillos lisos : se utilizan en gravas y arenas mecánicamente estables. Rodillos neumáticos: se usa en arenas uniformes y suelos cohesivos, humedad cercana a limite plástico. Rodillos “pata de cabra”: suelos finos, humedad entre 7 a 20 % por debajo del limite plástico Rodillo vibratorio: se utiliza especialmente en suelos granulares

• La densidad de un suelo sometido a compactación disminuye con la profundidad al aumentar el espesor de la capa. Esta disminución no influye en capas de hasta 20 cms. • En general se tiene un aumento considerable de la densidaentre una y seis pasadas, que se va haciendo mas lento para las pasadas siguientes

COMPACTACIÓN DEL SUELO Selección del tipo de máquina SELECCIÓN DEL TIPO DE MÁQUINA EN FUNCIÓN DEL TIPO DE SUELO SEGÚN LA CLASIFICACIÓN AASHTO ( Dujisin y Rutland, 1974 )

Clasificación del comportamiento del equipo:

La compactación en obra es un proceso rápido, producido por la energía y acción al moverse unas máquinas, compactadores, El equipo de movimiento de tierras de extendido a su paso por el material suelto de las capas de terraplén ocasiona ya una cierta compactación por su propio peso y la vibración de su movimiento, estimándose en un 70-80% de la solicitada PN, de forma que el procedimiento de compactación tiene que hacer el resto. Otro caso de extendido son las capas del paquete del firme que tienen unos espesores fijos y que normalmente se extienden en su espesor completo, debiendo conseguir la compactación las densidades especificadas para ellas. En las capas del firme no hay pues libertad para variar espesores, pero hay que comprobar si la entendedora es capaz de dar el espesor suficiente antes de compactar y si los compactadores son capaces de actuar eficazmente en todo el espesor.

Objetivos:

El caso más corriente lo constituyen las estructuras de materiales sueltos, terraplenes y pedraplén de carreteras, presas y otras construcciones, en las

cuales hay libertad para elegir los espesores de las tongadas, y donde las características geotécnicas de los materiales son decisivas para la elección del Procedimiento Constructivo: • Sistema de arranque, acarreo y extendido • Espesores de extendido • Características de los materiales • Más % de humedad respecto al óptimo • Método de compactación y tramos de prueba

Métodos de extendido: • Mototraíllas • Tractor de cadenas • Hoja empujadora de compactador • Motoniveladora

ENERGÍA DE COMPACTACIÓN. En los ensayos PN y PM de laboratorio se comprueba que las densidades secas crecen, con las energías empleadas por unidad de volumen, a la vez que las humedades óptimas son menores. La humedad óptima WOpt. PN es importante, no sólo porque señala la densidad máxima, sino porque se corresponde aproximadamente con la humedad de equilibrio, necesaria en el terraplén para evitar posteriores deformaciones. Si al aumentar la energía (PM), se compacta del lado seco, pueden ocasionarse hinchamientos y colapsos al humedecerse posteriormente el terraplén por las lluvias. La energía utilizada en obra para un mismo compactador es una función del nº de pasadas, desconociéndose exactamente el alcance en profundidad, o sea, la masa de suelo compactado. El efecto en profundidad de la energía en obra, o sea del nº de pasadas depende del tipo de compactación. En el caso de vibración las densidades crecen en profundidad con las pasadas En el caso de compactación por amasado, rodillos pata de cabra, las densidades máximas aumentan hacia la superficie, es decir, la compactación es de abajo hacia arriba.

Al incrementar la energía (nº de pasadas), se consiguen densidades mayores con menores humedades, y para una misma densidad, mayores espesores.

COMPACTADORES DE SUELOS PLÁSTICOS. COMPACTADORES DE ALTA VELOCIDAD, PATA DE CABRA (PISONES). Constan de cuatro tambores con unas patas en la superficie de los mismos y una hoja extendedora en su parte frontal que se utiliza para el extendido, evitando los bulldozer. Después se dan las pasadas necesarias hasta llegar a la densidad especificada. De esta forma se tienen dos máquinas en una, lo que les da una preferencia sobre el rodillo vibratorio si el material está en los límites inferiores de suelos tolerables.

Son compactadores que combinan el efecto de amasado producido por las patas, con el impacto (efecto dinámico) originado por su alta velocidad, que produce una cierta rotura del material, cuando está en forma de bolos.

La compactación se realiza de abajo a arriba según pasadas. Las velocidades más lentas son en las primeras pasadas y más rápidas en las últimas, velocidad media 7-10 Km/h.

Si la humedad es excesiva, las patas al remover el terreno originan una aireación en los huecos que dejan. Los espesores dependen de la altura de las patas que suelen ser como máximo 20 cm, no debiendo la capa sobrepasar mucho este espesor si se quiere obtener una densidad real media del 100% del PN. Sin embargo, para lograr una mayor producción se extienden también capas de 30 cm, y en este caso deben emplearse los rodillos de mayor peso, que son de 32 t, siendo suficiente unas 6 pasadas.

Antiguamente se utilizaban rodillos pata de cabra remolcados por tractores de cadenas, pero este tipo de máquinas ha caído en desuso; prácticamente no se fabrican, lo cual no quiere decir que si se dispone de ellos no deban utilizarse, únicamente que la producción es más lenta por la baja velocidad del tractor y el número de pasadas necesario, de 15 a 20.

La importancia de la compactación de suelos estriba en el aumento de la resistencia y disminución de la capacidad de deformación que se obtiene al someter el suelo a técnicas convenientes, que aumentan el peso específico seco,

disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordes de defensas, muelles, pavimentos, etc.

Beneficios de la compactación a. Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor. b. Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme produciendo grietas o un derrumbe total. c. Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse. d. Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado seria el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca. e. Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo. Los métodos empleados para la compactación de suelos dependen del tipo de materiales con que se trabaje en cada caso; En la práctica, estas características se reflejan en el equipo disponible para el trabajo, tales como: plataformas vibratorias, rodillos lisos, neumáticos o patas de cabra. A continuación se presentan una clasificación acerca de los rodillos compactadores, detallando sistema vibratorios, características mecánicas y de compactación.

Bibliografia http://www.wikivia.org/wikivia/index.php/Equipos_de_compactaci%C3%B3n http://html/compactacion-del-suelo.html

http://www.slideshare.net/ERaCC1/compactacion-de-suelos-15469536 http://www.ingenieracivil.com/