Criterios para la seleccin de equipos de compactacin segn las caractersticas del material a compactar

Existen diversos factores a tener en cuenta en el momento de seleccionar equipos de compactacin de suelos para la ejecucin de algn proyecto de tipo ingenieril, a continuacin se muestra los factores que ms influyen para la seleccin de equipos:

Caractersticas del material (Tipo de suelo, forma de las partculas, textura y distribucin granulomtrica de las partculas). Condiciones y especificaciones de compactacin del proyecto (porcentaje de compactacin del suelo requerido (Densidad de proctor), Humedad optima, tamao del sitio, nmero de pasadas, entre otros). Condiciones propias del proyecto (Tamao e importancia de la obra, tiempo disponible para ejecutarlo y economa). Espesor de la (s) capas (s) a compactar

Para efectos del presente informe se establecern criterios para la seleccin de dichos equipos nicamente basndose en las caractersticas del materia, para esto se hace necesario dar una clasificacin tanto del material a compactar como de los distintos equipos de compactacin. La clasificacin de los suelos depende de su contenido y distribucin granulomtrica (Suelos gruesos (Grava y arena) y suelos finos (arcilla y limo)), de la cantidad de materia orgnica que posea y de su carta de plasticidad entre otras. Aunque generalmente para la compactacin de suelos se clasifican como suelos granulares o no cohesivos y suelos cohesivos.

Suelos granulares o no cohesivos: Como su nombre lo indica poseen una estructura granular. Debido a su naturaleza gruesa, es la friccin entre las partculas las que mantienen las partculas individuales en su lugar, los suelos no cohesivos son los formados por partculas de roca sin ninguna cementacin.

Suelos cohesivos: Los suelos cohesivos poseen la propiedad de atraccin molcular, como las arcillas. En otras palabras las partculas de un suelo cohesivo estn constituidas por pequeas plaquetas (Forma laminar), que descansan una sobre otra. Los espacios entre ellas pueden estar rellenos con aire o agua, su atraccin molecular mantiene a las partculas en su posicin.

Tipos de equipos de compactacin:

Los equipos de compactacin se clasifican segn la manera que se les aplique energa, los mtodos ms comunes son:

Por impacto o dinmico (Golpes fuertes) Por presin o cargas estticas Por vibracin Por amasado o reordenamiento de las partculas

Cada uno de estos mtodos de compactacin son efectivos para determinados tipos de suelos, por lo que la siguiente tabla (tabla 1) establece una comparacin entre los diferentes tipos de suelo y los mtodos de compactacin, dando as de manera introductoria una concepcin de como dependiendo de cierta caracterstica del suelo, se utilizara un equipo de compactacin que aplique el mtodo que mejor actu sobre el material.

Materialimpactopresin Vibracinamasado

Gravamalonobuenomuy bueno

arena malonoexcelentebueno

limobuenobuenomaloexcelente

ArcillaExcelente con confinamientomuy buenonobueno

Tabla 1. Tipo de suelo vs mtodo de compactacin (PEURFORY, L., et al.)

Partiendo de diversas fuentes, a continuacin se har una descripcin breve de los equipos de compactacin normalmente usados en proyectos de tipo ingenieril, y sobre qu tipos de materiales trabajan mejor.

Rodillos pata de cabra

Estos compactadores vienen adecuados con una pequea superficie que sobresale del rodillos llamada pies, donde concentran all todo su peso ejerciendo una presin esttica, a medida que el rodillo pasa estas almohadillas levante el material superficial y el material ms profundo compacta cada vez ms, por lo general se necesitan de 6 a 10 pasadas para compactar has 8 pulgadas de profundidad, cabe resaltar que el rodillo pata de cabra no compacta adecuadamente las 2 o 3 primeras pulgadas de profundidad, por lo tanto debe ser seguido por un compactador de rodillo liso que compacte esta superficie.

Este tipo de compactador trabaja bien en suelos cohesivos, el cual posee altos contenidos de arcillas, con una humedad adecuada se pueden obtener ptimos resultados dado a su alta presin que ejerce (entre 15 y 30 kg/cm2), y a los efectos de amasado que producen sus almohadillas, compactan bien los suelos altamente plsticos.

Rodillo apisonador:

Los compactadores de apisonamiento pon de alta velocidad, autopropulsados y con rodillos no vibratorios. Estos equipos por lo general poseen cuatro ruedas de acero, y pueden ser equipados con una pequea pala para ayudar a nivelar la superficie, estos compactadores tambin poseen unos pies o almohadillas en sus ruedas las cuales penetran en el suelo produciendo una accin de amasado y una presin haciendo que el material se mezcle y se compacte desde la parte inferior hasta la superior de la capa de suelo. Luego de realizar varias veces este proceso, ya despus de cierta cantidad de pasadas del rodillo sobre la superficie, la penetracin de los pies disminuye, hasta que se dice que el rodillas para de salir del relleno. Debido a que estas almohadillas son cnicas, esto pies del equipo pueden salir de la superficie sin esponjar el suelo. Aun que en ocasiones se presenta que el rodillo es muy pesado o el suelo est muy hmedo y lo que se produce es un efecto de corte por parte de los pies del rodillo.

La velocidad de trabajo de estos equipos es de 8 a 12 rph. por lo general con dos o tres pasadas compacta hasta 12 pulgadas de profundidad, dependiendo del tamao del rodillo el material puede adquirir una alta densidad. Hasta cuatro pasadas pueden ser necesarias en un limo mal gradado y en arcillas muy finas. Estos rodillos con pie apisonador son eficaces en todos los suelos excepto en arenas pura. Vara observar su verdadero potencial de compactacin y para economizar recursos, se necesitan de pasadas largas e ininterrumpidas para que el rodillo pueda acumular velocidad y generar as una alta produccin.

Al igual que los rodillos pata de cabra esos equipos tampoco compactan bien las 2 o 3 pulgadas ms superficiales, por le que se sugiere, realizar tambin pasadas con un rodillo de tambor liso.

Compactadores vibratorios:

La vibracin crea fuerzas de impacto, y estas fuerzas resultan en una mayor energa de compactacin que en el caso de una carga esttica equivalente. Las fuerzas de impacto son ms altas que las fuerzas estticas porque el tambor vibratorio convierte la energa potencial en energa cintica. Este hecho hace a los compactadores vibratorios sean ms econmicos. Los compactadores vibratorios pueden estar compuestos por uno o mas tambores, normalmente en los modelos de dos tambores, un tambor es accionado para transmitir unidad de propulsin. Modelos de un solo tambor por lo general cuentan con dos ruedas motrices con llantas de goma.Ciertos tipos de suelos como arenas, gravas y algunas rocas relativamente grandes responden bastante bien a la compactacin producida por una combinacin de presin y vibracin. Cuando se hacen vibrar estos materiales, las partculas cambian de posicin y se anidan ms estrechamente con las partculas adyacentes produciendo un aumento en su densidad.

Compactadores vibratorios de tambor liso

Estos compactadores ya sean de tambor sencillo o doble, generan tres fuerzas de compactacin: presin (Fuerza esttica), impacto (Dinmico) y vibratorio. Estos equipos son bastante eficaces en los materiales granulares, con tamaos de partculas que pueden variar desde arenas finas hasta grandes rocas, tambin puede ser utilizado en suelos semicohesivos con hasta aproximadamente 10% del material que presenta un PL de 5 o mayor.

Compactadores vibratorios con tambor acolchado

Estos compactadores poseen rodillos similares a los rodillos pata de cabra, y poseen buena efectividad en suelos hasta con un 50% del material que tiene un PI de 5 o mayores, los bordes de los pies se enrollan hacia adentro, permitiendo dejarlas salir del suelo sin esponjarlo. Estos compactadores pueden compactar una capa de 12 a 18 pulgadas de suelo cohesivo. Esos generalmente esta equipados con cuchillas de nivelacin. Estas unidades estas diseadas especficamente para trabajos de zanjeo o para trabajar en locales cerrados, dado que los tambores se extiende mucho ms all que el cuerpo del rodillo, haciendo que la compactacin se d en forma adyacente a las paredes de la zanja. Habitualmente estos equipos segn su tamao son equipados con un sistema de control remoto, de modo que el compactador se pueda operar sin ser necesario introducirse a la zanja.

Compactadores de neumticos

Estos son rodillos superficiales que aplican el principio de amasado afectando la compactacin de la superficie del suelo. Estos equipos pueden autopropulsado o remolcado, ambos tipos se utilizan exclusivamente en pequeos y medianos trabajos de compactacin, principalmente donde el suelo presente materiales granulares. Dado lo pequeo de los neumticos estos no son adecuados para la alta produccin, los compactadores de neumticos tambin son utilizados para compactar asfalto, pavimento reciclado y materiales de base y sub-base, esto es debido a su accin de amasado relativamente suave son muy adecuados para la compactacin intermedia de mezclas asflticas. La superficie flexible del neumtico permite la conformidad de la cubierta para superficies ligeramente irregulares. Estos ayuda a mantener una densidad uniforme, y el rodillo de acero acta como puente sobre los puntos ms bajos y aplica mayor presin en los puntos mas altos sobre la superficie.

Estos son los equipos de compactacin ms comunes en grandes obras ingenieriles, pero existen compactadores de uso manual mucho mas pequeos utilizados en pequeos proyectos, los mas comunes en estos casos son los apisonadores y compactadores de capa reversible los cuales compactan los suelos aplicando energa dinmica, es decir, por medio de golpes contantes a determinada carga compacta la superficie del suelo. Estos se distinguen por tener una baja frecuencia. (800 a 2500 golpes por minuto). La diferencia este la accin de apisonamiento y de vibracin es que los apisonadores saltan ms alto, con el objetivos de dar golpes certeros en determinado punto, donde se ejerce la compactacin, este efecto produce una excelente compactacin si se trabaja sobre suelos arcillosos.Los apisonadores puede llegar a ser utilizado en suelos arenosos, si el suelo a compactar se ubica dentro de un rea confinado como una zanja. Ya que si no se esta confinada el apisonador empujara este material hacia los lados, en vez de compactarla, aunque si se encuentra en una rea abierta estos equipos pueden trabajar si se les aade placas de extensin, en algunos caso a este tipo de equipos se les denomina compactadores de placa delantera.A continuacin se presenta una tabla tomada del libro Construction Planning, Equipment and Methods, la cual muestra de manera grafica la correcta seleccin de equipos dependiendo el tipo de material sobre el que se va a trabajar.MaterialProfundidad de capa (Pulg)Nmero de pasadasTipo de equipoComentarios

Grava8 a 123 a 5Vib. Pata de cabrapresion del pie de 150 a 200 psi

Vib. Liso-

NeumaticoNeumatico de 35 a 230 psi

Pata de cabrapresion del pie de 150 a 200 psi

Arena8 a 103 a 5Vib. Pata de cabra-

Vib. Liso-

NeumaticoNeumatico de 35 a 65 psi

Tambor liso (Estatico)-

Limo6 a 84 a 8Vib. Pata de cabrapresin del pie de 150 a 400 psi

Apisonador-

NeumticoNeumtico de 35 a 50 psi

Pata de cabrapresin del pie de 150 a 400 psi

Arcilla4 a 64 a 6Vib. Pata de cabrapresin del pie de 250 a 500 psi

Apisonador-

Pata de cabrapresin del pie de 250 a 500 psi

Y finalmente se presenta una grafica tomada del Interlocking Concrete Pavement Institute (ICPI). La cual hace una correlacin entre el uso adecuado de diferentes equipos de compactacin dependiendo de los porcentajes de arena y arcilla que presente un suelo.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

PEURFORY, L., SHEXNAYDER, C., SHAPIRA, A., Construction Planning, Equipment and Methods Mc Graw Hill (2006.) Artculo, VIOMAX COMPACTION EQUIPMENT. Seccin 4: Caractersticas y compactacin del suelos. Interlocking Concrete Pavement Institute (ICPI).