MECANICA DE SUELOS IITema :

“COMPACTACION DE SUELOS – MAQUINARIAS Y METODOS” 

Ing. MOROTE ARIAS, Maxwil Anthony 

INTRODUCCIONLa necesidad de compactar apareció no hace muchos años debido a la urgencia de utilizar las obras inmediatamente, sin tiempo para que los agentes atmosféricos produzcan 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 máquina adecuada en potencia y movilidad, para cada caso.

COMPACTACION

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

COMPACTACION DE SUELOS

El suelo, como cualquier elemento natural, posee un equilibrio entre los diversos factores que lo influyen. Con la compactación se causa la alteración del suelo.

 Hay suelos con una tendencia más o menos acentuada a la compactación, en función de la composición, estructura y contenido de humedad.

CARACTERISTICAS DE LA COMPACTACION DE LOS SUELOS

SUELOS NO COHESIVOS:En un suelo no cohesivo la compactación ocurre mayormente por la reorientación de los granos para formar una estructura más densa. La presión estática no es muy efectiva en este proceso porque los granos se acuñan unos contra otros y resisten el movimiento.

Arena

Grava

Al incorporarle agua reduce el rozamiento entre las partículas y hace más fácil la compactación, sin embargo el agua en los poros también impide que las partículas tomen una distribución más compacta.

Para lograr una compactación eficiente en los suelos no cohesivos se requiere una fuerza moderada aplicada en una amplia área, o choque y vibración.

SUELOS COHESIVOS:

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.

La compactación eficiente en los suelos cohesivos requiere presiones más altas para los suelos secos que para los húmedos, pero el tamaño del área cargada no es crítico.

BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN 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.

Impide el hundimiento del suelo:Si la estructura se construye en el suelo inestable, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es más profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo:Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado sería el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

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.

METODOS DE COMPACTACION

Como ya se dijo, desde un principio se busca mejorar el suelo mediante la compactación a través de sus beneficios y los que finalmente se obtienen en la obra.Existen una gran variedad de suelos es por ello que para obtener mejores resultados se han desarrollado diversos métodos de compactar materiales en el campo.

Los utilizados al presente se suelen clasificar en las siguientes categorías:

-Por amasado -Por presión -Por impacto -Por vibración-Por métodos mixtos

COMPACTACIÓN POR AMASADO

También llamado efecto de manipuleo, es el producido por tensiones tangenciales que redistribuyen las partículas para de esta manera aumentar su densidad. Resulta muy eficaz para compactar la capa final de base para un firme asfáltico. Las maquinas que mejor aprovechan esta fuerza de compactación son los rulos de pata de cabra o pisones y los compactadores de neumáticos de ruedas alternadas.

COMPACTACION POR PRESIÓNConsiste en aplicar un peso sobre la superficie del suelo, esto produce la ruptura de las fuerzas que enlazan las partículas entre si y su acomodo en nuevos enlaces más estables dentro del material. Este tipo de compactación se utilizan máquinas sin vibración del tipo de rodillos lisos, pisones, patas de cabra, rodillos neumáticos, etc.El efecto que produce un peso aplicado sobre el material se traduce en una presión sobre su superficie que se transmite hacia el interior y se distribuye en forma de bulbo cuyo valor disminuye de forma exponencial con la profundidad. Debido a esto solamente se aplica la compactación estática en capas de poca profundidad, como sellado de capas o cuando es posible romper la compactación ya conseguida si se aplican cargas mayores.

COMPACTACIÓN POR IMPACTOS

También llamada compactación dinámica. Utiliza una fuerza de impacto repetido sobre la superficie a compactar. Depende del peso que se utilice y la altura desde la que se le deja caer. Pueden ser de baja energía como los producidos por los compactadores de mano, ranas, etc., hasta los 600 golpes por minuto o de alta energía entre 1.400 y 3.500 golpes por minuto como los utilizados en los rodillos vibratorios.

COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN

La compactación por vibración es la más utilizada en la actualidad para la mayoría de las aplicaciones. Se basa en utilizar una masa excéntrica que gira dentro de un rodillo liso, dicha masa produce una fuerza centrifuga que se suma o se resta al peso de la máquina, para producir una presión sobre el suelo que depende de varios factores como el peso de los contrapesos, distancia al centro de rotación y al centro de gravedad y la velocidad de rotación.Para conocer como funcionan los compactadores de vibración, tenemos que conocer los valores de la fuerza centrifuga, amplitud y frecuencia.

MAQUINAS Y EQUIPOSEn principio, el proceso de compactación en el campo debe conducirse para responder a la pregunta fundamental de ¿qué equipo habrá de emplearse y que operaciones habrán de realizarse para obtener en un suelo dado un cierto conjunto de propiedades mecánicas consonantes con las consideradas en el proyecto?Sin embargo, en muchas ocasiones la pregunta anterior adquiere una modalidad diferente, dado que no es difícil que se presenten casos en que para realizar los trabajos de compactación se disponga de un cierto equipo y que resulte difícil o imposible en la práctica obtener algún otro que pudiera considerarse preferible para un caso dado. En esos casos la pregunta fundamental que se plantea al planear un tren de compactación sería ¿que resultados se pueden obtener con el equipo disponible y cómo manejar ese equipo y el proceso en general, a fin de obtener mejores resultados que sea posible?

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE COMPACTACION

Tras estas ideas generales sobre compactación, vamos a pasar ahora a clasificar las maquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo.

MAQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESION

APISONADORAS CLASICAS DE RODILLOS LISOS

Algunos modelos como CS-323C, CS-433, ECS56, CS76 XT; los tambores de estos rodillos promedian un peso de entre 2 ton - 13 ton aproximadamente.Estas también son utilizadas como maquinas que compactan por vibrado

ESTOS EQUIPOS SON UTILIZADOS EN SUELOS GRANULARES, SUELOS CON COHESION Y FRICCION COMO SON LAS CAPAS DE BASE Y SUB BASE EN LOS PAVIMENTOS

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 EL SUELO.

COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS

EQUIPADOS, GENERALMENTE, CON DOS EJES, CON PESOS NORMALES ENTRE 9 Y 15 TONELADAS Y CON 8 HASTA 13 NEUMÁTICOS, SON APROPIADOS PARA SUELOS COHERENTES DE GRANULADO FINO Y ARENAS Y GRAVAS BIEN GRADUADAS. SON ESPECÍFICOS PARA CERRAR LOS AGLOMERADOS ASFÁLTICOS.

MAQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO

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 para elevar toda ella unos 20 cm.

ESTOS PISONES SON MUY APROPIADOS PARA SUELOS COHERENTES, AUNQUE TAMBIÉN DAN RESULTADO CON OTRA CLASE DE MATERIALES. SON MUY BUENOS PARA LA COMPACTACIÓN DE ZANJAS, BORDES DE TERRAPLENES, CIMIENTOS DE EDIFICIOS, ETC. LA HABILIDAD DEL OPERADOR ES DECISIVA EN EL RENDIMIENTO Y CALIDAD DEL TRABAJO.

COMPACTADOR DE IMPACTO BW-332

utilizan sus ruedas no circulares (forma de levas) para comprimir, frotar, amasar e impactar periódicamente los materiales rocosos del suelo de forma estática.

MAQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACION

PLACAS VIBRANTES

plancha base que produce un golpeteo en sentido vertical, debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico accionado por un motor.

ESTAS MAQUINAS SON ÚTILES PARA TRABAJOS PEQUEÑOS, TALES COMO RELLENO DE ZANJAS, ARCENES, PASEOS, ETC. SIN EMBARGO, SE PUEDEN UNIR 2, 3 Ó MÁS VIBRADORES DE PLACA EN PARALELO Y OBTENER DE ESTA MANERA UNA PODEROSA MÁQUINA DE COMPACTACIÓN.

RODILLOS VIBRATORIOS

Son maquinas que precisamente por su condición están un poco entre las apisonadoras estáticas clásicas y el rodillo vibratorio remolcado.

SU EMPLEO ESTÁ 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

ENSAYOS Y PRUEBASLa facilidad de manipulación y estandarización ha hecho que las primeras pruebas que se desarrollaron en el laboratorio fueran de tipo estático (ejerciendo presión con algún dispositivo sobre el suelo, colocado por capas dentro de un molde metálico, cilíndrico) o de tipo dinámico (en el que la compactación se logra con golpes de un pisón estándar dejado caer desde una altura fija sobre el suelo, también colocado en capas en un cilindro similar de dimensiones especificadas y llevando cuenta del número de golpes correspondiente a cada capa).

ENSAYOS DE MECANICA DE SUELOS USADOS EN LA COMPACTACION DE TERRENOS

Los ensayos de mecánica de suelos realizados, son para llevar un control adecuado de la compactación los cuales pueden ser hechos en el laboratorio y en obra.

ENSAYOS EN EL LABORATORIO- COMPACTACIÓN CON PROCTOR ESTANDAR (A.A.S.H.T.O T99)- COMPACTACION CON PROCTOR MODIFICADO (A.A.S.H.T.O T99)

ENSAYOS EN OBRA- DENSIDAD IN SITU (CONO DE ARENA, DENSÍMETRO NUCLEAR)- DETERMINACION DE LA HUMEDAD (SPEEDY)

ENSAYOS EN LABORATORIOPROCTOR ESTANDAR Este método, describe el procedimiento para la determinación de la relación entre el contenido de humedad y la densidad de los suelos compactados en un molde de tamaño dado, con un pisón de 2.5 kg (5.5 lb) que cae de una altura de 305 mm (12 pulg).Existen cuatro procedimientos alternativos:

  Método A.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4).

  Método B.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4). Método C.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg). Método D.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg). 

EQUIPOS NECESARIOS PARA REALIZAR EL PROCTOR ESTANDAR

PROCTOR MODIFICADO Este método, describe el procedimiento para la determinación de la relación entre el contenido de humedad y la densidad de los suelos compactados en un molde de tamaño dado, con un pisón de 4.54kg (10lb), que cae de una altura de 457mm (18pulg).

Método A.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4).

 Método B.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4).

 Método C.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg).

 Método D.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg).

EQUIPOS NECESARIOS PARA REALIZAR EL PROCTOR MODIFICADO

RESULTADO DE ESTOS ENSAYOS EN LABORATORIO

ENSAYOS EN OBRAAl realizar la compactación en obra se tendrá que realizar ensayos para que se controle si la compactación está llegando al mínimo permitido por las normas se tiene:Control de densidad

 

Control de materialEnsayos de clasificación SUCS o AASTHOEnsayos Próctor

DENSIDAD IN SITU “CONO DE ARENA”

DENSIDAD IN SITU “DENSIMETRO NUCLEAR”

DETERMINACION DE LA HUMEDAD “SPEEDY”

RESULTADO DE ESTOS ENSAYOS EN OBRA