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Compactación del hormigón por centrifugación

1243210240158_hz_myalibaba_web12_9275El sistema de compactación por centrifugación se basa en el aprovechamiento de la fuerza centrífuga a la que son sometidos los propios componentes del hormigón, al aplicarles un movimiento de rotación. Por su fundamento físico el sistema de centrifugación resulta apropiado para fabricar piezas huecas de hormigón con forma cilíndrica (tubos, pilotes huecos, etc.).

Para ello se utilizan moldes giratorios completamente impermeables en cuyo interior es introducido el hormigón. Los moldes giran horizontalmente, bien solidariamente a un eje horizontal, o apoyados sobre un sistema de rodillos, con una velocidad proporcionada a la dimensión del tubo y progresivamente mayor a medida que avanza el proceso.

a) Masa de hormigón introducida en el cilindro, b) arrastre de la masa, c) la masa de hormigón queda adherida a la superficie interior del cilindro

a) Masa de hormigón introducida en el cilindro, b) arrastre de la masa, c) la masa de hormigón queda adherida a la superficie interior del cilindro

Durante el giro (ver figura) sobre cada punto actúan el peso del material P = mg y la fuerza centrífuga Fc = m rω2

En el caso en que  m rω2< mg en la posición M el propio peso del material lo hará caer hacia la parte inferior del molde de manera que sólo se producirá la compresión del hormigón, cuando:

 m rω2> m g

Se tiene así que el cuadrado de la velocidad de rotación debe ser inversamente proporcional al radio de la pieza y que además para que el proceso de compactación sea efectivo su valor ha de ser netamente mayor que el valor mínimo g/r.

Fuerzas que actúan sobre el hormigón

Fuerzas que actúan sobre el hormigón

Como se observa en la figura anterior, la resultante de las fuerzas que actúan sobre el material son variables en función de su posición: máxima en N y mínima en M. Pero en la práctica esto no afecta a la compactación, dada la velocidad de giro que desplaza al material durante el proceso de fabricación a una velocidad lineal de 10 a 25 m/s.

Durante todo el tiempo que gira la pieza, sobre todo en piezas de gran tamaño, la velocidad no se mantiene constante. Al principio mientras se carga el hormigón, la velocidad es reducida (≈ l/10 de Vmáx) y una vez se ha terminado la distribución del material se va acelerando poco a poco hasta llegar a la máxima velocidad. El tiempo que dura el giro de la pieza (entre dos y veinte minutos) debe ajustarse al espesor del tubo, sin exceso para evitar segregación en el hormigón. Con este fin, si los tubos son de gran espesor la compactación se suele hacer por capas sucesivas.

La impermeabilidad del molde debe ser la máxima posible para evitar la fuga del agua de amasado durante la centrifugación. Con la pérdida de agua se pierde también una parte de finos que puede afectar a la estanqueidad y al buen acabado superficial que es característico en las piezas compactadas por este sistema.

Distribución de los áridos por efecto de la fuerza centrífuga

Distribución de los áridos por efecto de la fuerza centrífuga

Los áridos deben ser de la misma composición y de tamaño inferior a 15 mm. La propia fuerza centrífuga al ser proporcional al peso de los áridos, da lugar a su clasificación por capas: los más gruesos son impulsados con más fuerza hacia el exterior y los más finos se sitúan en el interior. El efecto de este reparto es que en el exterior del tubo el hormigón adquiere una mayor resistencia, mientras en el interior la abundancia de finos proporciona una excelente impermeabilidad.

El hormigón debe verterse en el molde antes de que se inicie su fraguado con una consistencia plástica o blanda; no es conveniente que sea más fluido, ya que aparte de bajar la resistencia, la compresión del material durante la centrifugación es menor. Al final del proceso la consistencia es seca.

La impermeabilidad del molde debe ser la máxima posible para evitar la fuga del agua de amasado durante la centrifugación. Con la pérdida de agua se pierde también una parte de finos que puede afectar a la estanqueidad y al buen acabado superficial que es característico en las piezas compactadas por este sistema.

Os dejo algunos vídeos explicativos sobre el tema.

También os dejo un vídeo donde se explica la fabricación de pilotes de sección circular.

  

Referencia:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.

 

15 marzo, 2017
 
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Rodillos de malla o reja en la compactación

Compactador de rodillos de malla

Figura. Compactador de rodillos de malla

El rodillo de rejas constituye un compactador estático, es decir, que produce la densificación del suelo fundamentalmente por su peso propio. Esta máquina, poco habitual, se ha venido utilizando en materiales pétreos que requieren disgregación, pero en realidad también da buen resultado en una gran variedad de terrenos, incluyendo arcillas homogéneas o mezclas de arenas, limos y arcillas, con abundancia de finos. La superficie del cilindro está formada por una malla similar a una criba o una parrilla fabricada con barras de acero, que forman una cuadrícula, disminuyendo la superficie de contacto alrededor de un 50% y aumentando la presión de contacto de 1,5 a 6,0 MPa. Por lo común se fabrican con alto peso (más de 14 toneladas, lastrados). Los hay estáticos y con vibración. Es útil para compactar suelos rocosos, gravas y arenas, sobre todo si se trituran rocas blandas o terrenos finos secos. También permite triturar los firmes viejos de carreteras y compactarlos, dejándolos en condiciones de recibir una nueva capa de asfalto. La altura de la tongada puede llegar hasta 25 cm y la velocidad que alcanza es la del tractor que lo arrastra. No obstante, su utilización actual es escasa.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

5 mayo, 2016
 
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Rueda compactadora para zanjas

Rueda compactadoraLos compactadores habituales de zanjas consisten en un vehículo con una rueda vibrante adosada. La rueda compacta el fondo de la zanja a medida que el vehículo se desplaza. Las ruedas pueden ser lisas o de patas apisonadoras. Normalmente son accesorios que se adaptan a excavadoras, aunque hay máquinas específicas al efecto.

La rueda compactadora apisona superficies después de instalar líneas de corriente o conductos de agua y otras zanjas poco profundas en patios, campos de golf, etc. Este compactador con ruedas comprime la superficie de zanjas de 10 a 30 cm de ancho y de hasta 122 cm de profundidad. La caja de vibración aislada ofrece un doble engranaje bañado en aceite para que su vida útil sea larga y no presente problemas.

Rueda compactadora 2

Compactadora de zanjas Vermeer

A continuación podéis ver un vídeo de una rueda compactadora con patas apisonadoras.

Referencias:

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág.

6 abril, 2016
 
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La compactación de las mezclas asfálticas

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Una de las tareas más delicadas e importantes de la puesta en obra del aglomerado asfáltico es su compactación, pues de ella depende en gran parte la calidad final del firme. Se trata de alcanzar una alta densidad que garantice la durabilidad prevista e impida irregularidades superficiales. La compactación debe llegar a la densificación marcada por el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares, normalmente entre el 95 y 98 % de la densidad Marshall de referencia, todo ello conservando la geometría superficial dada por la extendedora.

La compactación se realizará siempre que la trabajabilidad de la mezcla sea la suficiente. En las mezclas en caliente se debe comenzar a compactar con la temperatura más alta posible (superior a 120ºC), siempre que se pueda soportar la carga del compactador sin arrollamientos ni agrietamientos. En frío debe existir la suficiente presencia de fluidificantes en las mezclas abiertas o de la propia agua de la emulsión en las mezclas densas.

Los factores que influyen en la compactación de un aglomerado asfáltico son, entre otros, los siguientes:

  • Tipo de firme: Cada tipo de mezcla presentará diferente dificultad para ser compactado, por ejemplo, la fracturación, tamaño y forma de los áridos.
  • Acabado superficial: Según la calidad del acabado requerido la compactación deberá realizarse de forma diferente.
  • Contenido de betún: El betún actúa como lubricante entre las partículas, aunque no debería ser excesivo para evitar la inestabilidad de la mezcla.
  • Proporción y tipo de fíller: A mayor contenido de fíller, mayor dificultad de compactación, puesto que actúa como estabilizante del betún.
  • Espesor de capa: Si bien un mayor espesor de capa produce más rendimiento, el espesor suele estar marcado por el proyecto.
  • Temperatura: La temperatura de compactación de la mezcla en caliente siempre es muy superior a la del ambiente, por lo que se enfría rápidamente, impidiendo la compactación posterior. Pero tampoco es acertado pasarse en temperatura, pues provoca la inestabilidad de la mezcla. Se pueden dar los siguientes valores a efectos prácticos:
    • Temperatura a la salida de la planta              135 – 180º
    • Temperatura a la salida de la extendedora    120 – 150º
    • Temperatura durante la compactación          85 – 150º

La primera compactación la realiza la propia extendedora, llegando con su vibración a conseguir un 80% de la densidad teórica Marshall. Aunque esta cifra parece elevada, es lo suficientemente baja como para tener que compactar con maquinaria específica.

Las primeras zonas a compactar son las juntas transversales, las longitudinales y el borde exterior, por este orden. En el caso de las transversales la compactación se realiza perpendicularmente al eje de la calzada. Una vez compactadas juntas y borde, la compactación de la calle se iniciará por la zona más baja progresando hacia la más alta mediante solapes de las sucesivas pasadas. En zonas de difícil acceso, hay que emplear pequeños compactadores mecánicos o incluso pisones manuales.

En cuanto al tipo de compactador necesario, éste dependerá del tipo de mezcla y su espesor. En algunos casos se exige un tramo de prueba que determine las características de los compactadores y el número de pasadas necesario. Lo habitual es el uso de compactadores de neumáticos con alta o media presión y rodillos lisos con o sin vibración.

La compactación se realiza normalmente combinando diferentes equipos. Lo más habitual es combinar un compactador de neumáticos, que cierra la mezcla por efecto de amasado, y un compactador de llanta metálica, que corrige las posibles marcas o roderas del anterior equipo. También es muy útil el uso de rodillos mixtos neumáticos-vibrantes que reúnen las ventajas de ambas máquinas.

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Los compactadores de rodillo liso sin vibración sólo se emplean en mezclas de pequeño espesor para dar un buen acabado superficial, siempre que se hayan utilizado previamente compactadores de neumáticos. Deben ser compactadores ligeros y con baja presión lineal. Suelen ser compactadoras vibratorias tándem de 8 a 18 t que trabajan sin vibración.

Con los compactadores de neumáticos se debe trabajar con presiones no muy elevadas al principio para acabar la compactación con mayores presiones. Además, tendrán ruedas lisas, en número, tamaño y disposición que permitan el solape de las ruedas delanteras y trasera, con faldones de lona protectores para evitar el enfriamiento de los neumáticos. La compactación dependerá de la carga total por rueda, de la presión y rigidez del neumático, lo cual provoca la presión de contacto. Existe un efecto de amasado y el efecto compactador en profundidad es mayor que el de rodillos metálicos.

Los compactadores vibratorios se usan ampliamente, excepto para capas delgadas, combinando adecuadamente las amplitudes y frecuencias. Estos compactadores trabajan a frecuencias mayores que los usados en suelos, por encima de las 2000 r.p.m., del orden de 2500 a 3000 r.p.m., pues si son inferiores su eficacia baja mucho; con masas excéntricas más pequeñas para cumplir las exigencias de terminación y compactación. Las primeras pasadas suelen realizarse a frecuencias bajas. Para capas gruesas suelen emplearse amplitudes altas y frecuencias bajas y para las capas delgadas lo contrario.

A continuación os dejo un vídeo del profesor Miguel Ángel del Val, de la Universidad Politécnica de Madrid, donde se explica la compactación de las mezclas asfálticas. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

18 febrero, 2016
 
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¿Cómo seleccionar un equipo de compactación?

compactador-monocilindro-41153-4514107¿Por qué es habitual compactar con el primer compactador que tenemos en obra? Grandes errores y pérdidas económicas han sufrido más de una obra de movimiento de tierras por no acertar con el equipo de compactación adecuado. No es un tema fácil, pues requiere conocer con cierto detalle no sólo las características del compactador, sino también el tipo de suelo, sus características de humedad, granulometría, etc., y además, las condiciones de trabajo que vamos a imponer a esta unidad de obra. Vamos, pues, a intentar divulgar algunas ideas en torno a este tema para complementar otros posts anteriores como el que dedicamos a la curva de compactación o al tramo de prueba. (más…)

7 enero, 2016
 
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Laboratorio virtual: peso específico de un suelo

Suelo

Se entiende por suelo al seudosólido formado por un conjunto de partículas sólidas que forman una estructura en cuyo seno existen huecos ocupados por agua y aire en proporciones variables. El “peso específico de un suelo“, como relación entre el peso y su volumen, es un valor dependiente de la humedad, de los huecos de aire y del peso específico de las partículas sólidas. Para evitar confusiones, las determinaciones de los ensayos de laboratorio facilitan por un lado el “peso específico seco” y por otro la humedad. Fijémonos que este término es diferente de la “densidad del suelo“, que establece una relación entre la masa y el volumen. También suele utilizarse un valor adimensional denominado, “peso especifico relativo”, definido como el cociente entre el peso específico del suelo y el peso específico del agua a una temperatura determinada. Los valores típicos de gravedades específicas para los sólidos del suelo son entre 2.65 y 2.72. En la figura que sigue se observan los componentes de un suelo, con las notaciones sobre sus pesos y volúmenes, lo cual permite definir parámetros que caracterizan el estado físico de dicho suelo.

Estos conceptos son básicos y muy conocidos para el alumno de un curso de geotecnia en un grado de ingeniería civil. Sin embargo, para facilitar el proceso de aprendizaje os facilito a continuación un enlace a un pequeño laboratorio virtual donde el alumno puede comprobar por sí mismo cómo varía el peso específico seco en función de la humedad y del peso específico de las partículas sólidas. Las instrucciones son muy sencillas: se debe seleccionar el rango máximo para la humedad y el contenido de huecos de aire, en tanto por cien, con valores comprendidos entre 0 y 100; además se seleccionará el peso específico de las partículas sólidas en kN/m3. No se admiten valores negativos.

El enlace a dicho laboratorio virtual es: https://laboratoriosvirtuales.upv.es/eslabon/DensidadSuelo/ 

Densidad

 

Referencias:

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

 

Licencia de Creative Commons
Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

10 abril, 2015
 
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Los tramos de prueba en la compactación de suelos

La compactación de suelos suele ser uno de los procedimientos constructivos donde las patologías suelen aparecer debido a su mala ejecución. Debido a la multitud de factores que influyen en la compactación, para grandes volúmenes de obra, se aconseja la realización de tramos de prueba, donde se pueden establecer los criterios que, bajo la perspectiva económica, sean óptimos para llegar a la compactación especificada. Los tramos de prueba no suelen estar justificados en el caso de que los materiales sean suficientemente homogéneos y siempre resulta interesante cuando nos encontramos ante yacimientos importantes. En otro caso, no resulta económica su ejecución. Estos tramos de prueba están formados por una cuña, cuyo espesor llega hasta el máximo que se considere para el equipo empleado. A continuación os dejamos un Polimedia donde se recoge una somera explicación a la realización de estos tramos de prueba.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

16 septiembre, 2014
 
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Compactación dinámica rápida

La compactación dinámica rápida constituye una técnica de mejora del terreno que se logra mediante la densificación provocada por la aplicación repetida, en puntos convenientemente espaciados de la superficie del mismo, de impactos de gran energía.  Se trata de generar golpes mediante un elevador hidráulico con pesos de 7 a 16 toneladas que se dejan caer desde una pequeña altura de 1-2 metros. Estos impactos se realizan dejando caer una pesada maza, sobre una zapata en contacto con la superficie del terreno, especialmente diseñada para tal fin.  Se suelen dar entre 40 y 80 golpes por minuto. En condiciones adecuadas se podría compactar un espesor entre 4 y 7 metros de profundidad. Normalmente se dan entre 40 y 60 golpes por punto en mallas de 2 a 3 m de lado. Os dejo un vídeo explicativo de unos 3 minutos. Espero que os guste. (más…)

Compactador por impactos con rodillo de perfil lobular

Últimamente se han desarrollado algunos sistemas de compactación de intensidad mayor a la de los rodillos vibratorios, pero menor a la compactación dinámica. Se trata del sistema denominado HEIC (High Energy Impact Compaction), que es un sistema de compactación con rodillos por impactos de gran energía.

Se trata de unos rodillos de perfil irregular y de pesos del orden de 12 a las 25 t que se arrastran por un tractor a una velocidad entre 10 y 15 km/h. Ello implica de 90 a 130 impactos por minuto.

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Debido a la forma de los rodillos, durante la elevación del eje del rodillo la carga unitaria sobre el suelo va aumentando por la disminución de la zona de contacto con el suelo. Al bajar bruscamente se produce un impacto, lo que facilita el movimiento y evacuación del aire y agua contenidos en el suelo. Las presiones de contacto pueden alcanzar los 300 kPa a 1,2 MPa. Los efectos pueden alcanzar hasta los 4-5 m, en función del suelo tratado y del tamaño del compactador.

La máxima resistencia del suelo se alcanza por debajo de la superficie, puesto que la zona superficial se descompacta por efecto de los impactos. La curva de compactación conseguida se sitúa por encima de la del Proctor modificado, por lo que la humedad óptima es menor que la correspondiente a dicho Proctor.

http://www.landpac.co.za/

Os paso un par de vídeos de un compactador remolcado caracterizado por generar golpes mediante la circulación de un rodillo con perfil triangular. Cada vez que gira, se produce un impacto sobre el terreno. Espero que os gusten.

(más…)

9 mayo, 2014
 
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Ensayo de placa de carga

Ensayo de placa de carga. Vía: Enrique Montalar

El ensayo de placa de carga es uno de los ensayos “in situ” llevados a cabo para realizar un reconocimiento geotécnico. La ejecución de la prueba resulta imprescindible para la comprobación de la capacidad portante de un suelo, en función de su estado natural o como consecuencia de una determinada compactación.

Consiste en aplicar una carga sobre una placa (generalmente rígida), colocada sobre la superficie del terreno, y medir los asientos producidos. Se utilizan con gran profusión para comprobar el módulo de deformación de capas de terraplenes y de firmes.

El método habitualmente utilizado es el estático, con carga aplicada sobre una placa circular mediante un gato hidráulico, utilizando un camión cargado o una máquina pesada como reacción para el gato. La norma NLT-357/98 describe la realización de este ensayo. El Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras, especifica valores mínimos de l módulo E2 para diferentes materiales y situaciones (link).

Os dejo varios vídeos sobre cómo se realiza el ensayo. Espero que os gusten:

(más…)

7 febrero, 2014
 
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