Son máquinas que transmiten su vibración mediante una bandeja accionada por el giro de masas excéntricas unidas a ella. Decaladas convenientemente las masas, se consigue una resultante de la fuerza centrífuga en el sentido de la marcha del operador. Las bandejas vibratorias con movimiento sólo de avance tienen una excéntrica situada en la parte delantera de la placa, mientras que las bandejas con movimiento en ambos sentidos, tienen dos. Las dos excéntricas permiten la regulación gradual de la velocidad. Son accionados por motores de gasolina o diésel, e incluso por motores eléctricos.
El motor y el manillar se montan sobre una placa separada, que está aislada de la bandeja vibratoria por muelles de acero o amortiguadores de goma. Tienen una longitud entre 0,50 y 1,00 m, con anchos entre 30 y 80 cm. Su velocidad varía entre 20 y 25 m/min. Se clasifican según su peso y frecuencia en:
Ligeros: alrededor de 100 kg, 100 Hz.
Medios: 500-1000 kg, 50 Hz.
Pesados: 1500-3000 kg, 20 Hz.
Las bandejas ligeras operan normalmente a altas frecuencias y bajas amplitudes. Son adecuadas para la compactación de arena y grava, cuando trabajan en capas delgadas (10-15 cm). Cuando se equipan con sistema de riego, también son útiles para el tratamiento de superficies asfálticas. Las bandejas vibratorias medio-pesadas (>400 kg) son efectivas sobre suelos semicohesivos -hasta 12-15% de finos- debido a su peso y sus mayores amplitudes. Evidentemente, no se aconsejan para trabajos de alto volumen. Suelen ser muy útiles en la compactación de rellenos de zanjas.
Se pueden acoplar varias placas a una máquina sobre neumáticos o sobre orugas constituyendo un compactador de multiplacas vibrantes.
Figura 2. Compactador de multiplacas vibrantes
Figura 3. Placa vibrante acoplada al brazo de una retroexcavadora. Imagen: V. Yepes
Os dejo algún vídeo para que veáis el funcionamiento de esta máquina.
Podemos definir la instalación de una tubería como el conjunto de acciones que hay que realizar para colocarla en su posición definitiva, garantizando el cumplimiento de la función hidráulica y mecánica para la que ha sido diseñada. Una vez realizada la excavación a la profundidad y anchura necesarias, hay que asegurar que el fondo de la excavación se encuentra exento de elementos gruesos, se debe rasantear y nivelar y, en condiciones especiales como un nivel freático alto, se deben colocar geotextiles, material granular y otros elementos.
El relleno de zanja tiene como misión la de garantizar la solidez en la zona de los riñones y los laterales del tubo. La calidad del material de relleno, así como su correcta ejecución, son aspectos que influir en el comportamiento y funcionalidad a lo largo del tiempo de la tubería instalada. La tubería, aunque se haya fabricado y dimensionado correctamente, puede fallar si no se instala adecuadamente, pues debe soportar los esfuerzos de todo tipo.
Según las Normas UNE EN 805 y UNE EN 1610, en una zanja para instalación de tuberías se distinguen las siguientes partes (Figura 2):
Cama de apoyo: es el relleno que se extiende en el fondo de la zanja para eliminar desigualdades en su base.
Asiento: parte del relleno que proporciona a la tubería el ángulo de apoyo previsto en proyecto.
Apoyo: conjunto formado por la cama de apoyo y el asiento del tubo.
Relleno lateral: es la zona del relleno lateral de la tubería, comprendida entre el asiento y la generatriz superior de la tubería.
Relleno inicial: son los 30 cm de relleno sobre la clave de la tubería.
Recubrimiento: zona de relleno alrededor y hasta 30 cm sobre la generatriz superior del tubo.
Relleno principal: es la altura de relleno por encima del relleno inicial, hasta alcanzar la rasante del terreno, incluyendo la posible calzada.
Altura de relleno: zona que cubre el tubo, desde su generatriz superior hasta la superficie de rodadura de la calzada.
Figura 2. Ejemplo de instalación de zanja (UNE-EN 805)
El apoyo debe realizarse de forma que los tubos reposen a lo largo de toda su caña. En caso necesario, deberá excavarse alojamiento en la capa de apoyo para acomodar a las uniones. El tendido de la cama de arena o material granular debidamente compactado es imprescindible para que la tubería no descanse sobre salientes o piedras que pudieran existir en la base de la zanja. Si el fondo no satisface las condiciones de apoyo de los tubos, deberá sobreexcavarse y rellenar con un material seleccionado adecuado, colocado siguiendo correctamente el perfil longitudinal, y compactado. Solo se puede prescindir de la cama cuando el material del terreno natural de la zanja tenga la calidad y granulometría adecuadas (arenas, zahorras naturales, etc.) según la normativa. También se debe cuidar el ángulo de apoyo previsto en proyecto, soportándose mejor las cargas externas cuando mayor sea el ángulo de apoyo. Para ello es preciso retacar el material de relleno que proporciona el apoyo en la zona inferior de la tubería, asegurando que se consigue el ángulo de apoyo buscado.
Figura 3. Sección tipo de instalación de tubería. https://www.aristegui.info/caracteristicas-de-las-zanjas-para-tuberias-plasticas-enterradas/
La altura del relleno será tal que se impida la congelación de los tubos; si ello no fuera posible, deberán emplearse otros dispositivos alternativos de protección antihielo. El relleno de la zanja, desde la cama de apoyo hasta 30 cm sobre la clave del tubo, se debe hacer por tongadas de 15-20 cm, compactadas hasta alcanzar el grado de compactación considerado en proyecto, no menor del 95% del Proctor Normal. Debe compactarse por debajo de la tubería y a ambos lados simultáneamente, para impedir movimientos de la tubería. El resto del relleno hasta alcanzar la superficie del terreno natural se debe hacer por tongadas de 30 cm como máximo, con un grado de compactación del 100% del Proctor Normal.
En la compactación del relleno de la zanja, desde la cama hasta 30 cm sobre la generatriz superior del tubo, se deben usar pisones vibradores mecánicos ligeros (peso máximo en funcionamiento de 0,30 kN), o placas vibratorias ligeras (peso máximo en régimen de funcionamiento de 1 kN), y con los espesores adecuados de las capas de tierra a compactar. También se pueden utilizar compactadores específicos como la rueda compactadora de zanjas. Las características del material de relleno serán las siguientes:
Que no existan componentes de piedra de granulometría mayor de 50 mm.
Para tuberías de diámetro nominal entre 200 y 600 mm, la granulometría máxima será de 30 mm.
El material tendrá capacidad portante suficiente y no será cohesivo.
Una compactación del 92% del Proctor Normal, por ejemplo, debe garantizar una rigidez de 3 N/mm2.
Figura 4. Instalación con solera de hormigón. https://www.obrasurbanas.es/buenas-practicas-tubos-hormigon/
En el relleno sobre la clave del tubo no se deben utilizar elementos de compactación pesados hasta alcanzar una altura de, al menos, 1 m.
El relleno de las zanjas se debe realizar en dos etapas. La primera es un relleno parcial antes de las pruebas en obra, y la segunda etapa corresponde al terraplenado definitivo después de dichas pruebas.
El material utilizado para el relleno parcial debe situarse uniformemente en la zanja. Hasta una altura de 30 cm por encima de la clave del tubo, el material de relleno debe colocarse en capas de 15 cm muy bien consolidadas lateralmente y asegurando la ausencia de coqueras bajo los riñones del tubo. Las juntas deben quedar libres hasta el relleno definitivo tras las pruebas de obra.
Siempre que el terreno natural tenga la calidad adecuada, se empleará en el relleno el mismo material procedente de la excavación debidamente seleccionado, evitando la caída de piedras u otros objetos que pudieran dañar al golpear los tubos durante el vertido. Cuando las pruebas de presión en obra sean satisfactorias, se procederá al relleno de las juntas descubiertas para completar el relleno de la zona del tubo, cuidando el relleno y retacado en los riñones de manera que no queden coqueras al objeto de que el tubo quede perfectamente apoyado en el ángulo de apoyo previsto en proyecto.
Para terminar el relleno hasta la rasante del suelo, se pueden utilizar materiales ordinarios en los que se hayan eliminado los terrones y piedras gruesas. Este relleno será completado por capas de alrededor de 30 cm de espesor, niveladas y cuidadosamente apisonadas, utilizando pisones mecánicos ligeros o placas vibratorias ligeras.
Los compactadores pesados se permiten a partir de una altura de relleno igual o mayor a 1 m sobre la generatriz superior de la tubería. En tanto las obras no hayan terminado se deberán evitar cargas mayores (por ejemplo, tránsito de vehículos pesados, incluidos los de obra). Estas sobrecargas no están contempladas normalmente en los cálculos de proyecto.
Si por necesidades de obra deben pasar camiones de obra u otro tráfico no previsto o no calculados e proyecto, se deberán realizar cálculos complementarios para comprobar que las tuberías de proyecto son válidas para esas hipótesis de cargas.
Os dejo a continuación algunos vídeos que espero sean de vuestro interés.
Referencias:
AENOR (2000). UNE-EN 805.Abastecimiento de agua. Especificaciones para redes exteriores a los edificios y sus componentes.
AENOR (2016). UNE-EN 1610. Construcción y ensayos de desagües y redes de alcantarillado.
YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia, 158 pp.
Figura 1. Muro de Tierra Armada®. Fuente: http://www.tierra-armada.cl/sistema.html
La Tierra Armada® es una técnica patentada por el francés Henri Vidal de construcción de muros altos con problemas de cimentación, en espacios abiertos y siempre que se pueda ocupar el terreno de trasdós (ver Figura 1). Consiste en colocar de forma ordenada bandas de acero de refuerzo en un terraplén, en planos horizontales, que se unen a unas placas prefabricadas que conforman el paramento del muro. Las bandas o armaduras suelen ser de chapa metálica de varios metros de longitud (aproximadamente un 80% de la altura del muro), de 2 a 12 cm de anchura y de 3 a 5 mm de espesor (ver Figura 2). El relleno debe ser granular para garantizar el rozamiento con las armaduras. Con esta técnica se consiguen muros verticales de hasta 25 – 30 m de altura.
Figura 2. Detalle de las bandas y la placa de un muro de Tierra Armada®. http://www.tierra-armada.com/
La tierra armada debe su resistencia interna al refuerzo, con todo, externamente actúan como estructuras masivas de gravedad. Permite muros en suelos con poca capacidad portante, tolera asientos diferenciales y puede demolerse o repararse fácilmente. Además de una ejecución rápida y un coste de ejecución competitivo, las placas prefabricadas son de calidad y permiten ser elementos decorativos. Sin embargo, hay que asegurarse de usar un relleno de calidad, cuidar la corrosión de las bandas de refuerzo y tener presente que este tipo de muros está sometido a patentes.
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.
Los 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.
A continuación podéis ver un vídeo de una rueda compactadora con patas apisonadoras.
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.
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.
También os dejo un artículo de Andrés Costa sobre buenas prácticas en la compactación de mezclas bituminosas.
¿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.
La elección de un equipo compactador, y la forma de usarlo, está condicionada por multitud de circunstancias y factores, de modo que no es biunívoca la solución adoptada para unas condiciones determinadas. Al final, la elección será fundamentalmente un asunto económico, ya que existen amplios solapes entre los distintos tipos de máquinas y sus campos de aplicación. Los casos que se pueden presentar son variados y cada uno requiere procedimientos específicos. No es lo mismo construir un terraplén nuevo, que consolidar un terreno natural o trabajar en un terreno anegado. En las situaciones habituales, donde se forma un terraplén compactando tongadas sucesivas del terreno, va a ser determinante la naturaleza del material empleado. El material empleado definirá la aplicabilidad de los equipos. El siguiente factor a considerar será el estado en que se encuentre (humedad, espesor de la capa, etc.). También decidirá la forma y dimensiones de la zona a compactar.
Por último, se deberá atender al volumen total de material. Se eligen las máquinas de tamaños que proporcionen mayores rendimientos, pero sin llegar a romper los suelos. Suelen emplearse equipos que presenten mayores capacidades de producción que los equipos de excavación y transporte, para no convertirse en “cuellos de botella” de las actividades. Cuando se emplean varios equipos en la compactación, con frecuencia trabaja una máquina de elevadas producciones, y es otra la que termina la superficie. Se seleccionará el equipo de compactación en función de la naturaleza del relleno, considerando tres grandes grupos de materiales, los finos, los de grano grueso y los pedraplenes.
Elección del compactador en suelos finos
Los suelos finos (más del 35% de limos y arcillas, es decir de la fracción inferior a 80 micras) se caracterizan, a efectos de la compactación, por la dificultad que presentan para variar su humedad. Si ésta es próxima a la óptima del Proctor Normal, pueden utilizarse desde los equipos de neumáticos, a los de patas apisonadoras e incluso los vibrantes lisos. Con defecto de humedad, antes de adicionar agua, se aconseja el uso de compactadores autopropulsados de patas apisonadoras, que trabajen con tongadas de poco grosor. Arcillas muy cohesivas con bajo porcentaje de humedad precisan una presión muy fuerte que rompan los terrones para que después la compactación sea completa; por su naturaleza química, suelos muy arcillosos precisan una presión unitaria muy alta para poder compactarse. Con exceso de humedad sólo podemos apisonar con reducidas energías, para evitar que el terreno pierda estabilidad, aconsejándose la compactación en capas gruesas (40 a 60 cm) con equipos remolcados vibratorios con patas apisonadoras con peso superior a las 10 t.
Elección del compactador en suelos de grano grueso con finos
Estos suelos (proporción de finos superior al 5%, pero sin llegar al 35%) son muy sensibles a los cambios de humedad, influyendo el porcentaje de gruesos y la plasticidad de la fracción fina. Son adecuados los rodillos vibratorios o los compactadores de neumáticos pesados, con espesores de capa que pueden llegar a 50 y 70 cm. Son menos apropiados los compactadores de patas apisonadoras.
Elección del compactador en suelos de grano grueso sin finos
Son suelos de escasa cohesión (porcentaje de finos inferior al 5%), hundiéndose en ellos los compactadores de alta presión de contacto, debiéndose precompactar el terreno, por ejemplo, con neumáticos de baja presión de inflado. En terrenos arenosos son muy útiles los equipos vibratorios y los de neumáticos, llegándose a apisonar tongadas de hasta 1 m. Con proporciones de gruesos más importantes, se recurren a rodillos vibratorios de alta carga lineal unitaria, con espesores menores. La vibración puede descompactar la parte superficial de la capa, que puede cerrarse con un compactador estático, o puede corregirse con la compactación de la capa siguiente.
Las arenas de granulometría uniforme pueden compactarse con abundante agua y con neumáticos de baja presión de inflado o vibratorias de reducida carga unitaria. Una arena sin finos es difícil de compactar, sobre todo si es monogranular. Un 5% de finos arcillosos facilita la operación y confiere consistencia al conjunto. El tipo de finos debe ser plástico, ya que un limo empeoraría la mezcla.
Elección del compactador en pedraplenes
El espesor de las capas deberá ser superior en un 50% del tamaño máximo de los elementos. Si los elementos se disgregan, se compacta como un suelo de grano grueso con finos, si no debe existir contacto entre los elementos gruesos, limitándose el contenido de los finos a un 30% del total. Se compactan con equipos vibratorios pesados -en cuyo caso deben ser de peso superior a 10 t, siendo las tongadas de un grosor entre 0,50 y 1,50 m; y a veces también se usan los supercompactadores de neumáticos de más de 50 t. Por lo general, en carreteras, el pedraplén sin finos no se moja durante la compactación. La Tabla 1 recoge una recomendación en cuanto a la elección de equipo de compactación.
Tabla 1. Selección del equipo de compactaciónTabla 2. Recomendaciones sobre el empleo de compactadores (Strassenwesen, 1972)
La Norma Tecnológica de Edificación NTE-ADE de explanaciones proporciona, con carácter orientativo, el espesor de tongada e, en cm, a compactar y el número de pasadas n, en función del tipo de terreno y del compactador empleado. En la Tabla 3, H es la humedad en %, LP es el límite plástico y Cu el coeficiente de uniformidad de Hazen.
Tabla 3. Compactación de terraplenes según NTE-ADE
En caso de utilizarse una combinación de compactadores diferentes, se tomará como espesor máximo de tongada compactada y como número mínimo de pasadas, los correspondientes a los compactadores que requieran el valor menor y mayor respectivamente.
Os paso el siguiente Polimedia para repasar estos conceptos, aunque hay libros e información adicional que podéis consultar fácilmente para ampliar este tema. Espero que os guste.
Referencias
ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.
ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.
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.
Figura 1. Tramo de prueba de suelo seleccionado. https://twitter.com/cytemsl/status/888377967256244224/photo/1
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. Veamos brevemente cómo se puede determinar el espesor de tongada y número de pasadas óptimo.
Figura 2. Esquema de tramo de prueba (Rojo, 1988)
La humedad y naturaleza del suelo, el espesor de compactación, el equipo seleccionado para realizar la compactación, la velocidad de trabajo y el número de pases, entre otros, están relacionados entre sí, y con ellos se puede alcanzar la densidad exigida para cada caso. Ésta propiedad es cambiante con la profundidad de la capa, con una variación que depende del equipo de compactación, por lo que consideraremos una densidad media de capa. Los pliegos de condiciones pueden exigir que la compactación media de la capa sea superior a un determinado valor, mediante su densidad especificada, o bien que la compactación en cualquier punto sea superior a determinado valor. Hoy día se tienen en cuenta no sólo los valores medios, sino su dispersión.
La densidad es en general débil en los primeros centímetros, alcanzando su máximo a los 10 o 20 cm. y disminuyendo con rapidez de forma variable, según los materiales y el compactador utilizado. Sin embargo, el efecto de compactación de capas sucesivas produce un aumento de la compactación de forma que la densidad media de la capa se aproxima a la obtenida con el método de ensayo.
Figura 3. Distribución de la compactación en profundidad
Los máximos de las curvas de compactación, con el número de pases, van situándose cada vez más profundos cuando la compactación es vibratoria; en cambio van acercándose a la superficie en el caso de compactación por amasado (pata de cabra). Se dice en este último caso que la compactación es de “abajo hacia arriba”, tal y como vimos en un punto anterior.
El contenido de agua tiene un valor decisivo en la elección del grosor de la tongada, ya que para cada grueso existe una humedad óptima, creciendo ambas variables de forma conjunta. A mayor humedad, más efectiva es la acción del compactador en profundidad. Esta consideración es de gran importancia económica, ya que se puede elegir un grosor de capa en función de la humedad natural, antes de corregirla. También es decisivo a la hora de calcular rendimientos, tener perfectamente establecido el número de pases, que es menor con el espesor de capa.
Estos tramos de prueba están formados por una cuña, cuyo espesor llega hasta el máximo que se considere para el equipo empleado. Se miden las densidades que se obtienen en función del grosor de capa y del número de pases, formándose curvas como las reflejadas en la Figura 3.
Figura 4. Curvas de resultados del tramo de pruebas
Una vez se obtiene el conjunto de puntos “a”, “b”, etc., se elige el par formado por el número de pases y el espesor de tongada de mayor producción horaria.
El Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes establece en su artículo 330 que “cuando lo indique el Proyecto o lo aconsejen las características del material o de la obra, y previa autorización del Director de las Obras, las determinaciones “in situ” de densidad, humedad, y módulo de deformación se complementarán por otras, como los ensayos de huella ejecutados según NLT 256 o el método de “Control de procedimiento” a partir de bandas de ensayo previas. En estas últimas deberán quedar definidas, para permitir su control posterior, las operaciones de ejecución, equipos de extendido y compactación, espesores de tongada, humedad del material y número de pasadas, debiendo comprobarse en esas bandas de ensayo que se cumplen las condiciones de densidad, saturación, módulo de deformación y relación de módulos que se acaban de establecer. En estas bandas o terraplenes de ensayo el número de tongadas a realizar será, al menos, de tres (3)”.
A continuación os dejamos un Polimedia donde se recoge una somera explicación a la realización de estos tramos de prueba.
Referencias:
ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.
La compactación dinámica rápida (“rapid impact compaction”, RIC) es una técnica de mejora del terreno que se desarrolló en Inglaterra en los años 90. La técnica densifica suelos granulares sueltos a poca profundidad utilizando un martillo hidráulico que golpea una placa de impacto. Se trata de generar impactos mediante un elevador hidráulico con pesos de 7 a 16 toneladas que cae desde una pequeña altura de 1 a 2 m, sobre una placa de 1,5 m en contacto con la superficie del terreno a una velocidad de 40 a 80 golpes por minuto. En condiciones adecuadas se podría compactar capas un espesor entre 4 y 7 m, aunque se han compactado capas de hasta 10 m. Los puntos de impacto se distribuyen en mallas de 2 a 3 m de lado..
Figura 1. Compactación dinámica rápida
La energía se transfiere por impacto directo en la superficie, pero también por transmisión de ondas de “choque” dinámicas que se desplazan en el suelo, al igual que en la compactación dinámica (Figura 2). Se ha conseguido una capacidad portante de 190 kPa con este método en capas de 6 m de un relleno heterogéneo. No obstante, la compactación depende de las condiciones del suelo y es más efectiva para materiales granulares que contengan menos de un 15% de finos.
Una de las ventajas de la compactación dinámica rápida es que la placa permanece siempre en contacto con el terreno, lo que asegura el control de la compactación. Además, la baja altura y el tamaño relativamente pequeño del equipo permiten acceder a lugares difíciles en los que otras técnicas de compactación profunda pueden no ser apropiadas o posibles. Es una buena alternativa a la retirada de 4-5 m de suelos naturales o rellenos existentes para rellenar y compactar dicho material en capas de 15 a 30 cm con un compactador de rodillos convencional.
Figura 2. Efecto de la compactación dinámica rápida. Cortesía de Keller.
A continuación os dejo un folleto explicativo de Menard.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia
