Apisonadoras estáticas de rodillos lisos

Figura 1. Apisonadora estática de rodillo liso tipo triciclo. Imagen: V. Yepes

Las apisonadoras estáticas son los compactadores más antiguos, constituidas por rodillos metálicos lisos revestidos mediante una gruesa chapa de acero. Se caracterizan por la presión estática que ejercen sobre el terreno, considerándose un área de contacto que depende del diámetro de los cilindros, del peso de la máquina y del tipo de suelo. Sin embargo, el efecto de la compactación estática alcanza muy poca profundidad, por lo que no son eficientes. Es por ello que hoy en día no se fabrican compactadores estáticos de rodillos, sino que son los vibratorios los que, en ausencia de vibración, se usan de forma estática para determinadas aplicaciones, como puede ser el planchado o sellado de la última capa compactada de suelo en una jornada o en las primeras pasadas de compactación de aglomerados asfálticos.

La densificación del suelo que provocan los rodillos lisos se reduce considerablemente a medida que éste profundiza en la tongada que se compacta y dicho efecto de compactación se produce de arriba hacia abajo.

En la compactación de suelos, estas máquinas serían adecuadas para arenas y gravas bien graduadas, limos y arcillas de baja plasticidad, en tongadas de 10-20 cm y 4-8 pasadas, pero no lo son en arenas uniformes, arenas limosas y arcillas blandas. Cuando se utiliza en arcillas y limos plásticos, es común que al cabo de cierto número de pasadas lleguen a presentarse fracturas o grietas en la parte superior de la tongada, debido a la rigidez que esta zona adquiere por excesiva compactación en comparación con la zona inferior de la misma capa. En este caso, queda la capa inferior con una rigidez y una compacidad más baja.

Existen dos tipos básicos: triciclo y tándem, pues no es habitual el uso del rodillo liso remolcado. Sus velocidades varían hasta 10-12 km/h.

Tipo triciclo

Figura 2. Apisonadora estática tipo triciclo

Consta de un cilindro delantero dividido normalmente en dos mitades con giro independiente para facilitar los cambios de dirección, y dos cilindros traseros en el eje motor de gran diámetro. Los rodillos delantero y traseros se encuentran solapados, con una anchura de compactación de unos 2 m. La distribución por eje del peso, es generalmente del 70% hacia el eje motriz (trasero) y el 30% hacia el eje direccional (delantero). La energía de trabajo se puede variar lastrándolo con agua. Sus pesos oscilan entre 7 y 20 t. Los motores diésel que los propulsan tienen una potencia media de 40 kW. La velocidad máxima de estas apisonadoras está entre 8 y 10 km/h.

El rodillo triciclo se utiliza en compactación de caminos de macadán, bacheos e incrustación de gravilla en tratamientos superficiales, no utilizándose ya en compactación de aglomerados y, menos aún, de terraplenes.

 

Tipo tándem

Figura 3. Apisonadora estática de rodillo liso tipo tándem. Imagen: V. Yepes

Lo componen dos cilindros, el delantero de dirección, y el trasero tractor, aunque a veces ambos son tractores. El movimiento direccional se obtiene con un ángulo entre los ejes de los dos rodillos. El ancho de compactación suele ser inferior a los 1,60 m. El peso normal oscila entre 5 y 15 t. La potencia de su motor diésel varía entre 25 y 125 kW. La velocidad máxima de estas apisonadoras está entre 8 y 15 km/h.

Las apisonadoras estáticas de rodillo liso son secundarias en las obras de tierra, ya que la presión transmitida al terreno es muy superficial debido a la reducida área de contacto -generatriz del cilindro. Se crea una costra rígida en superficie, por lo que muchas veces sirve la máquina para el sellado y cierre de una tongada. Otra de sus limitaciones, es que la carga transmitida siempre es constante, no adaptándose a la capacidad resistente que va adquiriendo el suelo con cada una de las pasadas.

El rodillo tándem ha quedado casi exclusivamente relegado al aglomerado, empleándose en algunos casos como compactador y en otros, simplemente como alisador, ya que con frecuencia la fase principal de compactación del aglomerado la realiza el compactador de neumáticos.

Referencia:

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

 

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¿Cómo se distribuyen las presiones en el suelo al paso de un compactador?

Figura 1. Compactador de neumáticos

Un aspecto de gran interés práctico en la compactación es conocer cómo se distribuyen las presiones bajo la superficie por la que pasa el compactador. Si en vez de considerar las tensiones y deformaciones uniformemente distribuidas por todo el material, tal y como hemos visto en los ensayos descritos en entradas anteriores, nos centramos en lo que ocurre bajo la superficie donde se aplica la carga, comprobaremos que los efectos de la carga únicamente se soportan por una porción del suelo bajo ella.

Boussinesq desarrolló, para un suelo homogéneo, isótropo y elástico, la distribución de las tensiones bajo placas cargadas (en 1885 obtuvo una solución para los esfuerzos debidos a una carga aplicada en dirección normal a la superficie de un semiespacio elástico semi-infinito). Se forma un bulbo de presiones bajo la placa, de forma que la presión a determinada profundidad es proporcional a la presión de contacto (Figura 2).

Figura 2. Distribuciones de presiones según Boussinesq

Asimismo, la forma y el tamaño de la placa influyen en el bulbo de presiones. A igualdad de carga y superficie, una placa cuadrada produce mayores presiones a medida que aumenta la profundidad. También se observa que, para una presión de contacto dada, cuanto más ancha es la placa de carga, mayor es la profundidad alcanzada para la misma compresión. Ello explica que un compactador de neumáticos (Figura 1) -cuya huella se aproxima a un círculo- es más eficaz en cuanto a penetración que un compactador de cilindro liso (Figura 3), estando cargados por igual, y a igual superficie total de contacto.

Figura 3. Compactador de rodillo liso

Tanto las tensiones como las deformaciones disminuyen rápidamente con la profundidad de la tongada a compactar. Así en un neumático de una anchura D, con una presión de contacto con la superficie de PC, transmite a 0,5 D solo 0,6 PC, a una distancia D transmite 0,3 PC y al llegar a 2D únicamente nos llega 0,09 PC. El tamaño del bulbo nos indica qué partes de la masa del suelo serán afectadas por la carga aplicada de forma significativa, tanto en profundidad como en extensión lateral. La Tabla 1 proporciona los valores aproximados de la profundidad y ancho de los bulbos de presión de 0,2q y 0,1q.

Tabla 1
Tabla 1. Bulbos de presión bajo el terreno

Como existe una presión por debajo de la cual las deformaciones dejan de ser permanentes (se puede tomar como idea unos 0,2 MPa), por ser de tipo elástico, es fácil comprender que la presión en superficie, al ir disminuyendo, encontrará una línea divisoria por debajo de la cual no es posible compactar el terreno.

Debido a que para cada carga, existe una deformación remanente límite, independiente del número de ciclos, se obtendrá una profundidad límite de capa para cada compactador y para cada peso unitario especificado. Se puede calcular dicho espesor límite interpolando entre varios valores de deformación límite y grosor de capa, para un compactador prefijado. Las relaciones entre los pesos unitarios iniciales, especificada y las deformaciones son las descritas mediante la siguiente ecuación, basada en que el peso unitario de cada capa crece en la misma relación que disminuye la altura:donde:

ε = deformación unitaria

δ = deflexión

h = grosor de la tongada

γ0 = peso unitario inicial

γesp = peso unitario especificado

Referencia:

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

 

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¿Cómo influye el tiempo y la velocidad de aplicación de la sobrecarga en la compactación?

Figura 1. Compactador vibratorio JCB

La influencia del tiempo de actuación de la sobrecarga se observa con facilidad en un ensayo edométrico, tal y como hemos visto en una entrada anterior. Si se aplica una carga constante, la deformación aumenta con el tiempo pero tiende asintóticamente a una deformación unitaria, tal y como se ve en la Figura 2. Al mismo tiempo, se puede comprobar la pérdida de humedad por las paredes de la probeta.

Si la prueba se repite aplicando la misma carga con una probeta mayor, se comprueba que se llega a idéntica deformación unitaria, pero éstas al principio son más lentas, tardando más en salir el agua.

Figura 2. Variación de la deformación del suelo con el tiempo de aplicación de la carga

En cuanto a la influencia de la velocidad de aplicación de la sobrecarga y las deformaciones obtenidas se constata cómo la máxima se retrasa respecto a la aplicación efectiva de la máxima presión, debido a los fenómenos descritos con anterioridad. En este caso la carga se aplica de forma creciente hasta llegar a su máximo, disminuyéndola de forma análoga.

A su vez, si dicho esfuerzo se aplica con rapidez, la deformación máxima alcanzada será menor. Sin embargo, al incrementar la velocidad de traslación se puede dar un mayor número de pases por hora de trabajo, existiendo una velocidad idónea, compromiso entre ambos efectos contradictorios. Por consiguiente, y a efectos prácticos, se consideran dos vías para aumentar el efecto de la compactación: o bien incrementar la carga aplicada, o disminuir la velocidad del compactador. Estas circunstancias serán importantes en los terrenos finos, y menos en terrenos granulares.

Referencia:

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

 

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Diagramas de carga-deflexión en la compactación mecánica de suelos

Figura 1. Rodillo compactador Hamm 3412

La compactación mecánica está basada en las relaciones entre las tensiones y las deformaciones o deflexiones causadas por una carga compresora.

Si se analiza el ensayo realizado sobre una probeta de suelo cilíndrica, permaneciendo la superficie lateral libre y en cuya base superior aplicamos una carga mediante una chapa metálica, con un valor que vaya aumentando a velocidad constante, se obtiene el diagrama de carga-deflexión como el de la Figura 2. En este ensayo, una vez alcanzado determinado valor en la carga, la probeta rompe. Asimismo, la pendiente de la curva cargas-asientos correspondiente a cada ciclo permite calcular el módulo de deformación del suelo.

Figura 2. Tensión-deformación en una probeta con paredes laterales libres

La curva permite comprobar ciertos fenómenos significativos. El primero de ellos es que si al llegar al punto 3 dejamos de aumentar la carga, sigue la probeta deformándose hasta estabilizarse en el punto 4 al cabo de cierto tiempo. Este efecto es acusado en suelos plásticos y húmedos por su dificultad en evacuar el aire y el agua. El segundo fenómeno es que si a partir de un punto tal como el 1 descargamos a la misma velocidad que veníamos cargando, la probeta recupera parte de su deformación, hasta llegar a 2 cuando ya no existe tensión. Si a partir de este punto repetimos el proceso, la nueva curva se aproxima a la original hasta ser tangente con ella. Estas dos ramas, de compresión y de descompresión, no se confunden, sino que forman un lazo nominado de histéresis.

Si este experimento se realiza con un terreno natural, y otro recompuesto de la rotura de los anteriores ensayos, y ambos se vuelven a testar con la misma humedad, se observa que a igualdad de cargas, los suelos recompuestos o amasados rompen antes y sufren mayor deformación. Análogamente, si experimentamos a mayores velocidades de incremento de carga, las deformaciones son menores ya que no da tiempo suficiente a evacuar aire y agua de la muestra.

El segundo tipo de ensayo propuesto sería someter la probeta cilíndrica a un proceso de cargas escalonado, de forma que permanezca constante la compresión durante un periodo de tiempo dilatado que garantice que se alcanza el alargamiento límite para dicha carga. A su vez, la probeta tendrá impedida su deformación lateral, siendo porosas las bases del cilindro, pudiendo así aplicar cargas de mayor magnitud. En este caso sólo existe deformación vertical siendo la lateral nula, hablándose entonces de deformación edométrica, por ser el edómetro el aparato en el cual se realiza este experimento. Por cierto, edómetro viene del griego “oidos“, hinchamiento, por ser la medida de la expansividad de los suelos en contacto en el agua, una de sus primeras aplicaciones.

Figura 3. Celda de edómetro

En este caso, la curva obtenida presenta las mismas características que la anterior. Si no se descarga, la curva (0135) se denomina de compresión noval. Al descargar, nos movemos de forma lineal por la rama de descarga. Se llama presión de preconsolidación la máxima que ha sufrido el material en su historia, siendo por tanto que un suelo o está en la rama elástica o en la tensión de preconsolidación.

Se distinguen tres tipos de asientos al realizar un ensayo edométrico. La consolidación inicial es un asiento independiente del fenómeno de consolidación y que está asociado a deformaciones debidas al cierre de fisuras de la muestra, a rozamientos y huelgos del sistema de aplicación de la carga, etc. La consolidación primaria se rige por la teoría de la consolidación, es decir, existe un asiento debido a la expulsión del agua como consecuencia de la sobrepresión aplicada. Por último, la consolidación secundaria se debe a fenómenos viscosos y de reajuste de la estructura del suelo una vez las sobrepresiones se han anulado, y tampoco se debe al fenómeno de consolidación. La teoría de la consolidación está basada en el principio de Terzaghi, y plantea que un suelo saturado y poco permeable reacciona inicialmente a un cambio tensional como si no cambiara de volumen, generando sobrepresiones intersticiales. A medida que éstas se van disipando hacia los contornos drenantes, las tensiones totales transmitidas inicialmente se transforman, gradualmente, en presiones efectivas, y el suelo se deforma.

Se llaman suelos normalmente consolidados aquellos en los que la tensión efectiva actual es la máxima que han tenido en su historia, y suelos sobreconsolidados o preconsolidados los que han soportado en el pasado una tensión superior a la actual. Es evidente que cuanto antes se hablaba de un suelo remoldeado en anteriores ensayos, este es, por definición, sobreconsolidado.

A continuación os dejo un vídeo sobre el ensayo edométrico. Espero que os sea de interés.

Referencia:

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

 

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¿Mejor pocas pasadas de un compactador muy pesado?

Figura 1. Compactador vibratorio

Una pregunta que suelen hacerme es saber si resulta más económico compactar un terreno con un compactador pesado con pocas pasadas o un compactador menos pesado, pero con más pasadas. Es conocido que el número de pasadas y la profundidad de la capa de terreno a compactar dependerá no solo de las características de la máquina, sino también de la naturaleza del suelo y su humedad. La determinación de estos parámetros se puede realizar mediante un tramo de prueba. Sin embargo, en esta entrada quiero centrarme en el aspecto energético del problema. En efecto, voy a contar qué ocurre con los ciclos de carga-descarga sobre un terreno al que se le aplican deformaciones remanentes progresivas.

Si se consideran varios ciclos de carga y descarga, es interesante comprobar cómo los módulos de deformación de cada lazo de histéresis van aumentando progresivamente hasta alcanzar un valor de equilibrio. La densificación del terreno va provocando deformaciones remanentes progresivas, que llegan a un límite, en cuyo rango de presiones el suelo se comporta elásticamente (esto es cierto salvo en terrenos muy plásticos y con gran humedad).

En la Figura 2 se observa la variación de la deformación residual con el número de ciclos de carga-descarga.

Figura 2. Número de ciclos de carga-descarga con respecto a la deformación residual

Estos mismos ciclos de carga y descarga ocurren al pasar un compactador por encima de una capa que se desea compactar. Cada pasada constituye un ciclo completo de carga y descarga, con un terreno que se encuentra en una situación intermedia entre el confinamiento horizontal total y el libre, que son los dos experimentos descritos.

El proceso provoca deformaciones residuales cada vez menores, hasta llegar a una situación en el límite, donde las tensiones y deformaciones son lineales, y donde una carga mayor rompe el suelo, subiendo éste alrededor del compactador. Veamos en la Figura 3 las sucesivas relaciones entre tensiones y deformaciones que se producen en cada pasada de compactador. El área formada por los puntos OA1B1 es proporcional a la energía necesaria para obtener la deformación remanente OB1. Por tanto, cuanto mayor sea la carga del compactador, menos pasadas serán necesarias para llegar a la deformación remanente deseada, es decir, al grado de densidad especificado. Ahora bien, dicha carga debe ser inferior a la de rotura del material.

Figura 3. Relación entre tensión y deformación con ciclos de cargas y descargas sucesivas

Se presentan dos formas de llegar a la deformación remanente necesaria: o bien con muchas pasadas de un compactador menos pesado, o bien con pocas pasadas de un compactador más pesado. En el límite la energía necesaria con una sola pasada sería proporcional a la curva OAB, mientras que con muchas pasadas sería proporcional aproximadamente a OANBN. Ello podría hacer pensar que sería más económico muchas pasadas con un compactador pequeño que pocas con uno más grande. Esto no es del todo cierto ya que también se consume energía por rozamiento al trasladarse los equipos. Bajo una perspectiva energética, lo óptimo se encuentra en una situación intermedia.

Referencia:

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

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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.

 

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.

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.

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.

¿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.

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.

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.

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. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.