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
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.
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.
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.
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 del módulo E2 para diferentes materiales y situaciones (link).
Os dejo varios vídeos sobre cómo se realiza el ensayo. Espero que os gusten:
Figura 1. Compactación dinámica. https://civildigital.com/ground-improvement-techniques-complete-list-of-methods-classifications/
La compactación dinámica (“dynamic compaction”, DC) es una técnica que mejora la capacidad portante de los suelos mediante al dejar caer una masa desde cierta altura. El nombre de compactación dinámica no refleja con exactitud los procesos reales de carga y transmisión de energía, por lo que también suele llamarse compactación dinámica profunda (“deep dynamic compaction”). Uno de los mitos de la compactación dinámica es que se trata de un tratamiento superficial del suelo debido a que las cargas se aplican en la superficie. Pero, a diferencia de la compactación superficial, es un proceso de densificación que llega a profundidades de 10-12 m. Tras el impacto, se crean cráteres de hasta dos metros o más de profundidad, que deben ser rellenarse y compactar. La densificación en profundidad se produce como resultado de la energía de las ondas dinámicas que se transmite a través del suelo. El tratamiento se aplica en edificios industriales, plataformas portuarias y aeroportuarias, terraplenes viarios y ferroviarios, etc. Además, es idóneo para obras extensas, con rendimientos de más de 10000 m2 por mes.
El principio de dejar caer grandes masas sobre la superficie del suelo para mejorarlo en profundidad se ha empleado desde hace tiempo. Menard y Broise (1976) hacen referencia a dibujos muy antiguos que sugieren que la técnica se utilizó en China desde hace centurias. Los romanos también la utilizaron en sus construcciones antes del 100 a.C. En los Estados Unidos se empleó un antiguo cañón para compactar ya en el año 1871 (Lundwall, 1968). También en la antigua Unión Soviética se compactaron loess con buenos resultados, si bien con pesos y alturas de caída mucho menores a las actuales (Faraco, 1980). En los años 40 se empleó este procedimiento constructivo en la construcción de un aeropuerto en China y un área portuaria en Dublín. Sin embargo la técnica actual se puede fechar en 1970, cuando Louis Menard patentó este método en Francia, favorecido sin duda por la aparición de las gigantescas grúas montadas sobre orugas. En Gran Bretaña y en Estados Unidos se empezó a utilizar en los años 1973 y 1975, respectivamente.
Hoy en día, es habitual el uso de pesos que oscilan entre 1 y 30 t, con alturas de caída de entre 10 y 30 m, a veces más. Los pesos son de acero para soportar las fuerzas dinámicas repetitivas. Normalmente, se utiliza una grúa para dejar caer el peso, aunque también existen equipos especiales. Las grúas deben permanecer en buenas condiciones pues no se diseñan para cargas dinámicas repetitivas.
Figura 2. Esquema de la ejecución de la compactación dinámica. Cortesía de Menard
Este tipo de tratamiento depende de las características del suelo y de la energía empleada. En principio, se puede utilizar en suelos granulares, saturados o no. Asimismo, ofrece buenos resultados en rellenos artificiales heterogéneos, que difícilmente se mejorarían con otros procedimientos. La mejora se traduce en un aumento de la capacidad portante y una reducción de los asientos, incluidos los diferenciales. Es un método bien adaptado y empleado para prevenir la licuefacción de suelos. La compactación dinámica permite, incluso, cimentar con zapatas convencionales, pues proporciona una capacidad portante al suelo de hasta 100-150 kPa. Además, es una solución económica cuando se compara con la excavación y sustitución del suelo, la precarga o las inyecciones. Los costes son aproximadamente 2/3 respecto a las columnas de grava, con un ahorro de hasta el 50% comparado con la compactación profunda. Se pueden conseguir rendimientos de 300 a 600 m2/día (García Valcarce et al., 2003).
La compactación dinámica se emplea para densificar suelos flojos, saturados y sin cohesión, reduciendo la potencial licuefacción del terreno. En este sentido, el proceso de densificación es similar al de la vibro-compactación. Es una de las mejores alternativas para densificar rellenos heterogéneos y escombros, que pueden causar problemas a otras técnicas como las columnas de grava o las inclusiones rígidas. También se podría emplear para suelos finos cohesivos, sin embargo, el éxito en este caso es más dudoso, requiriendo atención la generación y disipación de las presiones intersticiales. En ocasiones, esta técnica se emplea de forma conjunta con las columnas de grava para facilitar la disipación de las presiones intersticiales (Bayuk y Walker, 1994).
Los patrones de caída suelen consistir en cuadrículas primarias y secundarias (y ocasionalmente terciarias), como las que se muestran en la Figura 3. Es habitual un espaciamiento entre puntos de impacto de 2 a 3 m en las mazas pequeñas y más de 10 m en el caso de mazas pesadas. Una vez que la profundidad del cráter alcanza aproximadamente 1 m, la abertura se rellena con material granular antes de proceder a nuevas caídas en ese lugar.
Figura 3. Fases en la compactación dinámica. Cortesía de Menard
El tratamiento se da en varias pasadas y la profundidad alcanzada por la densificación se puede relacionar con la energía del golpe mediante la siguiente fórmula empírica (Mayne et al, 1984):
donde:
M = masa de la maza (toneladas)
H = altura de caída (metros)
D = profundidad efectiva de la compactación (metros)
k = factor empírico que depende del tipo de suelo y de las características del tratamiento, que varía entre 0,35 (arenas limosas y limos con IP=10%) y 0,6 (gravas y arenas limpias), aunque un valor usual puede ser 0,5.
Teniendo en cuenta lo anterior, y conociendo las capacidades máximas de las grúas normalmente disponibles (H=30 m, M=20 t), la profundidad efectiva máxima varía entre 7 y 12 m, aproximadamente (Armijo y Blanco, 2017). No obstante, se pueden alcanzar profundidades de tratamiento de hasta 30 m (García Valcarce et al., 2003).
Durante la compactación existe un efecto instantáneo al reducirse el índice de huecos tras el impacto, y un efecto diferido en el caso de suelos saturados al disiparse la sobrepresión intersticial y reestructurarse el material a un estado más denso.
Con todo, la compactación dinámica presenta algunos inconvenientes. En efecto, se necesita una superficie mínima de 15000 m2 para garantizar cierta rentabilidad económica y, además, se debe dejar una distancia mínima de 20 a 30 m a las estructuras próximas para evitar daños (García Valcarce et al., 2003).
El procedimiento de cómo se realiza la compactación dinámica está ampliamente descrito en el trabajo de Liausu (1984).
He grabado un pequeño vídeo explicativo de esta técnica de mejora de terrenos.
A continuación tenéis un folleto explicativo de Menard.
Bayuk, A.A.; Walker, A.D. (1994). “Dynamic Compaction. Two Case Histories Utilizing Innovative Techniques.” In-Situ Deep Soil Improvement, ASCE, Geotechnical Special Publication No.45.
Faraco, C. (1980). “Mejora del terreno de cimentación”, en Jiménez Salas (coord.) Geotecnia y Cimientos III, primera parte, pp. 489-531.
Findlay, J.D.; Sherwood, D.E. (1986).”Improvement of a hydraulic fill site in Bahrain using modified heavy tamping methods” Building on Marginal & Derelict Land., May 7-9.
García Valcarce, A. (dir.) (2003). Manual de edificación: mecánica de los terrenos y cimientos. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L. Madrid, 716 pp.
Liausu, P. (1984) Renforcement de Couches de Sol Compressibles par Substitution Dynamique, In-Situ Soil and Rock Reinforcement Conference, Paris.
Lundwall, N.B. (1968). The Saint George Temple, in “Temples of the Most High, Bookcraft, Salt Lake City, Chapter 3, p. 78.
Mayne, P.W.; Jones, J.S.; Dumas, J.C. (1984). Ground response to dynamic compaction. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 110(6), pp. 757-774.
Ministerio de Fomento (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
Menard, L.; Broise Y. (1976). “Theoretical and practical aspects of dynamic consolidation”, Ground Treatment by deep compaction, Institution of Civil Engineers, LONDON, pp. 3-18.
Skempton, A.W. (1986). Standard Penetration Test Procedures and the Effects in Sand of Overburden Pressure, Relative Density, Particle Size, Ageing and Overconsolidation. Geotechnique, 36, pp. 425-437.
Uto, K.; Fuyuki, M. (1981). “Present and Future Trend on Penetration Testing in Japan”, Japanese Soc. SMFE.
Varaksin, S. (1981). “Recent development in soil improvement techniques and their practical applications”. Sol. Soils, Nº 38/39.
En el año 1997 se editó un libro de problemas que se llamó “Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos“. Aunque ya han pasado años, me apetecía empezar la semana haciendo algunos comentarios sobre esta publicación.
Uno de los peores defectos que puede tener una escuela de ingeniería es desligarse de la realidad. Si bien es cierto que la investigación debe ocupar una parte de las tareas a las que se debe encomendar la universidad, también es cierto que una escuela de ingenieros debe formar profesionales capaces de abordar problemas reales cotidianos. El movimiento de tierras y las labores de compactación son, probablemente, una de las tareas más habituales de cualquier obra de ingeniería civil. Sin embargo, es habitual que en numerosas escuelas esta faceta se presente con una profundidad más bien teórica, siendo lo práctico secundario.
Este tipo de reflexión me hizo coleccionar datos, casos resueltos y problemas reales que tuve que afrontar en mis primeros años de práctica profesional. Al principio era una colección dispersa cuyo único objetivo era sistematizar mi trabajo habitual en obras lineales, casi todas ellas autovías y carreteras. Sin embargo, cuando empecé mi labor universitaria, me di cuenta que este material podía ser de extraordinaria importancia para nuestros alumnos.
En este libro, que seguro necesita alguna revisión, se abordan aspectos económicos, de producción, mantenimiento, reparación, etc. Además aparecen casos resueltos relacionados con el control de calidad, tramos de prueba, propiedades de los suelos y otros que creo son de interés. Además, aparecen en forma de cuestionario tipo test preguntas que aparecieron en los primeros años de docencia de la asignatura de Procedimientos de Construcción que pueden servir para aclarar algunas ideas y conceptos. Por último, se han incorporado aspectos de otras disciplinas que son de aplicación directa al problema de los equipos de producción de este tipo de unidad de obra: ensayos de fiabilidad, el problema del transporte, el problema de la asignación, caminos mínimos entre nodos, etc. Son un total de 100 problemas resueltos, 166 preguntas tipo test y un apéndice de tablas aplicables a este tipo de problemas. Creo que, en este momento, no existe una publicación similar en español.
Os dejo a continuación algunas direcciones desde donde se puede acceder a esta publicación. Espero que no se haya agotado.
