Capas y bases tratadas: Gravacemento

En España es habitual el empleo de la gravacemento en las capas de base de los denominados firmes semirrígidos. También se puede emplear bajo pavimentos de hormigón, aunque su función es diferente respecto al caso anterior. El artículo 513 del PG3 define gravacemento como una mezcla homogénea de áridos, cemento, agua y eventualmente adiciones que, convenientemente compactada, se utiliza en la construcción de firmes de carretera. Su origen se corresponde a las mezclas de granulometría gruesa utilizadas en California.

Figura 1. Gravacemento. https://www.promsa.com/es/productos/p/grava-cemento

Los áridos utilizados serán naturales o procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla y otros materiales extraños. El desgaste de Los Ángeles debe ser inferior a 30 y el equivalente de arena mayor a 30. Los husos granulométricos deben ser estrictos (GC-1 y GC2). El contenido en cemento en masa varía entre el 3% y el 5%. Se exige una resistencia a compresión a los 7 días de 4,5 MPa y, a largo plazo, que supere los 8 MPa. Si el contenido de cemento supera el 5-7%, entonces se puede hablar de gravacemento de altas prestaciones.

Las características del cemento empleado para la gravacemento se recogen en el artículo 202 del PG3. Su clase resistente es 32,5N. En el caso de existir sulfatos solubles en el suelo, se deberá emplear un cemento sulforresistente. El principio del fraguado debe ser posterior a las 2 horas. El contenido de agua se selecciona mediante un Proctor Modificado, de forma que la humedad óptima proporcione la densidad máxima. No obstante la humedad suele ser un 0,5% inferior a la óptima para alcanzar la máxima resistencia. Se utilizan retardadores de fraguado para ampliar la trabajabilidad del material, siendo obligatorio cuando la temperatura durante la extensión de la mezcla supera los 30ºC.

El cemento proporciona resistencia a la capa resultante. Se exige una densidad superior o igual al 98% del Proctor Modificado, y una resistencia mínima de 4,5 MPa a siete días. La resistencia máxima a siete días será de 7,0 MPa en calzada y 6,0 MPa en arcenes. Estas resistencias son medias sobre, al menos tres probetas de la misma amasada.

Figura 2. Descarga de gravacemento en obra. https://conorsa.es/catalog/gravacemento/

La mezcla del material se realiza en central, se transporta en volquetes y se extiende con extendedoras. Las extendedoras proporcionan una mayor regularidad que las motoniveladoras, que se podrían emplear si la mezcla presentan suficiente trabajabilidad. La fabricación en central permite un porcentaje homogéneo y controlado de humedad y cemento.

El proceso de ejecución será el siguiente:

  • Preparación de la superficie
  • Fabricación de la mezcla
  • Transporte de la mezcla
  • Vertido y compactado de la mezcla
  • Ejecución de las juntas
  • Curado

La terminación de la capa debe presentar una textura uniforme, exenta de segregaciones y ondulaciones. La rasante no superará la teórica en ningún punto y no debe quedar por debajo de la teórica en más de 15 mm. La anchura de la capa no será inferior a la definida en planos, ni superarla en más de 10 cm. El espesor no deber ser, en ningún punto, menor al previsto. En tiempo caluroso se aconseja no solo un retardador de fraguado, sino un riego con emulsión bituminosa de rotura rápida para garantizar el curado. Por otra parte, aunque se aconsejan varios días para permitir la circulación de vehículos sobre la gravacemento, parece ser que solo sería necesaria una protección superficial.

En los firmes semirrígidos, la capa de gravacemento es estructural, absorbiendo la mayor parte de las tensiones del tráfico. El principal problema a resolver es el agrietamiento por retracción, que puede reflejarse a través del pavimento bituminoso en función de los gradientes termohigrométricos y el espesor del pavimento. Por dicho motivo, el espesor del pavimento para tráfico pesado no suele bajar de 12-15 cm. Las grietas pueden solucionarse conjuntas en fresco, antes de la compactación, separadas unos 3 m. También se pueden interponer capas o membranas que absorban las tensiones concentradas.

Cuando la capa de gravacemento sirve de apoyo a un firme rígido, los requerimientos estructurales pasan a segundo plano, siendo más importante la formación de una buena plataforma de trabajo y de apoyo estable a largo plazo. En este caso, la gravacemento puede apoyarse directamente sobre una zahorra natural o sobre la propia explanada si ésta es de cierta calidad. Basta en este caso que la capa de gravacemento presente un ancho mínimo constructivo de 15 cm.

Os dejo un vídeo de la profesora Ana María Pérez, de la Universitat Politècnica de València, que explica las características más relevantes del gravacemento utilizado en las capas de base de las carreteras.

En esta ponencia, Amaia Lisbona, de Tecnalia, explica cómo fabricar suelocemento y gravacemento a partir de áridos reciclados procedentes de los residuos de la construcción y demolición.

Os dejo a continuación el artículo 513 del PG3 donde se regulan los materiales tratados con cemento (suelocemento y gravacemento).

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Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

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.

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

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Inyecciones de compactación

Figura 1. Inyección de compactación. https://www.keller.com.es/experiencia/tecnicas/inyeccion-de-compactacion

La inyección de compactación (“compaction grouting“) constituye un método que mejora el terreno por desplazamiento, sin impregnarlo o fracturarlo. Se inyecta material con un elevado ángulo de rozamiento interno que impide que el material inyectado se mezcle con el propio suelo. Normalmente es mortero seco de alta viscosidad, morteros de baja movilidad o resinas expansivas. También se conoce como inyección de desplazamiento o de baja movilidad. Se forma un bulbo más o menos esférico que compacta el terreno y lo desplaza hacia el exterior.

Es una técnica adecuada en suelos no cohesivos de baja compacidad. También se utiliza en los cohesivos para crear inclusiones de mayor resistencia y capacidad portante. La técnica corrige asientos diferenciales, eleva la capacidad portante bajo estructuras o en pilotes, es una alternativa a la cimentación, sirve como pretratamiento antes del jet-grouting, disminuye el riesgo de licuación del terreno, permite inyecciones de compensación en la excavaciones de túneles y sirve de relleno en  cavidades en terrenos kársticos, entre otras aplicaciones.

El mortero utilizado como mezcla es muy viscoso, espeso y grueso que, en primer lugar, comprime el terreno suelto, desplazándolo a continuación. Son necesarias presiones elevadas, de 4 a 6 MPa. La movilidad se limita de uno a dos metros. El mortero, una vez fragua, alcanza una resistencia a compresión simple de unos 3 MPa.

El procedimiento consiste en la perforación de un taladro que alcance la profundidad especificada para, seguidamente, inyectar a presión desde el fondo un mortero seco, pero que sea bombeable. La tubería se levanta en tramos de 30 a 60 cm de forma que se superponen los bulbos de mortero seco hasta alcanzar el nivel necesario. Si se trata de arcillas saturadas, la compactación aumenta las presiones intersticiales que se disipan con lentitud. Ello implica muchas fases de inyección con tiempos de espera importantes, salvo que exista un drenaje eficaz entre taladros.

La inyección de compactación es efectiva en suelos granulares sueltos, saturados y no saturados, y también en suelos de granos finos blandos no saturados, tal y como se observa en la Figura 2.

Figura 2. Aplicabilidad de las inyecciones de compactación (Armijo, 2004)

La inyección finaliza cuando se producen movimientos en la estructuras (mayores de unos 2 mm), se superan los 4 MPa a profundidades menores a 15 m o a 6 MPa en otros casos, o bien se supera un volumen máximo, generalmente 2,5 m3 cada 0,5 m en el caso de terrenos con cavidades (Armijo, 2004). También se termina cuando hay reflujo de mortero por la boca del taladro.

En esta animación de Keller podemos ver cómo se realiza una inyección de compactación

Aquí podéis ver una explicación de la inyección de compactación.

Este otro vídeo, de Geotecnia-ONLINE, tienes una explicación en detalle de la técnica.

Referencias:

  • ARMIJO, G. (2004). Inyecciones de baja movilidad en terrenos kársticos. Jornadas Técnicas SEMSIG-AETESS 4ª Sesión: Mejora del terreno mediante inyecciones y jet grouting, Madrid.
  • BELL, F.G. (1993). Engineering treatment of soils. E & F Spon, Londres.
  • BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Carlos López Jimeno, Madrid, 432 pp.
  • CAMBEFORT, H. (1968). Inyección de suelos. Omega, Barcelona.
  • KUTZNER, C. (1996). Grouting of rock and soil. A.A. Balkema, Rotterdam.
  • MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. 2004.844. Valencia.
  • MINISTERIO DE FOMENTO (2005). Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias. ROM 0.5-05. Puertos del Estado, Madrid.
  • SANZ, J.M. (1981). Procedimientos generales de construcción. Sondeos y perforaciones, inyecciones, pilotes, pantallas continuas. E.T.S. Ingenieros de Caminos, Madrid.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Mezcla profunda de suelos como técnica de mejora del terreno

Es habitual mezclar los suelos con cemento, cal o aglutinantes para estabilizarlos (“Soil Mixing Methods“). En un relleno, la mezcla se puede hacer antes o después de su colocación, pudiéndose compactar en su caso. Es frecuente estabilizar los suelos “in situ” con cemento o cal utilizando máquinas específicas para ello. Son técnicas adecuadas que mejoran y refuerzan los suelos blandos como arcillas, limos, arenas sueltas, etc. La mezcla consigue mayor estabilidad, capacidad portante, resistencia al corte, menor compresibilidad y permeabilidad que el terreno original.

Dentro de estas técnicas destacan aquellas que consiguen la estabilización en profundidad, las llamadas mezclas profundas de suelos (“Deep Soil Mixing“, DSM”). Se obtienen así una serie de inclusiones en forma de columna, elementos lineales, pantallas o secciones rectangulares de un material mejorado del tipo suelo-cemento. Se trata de una técnica desarrollada en Japón y en países escandinavos en los años 70 del siglo pasado. Estos sistemas están evolucionando rápidamente en cuanto a su aplicabilidad, rentabilidad y ventajas medioambientales.

Figura 1. Fases de ejecución de la mezcla profunda de suelos (Deep Soil Mixing). https://menardoceania.com.au/technique/soil-mixing/

Dentro de las técnicas de mejora profunda de suelos podrían incluirse las inyecciones y el Jet Grouting, pero son procedimientos que difieren del DSM en la forma de desestructurar el terreno. En efecto, en el caso que nos ocupa, la deconstrucción es mecánica, con un ligante hidráulico que facilita la reacción química entre el suelo y el agua. Se usa el cemento, la cal y la bentonita como ligantes habituales, aunque es posible usar yesos, cenizas y aditivos específicos para mejorar el terreno.

Se utilizan diferentes medios mecánicos para romper, batir y mezclar el suelo con el ligante. Pueden ser cadenas y cangilones, tambores giratorios con elementos cortantes, ejes con aletas y otros mecanismos similares, que son más complicados a medida que aumenta la finura y la rigidez del terreno. El ligante se puede aportar por vía seca o por vía húmeda.

Se han desarrollado procedimientos registrados por las diferentes empresas como es el sistema Trenchmix, el sistema Cutter Soil Mixing (CSM-Geomix), o las columnas de suelo-cemento (CSC-Springsol). El método CSM emplea un cortador para formar paredes, proporcionando un a solución rentable y rápida en la construcción de pantallas mediante la mezcla de suelo “in situ” con una lechada de cemento/lechada de bentonita. Trenchmix se vale de herramientas de corte para excavar zanjas en aplicaciones estructurales o pantallas impermeables.

En la Figura 2 se observan las fases constructivas con un equipo Trenchmix. Consta de una zanjadora diseñada especialmente para no extraer el terreno, permitir la incorporación del ligante y efectuar la mezcla in situ. Este ligante puede introducirse en polvo o mediante una lechada. La profundidad de la pantalla se limita a la longitud de la sierra, hasta unos 8 m. El espesor de la pantalla varía entre 400 y 600 mm.

Figura 2. Fases de ejecución de una pantalla con el sistema Trenchmix. https://www.rodiokronsa.es/exclusivas/trenchmix/

A continuación os dejo un vídeo donde se puede ver la mezcla profunda de suelos mediante una fresadora.

En este otro caso se observa la mezcla profunda de suelos mediante Trenchmix.

En este otro vídeo se observa la técnica de Deep Soil Mixing mediante un cabezal rotatorio.

Referencias:

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.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Estabilización de suelos con cloruros

Figura 1. Control de polvo y estabilización de caminos con cloruros. https://www.youtube.com/watch?v=kr99E6NkwV4

El polvo que se desprende en vías terrestres no pavimentadas pueden impactar significativamente en la salud, la seguridad y en el coste de su mantenimiento. Este problema se da especialmente en terrenos arcillosos y climas áridos y semiáridos. En estos casos, se puede utilizar cloruros para reducir la cantidad de polvo.

La adición de cloruro disminuyen las fuerzas de atracción entre las arcillas, incrementando notablemente la cohesión aparente. Las propiedades higroscópicas de estos productos mantienen la humedad en la superficie, reduciendo el punto de evaporación, si bien esta sal es fácilmente lavable. Con todo, se reduce la evaporación y es capaz de absorber hasta diez veces su propio peso cuando la humedad ambiental es alta. Dicha humedad puede mantenerse en sus dos terceras partes durante un día de calor seco, lo que justifica su eficacia en reducir la formación de polvo.

Son muchas las sales que se pueden utilizar para la estabilización de suelos, especialmente aquellos arcillosos. Destacan el cloruro de potasio, el cloruro de magnesio, el nitrato de sodio, el cloruro de bario, el carbonato de sodio, el cloruro de calcio y el cloruro de sodio, entre otros. Sin embargo, por razones económicas, es el cloruro de sodio es que más se ha empleado en carreteras, y en otros casos, se han utilizado con mayor o menor éxito en función de las condiciones de cada caso.

Agregar cloruro de sodio a una arcilla reduce su contracción volumétrica, forma una costra superficial y disminuye los cambios en la humedad. Asimismo, mantienen unidas las partículas no arcillosas y que se encuentran en la superficie, se desprenden con menor facilidad cuando sufren los ataques abrasivos del tránsito. El poder coagulante de la sal supone un menor esfuerzo mecánico en la compactación, debido a que el intercambio iónico con los minerales de los finos del suelo produce un efecto cementante.

No obstante, para que los cloruros sean eficaces, la humedad relativa ambiental debe ser superior al 3% y el suelo debe tener minerales que pasen por la malla 200 y que reaccionen favorablemente con la sal.

Lo habitual es aplicar una disolución del cloruro en agua mediante riego al comenzar la temporada seca. La dosificación del cloruro oscila entre 0,5 y 1,0 kg/m2. En zonas próximas al mar, el tratamiento puede sustituirse por un riego con agua de mar.

En el siguiente vídeo se puede ver cómo se puede controlar el polvo con cloruro de calcio.

A continuación, un par de vídeos sobre estabilización de caminos con sal.

Os dejo a continuación una publicación del Instituto Mexicano del Transporte sobre la estabilización de suelos con cloruros.

Descargar (PDF, 418KB)

Referencias:

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

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.

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

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Compactador monocilíndrico vibratorio autopropulsado de rodillo liso

Figura 1. Rodillo compactador vibratoria hidráulico de un solo tambor LSD216H. http://changlin.es/3-2-6-hydraulic-road-roller.html

Son los equipos más versátiles usados en obras de tierra, con una gran polivalencia. Permite su uso en la compactación de tierras, gravas, arenas, aglomerados asfálticos, etc. Con preferencia son adecuados para terrenos granulares, aunque dependiendo del peso su aplicación puede llegar a suelos plásticos. Sus cargas son menores que los remolcados, pero son maniobrables, permitiendo el trabajo en ambos sentidos de marcha.

El elemento vibrante lo constituye un tambor en cuyo interior gira un eje provisto de masas excéntricas. El cilindro está montado en el eje delantero sobre un bastidor que se une mediante una articulación central al resto de la máquina, lo que le permite giros de hasta 45º con la dirección de avance, y de hasta 15º en ambos sentidos en vertical. El radio de giro puede llegar a 3,00 m en algunos modelos.

Consta, en su eje trasero, de dos neumáticos de gran agarre. Allí descansa el peso de la cabina, órganos de dirección y motor.

El ancho del rodillo oscila entre 1,70 y 2,50 m, suponiendo una amplitud de máquina que, incluido el bastidor, entre 2,00 y 2,80 m. El diámetro del cilindro varía de 1,30 a 1,50 m.

El peso de estos equipos varía entre 8 y 18 toneladas. Normalmente trabajan con dos intervalos de frecuencia: de 25-30 Hz la primera y de 32-38 Hz la segunda, siendo las amplitudes nominales de 1,2-2,0 mm y 0,4-0,8 mm, respectivamente.

Aunque pueden desplazarse a 20 km/h, en trabajo pueden llegar a 8 km/h. Algunos modelos incorporan tracción también al cilindro vibrante, con lo cual se pueden vencer pendientes incluso del 50%.

Os dejo a continuación algunos vídeos respecto a este compactador.

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. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.

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

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

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El ensayo que inventó Ralph R. Proctor, ¿por qué es tan importante?

Figura 1. Ralph Roscoe Proctor (1894-1962) https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/geomech/ISSMGE%20TC202/proctor.html

El peso específico seco es un índice que evalúa la eficiencia de un proceso de compactación, pero debido al diferente comportamiento de los distintos rellenos, suele utilizarse el denominado grado de compactación o porcentaje alcanzado respecto a un peso unitario patrón, obtenido con cada suelo en un ensayo normalizado.

El ingeniero Ralph Roscoe Proctor inició en 1929 una serie de trabajos, publicados en 1933, en los cuales se constató la relación entre humedad-peso específico seco y la influencia de la energía de compactación. Propuso un ensayo normalizado con el cual obtener la curva de ensayo Proctor correspondiente a una determinada energía, comunicada a una muestra del terreno mediante la caída desde altura fija de una pesa y un determinado número de veces. Por cierto, a pesar de que la palabra Proctor es llana y en castellano debería acentuarse, por respeto al apellido del autor, se mantiene este sin modificarlo. Esta es la tradición que han seguido los libros de texto españoles en carreteras en el ámbito universitario.

Con posterioridad, el Corps of Engineers de la U. S. Army propuso el Proctor Modificado, con una aplicación de energía unas cuatro veces y media superior al Proctor Normal. El ensayo Proctor Modificado consume una energía de 0,75 kWh/m3, mientras que el Proctor Normal equivale a 0,16 kWh/m3. Estos ensayos se encuentran normalizados en España por las normas UNE 103-500-94 y UNE 103-501-94 (ASTM D-698 o ASTM D-1557, en normas americanas).

Para realizar el ensayo, además del equipamiento de laboratorio común a muchos ensayos como son una báscula, una estufa de secado o pequeño material (bandejas, mazo de goma, palas, etc.), se requiere un equipamiento específico tal y como muestra la Figura 2.

Hay que hacer notar que el procedimiento para realizar tanto el Proctor Normal como el Proctor Modificado es el mismo, siendo sus diferencias principales los parámetros básicos del ensayo. En particular, las diferencias relevantes son el tipo de maza y molde de las probetas.

Figura 2. Molde del ensayo del Proctor Modificado

El experimento consiste en introducir capas sucesivas, con una humedad conocida, en el interior de un cilindro y golpear cada una con idéntico número de golpes mediante una maza que cae desde una altura normalizada. Se trata de medir el peso específico seco de la muestra y construir una curva para cada humedad diferente tomada. Son suficientes en general cuatro o cinco operaciones para trazar dicha curva y determinar el peso específico máximo y su humedad óptima correspondiente. No hay una relación definida entre las densidades máximas obtenidas en los ensayos Proctor Normal y Modificado, aunque a modo orientativo podemos decir que en éste último la densidad oscila entre el 5 y 10% de incremento según sean suelos granulares a cohesivos. Se debe considerar que las curvas Proctor obtenidas reutilizando el terreno ofrecen pesos específicos máximos algo superiores a las que se obtienen con muestras de terrenos nuevas.

Figura 3. Curva de compactación del Proctor Modificado. http://www2.caminos.upm.es/departamentos/ict/lcweb/ensayos_suelos/proctor_modificado.html

El ensayo Proctor origina una compactación por impacto, en tanto que en obra no siempre son habituales los compactadores de este estilo. Así existen otros ensayos en laboratorio, como NLT-311/96 que determina la densidad máxima y humedad óptima de compactación, mediante martillo vibrante, de materiales granulares con o sin productos de adición. Sería adecuado este ensayo cuando se utilizasen en obra rodillos vibratorios.

Las normas PG3 fijan como límites inferiores de la densidad máxima Proctor Normal 1,45 t/m3 para los suelos tolerables y 1,75 t/m3 para los suelos adecuados y seleccionados. En el lenguaje coloquial a veces se confunden pesos específicos con densidades, aunque son conceptos distintos. La unidad de masa común en laboratorio de 1 g/cm3 se debe multiplicar por la aceleración de 9,81 para convertirlo en kN/m3, que es la unidad correcta en el Sistema Internacional. A efectos prácticos suelen usarse indistintamente dichos conceptos, aunque es recomendable el uso del Sistema Internacional.

Raras veces de admite un peso específico seco inferior al 95% del máximo Proctor Normal obtenido en laboratorio, ya que un material suelto, sin apisonar, presenta un valor próximo al 85%. La normativa limita (ver Tabla 1) los valores para carreteras en función de la Intensidad Media Diaria (IMD) de vehículos pesados. De esta forma, para la zahorra artificial y tráficos T00 y T2, se exige un mínimo del 100% PM; para zahorra artificial y tráficos T3, T4 y arcenes, un mínimo del 98% PM. En cambio, para la zahorra natural, que suele colocarse en las capas inferiores (subbase), la densidad mínima es del 98% PM.

Es importante indicar que a veces es posible superar el 100% del Proctor correspondiente sin que por ello se pueda afirmar que la capa está suficientemente compactada. Ello es posible, entre otras posibles causas, cuando la capa ensayada presenta gran cantidad de gruesos cuyo elevado peso específico respecto al promedio del resto de la capa hace subir el valor del peso específico in situ. Tengamos presente que el ensayo en laboratorio se realiza sobre la fracción de suelo inferior a 20 mm. En estos casos es necesario realizar una corrección.

El proyecto (o Director de las obras) debe definir el ensayo de referencia: el ensayo Proctor Normal o Proctor Modificado. En la mayoría de los casos, el ensayo de referencia es el Proctor Modificado, pues puede reproducir con mayor fidelidad las condiciones de compactación de la obra, que emplea compactadores más pesados debido al aumento de la carga por eje experimentado por los vehículos. Sin embargo, en suelos expansivos se recomienda el Proctor Normal. Este ensayo también es más útil en compactaciones menores, como son las correspondientes a relleno de zanjas o ejecución de caminos.

Os dejo un vídeo elaborado por los alumnos de Ingeniería Civil de la Universidad de Granada donde nos cuentas cómo realizar el ensayo Proctor.

Aquí tenéis una explicación del profesor Agustín Rodríguez, que igual os puede complementar ideas.

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. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.

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

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

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Introducción a los equipos de compactación mecánica

Figura 1. https://www.noticiasmaquinaria.com/nuevos-modelos-de-la-serie-de-rodillos-tandem-de-hamm-en-conexpo/

Existe una amplia variedad de equipos capaces de compactar, pero la naturaleza del terreno y su humedad condicionarán la máquina y método empleado. La elección también depende de la función que desempeñe el relleno compactado.

La compactación en obra se basa en hacer circular cargas elevadas sobre capas de suelo el número de veces necesario para alcanzar la densidad especificada. Los esfuerzos transmitidos son máximos bajo la aplicación de la carga y decrecen con la profundidad. Los medios mecánicos usados para este menester combinan, en general, cuatro esfuerzos elementales: vertical estático, de amasado, de impacto y vibratorio.

  • El esfuerzo estático vertical produce fundamentalmente tensiones verticales que comprimen el suelo.
  • El esfuerzo de amasado provoca tensiones en al menos dos direcciones diferentes.
  • El esfuerzo de impacto alcanza mayor profundidad que el estático, al propagar una onda de presión hacia abajo.
  • El esfuerzo vibratorio supone una sucesión rápida de impactos, reduciendo el rozamiento interno entre las partículas y favoreciendo la densificación.

El tipo de esfuerzo aplicado influye en la estructura adoptada por las partículas del suelo. Estas se encontrarán menos “floculadas”, es decir, más orientadas y ordenadas, en orden creciente según sea el esfuerzo estático, vibratorio, de impacto y de amasado. La orientación de las partículas aumenta con las deformaciones de corte a que ha sido sometido el terreno, y éste será más resistente si la energía de compactación se utilizó en disminuir huecos y no en desarrollar deformaciones de corte.

La norma UNE-EN ISO 6165:2006 define al compactador como la “máquina autopropulsada o remolcada sobre ruedas, rulo o masa diseñada para aumentar la densidad de los materiales por: peso estático, impacto, vibración, amasado (presión dinámica) o combinación de estos efectos”.

Figura 2. http://www.wikivia.org/wikivia/index.php?title=Equipos_de_compactaci%C3%B3n

Estos equipos, que junto a las motoniveladoras se pueden considerar como máquinas de acabado de movimiento de tierras, se emplean para otros materiales tales como aglomerados asfálticos, grava-cemento, hormigón seco u otros.

Los equipos de compactación se pueden clasificar de varias formas. Atendiendo al modo en que se trasladan, se dividen en:

  • Compactadores remolcados.
  • Compactadores de conducción manual.
  • Compactadores autopropulsados.

Atendiendo al principio básico de trabajo, estos equipos se clasifican en:

  • Apisonadoras estáticas.
  • Rodillos vibratorios.
  • Compactadores de impactos.

A su vez, los compactadores pueden utilizar como herramienta de trabajo, en diversas combinaciones:

  • Rodillo liso.
  • Rodillo de patas apisonadoras o con tacos.
  • Ruedas neumáticas.
  • Bandeja vibrante.
  • Martinetes.
  • Pisones.

Atendiendo a su arquitectura, estos equipos pueden ser:

  • Tipo triciclo.
  • Tipo tándem.
  • De chasis articulado.
  • Monocilíndrico.
  • Mixto.

De esta forma podemos tener un rodillo autopropulsado vibratorio articulado con rodillos lisos, o bien un compactador autopropulsado estático tipo tándem de ruedas neumáticas. Las combinaciones son variadas.

Os dejo un vídeo explicativo que os he preparado explicando brevemente estas ideas básicas.

Otros vídeos explicativos son los siguientes:

 

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. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.

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

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

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

Compactador monocilíndrico vibratorio remolcado de patas apisonadoras

Figura 1. Rodillo de tiro pata de cabra vibrante. https://www.facebook.com/maquinariaescobal/photos/pcb.1645756895554174/1645756845554179

Son de características similares a los lisos en cuanto a dimensiones, peso y vibración, montándose incluso en el mismo bastidor. Las formas de las patas son distintas según los modelos. Se utilizan fundamentalmente en arcillas, limos arcillosos, arcilla limosa y grava con aglutinantes arcillosos, es decir, suelos cohesivos y muy cohesivos, especialmente en terrenos con humedad excesiva. No obstante, este tipo de compactador está casi en desuso, fundamentalmente por su pequeña velocidad de trabajo (2 km/h) y el gran número de pasadas (6-8 como mínimo).

Figura 2. Rodillo de tiro pata de cabra vibrante. https://www.facebook.com/maquinariaescobal/photos/pcb.1645756895554174/1645756838887513

Os dejo a continuación un vídeo explicativo de este compactador remolcado.

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. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.

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.

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Compactador monocilíndrico vibratorio remolcado de rodillo liso

Consisten en un bastidor en forma de marco sobre el que se apoya el cilindro mediante unos amortiguadores y donde se sitúa también el motor que acciona las vibraciones. Ahora bien, algunos modelos toman la energía vibrante del tractor remolcador para evitar que la vibración perjudique al motor situado sobre el rodillo. Son máquinas aún utilizadas, que precisan de un tractor, difíciles de maniobrar, con grandes radios de giro y solo permiten el trabajo en un sólo sentido.

Figura 1. Compactador remolcado vibrante de rodillo liso Bomag BW6.  https://exarmyuk.files.wordpress.com/2015/09/dsc03804-20150908-153057.jpg

Se puede estimar el esfuerzo necesario en el gancho del tractor T como:

donde:

P = Peso del rodillo remolcado en kg.

% = Pendiente a superar por el rodillo.

e = Espesor de la tongada a compactar en cm.

Sus pesos oscilan entre las 3 y 15 t, con anchura de compactación de unos 2,00 m y diámetro de cilindro de hasta 1,80 m. Son normales frecuencias entre 25 y 30 Hz y amplitudes nominales del orden de los 2 mm. Su velocidad de trabajo se sitúa entre 2,0 y 5,0 km/h.

Este tipo de rodillo se utiliza cada vez menos, salvo los muy pesados en pedraplenes. Tratándose de suelos, las tongadas óptimas para un rodillo de 3-4 t es de 20 a 30 cm. Los rodillos de 10-12 t pueden compactar tongadas de hasta 50-60 cm. En el caso de pedraplenes, se llegan a utilizar los de mayor tonelaje sobre tongadas de 60-80 cm, que en ocasiones pueden llegar hasta 100-150 cm, aunque en este caso la efectividad es más bien escasa.

Os dejo a continuación algunos vídeos del funcionamiento de este compactador.

Referencias:

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

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

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

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Pilotes de compactación

Figura 1. Hincado de pilotes prefabricados. https://geotecniafacil.com/pilotes-prefabricados-hincados/

En ocasiones se hincan pilotes en suelos granulares para compactar el terreno en superficie y permitir el uso de cimentos poco profundos. Suelen ser pilotes de desplazamiento cortos, aunque son las pruebas de campo las que pueden determinar cuál es la longitud razonable. Esta longitud depende de la densidad relativa del terreno antes y después de compactar y de la profundidad de compactación requerida (Das, 1999).

Los pilotes podrían ser de cualquier material, como los de madera o los prefabricados. La hinca de pilotes de madera se ha utilizado en la construcción de terrapalenes para carreteras. No obstante, también se podría utilizar un pilote de arena compactada o de grava por sustitución. Estos elementos se disponen en mallas regulares. Estos elementos se hincan desde la periferia hacia el centro del área que se quiere mejorar.

El objetivo de estos pilotes es compactar el terreno entre elementos, formando un conjunto relativamente rígido de columnas donde se concentran las cargas. En consecuencia, se aumenta la capacidad de carga por fricción. El volumen desplazado añadido a la vibración de la hinca, son los responsables de la densificación del terreno circundante. Con este efecto se mejora la resistencia del terreno y se reducen los asientos totales y diferenciales. Además, limitan el riesgo de licuación. La profundidad no suele pasar de 20 m.

Figura 2. Efecto del pilote de compactación

El cimiento no se apoya directamente sobre el pilote de compactación, sino sobre el conjunto del terreno densificado. También se puede hincar, mediante vibración o golpeo, un tubo con un tapón en su parte inferior. Una vez llega a la profundidad requerida, se rellena el orificio con material granular que se compacta por tongadas a la vez que se extrae la tubería, quedando el tapón en el terreno, formando un pilote de arena compactada.

Los pilotes de compactación se suelen utilizar bajo las mismas condiciones estructurales y subterráneas de la vibroflotación y Terra-Probe. No obstante, los resultados son mejores para un terreno de arenas flojas que la vibroflotación para un mismo espaciamiento entre puntos de tratamiento.

A continuación os dejo un vídeo donde se puede observar el proceso de hincado de un pilote prefabricado.

Referencias:

DAS, B. M. (2001). Principios de ingeniería de Cimentaciones. 4ª edición, International Thomson Editores, México, pág 575.

DELGADO, M. (1999). Ingeniería de cimentaciones: Fundamentos e introducción al análisis geotécnico. 2ª Edición, Alfaomega Grupo Editor, México.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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