1 INTRODUCCION.-
A continuación hablaremos sobre la maquinaria usada por la compactación, entendiendo por compactar la acción de aplicar durante la construcción del relleno, la energía necesaria para producir una disminución apreciable del volumen de huecos del material empleado y por tanto del volumen total del mismo. Diferenciándose de la consolidación, en que esta, aunque también disminuye el volumen de huecos dicha reducción no se consigue durante la ejecución de los terraplenes, terraplenes, etc., sino en el transcurso de un plazo de tiempo relativamente largo y debido a perdida de agua intersticial, por efecto de cargas de servicio móviles o fijas, por agentes atmosféricos, etc. La necesidad de compactar apareció no hace aun muchos años debido a la urgencia urgencia de utilizar utilizar las obras inmediatament inmediatamente, e, sin tiempo para que el tráfico tráfico o los agentes atmosféricos produjesen los asientos definitivos. Por Por tant tanto, o, los los sist sistem emas as de comp compac acta taci ción ón se han han ido ido desa desarro rrollllan ando do paralelamente a la mecanización de las obras, ya que la aplicación de la energía necesaria exige una maquina adecuada en potencia y movilidad, pare cada caso. El problema se presenta porque la energía de compactación necesaria en cada caso no es solamente diferente, sino que también lo es el modo como dicha energía debe ser transmitida al terreno. La energía debe ser transmitida al terreno. Esta es la raz6n de que existan hoy día en el mercado diferentes tipos de maquinas compactadoras, y como consecuencia, la dificultad inherente de elegir en cada cave el modelo mas id6neo. No quiere decir esto, un terraplén con una maquina de un tipo u otro quede mejor o peor compactado. Con cualquier maquina, por poco específica que esta sea, podemos obtener una compactación satisfactoria. Lo que ocurrirá e s que gas tare más mucha energí energía a de compa compacta ctació ción n y como como consec consecuen uencia cia 16gica 16gica mas tiempo tiempo,, mas dinero, etc., si no elegimos la maquina adecuada. Por lo tanto el problema mas importante en la compactación es elegir la maquina adecuada pare cada trabajo. Para dicha elección tenemos hoy día unas unas ideas ideas genera generales les,, consec consecuen uencia cia de ensayo ensayoss prácti prácticos cos mas o menos menos guiados por teorías, que nos permiten de entrada y a la vista de las principales caract caracterí erísti sticas cas del materia materiall a compa compacta ctar, r, decidir decidir el tipo tipo de maquin maquinas as mas id6neo. Los factores principales que influye n en la capacidad de compactación de los suelos, son la composición granular y el contenido de humedad. Dentro de la composición granular, lo mas importante es el tamaño del grano, mucho mas —incluso— que la composición del mismo. El contenido de humedad es el otro factor importante en la compactación. Se determine el valor mas favorable mediante el ensayo Proctor, que nos da la relación entre el contenido de humedad y la densidad del terraplén. Así vemos que la densidad seca máxima crece con la energía de compactación. La humedad 6ptima depende de la energía utilizada pare compactar. El agua al
actuar como lubricante de las partículas facilita una mejor imbricación entre ellas, pero si hay exceso de la misma, parte de la energía de compactación se pierde en expulsar el agua, por lo que aparece 16gicamente la existencia de un porcentaje 6ptimo, que es necesario determinar en cada caso. Ahora bien, como la correcci6n de humedad de un material es difícil y costosa, conviene evitarla, siendo preferible utilizar energías de compactación elevadas que permitan conseguir densidades secas superiores en un campo de humedades mas amplio. Hay de todas formas suelos que presentan mas o menos dificultad de compactar. Entre los primeros están los cohesivos en general, los de granulometria uniforme, no cohesivos o débilmente cohesivos, con un coeficiente de desigualdad pequeño, rocas ligeras y rocas pesadas. Entre los suelos fáciles, tenemos las arenas bien graduadas no cohesivas o poco cohesivas a partir de un valor mediano de coeficiente de desigualdad, mezclas de arena y gravillas bien graduadas, no cohesivas o poco cohesivas con iguales coeficientes y, en general, todos los suelos no cohesivos o escasamente cohesivos aun con relativamente pequeñas desigualdades de grano.
2 LA PRIMERA COMPACTADORA •
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El R.U. lideraba en el desarrollo de compactadoras mecánicas, debido probablemente a la propagación rápida de los caminos de Macadam durante el siglo XIX. Las primeras apisonadoras, manufacturadas por Aveling and Porter fueron utilizadas en 1867. Éstos eran, así como las máquinas de tracción a vapor, exportados en grandes cantidades hacia los E.U. Sin embargo, se precisaba gran cantidad de trabajo para levantar el vapor, regar la máquina y moverla. Además, apareció y se difundió rápidamente el rodillo vibrante, el cual resultaba también ser más portátil. Estos factores causaron su desaparición de las carreteras europeas en los años 50.
3 Aplicaciones
Compactación del terraplen de la base y sub base en carreteras Compactación de acabado, simulación de tráfico en la carpeta asfáltica.
4 Elección demaquinaria para la compactación
La elección del equipo de compactación depende del tipo de suelo Rodillos lisos: se utilizan en gravas y arenas mecánicamente estables. Rodillos neumáticos: se usa en arenas uniformes y suelos cohesivos, humedad cercana a limite plástico. ” Rodillos “pata de cabra”:suelos finos, humedad entre 7 a 20 % por debajo del limite plástico Rodillo vibratorio: se utiliza especialmente en suelos granulares •
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5 CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS DE COMPACTACION.-
Tras estas ideas generales sobre compactaci6n, voy a pasar ahora a clasificar las maquinas compactadoras según sus diferentes principios de trabajo: 1.- Por presión estática. 2.- Por impacto. 3.- Por vibraci6n.
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POR PRESIÓN ESTÁTICA.
Las primeras trabajan fundamentalmente mediante una elevada presión estática que debido a la fricción interna de los suelos, tienen un efecto de compactaci6n limitado, sobre todo en terrenos granulares donde un aumento de la presión normal repercute en el aumento de las fuerzas de fricción internas, efectuándose únicamente un encantamiento de los gruesos. MAQUINAS QUE COMPACTAN POR PRESION ESTATICA: —Apisonadoras clásicas de rodillos lisos. —Rodillos patas de cabra. —Compactadores de ruedas neumáticas.
7 Apisonadoras clásicas de rodillos lisos. Los rodillos lisos provienen del diseño original romano que consistía en un cilindro de piedra halado por tracción animal. El rodillo liso consiste en un cilindro de acero con un determinado peso que compacta el material por presión (Ver Figura 2.6). Inicialmente, el cilindro era llevado por un tractor ú otro equipo automotriz, hasta que se diseñó el actual modelo autopropulsado. •
En estas apisonadoras la característica mas importante es la preside que ejercen sobre el terreno. Se considera un área de contacto en función
del diámetro de los rodillos, peso de la maquina y tipo de suelo, a través del cual se transmite la preside estática. Estas maquinas, aunque muy empleadas, la verdad es que su efecto de compactación alcanza muy poca profundidad en suelos coherentes. En los no coherentes, causan desgarros en la superficie, transversales a la dirección de la marcha, destruyendo de esta manera parte de su propio trabajo. Sin embargo son útiles pare el <
8 Rodillos especiales con salientes Los rodillos especiales con salientes son compactadores que consisten en un gran tambor de acero, provistos de salientes que justamente le dan su nombre. La dimensión de las salientes varía según el fabricante así como su forma. El tambor puede ser hueco y se puede aumentar de peso agregando un lastre con el propósito de producir una presión de contacto mayor. Los rodillos pueden ser unidades independientes impulsadas con un tractor de orugas o autopropulsados. Originalmente, los primeros rodillos tenían salientes con forma de pata de cabra (sheepfoot roller) y de allí nació el nombre de rodillo pata de cabra, que es el nombre como se les llama generalmente. •
Este tipo de compactador trabaja bien con suelos coherentes, sin piedras, en capes de 20 cm. Con humedad adecuada, se consiguen resultados satisfactorios en unas 8/10 pasadas. Debido a su alta preside especifica (15/30 kg/cm2) y a los efectos de amasado que producen las partes, compactan bien los suelos altamente plásticos, con poco contenido de agua e incluso pobres de aire y de vacíos.
9 Compactadores con ruedas neumaticas.Estas maquinas trabajan principalmente por el efecto de la presión estática que producen debido a su peso, pero hay un segundo efecto, debido al modo de transmitir esta preside por los neumáticos que tiene singular importancia. Las superficies de contacto de un neumático dependen de la carga que soporte y de la preside a que este inflado, pero la presión que transmite al suelo el neumático a través de la superficie elíptica de contacto no es uniforme. Por lo tanto y pare simplificar el problema se emplea el termino <
> de contacto que se obtiene dividiendo la carga sobre cada rueda por la superficie de contacto. Estas superficies de contacto se obtienen para las diferentes presiones de inflado y cargas sobre rueda, marcando las huellas de contacto sobre una placa de acero con el neumático en posición estática. •
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compactadores con ruedas neumaticas autopropulsadas.-
Equipados, generalmente, con dos ejes, con pesos normales entre 9 y 15 toneladas y con 8 hasta 13 neumáticos, son apropiados pare suelos coherentes de granulado fino y arenas y graves bien graduadas. Los que conocemos por <<13 ruedas>>, son específicos para cerrar los aglomerados asfálticos. Son maquinas complicadas que exigen entretenimiento cuidadoso; la altura de tongadas suele variar de 15 a 20 cm., y requieren 8/12 pasadas. Su velocidad de trabajo oscila sobre los 3 km./in.
11 Por impacto trabajan únicamente según el principio de que un cuerpo que choca contra una superficie, produce una onda de presión que se propaga hasta una mayor profundidad de acción que una presión estática, comunicando a su vez a las partículas una energía oscilatoria que produce un movimiento de las mismas. .MAQUINAS QUE COMPACTAN POR IMPACTO.Vamos a considerar ahora algunas maquinas de compactación que trabajan según el principio de impacto: —Placas de caída libre. — Pisones de explosión.
12 PLACAS DE CAIDA LIBRE.Se trata de unas places de hierro de superficie de contacto lisa de 0,5 m2, de forma rectangular y con un peso que oscila entre las 2 y 3 Tm., las cuales se eleven mediante cables hasta una altura de 1,5 a 2 m. sobre el suelo y se les deja caer libremente sobre el mismo. Para ello se necesita una maquina adicional tal como una excavadora, grúa, etc. •
La presión del contacto que produce la caída es muy alta y comprime en combinación con una cierta sacudida hasta los suelos pesados, rocosos. Es únicamente en la compactación de roca donde puede ser interesante.
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PISONES DE EXPLOSION.-
Este tipo de maquina se levanta del suelo debido a la explosión de su motor, que por reacción contra el mismo produce la suficiente fuerza ascendente pare elevar toda ella unos 20 cm. Al caer ejerce un segundo efecto compactador dependiente de su peso y altura de elevación.
Estos pisones son muy apropiados pare suelos coherentes, aunque también den resultado con otra clase de materiales. Son muy buenos pare la compactación de zanjas, bordes de terraplenes, cimientos de edificios, etc. La habilidad del operador es decisivo en el rendimiento y calidad del trabajo. Los pisones grandes, de 500 a 1.000 kg., 11egan a compactar incluso tongadas de unos 30 centímetros de espesor en 4 ó 6 pasadas. Estas maquinas, sin embargo, tienen un defecto grave y es el elevado numero de horas de avería por hora útil de trabajo.
14 Por vibracion. Trabajan mediante una rápida sucesión de impactos contra la superficie del terreno, propagando hacia abajo trenes de ondas, de presión que producen en las partículas movimientos oscilatorios, eliminando la fricción interna de las mismas que se acoplan entre si fácilmente y alcanzan densidades elevadas. Es pues, un efecto de ordenación en que los granos más pequeños rellenan los huecos que quedan entre los mayores. Por lo tanto, ya vemos que según sea el material, capaz de ser ordenado o no, este sistema de compactación por vibración, será más o menos efectivo.
15 MAQUINAS QUE COMPACTAN POR VIBRACION.—Placas vibrantes. —Rodillos vibratorios. Hoy día es quizá la maquina mas utilizada. En los últimos años ha sido tal eI numero de tipos y marcas disponibles en el mercado, que es casi materialmente imposible conocerlas todas. Se han empleado en la compactación de toda clase de suelos sin distinción: bases granulares artificiales, sub-bases naturales, suelo-cementos, rellenos rocosos, asfaltos, arcillas, arenas, etc., y naturalmente, el éxito ha sido variable. Hay que considerar primordialmente los efectos de resonancia. Esta es función, por una parte, de la composición o tipo del terreno, contenido de humedad del mismo, etc., y por otra, del propio vibrador. Es decir, que lo importante es la adecuación de frecuencia de resonancia del suelo y de la mesa del vibrador. Hay un rango de resonancias suelo-vibrador pare las cuales el efecto de ordenación granular y en consecuencia la compactación da mejores resultados.
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PLACAS VIBRANTES. Consisten en una plancha base que produce un golpeteo en sentido vertical, debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico accionado por un motor. Las fuerzas vibratorias engendradas son mayores que el peso de la maquina y por lo tanto la maquina se levanta del suelo en cada ciclo de rotación del plato excéntrico. El movimiento de traslación se consigue utilizando parte de la energía de vibración según la componente horizontal. •
Hay places vibrantes con alta frecuencia ( > 40 c/seg.), que funcionan muy bien con suelos cohesivos, arenas y graves, pero la capa superior de unos 5 cm. de espesor queda removida por efecto de las vibraciones sin sobrecarga. Las places con frecuencias bajas ( < 30 c/seg.) disminuyen este efecto de superficie y sin embargo en las capes profundas producen buenos resultados en suelos algo cohesivos. Estas maquinas son útiles pare trabajos pequeños, tales como relleno de zanjas, arcenes, paseos, etcétera. Sin embargo, se pueden unir 2, 3 6 más vibradores de placa en paralelo y obtener de esta manera una poderosa maquina de compactación.
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Rodillo liso vibratorio
El rodillo liso vibratorio es un rodillo liso provisto de un movimiento excéntrico en el interior del cilindro que le proporciona un movimiento vibratorio. Pueden usarse para la compactación de suelos granulares con tamaños de partículas que van desde grandes fracciones rocosas hasta arena fina. Pueden usarse en suelos semicohesivos, siempre y cuando más del 10% del material tenga un IP de 5. Los rodillos más grandes pueden ser muy eficientes en capas de roca de hasta 90 cm. También se usan para las operaciones de acabado o sellado de capas, pero con la vibración desconectada. En algunos casos se puede incluso hacer vibrar uno de los rodillos dejando el otro estático para sellar la capa.
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Discos compactadores
Para evitar los accidentes de tener un hombre trabajando en zanjas, se coloca algunas veces un disco de compactación similar a un cilindro de pisones, al brazo de una excavadora para lograr la compactación del relleno en zanjas.
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Plancha compactadora
Se usan para compactar suelos y concreto asfáltico en ubicaciones donde no pueden llegar las unidades grandes. Pueden ser autopropulsadas, tanto con diesel o gasolina. Estas unidades son clasificadas por la fuerza centrífuga, las revoluciones por minutos, la profundidad de penetración de la vibración (o espesor de capa), avance en m/s y cobertura de área por hora.
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Martillos compactadores
Estos martillos se usan para compactar suelos cohesivos o mezclas de suelos en áreas confinadas. Estas unidades tienen un rango de impacto entre 40 a 1200 m-kg por segundo, con impactos de hasta 85 golpes por minuto, dependiendo del modelo especificado.
21 Transporte La Compactadora se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, si esta sobre ruedas y la obra se encuentra cerca puede transportarse sola.
22 Mantenimiento • • •
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Plan de mantenimiento preventivo Rutinas de operación de la caja ó tolva Determinar los puntos de engrase o conexión y el tipo de lubricante a utilizar. Revisar los niveles de aceite, refrigerante, etc. Observar el estado de la cabina en cuanto a limpieza, dispositivos de seguridad. Examinar la protección de las mangueras, transmisión, suspensión, tubos de escape y silenciadores, baterías, llantas, sistema de frenado, aparcamiento y emergencia, dirección, la señalización acústica y visual. En posta se debe tener un manual de partes (repuestos).
23 Seguridad Industrial
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Nunca se debe saltar de la máquina. Utilizar los medios instalados para bajar y emplear ambas manos para sujetarse. Mantenga su máquina limpia de grasa y aceite y en especial los accesos a la misma. Ajústese el cinturón de seguridad y el asiento. En los trabajos de mantenimiento y reparación aparcar la máquina en suelo firme, colocar todas las palancas en posición neutral y parar el motor quitando la llave de contacto. Evite siempre que sea posible manipular con el motor caliente cuando alcanza su temperatura, cualquier contacto puede ocasionar quemaduras graves. Mirar continuamente en la dirección de la marcha para evitar atropellos durante la marcha atrás. No trate de realizar ajustes si se puede evitar, con el motor de la máquina en marcha. Antes de cada intervención en el circuito hidráulico hay que accionar todos los mandos auxiliares en ambas direcciones con la llave en posición de contacto para eliminar presiones dinámicas. El sistema de enfriamiento contiene álcali, evite su contacto con la piel y los ojos. Utilizar guantes y gafas de seguridad para efectuar trabajos en la batería. No suelde o corte con soplete, tuberías que contengan líquidos inflamables. No intente subir o bajar de la máquina si va cargado con suministros o herramientas.
Medio Ambiente • •
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Ruido dentro y fuera Cuando el nivel de ruido sobrepase el margen de seguridad establecido y en todo caso, cuando sea superior a 80 dB, será obligatorio el uso de auriculares o tapones. Emisión de gases (CO2, NO2) Cuando exista gran emisión de gases que afecten el sistema respiratorio se deben usar barbijos ó mascarillas. El rodillo deberá estar equipado de un asiento en perfectas condiciones, amortiguando la vibración producida durante la compactación. Frecuencia muy baja (1Hz): produce trastornos en el sistema nervioso central y puede producir mareos y vómitos. Frecuencia baja ( 1-20 Hz): provocan lumbalgias, hernias, punzamientos, dificultad de equilibrio, trastornos de visión, etc. Frecuencia alta (20-1000 Hz): provocan artrosis de codo, lesiones de muñeca, etc. Cinturón abdominal antivibratorio Con objeto de quedar protegido de los efectos de las vibraciones sobre las vísceras abdominales. Este cinturón puede cumplir la doble misión de evitar el lanzamiento del conductor fuera del tractor.
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Proveedores y Marcas
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Caterpillar Komatsu Pomac
