EQUIPOS DE COMPACTACIÓN

ESTUDIANTE: JHON ESPINOZA BALVINCURSO: CAMINOS IIPROFESOR: WILDER GRANDES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE VIALIDAD Y GEOMÁTICA

CICLO2015 - II

1. COMPACTACIÓN DE SUELOS1.1 Definición

Procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar vacíos, mediante la expulsión de aire de los poros (no se logra expulsar el agua de los hueco) con el objetivo de mejorar sus propiedades de ingeniería del suelo

1.2 Ventajas

• Aumenta la capacidad portante

• Reduce los asentamientos• Reduce la permeabilidad

1.3 Desventajas• Aumento del potencia de

hinchamiento con la humedad (heladas).

• Compactación intensa produce que sea muy susceptible al agrietamiento

Considerar el valor de la densidad como una medida del grado de compactación alcanzado (100%, 90%, 80%...)

2. METODOLOGÍA DE COMPACTACIÓN2.1 Compactación estática o presión

La compactación se logra utilizando una máquina pesada, cuyo peso comprime las partículas del suelo, sin necesidad de movimiento vibratorio.• Por ejemplo : Rodillo

Estático o Rodillo LisoDepende• Peso operacional• Ancho del tambor

Se usa cuando• Mezcla fácil de

compactar• Capas delgadas

2.2 compactación por impacto

La compactación es producida por una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad.

• Por ejemplo : Un apisonador

Se usa cuando• Pisones, para áreas

pequeñas.• Bacheo.• Instalación de tuberías de

agua y desagüe.

2.3 compactación por vibración

La compactación se logra aplicando al suelo vibraciones de alta frecuencia

• Por ejemplo : Placa o rodillos vibratorios.

Producen una disminución o casi suprimen el rozamiento entre los granos, teniendo una acción notable en la profundidad mas no así en la superficie.

Se usa cuando• Los suelos más

apropiados son los granulares

• Se puede trabajar con capas de mayor espesor.

GP y GW 60cm Recomendable 20cm

2.4 Compactación por Amasado

La compactación se logra aplicando al suelo altas presiones distribuidas en áreas mas pequeñas que los rodillos lisos.

• Por ejemplo : Un rodillo “Pata de Cabra”

Concentran su peso sobre un conjunto de vástagos => ejercen presiones estáticas en los puntos de penetración en el suelo.

Se usa cuando• Útil para rotura y

disgregación de los grumos.

• Para unir distintas capas• Eliminar la tendencia a

la laminación.• Son apropiados para

suelo finos (cohesivos)

3. FACTORES QUE INFLUYEN 3.1 Energía de compactación

Proctor (1933) definio;• Peso unitario seco• Contenido de agua • Tipo de suelo• Energía de

Compactación)

3.2 Variables que afectan al proceso

• Tipo de suelo• Variaciones del suelo

dentro de la obra• Tamaño de la obra a

ejecutar• Especificaciones de

compactación del proyecto• Tiempo disponible para

ejecutar los trabajos• Equipos que ya se posea

antes de comenzar los trabajos

• Economía

En campo (difícil de evaluar)• Presión• área de contacto

rodillo/suelo• espesor de la capa• nº de pasadas del

equipo

3.3 Relación Humedad-Densidad: Ensayo Proctor

Existe en cada suelo una humedad óptima que permite alcanzar la máxima compactación.

• Menor que el óptimo el proceso de compactación es difícil, debido a la rigidez del suelo y a la reducción del agua.

• Mayor que el óptimo, el agua ya no tiene acción lubricante, sino que contribuye con su volumen a la separación de las partículas del suelo.

Densidad máxima

Densidad Próctor

Suelos cohesivos Próctor estándar ASTM-698Suelos no cohesivos Próctor modificada (mayor energía), ASTM-1557

3.4 Pruebas IN SITU

Método del Cono de ArenaUn cono con granos de arena uniformes se coloca sobre el agujero y éste se llena con arena

Método del Densímetro NuclearOpera con el principio de que los suelos densos absorben más radiación (rayos Gamma) que los suelos sueltos

3.5 Porcentaje de Compactación

% compactación = densidad seca obtenida en obra x 100 densidad seca obt. en laboratorio • Se debe tener en cuenta el tiempo que demora

el proceso de compactación, ya que la evaporación del agua es apreciable en ciertos climas.

La compactación alcanzada en obra o sea su densidad seca debe compararse con la densidad seca máxima obtenida en laboratorio (Proctor).

4. ELECCION DEL MÉTODO

La elección del método de compactación ( equipo ), depende de:

1. Tipo de Suelo2. Variaciones del suelo dentro de la obra3. Tamaño e importancia de la obra a ejecutar4. Especificaciones de compactación del proyecto :Densidad, humedad óptima, Tamaño del sitio, Nº de pasadas.5. Tiempo disponible para ejecutar el trabajo6. Equipo que ya se posea antes de comenzar los trabajos7. Economía

4.1 Suelos Granulares

Se compactan mejor por vibración. La vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las partículas caigan libremente por su propio peso.

• Placas y rodillos vibratorios

• Masas desde altura (compactacion dinámica )

4.2 Suelos Cohesivos

Se compactan mejor por amasado e impacto.La tendencia de los suelos es combinarse, formando laminaciones continuas con espacios de aire entre ellas, impidiendo que caigan partículas en los vacíos con la vibración. La fuerza de impacto produce un esfuerzo de cizalle que junta las laminaciones ,oprimiendo las bolsas de aire hacia la superficie.• Pisones• Rodillo Pata de Cabra y

Neumático• Circulación adecuada del

equipo de transporte

4.5 Elección del Equipo de Compactación

• 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

• La densidad de un suelo sometido a compactación disminuye con la profundidad al aumentar el espesor de la capa. Esta disminución no influye en capas de hasta 20 cms.

• En general se tiene un aumento considerable de la densidad entre una y seis pasadas, que se va haciendo mas lento para las pasadas siguientes

RANGO DE TIPO DE SUELO PARA EQUIPO DE COMPACTACION

Piedra Arena100%

Arena/arcilla100%

Arcilla100%

Vibratorio

Llantas 50 ton.

Pata de cabra

Rodillo Liso Rodillo Liso

SELECCIÓN DEL EQUIPO DE COMPACTACION

la selección del equipo de compactación apropiado al tipo de suelo esta determinada por el espesor de la capa a compactar y por el numero de pasadas. si después con el equipo seleccionado no se consigue la densidad requerida de un espesor de capa después de 4 ú 8 pasadas, debería cambiarse por un equipo mas pesado o un metodo diferente.

Material Espesor de capa (plgs)

Pasadas Tipo de compactador

Grava 8-12 3-5 Pisones vibratorios, liso vibratorio, neumático, pata de cabra

Arena 8-10 3-5 Pisones vibratorios, liso vibratorio, neumático, liso estático

Limo 6-8 4-8 Pisones vibratorios, pisones, neumático, pata de cabra

Arcilla 4-6 4-6 Pisones vibratorios, pisones, pata de cabra

SELECCIÓN DEL TIPO DE MÁQUINA EN FUNCIÓN DEL TIPO DE SUELO SEGÚN LA CLASIFICACIÓN AASHTO ( Dujisin y Rutland, 1974 )

• 1 Excelente• 2 Bueno• 3 Regular• 4 Deficiente• 5 Inadecuado

SELECCIÓN DEL TIPO DE MÁQUINA EN FUNCIÓN DEL TIPO DE SUELO SEGÚN LA CLASIFICACIÓN SUCS

5. TIPO DE COMPACTACIÓN: “POR AMASADO”

5.1 RODILLO PATA DE CABRA

• Tipo CA25• Tipo Ti25

• Autopropulsados:con hoja delanterasin hoja delantera

• De tiroTipo CA25

Tipo Ti25

Efecto del equipo sobre el suelo• Mejor resultado sobre suelos finos cohesivos.• La concentración de presión de los vástagos es útil

para la rotura y disgregación de los grumos.• Buenos resultados para unir distintas capas,

elimina la tendencia a la laminación.• A medida que aumenta el nº de pasadas,

disminuye la penetración

• Siempre queda la superficie distorsionada, pero se compacta bajo la siguiente capa.

• La presión en el tiempo: no es uniforme, es máxima cuando el vástago está vertical.

Forma del vástago:

Penetración del vástago:Entre 20 - 50 % es eficiente la operación; dicho valor depende de la plasticidad del suelo, mayor penetración se adhiere material al vástago

Presión de contacto:• mediante un nº de

pasadas conveniente

• La compactación no depende de la presión.

• Existe un valor mínimo: 8 kg/cm2.

Área del vástago:• Aumentado el área de contacto y el peso máximo,

se reduce el nº de pasadas.• Si se excede la sección del vástago, el equipo

puede no llegar a la presión mínima de compactación.

• Si aumento el peso y el largo del vástago => se compacta capas de mayor espesor

• Se necesita una separación mínima del vástago para conservar el equipo limpio.

Velocidad de marcha• Si aumenta la velocidad aumenta el rendimiento.• Efecto de impacto, al avanzar el equipo aplica un

esfuezo dinámico sobre el suelo.• Sólo se logra con un rodillo autopropulasado, que

opera con velocidad de hasta 25 km/h.

Espesor de la capa compactada:• Disminuye la

compactación con la profundidad compactación.

• Menor presión, mas rápidamente disminuye el grado de compactación con la altura.

Radio de Giro

6.3 mts

Angulo de dirección

40°Especificaciones Comunes:

6. COMPACTACIÓN POR PRESIÓN ESTÁTICA

6.1 RODILLOS LISOSSon utilizados para materiales que no requieren concentraciones elevadas de presión (no cohesivos). suelos granulares con pocos finos.

• Espesor de la capa: 10 – 20 cm

Remolcados:• Rodillos Cilindros montados en

un marco remolcado.• Se pueden lastrar ya sea con

arena húmeda o agua.Autopropulsados:• Constan de uno a dos rodillos. Rodillo Liso Tándem

Rodillo Liso

• Estos se disponen en uno o dos ejes.• Generalmente tienen una plataforma para ser

lastrados.• Se usan para suelos granulares con finos poco

plásticos, en donde no existan grumos para disgregar

Ventaja de estos frente a los pata de cabra:• Pueden compactar capas más gruesas• A mayor velocidad

Implica:• Ventaja económica• Material grueso de mayor tamaño

6.2 RODILLOS NEUMÁTICOS

Compactador Neumático CP132

Raspadores en

cada ruedaMantiene el neumático libre de asfalto durante la operación

Tanque de agua 500lts

Sistema de aspersión de agua presurizado

Especificaciones del equipo

llantas delanteras y traseras se deben superponer ligeramente (espacio libre entre ruedas 2/3 de la huella)

Efecto de la Presión de inflado para diferentes suelos

No sirve incrementar la presión de inflado sin incrementar la carga por rueda ya que reduce el área de contacto.

Conviene emplear equipos que al principio transmitan presiones bajas, luego ir aumentado la presión

los autopropulsados están provistos de un dispositivopara variar la presión de inflado, sin interrumpir el proceso de compactación (entre 2 - 8 kg/cm2).

6.3 COMPACTACIÓN POR VIBRACIÓN

• Son del tipo hidráulico pulsativo• También de masas

desbalanceadas• Estos proporcionan un efecto

vibratorio al elemento compactador

• Los suelos más apropiados son los granulares

• El contenido de agua óptimo es bastante menor

• Se puede trabajar con capas de mayor espesor

Comparación con/sin vibración

Especificaciones comunes

7. COMPACTACIÓN POR IMPACTO

Compactación por impacto, placa que golpea el suelo a alta velocidad.

• Pisones, para áreas pequeñas

• Rodillos apisonadores, semejantes a los de pata de cabra, pero operando a altas velocidades.

Pisón

8. RENDIMIENTO DEL EQUIPO DE COMPACTACIÓN

La cantidad de material que puede ser compactado por un determinado rodillo se puede determinar de una manera aproximada por la formula:

𝑅=𝑉 .𝐸 .𝐷 .𝐴

𝑁∗1000

Donde:R = Metros cúbicos de material suelto compactado en una hora.V = Velocidad, en kilómetros por hora, de la maquina que compacta.E = Eficiencia de la operación, aproximadamente 0.83.D = Profundidad, en metros, de la capa de material suelto.A = Ancho efectivo del rodillo compactador, en metros.N = Número de pasadas necesarias para compactar.

La cantidad de metros cúbicos de material suelto que un rodillo puede compactar por hora, puede calcularse:

𝑹=𝑬𝒙𝟔𝟎 𝒙𝑽𝒙𝑨𝒙𝑯

𝑵

Donde:R = m3 de material suelto por horaE = factor de eficiencia de trabajoV = velocidad de recorrido en metros por minutoA = ancho efectivo del rodillo, en metros.H = espesor de la capa de material suelto en mts.N = número de pasadas del rodillo.60 = minutos de una hora.

metros cúbicos o metros cuadrados de superficie compactada

PARA RODILLOS MOTORIZADOS E = 0.80PARA RODILLOS TRACTADOS E = 0.70

9. RECOMENDACIONES PARA OPTIMIZAR LOS RENDIMIENTOS

Como orientación: con el máximo contenido de humedad de los suelos. • Rodillos pata de cabra_23cm_95%_10 a 12 pasadas_3.8 a

5.6km/h• Rodillo 3 ruedas de 10t_10cm_75%_3 pasadas_3.2 a 4.5

km/h• Rodillo tándem_10cm_75%_2 o 4 pasadas

Pasadas, traslape (montadas)• Cada pasada de be montar al anterior mas o menos 30cm• Se rodilla de las cunetas hacia el centro

Los rodillos no deben dar vueltas en la superficie que se trata de compactar, sino cuando sea absolutamente necesario y esas vueltas deben hacerse lentamente.

El CBR del suelo y su aplicación en carreteras• resultados que pueden ser modificados de acuerdo a

la prueba real de laboratorio de acuerdo al tipo de suelo:

• Es un índice empleado para expresar las características de Resistencia y Deformación de un suelo.

• La prueba se realiza para evaluar el material de subrasante y se correlaciona con el comportamiento del pavimento.

• Se realiza saturando una muestra para simular las condiciones más desfavorables de drenaje y expansividad

Rangos (en %) Clasificación de suelos

100 a 80% Excelentes materiales para base

80 a 50% Buenos materiales para base

50 a 30% Buenos materiales para sub-base

30 a 20% Muy buenos materiales para subrasante

20 a 10% Buenos a regulares materiales para subrasante

10 a 5% Regulares materiales para subrasante

5% Aceptables materiales para subrasante

Menores a 5% Muy malos materiales para subrasante

Clasificación de suelos

LA COMPACTACIÓN ES EL ALMA DE LA CARRETERA.

GRACIAS!