compactación de suelos - eva.fing.edu.uy · pdf filede suelos patricia vila ... nº...

Compactación Compactación de suelosde suelos

Patricia Vila

Noviembre 2013

Procedimientos de Procedimientos de

Construcción Construcción Para Obras Viales y SuelosPara Obras Viales y Suelos1

Equipo compactación 8 Mulas de Fuerza.

(http://geojuanjo.blogspot.com)

ContenidoContenido

� Generalidades

� Factores que influyen en el proceso

� Tipos de equipos utilizados

� Algunos Comentarios

2

Equipo de compactación motorizado

Bibliografía recomendada: Consideraciones sobre Compactación de suelos en obras de infraestructura de trasporte. Instituto Mexicano del Trasporte.

GeneralidadesGeneralidades

Suelo formado por:

� Partículas (tamaño y forma variada)

� Espacio entre partículas:

◦ Agua

◦ Aire

Partículas en estado suelo ocupan

mayor volumen a consecuencia del elevado porcentaje de aire.

Si se comprimen, se hace más compacta, disminuyendo el volumen que ocupan.

3


� Ventajas de compactar un suelo:

◦ contacto más firme entre partículas.

◦ las partículas de menor tamaño pasan a ocupar los vacíos formados por las

de mayor dimensión.

◦ ↑ capacidad soporte y estabilidad.

◦ Nº de vacíos reducido al mínimo => la capacidad de absorber agua

quedará reducida.

4


5

Aumenta capacidad soporte del suelo

Reduce asentamientos en el terreno

Reduce permeabilidad y escurrimiento

Ventajas de compactar un suelo:sin con

sin con

sin con

� ¿Cómo se cuántifica la compactación del suelo?

x DENSIDAD

� Se tiene una masa de 1 kg de un mismo pmaterial:

6

V1V2 V3

1Kg 1Kg 1Kg

suelto 10 golpes 25 golpes



Con diferentes % de humedad W:

7

1Kg 1Kg 1Kg

W1= 0 % W3= 20 %W2= 5 %

V1 > V2 < V3

V1V2 V3

W2 es la mejor, ya que:

◦ con W1 el pisón rebota. ◦ con W3 la energía de compactación se disipa por el agua.

¿Qué pasa con las arenas?¿Qué pasa con las arenas?

� 1 kg. de arena al 0 de humedad

� 1 kg. de arena al 5% de humedad

¿Cómo es V1 en relación a V2 ? V2 > V1 el agua se intercala entre las

partículas, pero no moviliza ni acompoda a las particulas.

-----

� 1 Kg de arena al 23 % humedad

� ¿Cómo es V2 en relación a V3 ? V3 < V2 => la arena se inunda

¿Cómo es V3 en relación a V1? V3 < V1 => la compactación de las

arenas se realiza por inundación .

8

Factores que Factores que influyeninfluyen

9

�� Tipo de Tipo de suelo: suelo: determina la técnica utilizada

◦ En Uruguay se utiliza la norma AASHO:

Suelos Granulares y Suelos Cohesivos.

Suelos Cohesivos: fundamental el grado de plasticidad del mismo.

Factores que influyenFactores que influyen

�� Método de compactaciónMétodo de compactación

◦ En laboratorio: x Impacto

Cargas estáticas (para arenas)

En Uruguay se utiliza el método por impacto en todos los suelo, salvo en los A3

(arenas) en los cuales se utiliza los de carga estática.

◦ En el campo (según el equipo empleado):

Rodillo liso

Rodillo neumático

Rodillo vibratorio

Pata de cabra

10


�� Energía específica:Energía específica:

Energía entregada al suelo por unidad de volumen durante el proceso mecánico

◦ En el laboratorio: por impactos dados con un pistón

aplicación de presión estática

◦ En campo (difícil de evaluar), depende de:

◦ presión

◦ área de contacto rodillo/suelo

◦ espesor de la capa

◦ nº de pasadas del equipo

11


�� Ensayo Proctor:Ensayo Proctor:

� En un molde cilíndrico se compacta suelo con un pisón ,

con un determinado nº de capas y de golpes. El pisón se

deja caer desde una altura determinada .

� Se determina el peso unitario seco resultante.

� El procedimiento se repite para un número determinado

(5) de contenidos de agua (por lo general 5).

� Se determina la Curva de Compactación .

12


�� Curva de Compactación:Curva de Compactación:

13

Se determina la densidad Se determina la densidad

seca máxima: seca máxima: γ dmáx en lab.

Rama Seca: El agua se encuentra de forma capilar, produciendo atracciones interarticular. Grumos difícilmente disgregables.

Rama Húmeda:El agua ocupa lugares vacíos entre partículas, ésta no se desplaza instantáneamente y empezará a absorber parte de la energía aplicada.

Compactación en laboratorioCompactación en campo con Pata de Cabra.


14

�� Ensayo Proctor Estandar.Ensayo Proctor Estandar.

�� Ensayo Proctor Modificado:Ensayo Proctor Modificado:

(Mayor energía aplicada)(Mayor energía aplicada)

�� Compactación en campo: Compactación en campo:

diferente energía que en diferente energía que en

laboratorio. laboratorio.


�� Ensayo Proctor Ensayo Proctor para diferentes para diferentes tipos de suelo:tipos de suelo:

15


16

Para la aceptación, se exige un grado mínimo de

compactación, como ser el 90, 95%.

�� Ensayo de Cono Arena en situ:Ensayo de Cono Arena en situ:

Se hace un hueco en el suelo, de forma

cilíndrica, se pesa el suelo extraido,

humedo y seco. Se llena de arena el hueco

(de densidad conocida) y se determina su

volumen.

Se determina la densidad en Campo: γcampo

Grado de compactación = γcampo/ γ dmáx en lab.


�� Contenido de agua original del sueloContenido de agua original del suelo

◦ En general los materiales en “situ” tienen la Wópt.

◦ Dificultad (en suelos finos) para llevarlo al contenido

óptimo.

�� Otras variables:Otras variables:

◦ Nº y espesor de las capas en las que se extiende el material.

◦ Nº de pasadas del equipo

17

Operaciones básicasOperaciones básicas

18

En laboratorio:determinar densidad máx.y humedad óptima

Compactación del terreno.

Controlar la densidad

alcanzada en el terreno.

� Existen diferentes tipos, según el material que se deba compactar.

� Diferentes formas de aplicar la energía de compactación.

◦ Presión Estática: esfuerzos verticales que comprimen el suelo

◦ De amasado: esfuerzos en al menos dos direcciones, aireación del suelo

◦ De impacto: onda de presión hacia abajo

◦ Vibratorio: sucesión rápida de impactos que reducen el rozamiento

interno entre partículas

19

Equipos de compactaciónEquipos de compactación

Tipo de compactación: “por Amasado”Tipo de compactación: “por Amasado”

RODILLO PATA DE RODILLO PATA DE CABRA:CABRA:

◦◦Tipo Tipo CA25CA25

◦◦Tipo Ti25Tipo Ti25

20

Tipos de equiposTipos de equipos

Pata de CabraPata de Cabra

◦ para suelos: A4 - A7 (suelos finos y plásticos, arcillas y limos)

� Existen dos tipos:

◦ autopropulsados:

� con hoja delantera

� sin hoja delantera

◦ de tiro

◦ Concentran su peso sobre un conjunto de vástagos => ejercen

presiones estáticas en los puntos de penetración en el suelo.

21


�� Efecto del equipo sobre el sueloEfecto 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.

Últimamente se ha combinado la acción de rodillo pata de cabra

con la vibración para incrementar la concentración de fuerza.

22

Pata dePata de CabraCabra

� A medida que aumenta

el nº de pasadas,

disminuye la penetración

=> no hay

compactación adicional.

23

Pata dePata de CabraCabra

� 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:

24


� La compactación progresa de la capa del suelo de abajo hacia arriba

=> el espesor de cada una no puede superar en exceso la longitud del

vástago (20 - 25 cm).

� Produce una distribución uniforme de energía de compactación en

cada capa y una buena liga entre capas sucesivas.

� 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.

25

Pata de Cabra Tipo CA25Pata de Cabra Tipo CA25

26


27


28


29

Pata de Cabra Tipo Ti25Pata de Cabra Tipo Ti25

30

Pata de Cabra Tipo Ti25Pata de Cabra Tipo Ti25

31

Pata de Cabra con Hoja Delantera Pata de Cabra con Hoja Delantera

32

�� Efecto Efecto del nº de del nº de pasadas:pasadas:

En suelos de mayor cohesión

disminuye mas rápidamente el

incremento del peso específico

por pasada.

33


Compactación con Pata de Cabra


�� Presión de contacto: Presión de contacto:

mediante un nº de pasadas

conveniente, la compactación no

depende de la presión. Existe un

valor mínimo: 8 kg/cm2.

34


�� Área del vástago: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 => Lastrado con agua.

� Se necesita una separación

mínima del vástago para conservar

el equipo limpio.

35

�� Espesor de la capa compactada:Espesor de la capa compactada:

Disminuye la compactación con la profundidad de compactación.

Menor presión, mas rápidamente

disminuye el grado de compactación

con la altura.

36



�� Velocidad de marchaVelocidad 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.

37

38

SEGUNDA PASADA

PRIMERA PASADA

4,4

m


39

Los cilindros frontales son oscilantes.La lámina es solidaria al eje trasero, actuando siempre nivelada.

Todos los cilindrosson mantenidos encontacto con el sueloasegurando la máximatracción y estabilidad..

Cada cilindro está equipado con dos conjuntos de Cada cilindro está equipado con dos conjuntos de raspadores.raspadores.

40

Los raspadores son fáciles de ajustar y

están ubicadosentre las hileras de los pisones con el fin de mantener

los cilindros siempre limpios.

Bastidor articulado, dirección hidrostática y sistema decontrol de lámina con excelente maniobrabilidad.

41

Ángulo de dirección de 40ºpara cada lado.

Radio de Giro:Radio de Giro:6.3 6.3 mtsmts

42


Visibilidad del área de trabajo y Visibilidad del área de trabajo y de las extremidades de la lámina.de las extremidades de la lámina.

43

44


Especificaciones Comunes:Especificaciones Comunes:

Pata de CabraPata de Cabra�� Combinación con otros equiposCombinación con otros equipos

◦ Superficialmente éstos dejan un porcentaje de vacías mayor que

otros equipos, ya que tienen un menor cubrimiento de la superficie

=> se combina con otro equipo.

◦ Luego de que la penetración de los vástagos no supera los 10 cm,

se termina con un rodillo vibratorio; lisos y/o pata de cabra, y/o

neumáticos pesados.

◦ Finalmente puede convenir: alguna pasada de rodillo neumático ya

que el mismo tiende a sellar la superficie, o si no con

motoniveladora.

45

Compactación por Compactación por Presión EstáticaPresión Estática

�� RODILLOS LISOSRODILLOS LISOS

�� RODILLOS NEUMÁTICOSRODILLOS NEUMÁTICOS

46

Tipos de equiposTipos de equipos

Rodillo LisoRodillo Liso

47


48

Rodillo Rodillo Liso. TándemLiso. Tándem

49

Rodillo Liso TándemRodillo Liso Tándem

50

◦ 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.

Son utilizados para materiales que no requieren concentraciones

elevadas de presión (no cohesivos) ⇒ suelos granulares con

pocos finos.

51


� El efecto de la compactación se reduceconsiderablemente a medida que se profundiza en la capa.

52


� Sí se utiliza en arcillas y limos plásticos ⇒ es común

que se presenten fracturas en la parte superior de la

capa por excesiva compactación en comparación al

lecho inferior. => NO ES RECOMENDABLE SU

USO.

� Espesor de la capa: 10 – 20 cm

53


Rodillos NeumáticosRodillos Neumáticos

54

� Estos se disponen en uno o dos ejes.

� Generalemte tienen una plataforma para

ser lastrados.

� Pueden ser:

◦ remolcados

◦ autopropulsados


� 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:

◦ que pueden compactar capas más gruesas

◦ y a mayor velocidad

� Implica:

◦ ventaja económica

◦ y material grueso de mayor tamaño

55

◦ Aplica a la superficie la misma presión en todas las pasadas.

◦ Superficie de contacto depende de:

� peso del rodillo

� presión de inflado

◦ Aplicación uniforme de presión ⇒ las llantas delanteras y

traseras se deben superponer ligeramente (espacio libre entre

ruedas 2/3 de la huella)

56


57

Compactador Neumático CP132Compactador Neumático CP132

5 Ruedas delanteras oscilantes5 Ruedas delanteras oscilantes4 Ruedas traseras en el eje rígido4 Ruedas traseras en el eje rígido

La distribución de las ruedas hacen que lasruedas traseras compacten las áreas no compactadas por lasdelanteras

Influencia del espesor de la capa Influencia del espesor de la capa

y el contenido de agua:y el contenido de agua:

58



59

Para la compactación de

mezclas asfálticas.

Ideal también para

la compactación

de bases,

sub-bases y

suelo-cemento.

1m 1m

1m1m

®

60

Frente/ Atrás: 1x1m

Visibilidad Visibilidad del operadordel operador


61

Mantiene el neumático libre de

asfalto durante la operación


Raspadores en cada rueda

62

Tanque de agua con

capacidad para 500 lts.


Sistema de aspersión Sistema de aspersión de agua presurizado.de agua presurizado.

63

Sistema de Lastrado Modular permite

combinación de peso, adaptando la maquina a

las condiciones de trabajo de compactación.


64

RodillosRodillos Combinados: NeumáticoCombinados: Neumático--Liso Liso

Ruedas neumáticas recubiertas para

disminuir pérdida de calor en aplicación mezclas asfálticas

Rodillo NeumáticoRodillo Neumático

65

�� Efecto del nº de pasadas y de la presión de Efecto del nº de pasadas y de la presión de

inflado. inflado.

� Si el contenido de humedad es menor al

óptimo la densidad aumenta con el nº de

pasadas.

� Si disminuye la humedad de compactación :

◦ El incremento de presión ejerce mayor

efecto.

◦ El aumento del nº de pasadas ejerce mayor

efecto. Grado de compactación para % de humedad y nº de pasadas(16, 8 y 4 pasadas)

Rodillo NeumáticoRodillo Neumático

� No sirve incrementar la

presión de inflado sin

incrementar la carga por rueda

ya que reduce el área de

contacto.

66

Efecto de la Presión de inflado Efecto de la Presión de inflado

para diferentes suelospara diferentes suelos..

Rodillo Rodillo NeumáticoNeumático

� El equipo debe dar

mayor densidadad en

la superficie de la

exigida.

67

Eficiencia del equipo según el Eficiencia del equipo según el

espesor de la capa tendidaespesor de la capa tendida..

Rodillos NeumáticosRodillos Neumáticos� Conviene emplear equipos que al principo transmitan

presiones bajas, luego ir aumentado la presión:

los autopropulasdos están provistos de un dispositivo

para variar la presión de inflado, sin interrumpir el

proceso de compactación (entre 2 - 8 kg/cm2).

68

Compactación por vibración Compactación por vibración

� Del tipo hidraulico pulsatitivo

� O, masas desbalanceadas

� Estos proporcionan un efecto vibratorio al elemento

compactador

� Los suelos más apropiados son los granuales

� El contenido de agua óptimo es bastante menor

� Se puede trabajar con capas de mayor espesor

69

Compactación por vibraciónCompactación por vibración

� Tipos:◦ de placa◦ rodillos:� tiro o autopropulsados� lisos o pata de cabra

70

Plancha Vibratoria


71

Rodillo Vibratorio de

Tiro

Rodillo Vibratorio

Pata Cabra

Comparación Comparación con/sin vibración:con/sin vibración:

72


Compactación por impactoCompactación por impacto

� Compactación por impacto, placa

que golpea el suelo a alta

velocidad.

� Son:

◦ Pisones, para áreas pequeñas

◦ rodillos apisonadores, semejantes a los

de pata de cabra, pero operando a altas

velocidades.

73

Pisón

Depende de:de:

Tipo de suelo

Variaciones del suelo dentro de la obra

Tamaño de la obra a ejecutar

Especificaciones de compatación del proyecto

Tiempo disponible para ejecutar los trabajos

Equipos que ya se posea antes de comenzar los trabajos

Economia

74

Elección del métodoElección del método

Suelos granulares: Suelos granulares: Se compactan mejor por vibración. La

vibración reduce las fuerzas de fricción, dejando que las particulas

se acomoden por su propio peso.

Suelos cohesivos: Suelos cohesivos: se compactan mejor por amasado e impacto.

La tendencia de estos suelos es a laminarse y agrumarse, por lo

que vástagos penetrando en el mismo son la mejor opción para su

compactación.

75


76


Comentarios GeneralesComentarios Generales

�� Recepción de una Recepción de una capa:capa:

Grado de compactación = γd campo/ γd máx en lab.

Amplio uso, pero es inadecuado para evaluar la calidad lograda.

Ejemplo:

◦ suelos en diferentes condiciones pueden tener igual grado de compactación.

◦ Exigencias del grado de compactación en las diferentes capas.

77

Wopt no es una cte. básica

del suelo => ¿como sé en

campo cuánto es?

Mediante terraplenes de

prueba

78


� ¿Qué pasa en los bordes de los terraplenes?

◦ El equipo no se puede acercar demasiado al borde

◦ Falta de confinamiento lateral

=> sobreancho al terraplen

79


� ¿Si no se llega al grado de compactación exigido?◦ Diferentes Suelo, Suelos blandos o

◦ napa freática cerca => falta de apoyo al equipo en las primeras

capas de base, ¿cómo se soluciona? => ¿desmonte del terreno

natural? No es aconsejable, ya que por lo general:

◦ ss gran volumen de material => resulta antieconómico

◦ a consecuencia de la napa freática, la excavación solo empeora el

problema.

80


�� ¿Como se resuelve ¿Como se resuelve el problema de la NF el problema de la NF ??

◦ drenando y bajando la cota de la napa freática

◦ Se construye una plataforma de material granular sobre la

cual se trabaja. De ésta se pierde material y además no se le

exige grado de compactación.

81


compactación de suelos - eva.fing.edu.uy · pdf filede suelos patricia vila ... nº...

Documents