Ensayos de compactación
El ensayo de compactación de laboratorio aceptado por la mayoría de las entidades que construyen carreteras es el ensayo Próctor. Para este ensayo se usa una muestra de suelo compuesta por material menor a ¼". La muestra se coloca en un molde metálico en tres capas iguales. El molde cilíndrico de acero tiene dentro un diámetro de 10 cm (4") y una altura de 11.6 cm (4.59"). En el ensayo estándar, cada una de las capas se compactan con la caída de un martillo de 12.1 kg (5.5 libras) que golpea el material 25 veces desde una altura de 12 pulgadas sobre la muestra (ver Figura 2.3). El espécimen se remueve del molde y se pesa.Luego, se toma una muestra del cilindro y se pesa. Esa muestra se seca hasta eliminar toda la humedad y se pesa de nuevo, de modo que se pueda determinar el contenido de humedad. Con la información del contenido de humedad ya es posible calcular el peso seco del material. El ensayo se repite, generalmente variando el contenido de humedad cada vez y se grafica para determinar el contenido de humedad óptimo. Este ensayo está designado por ASTM D698, AASHTO T99 ó NTP 339-142.
El ensayo próctor modificado está designado por ASTM D-1557, AASHTO T 180 o NTP 339-141. Se realiza de la misma manera, aplicando una mayor energía con un martillo de 2.2 kg (10 libras), una altura de caída de 45 cm (18") y un total de cinco capas iguales
Control de compactación en el campo
Las especificaciones para un proyecto pueden requerir que un contratista compacte el suelo al 100% de su densidad máxima, basada en el ensayo Próctor Estándar o en ensayos de laboratorio con un nivel de energía similar. Si la máxima densidad seca del suelo en laboratorio se determina que es 2.20 kg/m3 , el contratista deberá compactar el suelo en el campo hasta lograr una densidad de 2.20 kg/m3. Para verificar en el campo que se ha logrado la compactación se pueden realizar ensayos como el cono de arena, el balón de agua o el ensayo nuclear. Los primeros dos métodos son ensayos destructivos que consisten en excavar un hueco en el material compactado y pesar el material extraído, medir el volumen del agujero resultante usando arena o un balón de agua, determinar luego el contenido de humedad del material excavado y calcular la densidad usando el peso total obtenido, la humedad y el volumen del agujero.
La conversión a densidad seca se puede hacer gracias al contenido de humedad conocido. Las desventajas de estos métodos son que (1) consume demasiado tiempo realizar suficientes ensayos para un análisis estadístico completo, (2) hay problemas con las partículas de gran tamaño, y (3) se demora en determinar el contenido de humedad. Como en cada una de las capas colocadas se realiza un ensayo, cualquier demora en los ensayos o en su aceptación por parte de la supervisión puede demorar también el proceso constructivo.
Ensayo de compactación Nuclear
Los métodos nucleares se usan ampliamente para determinar el contenido de humedad y la densidad de los suelos. El instrumental requerido para este ensayo puede transportarse y colocarse fácilmente al relleno en
la ubicación que se desee, y en unos pocos minutos, se pueden leer los resultados directamente de una pantalla digital. Este sistema usa el efecto Compton de los rayos gamma para determinar la densidad y la termalización hidrógena de la velocidad de los neutrones para las determinaciones de humedad. Los rayos emitidos ingresan en el terreno, donde una parte es absorbida y la otra reflejada. Los rayos reflejados pasan a través de unos tubos Geiger-Müller en la superficie del equipo. Los rayos reflejados se cuentan cada minuto y se leen directamente en el equipo y se relacionan con curvas calibradas de humedad y densidad.
Ensayo GeoGauge
El GeoGauge es un instrumento portátil que proporciona un mecanismo simple, rápido y preciso de medición directa de la suavidad de las capas y el módulo del suelo, que da datos sobre la densidad del suelo. El instrumento aplica desplazamientos muy pequeños del suelo (menores a 1.27×10-6 m. ó 0.00005") en 25 frecuencias establecidas entre 100 y 196 Hz. Se determina la suavidad para cada frecuencia y se muestra el promedio. El proceso completo toma alrededor de 1 minuto. Si se asume un Módulo de Poisson y se conocen las dimensiones físicas del motor, se pueden derivar el módulo de corte y el módulo de Young. El motor pesa alrededor de 10 Kg, tiene 28 cm de diámetro y 25.4 cm de alto y descansa sobre un soporte en forma de anillo. La energía la proporcionan las baterías secas convencionales.
Energía de compactación en el campo
La máxima densidad seca es sólo un máximo que se logra para un determinado nivel de energía de compactación aplicada y el método de aplicación. Es fácil conseguir en el campo una energía de compactación similar o mayor a la aplicada en el laboratorio con el equipo adecuado. Si se aplica en el campo una mayor energía de compactación, se puede lograr una densidad mayor al 100% del valor obtenido en el laboratorio. Cada material tiene una curva de compactación y también valores máximos distintos para una misma energía aplicada. Por ejemplo, el material afirmado (mezcla de arcilla, arena y grava consolidado naturalmente) tiene una densidad seca entre 2.2 gr/cm3 y 2.6 gr/cm3 con humedades óptimas entre 6% y 8% cuando es de buena calidad, mientras que el mismo material de mala calidad alcanza densidades menores a
2.2 gr/cm3. Las arenas limosas por ejemplo tienen densidades máximas entre 1.7 gr/cm3 y 1.5 gr/cm3 con humedades óptimas entre 10% y 12%. Las arenas bien graduadas tienen una densidad seca mayor que los suelos uniformes. Cuando la plasticidad se incrementa, la densidad seca de los suelos arcillosos disminuye.
10.1.6 Cantidad de agua requerida
Es esencial determinar la cantidad de agua requerida para lograr el contenido de humedad dentro del rango aceptable para la compactación. En los procesos constructivos, las especificaciones pueden requerir extraer o añadir agua a la masa de suelo. Por ejemplo, si un material de préstamo trabajado en cantera tiene una
humedad de 15.5% y la humedad óptima que indican las especificaciones técnicas del proyecto es de 18.3%, el contratista requerirá añadir agua para elevar el contenido de humedad de 15.5% a 18.3%.
Operaciones
Esquema
Compactar
Remoción
Aplicaciones
Compactación del terraplen de la base y sub base en carreteras
Compactación de acabado, simulación de tráfico en la carpeta asfáltica.
Tipos
Rodillo liso
Rodillos especiales con salientes
Rodillo liso vibratorio
Rodillo neumático
Compactadores de impacto
Discos compactadores
Plancha compactadora
Martillos compactadores
Transporte
Mantenimiento
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).
Seguridad Industrial
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 la 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
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.
Proveedores y Marcas
Caterpillar
Komatsu
Pomac
Definicion
Operaciones
Excavar o Corte
Cargar
Acarreo
Descarga o Extendido
Retorno
Nivelación y Excavación Pequeña.
Peinado de Taludes.
Construcción de Cunetas.
Extendido del Material.
Mezclado del Material Insitu
Escaridicado
Esquema
AplicacionesNivelar
Esparcir el material descargado por los camiones y posterior nivelaciónConformar
Refino de explanadas
Mezclar material.
Excavación, reperfilado y conservación de las cunetas en la tierraPerfilado taludes
Mantener vías de tierra ó grava
Tipos
Según su peso y potencia
Seguin el numero de ruedas
De seis ruedas ó tres ejes
De cuatro ruedas ó dos ejes en modelos pequeños.
Actualmente existen modelos más grandes de cuatro ejes.
Transporte
Mantenimiento
Los equipos a Ruedas deben llevar Horometro y Odometro.
Necesita mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo.
Se debe requerir lista de proveedores dentro de la cuidad, Depto, pais y paises vecinos y en ultimo caso Europeos, Asiáticos, Americanos.
Los equipos a Ruedas deben llevar Horometro y Odometro.
Necesita mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo.
Se debe requerir lista de proveedores dentro de la cuidad, Depto, pais y paises vecinos y en ultimo caso Europeos, Asiáticos, Americanos.
Seguridad Industrial
Inspección visual
Ralenty (Calentamiento del motor progresivamente)
Engrasar piezas requeridas
Cambio de combustible
Medio Ambiente
Consumo de Combustible y contaminación del aire.
Seguridad industrial en la operación y mantenimiento.
Consumo de Combustible y contaminación del aire.
Seguridad industrial en la operación y mantenimiento.
Daños a Terceros.
Daños a Terceros.
Proveedores y Marcas
Caterpillar
Komatsu
Volvo
Otros Equipos
Fresadora
Tuneladora
FIGURA 10-1: Partes Compactadora
10.4.1 Elección de maquinaria 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
FIGURA 10-2: Clasificacion general de Compactadores
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.
FIGURA 10-3: Rodillo liso de un solo eje.
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 y así nos referiremos a lo largo del texto. Posteriormente se desarrollaron salientes con otras formas cónicas o de tronco de cono que dieron origen a los compactadores de pisones (tamping foot en la literatura inglesa), que sin embargo en Latinoamérica se han llamado usando el mismo término original "pata de cabra", pero que no es la más adecuada (Ver Figura ). La mayor diferencia entre ambos modelos radica en la forma de las salientes, la velocidad que pueden llegar a desarrollar y su capacidad de ser autopropulsados o jalados por un tractor.
FIGURA 10-4:Rodillo pata de cabra
FIGURA 10-5:Compactador de pisones
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.
FIGURA 10-6: Rodillo liso vibratorio en tandem o de dos ejes.
Estos rodillos son superficiales que aplican el principio de amasado al efecto de la compactación debajo de la superficie. Pueden ser autopropulsados o montados
FIGURA 10-7: Compactador neumático de dos ejes
FIGURA 10-8: Compactador de impacto de tres lados
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.
FIGURA 10-9:Compactadores de pisones manual a control remoto.
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.
FIGURA 10-10:Plancha compactador vibratoria
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.
FIGURA 10-11:Martillo compactador manual.
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.
Motoniveladoras
Máquina muy versátil usada para mover tierra u otro material suelto.
Su función principal es nivelar, modelar o dar la pendiente necesaria al material en que trabaja. Se considera como una máquina de terminación superficial.
Su versatilidad esta dada por los diferentes movimientos de la hoja, como por la serie de accesorios que puede tener.
Puede imitar todo los tipos de tractores, pero su diferencia radica en que la motoniveladora es más frágil, ya que no es capaz de aplicar la potencia de movimiento ni la de corte del tractor.
Debido a esto es más utilizada en tareas de acabado o trabajos de precisión.
Las motoniveladoras pueden ser arrastradas o automotrices, siendo esta última la más utilizada y se denomina motoniveladora (motograder).
Son equipos conformados por una cabina, un sistema de traslación por neumáticos, una hoja de empuje de variada posición según el modelo, tope en caso empuje. Es un equipo que presenta las siguientes características: aplicada en excavaciones (afinar corte) en terrenos blandos y semiduros, su capacidad está dada por la capacidad de corte y arrastre, lo mejor es realizar la operación de corte de arriba hacia abajo.
AplicacionesFIGURA 11-1: Partes Motoniveladora
Las Motoniveladoras se clasifican de la siguiente manera:
La potencia puede variar de los 115 a los 225 HP, con velocidad de hasta 45 km/h. Las motoniveladoras van equipadas con hasta 8 velocidades hacia delante y 6 detrás, con el fin de que sea el maquinista el que para cada trabajo elija la más idónea. Consiguen unos 40 km/h y unos 25 km/h atrás.
FIGURA 11-2:Motoniveladora de dos ruedas
FIGURA 11-3:Motoniveladora de cuatro ruedas
FIGURA 11-4:Motoniveladora de
cuatro ejes
La Motoniveladora se transporta por medio del Low Boy en caso de no poder transportarse sola, si la obra se encuentra cerca puede transportarse sola.
Para realizar el mantenimiento el motor debe estar parado.
En Bolivia
La fresadora permite la remoción de pavimentos de hormigón o asfalto y eventualmente el cepillado de ambos, por lo que según el tipo de trabajo a realizar deberá escogerse la fresadora adecuada.
FIGURA 12-1: Fresadora
En la construcción de los túneles de las nuevas líneas del Metro de Madrid se están empleando modernas tuneladoras. Estas máquinas no solo perforan el terreno para hacer el túnel, sino que además colocan las dovelas (revestimiento de hormigón) dejando totalmente terminado el túnel. La tuneladora es una máquina de última generación gracias a la cual es posible la construcción de túneles con una gran seguridad. Es una máquina tecnológicamente muy completa, gracias a la cual es posible un avance realmente sorprendente.
A la vez que va excavando, va encofrando y hormigonando el nuevo túnel de forma mecánica, por lo que el acabado es casi completo segun la máquina va avanzando.
Según la máquina va excavando, unas cintas transportadoras se encargan de llevar el material extraído a la parte posterior, donde se carga en vagonetas, las cuales tiradas por locomotoras especiales van sacando el material a la superficie a través del nuevo túnel ya realizado.
FIGURA 12-2: Tuneladora
En los siguientes enlaces, pertenecientes a la web del Gobierno Regional de la Comunidad de Madrid, (España), se explican con detalle las caracteristicas técnicas de este tipo de máquinas y el proceso constructivo de los túneles del Metro de Madrid empleando dicha técnica.
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