Patricia Vila. Noviembre ( Equipo compactación 8 Mulas de Fuerza.

Transcripción

1 Compactación de suelos Patricia Vila Noviembre 2013 Procedimientos de Construcción Para Obras Viales y Suelos ( Equipo compactación 8 Mulas de Fuerza. 1

2 Contenido Generalidades Factores que influyen en el proceso Tipos de equipos utilizados Algunos Comentarios Bibliografía recomendada: Consideraciones sobre Compactación de suelos en obras de infraestructura de trasporte. Instituto Mexicano del Trasporte. Equipo de compactación motorizado 2

3 Generalidades 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

4 Generalidades 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 Generalidades Ventajas de compactar un suelo: sin con Aumenta capacidad soporte del suelo sin con Reduce asentamientos en el terreno sin con Reduce permeabilidad y escurrimiento 5

6 Generalidades Cómo se cuántifica la compactación del suelo? x DENSIDAD Se tiene una masa de 1 kg de un mismo pmaterial: 1Kg 1Kg 1Kg V1 V2 V3 suelto 10 golpes 25 golpes 6

7 Generalidades Con diferentes % de humedad W: W1= 0 % W2= 5 % W3= 20 % 1Kg 1Kg 1Kg V1 V2 V3 W2 es la mejor, ya que: V1 > V2 < V3 con W1 el pisón rebota. con W3 la energía de compactación se disipa por el agua. 7

8 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 Kg de arena al 23 % humedad Cómo es V2 en relación a V3? Cómo es V3 en relación a V1? arenas se realiza por inundación. V3 < V2 => la arena se inunda V3 < V1 => la compactación de las 8

9 Factores que influyen Tipo de 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. 9

10 Factores que influyen Método 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

11 Factores que influyen 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

12 Factores que influyen 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

13 Factores que influyen Curva de Compactación: Se determina la densidad seca máxima: γ d máx 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. 13

14 Factores que influyen Ensayo Proctor Estandar. Ensayo Proctor Modificado: (Mayor energía aplicada) Compactación en campo: diferente energía que en laboratorio. Compactación en laboratorio Compactación en campo con Pata de Cabra. 14

15 Factores que influyen Ensayo Proctor para diferentes tipos de suelo: 15

16 Factores que influyen 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: γ campo Para la aceptación, se exige un grado mínimo de compactación, como ser el 90, 95%. Grado de compactación = γ campo / γ d máx en lab. 16

17 Factores que influyen Contenido 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: Nº y espesor de las capas en las que se extiende el material. Nº de pasadas del equipo 17

18 Operaciones básicas En laboratorio: determinar densidad máx. y humedad óptima Compactación del terreno. Controlar la densidad alcanzada en el terreno. 18

19 Equipos de compactación 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

20 Tipos de equipos RODILLO PATA DE CABRA: Tipo CA25 Tipo Ti25 Tipo de compactación: por Amasado 20

21 Pata 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

22 Pata de Cabra 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. Últimamente se ha combinado la acción de rodillo pata de cabra con la vibración para incrementar la concentración de fuerza. 22

23 Pata de Cabra A medida que aumenta el nº de pasadas, disminuye la penetración => no hay compactación adicional. 23

24 Pata de Cabra 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

25 Pata de Cabra 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 % es eficiente la operación, dicho valor depende de la plasticidad del suelo, mayor penetración se adhiere material al vástago. 25

26 Pata de Cabra Tipo CA25 26

27 Pata de Cabra Tipo CA25 27

28 Pata de Cabra Tipo CA25 28

29 Pata de Cabra Tipo CA25 29

30 Pata de Cabra Tipo Ti25 30

31 Pata de Cabra Tipo Ti25 31

32 Pata de Cabra con Hoja Delantera 32

33 Pata de Cabra Efecto del nº de pasadas: En suelos de mayor cohesión disminuye mas rápidamente el incremento del peso específico por pasada. Compactación con Pata de Cabra 33

34 Pata de Cabra Presión de contacto: mediante un nº de pasadas conveniente, la compactación no depende de la presión. Existe un valor mínimo: 8 kg/cm2. 34

35 Pata de Cabra 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

36 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. Pata de Cabra 36

37 Pata de Cabra 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. 37

38 Pata de Cabra SEGUNDA PASADA 4,4 m PRIMERA PASADA 38

39 Todos los cilindros son mantenidos en contacto con el suelo asegurando la máxima tracción y estabilidad.. Los cilindros frontales son oscilantes. La lámina es solidaria al eje trasero, actuando siempre nivelada. 39

40 Cada cilindro está equipado con dos conjuntos de raspadores. Los raspadores son fáciles de ajustar y están ubicados entre las hileras de los pisones con el fin de mantener los cilindros siempre limpios. 40

41 Ángulo de dirección de 40º para cada lado. Bastidor articulado, dirección hidrostática y sistema de control de lámina con excelente maniobrabilidad. 41

42 Pata de Cabra Radio de Giro: 6.3 mts 42

43 Visibilidad del área de trabajo y de las extremidades de la lámina. 43

44 Pata de Cabra Especificaciones Comunes: 44

45 Pata de Cabra Combinación 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

46 Tipos de equipos RODILLOS LISOS RODILLOS NEUMÁTICOS Compactación por Presión Estática 46

47 Rodillo Liso 47

48 Rodillo Liso 48

49 Rodillo Liso. Tándem 49

50 Rodillo Liso Tándem 50

51 Rodillo Liso 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

52 Rodillo Liso El efecto de la compactación se reduce considerablemente a medida que se profundiza en la capa. 52

53 Rodillo Liso 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: cm 53

54 Rodillos Neumáticos Estos se disponen en uno o dos ejes. Generalemte tienen una plataforma para ser lastrados. Pueden ser: remolcados autopropulsados 54

55 Rodillos Neumáticos 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

56 Rodillos Neumáticos 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 CP132 5 Ruedas delanteras oscilantes 4 Ruedas traseras en el eje rígido La distribución de las ruedas hacen que las ruedas traseras compacten las áreas no compactadas por las delanteras 57

58 Rodillos Neumáticos Influencia del espesor de la capa y el contenido de agua: 58

59 Compactador Neumático CP132 Para la compactación de mezclas asfálticas. Ideal también para la compactación de bases, sub-bases y suelo-cemento. 59

60 Visibilidad del operador Compactador Neumático CP132 1m 1m 1m Frente/ Atrás: 1x1m 1m 60

61 Compactador Neumático CP132 Raspadores en cada rueda Mantiene el neumático libre de asfalto durante la operación 61

62 Compactador Neumático CP132 Sistema de aspersión de agua presurizado. Tanque de agua con capacidad para 500 lts. 62

63 Compactador Neumático CP132 Sistema de Lastrado Modular permite combinación de peso, adaptando la maquina a las condiciones de trabajo de compactación. 63

64 Rodillos Combinados: Neumático-Liso Ruedas neumáticas recubiertas para disminuir pérdida de calor en aplicación mezclas asfálticas 64

65 Rodillo Neumático Efecto del nº de pasadas y de la presión de 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) 65

66 Rodillo Neumático 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. 66

67 Rodillo Neumático Eficiencia del equipo según el espesor de la capa tendida. El equipo debe dar mayor densidadad en la superficie de la exigida. 67

68 Rodillos 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

69 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

70 Compactación por vibración Tipos: de placa rodillos: tiro o autopropulsados lisos o pata de cabra Plancha Vibratoria 70

71 Compactación por vibración Rodillo Vibratorio de Tiro Rodillo Vibratorio Pata Cabra 71

72 Compactación por vibración Comparación con/sin vibración: 72

73 Compactación 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. Pisón 73

74 Elección del método Depende 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

75 Elección del método 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: 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 Elección del método 76

77 Comentarios Generales Recepción de una 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

78 Comentarios Generales Wopt no es una cte. básica del suelo => como sé en campo cuánto es? Mediante terraplenes de prueba 78

79 Comentarios Generales 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

80 Comentarios Generales 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

81 Comentarios Generales Como se resuelve 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