Upload
juan-marin-aguilar
View
48
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
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
GeneralidadesGeneralidades
� 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
GeneralidadesGeneralidades
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
GeneralidadesGeneralidades
GeneralidadesGeneralidades
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
Factores que influyenFactores que influyen
�� 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
Factores que influyenFactores que influyen
�� 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
Factores que influyenFactores que influyen
�� 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.
Factores que influyenFactores que influyen
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.
Factores que influyenFactores que influyen
�� Ensayo Proctor Ensayo Proctor para diferentes para diferentes tipos de suelo:tipos de suelo:
15
Factores que influyenFactores que influyen
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.
Factores que influyenFactores que influyen
�� 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
Pata de CabraPata de Cabra
�� 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
Pata de CabraPata 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 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
Pata de Cabra Tipo CA25Pata de Cabra Tipo CA25
27
Pata de Cabra Tipo CA25Pata de Cabra Tipo CA25
28
Pata de Cabra Tipo CA25Pata de Cabra Tipo CA25
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
Pata de CabraPata de Cabra
Compactación con Pata de Cabra
Pata de CabraPata 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
Pata de CabraPata de Cabra
�� 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
Pata de CabraPata de Cabra
Pata de CabraPata de Cabra
�� 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
Pata de CabraPata de Cabra
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
Pata de CabraPata de Cabra
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
Pata de CabraPata de Cabra
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
Rodillo LisoRodillo Liso
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
Rodillo LisoRodillo Liso
� El efecto de la compactación se reduceconsiderablemente a medida que se profundiza en la capa.
52
Rodillo LisoRodillo 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: 10 – 20 cm
53
Rodillo LisoRodillo Liso
Rodillos NeumáticosRodillos Neumáticos
54
� Estos se disponen en uno o dos ejes.
� Generalemte tienen una plataforma para
ser lastrados.
� Pueden ser:
◦ remolcados
◦ autopropulsados
Rodillos NeumáticosRodillos 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
◦ 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
Rodillos NeumáticosRodillos Neumáticos
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
Rodillos NeumáticosRodillos Neumáticos
Compactador Neumático CP132Compactador Neumático CP132
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
Compactador Neumático CP132Compactador Neumático CP132
61
Mantiene el neumático libre de
asfalto durante la operación
Compactador Neumático CP132Compactador Neumático CP132
Raspadores en cada rueda
62
Tanque de agua con
capacidad para 500 lts.
Compactador Neumático CP132Compactador Neumático CP132
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.
Compactador Neumático CP132Compactador Neumático CP132
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
Compactación por vibraciónCompactación por vibración
71
Rodillo Vibratorio de
Tiro
Rodillo Vibratorio
Pata Cabra
Comparación Comparación con/sin vibración:con/sin vibración:
72
Compactación por vibraciónCompactación por vibración
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
Elección del métodoElección del método
76
Elección del métodoElección del método
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
Comentarios GeneralesComentarios 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
Comentarios GeneralesComentarios 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
Comentarios GeneralesComentarios Generales
�� ¿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
Comentarios GeneralesComentarios Generales