Download Uso de Compactadoras Vibratorias PDF

TitleUso de Compactadoras Vibratorias
TagsAluminium Equations Waves
File Size548.5 KB
Total Pages29
Document Text Contents
Page 1

XVIII Seminario Venezolano de Geotecnia

Geoinfraestructura: “La Geotecnia en el Desarrollo Nacional”.


Experiencias en el Uso y Abuso de Vibrocompactadoras para la
Densificación de Materiales Granulares Cementados y no Cementados


Ing. Roberto Centeno Werner.


Centeno Rodríguez & Asociados. Ingenieros Consultores.

Profesor de Post Grado en el Departamento de Vías de Comunicación
en la Facultad de Ingeniería de la Universidad Central de Venezuela.

Caracas - Venezuela
email: [email protected]



RESUMEN
Se presenta un método práctico y sumamente sencillo para medir en obra la
frecuencia de vibración de los equipos que se utilizan para densificar capas de
suelos granulares cementados y no cementados; incluyendo gravas, arenas
gravosas, piedra procesada en equipos picadores, mezclas de concreto asfáltico en
caliente, mezclas de grava cemento y combinaciones de arena con limo y algo de
arcilla. Se destaca la poca efectividad de los rodillos vibratorios en la
densificación de las arcillas de mediana y alta plasticidad.

Se describen los instrumentos conocidos con el nombre de tacómetros y se explica
la manera de utilizarlos en obra. Se trata sobre la existencia de armónicos que
pueden confundir al inspector al realizar las mediciones con los tacómetros,
haciendo la presentación en forma muy sencilla para la mejor comprensión del
tema tratado en beneficio de los ingenieros residentes jóvenes. Se hacen
recomendaciones relacionadas con el empleo de lotes de prueba para determinar la
efectividad de los patrones de compactación.

Se hace hincapié en la necesidad de entrenar a los operadores de los rodillos
vibratorios y de las planchas vibradoras en el uso correcto de los mismos, con el
fin de disminuir la frecuencia con la que estos equipos deben entrar al taller de
reparaciones mecánicas por motivo de mala operación de los mismos.

Se incluyen aspectos teóricos sobre el efecto que tiene el tipo de suelo en la
atenuación de las vibraciones a dos distancias del sitio donde se producen los
impactos; una cercana y una lejana. Se trata sobre el efecto del distanciamiento de
impactos de vibradoras en el acabado de las carpetas de concreto asfáltico en
caliente, con el objeto de mejorar el Índice de Rugosidad Internacional (IRI) y
evitar las penalizaciones pecuniarias por acabado fuera de especificaciones.

Page 2

2

INTRODUCCIÓN

La compactación de los suelos granulares y de los productos obtenidos mediante mezcla de
suelos granulares con agentes cementantes, es una actividad que cobra mucha importancia en
las obras de ingeniería civil, por cuanto se trata de materiales que, por lo general tienen muy
alto costo y que además, conforman los elementos más exigidos por las cargas usuarias.

Las bases granulares no cementadas, constituidas por gravas bien gradadas o por piedra de
cantera procesada en trituradoras, constituyen una parte muy importante de la estructura de los
pavimentos carreteros y representan el puente de transferencia de las solicitaciones impuestas
por los vehículos usuarios entre la fundación o subrasante y la superficie de rodamiento, por
lo cual es obligatorio obtener en obra densidades que sólo se logran con el empleo de rodillos
vibratorios.

En el caso de las mezclas de grava cemento, suelo cemento o de concreto asfáltico en caliente,
no es posible concebir la compactación de estos materiales sin el adecuado empleo de los
equipos vibratorios, pues los equipos estáticos convencionales no son capaces de manejar con
éxito los espesores de capa que requieren las cada vez más exigentes y pesadas cargas
vehiculares.

El uso de los compactadores vibratorios se ha incrementado notablemente en los últimos diez
años en las obras de ingeniería civil y se puede decir, sin temor a equivocaciones, que la gran
mayoría de las empresas constructoras poseen una o varias maquinarias de este tipo,
representando un importante porcentaje de su activo, por cuanto cada una de ellas llegan a
tener un costo que supera los cien mil dólares.

Lamentablemente, una maquinaria tan útil y costosa no siempre es operada por personal bien
entrenado para ello, y no es raro observar que a las pocas semanas de haber sido adquirida
pase a formar parte de la fila de equipos que esperan para ser reparadas en un taller, por cuanto
ha dejado de trabajar para lo que ha sido diseñada; es decir, para generar vibración cónsona
con la obra en la que se utiliza.

Por otra parte, cuando este tipo de maquinaria es mal utilizada, no se logra obtener el producto
final deseado y muy pronto se produce la falla funcional de la obra, lo cual implica tener que
remover y botar materiales de alto costo, cuyo reemplazo implica a su vez y en muchas
oportunidades, la necesidad de acarrearlos desde grandes distancias.

El acabado de buena parte de las superficies de los pavimentos viales y por consiguiente el
Índice Internacional de Rugosidad (IRI) de las mismas, depende del buen uso de los
compactadores vibratorios, lo cual exige que los operadores sean capaces de lograr la
frecuencia y amplitud de vibración que mejor se adapte al espesor de la capa compactada y al
tipo de material a compactar.

Page 14

14

Marly Chalk 0.03

Loess y Suelo Loésico 0.03


Barkan

Arcilla saturada con arena y limo 0.012 – 0.036

Dalmatov, et al. Arena y limos 0.008 – 0.110
Relleno de arena sobre fango de

bahía 0.015 – 0.060 Clough and Chameau
Arena de Dunas 0.008 – 0.020

Peng Arcilla blanda de Bangkok 0.079 – 0.134
Tabla Nº 1: Sumario de las publicaciones sobre coeficientes de atenuación ,

tomada de la referencia 2.

Como se puede observar en la tabla Nº 1 antes citada, el coeficiente de atenuación del
material, identificado con la letra griega es tres y media veces mayor en una grava arenosa
que en las arenas finas y los limos ubicados por encima del nivel del agua subterránea.

La tabla Nº 2 muestra los valores del coeficiente de atenuación y del valor del coeficiente
para diferentes suelos, utilizando la descripción visual de los mismos. Estos valores son de
mucha utilidad para entender como se propagan las ondas superficiales.


CLASE DESCRIPCION DEL MATERIAL
COEFICIENTE DE
ATENUACION

(PIES-1) a 5 Hz

I

Suelos débiles a blandos, fácilmente
penetrables, suelos loésicos, turba seca
o parcialmente saturada, barro, arena

suelta de playa y arena de duna,
terreno recién arado y suelos

orgánicos.

0.003 – 0.01 2 x 10-4 a 6 x 10-4

II

Suelos competentes que pueden ser
excavados con palas, mayormente
arenas, arcillas arenosas, arcillas
limosas, limos gravosos y roca

meteorizada.

0.001 – 0.003 6 x 10-5 a 2 x 10-4

III

Suelos duros que no pueden ser
excavados con pala y que deben ser

picados para romperlos: arena
compactada densa, arcilla consolidada

seca y alguna roca expuesta

0.0001 – 0.001 6 x 10-6 a 6 x 10-5

IV
Rocas duras y competentes que
difícilmente se rompen con el

martillo: roca base y roca dura fresca
< 0.0001 < 6 x 10-6

Tabla Nº 2: Tipos de suelos y coeficientes de atenuación y

Page 15

15

Como se podrá entender al analizar los referidos valores de atenuación, la onda superficial y la
de cuerpo se atenúan más en los suelos de grano grueso y por ello es necesario emplear mayor
peso y mayor frecuencia para lograr aumentar su densificación.


ASPECTOS TEORICOS PARA EXPLICAR LA DEPENDENCIA
DEL FACTOR DE ATENUACION DE LAS CARACTERISTICAS

DEL SUELO Y DEL RODILLO VIBRADOR

Con la finalidad de explicar la procedencia de las tablas Nº 1 y 2 del trabajo de Hal Amick,
hemos considerado conveniente hacer una corta exposición teórica sobre los factores que
intervienen en la propagación de ondas superficiales en el suelo.

Si denominamos c a la velocidad de la onda en el suelo y λ a la longitud de onda, conociendo
la frecuencia circular ω aplicada por el equipo de compactación podremos determinar la
relación de decaimiento entre ondas sucesivas δ y el valor de ρ empleando la expresión
matemática:


c ×= (1)


En la que δ representa el decaimiento entre ondas sucesivas y ρ representa la relación entre
η y c, dada por cηρ = , ambas constantes dependen del tipo de suelo, pues ρ es mayor para
los suelos finos blandos y menor para suelos gruesos compactos y para las rocas, puesto que la
velocidad c de propagación de la onda superficial es mayor en la roca que en el suelo fino
blando. (El valor de η = δ / π)

Por otra parte sabemos que f××= πω 2 en la que f es la frecuencia de vibración en ciclos
por segundo. De aquí se deduce que:


c2 ×××= (2)

y despejando α de esta ecuación se obtiene la siguiente expresión matemática para el
coeficiente de atenuación:


fcf ××=××= π (3)

en la que ρ depende del tipo de suelo y f de la frecuencia del rodillo vibratorio empleado.

La expresión matemática (3) indica que el coeficiente de atenuación α es proporcional a la
frecuencia del rodillo vibrador y que para un mismo valor de ρ se requiere de más frecuencia
para que la atenuación de la onda sea mayor y no se disipe el esfuerzo de compactación en la
capa de suelo granular que se trata de densificar.

Page 28

28

Si se abusa de la vibración, se nota de inmediato que la mezcla caliente se desplaza hacia
delante y que se forman huellas a los lados del rodillo. Por este motivo se ha llegado a la
conclusión de que no conviene vibrar la mezcla recién colocada por la finisher, y que es
preferible utilizar una aplanadora de rodillo liso de 6.000 libras sin vibración para asentar la
mezcla hasta lograr un 90 % de compactación. De inmediato, y cuando el cemento asfáltico
todavía conserva la viscosidad recomendada para la compactación, se le dan dos pasadas del
mismo rodillo con 2.000 VPM operando a 3,5 Km./h, con lo cual se logra terminar la
densificación del fondo de la carpeta y se termina el proceso de compactación con tres pasadas
de equipo de 8.000 libras de peso sobre ruedas neumáticas infladas a 80 psi.

La experiencia ha demostrado que en los sitios abiertos, donde el viento sopla con fuerza, la
mezcla pierde temperatura muy rápidamente y que por tal motivo es indispensable compactar
la carpeta en un lapso no mayor de 10 minutos. Por ello, si se emplea vibración para
compactar la carpeta de poco espesor, se corre el riesgo de espaciar los impactos a más de la
mitad del espesor de la capa (> 0,5e) y ello trae como consecuencia la aparición de
ondulaciones en la superficie, lo que aumenta notablemente el valor IRI y genera reducción de
pago muy importante, con serio perjuicio para el contratista.

En base a lo expuesto, se recomienda que el ingeniero residente trabaje con mucho cuidado en
un par de lotes de prueba antes de establecer el patrón de compactación de carpetas delgadas
de concreto asfáltico en caliente y que utilice un medidor de espesores para detectar sitios
donde la carpeta es muy delgada (e < 3 cm.). Se recomienda el empleo del medidor de
espesores TROXLER, el cual viene dotado con un lector digital como el que se muestra en las
fotografías Nº 16 y 17.









Fotografía Nº 17: Detalle del
medidor de espesores Troxler
con termopar incorporado.

Fotografía Nº 16: Equipo Troxler
para medir espesores en sitio en
carpetas de concreto asfáltico

Page 29

29

AGRADECIMIENTO


El autor desea expresar su más profundo agradecimiento a la Ingeniero Civil Valentina Martín
M., quien pacientemente revisó y corrigió el texto del presente trabajo.



REFERENCIAS


Amick, Hal.A Frecuency_Dependend Soil Propagation Model. Colin Gordon y

Asociates. San Mateo.California USA. SPIE Conference on Current Developments in
Vibration Control for Optomechanical Sistems. Denver Colorado. Julio 1.999.


Barkan, D.D. Dynamics of Bases and Foundations. Mc Graw-Hill Book Company.

Inc. New York, 1962, Traducción del Ruso, páginas 60 a 73.



Centeno Werner, Roberto Rafael, Inspección y Control de Obras Civiles, Editorial
Vega Caracas, 1982. Páginas 18 a 20.



LECTURAS RECOMENDADAS


Rico Rodríguez Alfonso y Del Castillo Mejía, Hermilio. Consideraciones sobre Compactación
de Suelos en Obras de Infraestructura del Transporte. Documento Técnico No 7. Secretaría de
Comunicaciones y Transporte. Instituto Mexicano del Transporte, 1999 ISSN-0188-7114.



CONSULTAS RECOMENDADAS EN INTERNET


Artículo 512. Oct 10/02. www.carreteros.org/pg3/artículos.

http://www.hammcompactors.com/osch_osc_technology/html

http://www.colingordon.com/pdf/amick_SPIE99

Similer Documents