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COMPACTACION DE SUELOS Y DE MESCLAS ASFALTICAS

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on 21 May 2014

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Transcript of COMPACTACION DE SUELOS Y DE MESCLAS ASFALTICAS

como obtener su máximo rendimiento
profundidad del material suelto
número de pasadas
pasadas de traslapo
peso adicional
vueltas
altos
COMPACTACIÓN DE SUELOS Y DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Presentado por : DEISY SÁNCHEZ
DEFINICIÓN COMPACTACIÓN
ANTECEDENTES
MARCO TEÓRICO
Como se diseña
El termino compactación hace referencia al empleo de métodos mecánicos a fin de aumentar la densidad y disminuir los vacíos de un material, mejorando sus propiedades.

Al comprimir las partículas del agregado se logra la resistencia, estabilidad, compresibilidad, permeabilidad, flexibilidad y la resistencia a la erosión lograda por la compactación.
En la tercera década del siglo XX, se iniciaron los primeros esfuerzos para racionalizar la compactación en varios lugares en todo el mundo, principalmente en estados unidos.

O.J. Porter, desarrollo entre los años 1928 y 1929 las investigaciones básicas de laboratorios que permitieron la aplicación racional de las técnicas de compactación para la construcción de las carreteras.

RR Proctor, en 1933 mostró que la densidad seca de un suelo para un esfuerzo de compactación dado, depende de la cantidad de agua que el suelo contiene durante la compactación del suelo.

A raíz de esto, todo trabajo de compactación se rige a aquellos patrones determinados por Proctor.

Según las especificaciones INVIAS artículos 320 y 330 para bases y subbases granulares, nos dice que la compactación se llevara acabo cuando el material extendido tenga la humedad apropiada, se conformara ajustándose razonablemente a los alineamientos y secciones típicas del proyecto y se compactara con el equipo aprobado por el interventor hasta alcanzar la densidad especifica máxima.

Aquellas zonas donde su pendiente y su aproximidad a obras de arte no permita la utilización del equipo que normalmente se utiliza, se compactara con los medios adecuados, garantizando que la densidad seca no sea inferior a la obtenida en el resto de la capa.

La compactación se efectuara longitudinalmente comenzando por los bordes exteriores y avanzando hacia el centro, traslapando en cada recorrido un ancho no menor de la mitad del ancho del rodillo compactador. Donde se presenten zonas peraltadas la compactación se hará del borde inferior al borde superior.


La compactación se deberá realizar de manera continua durante la jornada de trabajo y se complementara con el trabajo manual necesario para las irregularidades que se hayan presentado.

La compactación se efectuara cuando la mezcla alcance la densidad adecuada y se finaliza con un apisonado con un equipo liso que borre las huellas dejadas por los compactadores. Se deberá verificar la temperatura al inicio y al final del proceso de compactación.

Se deberá poner a disposición de los trabajos un compactador vibratorio de rodillos metálicos o mixto y uno de llantas neumáticas.
Presión
: aplicación de una fuerza por unidad de área.
Impacto
: golpeo de una carga de corta duración, alta amplitud y baja frecuencia.
Vibración
: golpeo con una carga de corta duración, alta frecuencia y baja amplitud.
Manipulación:
acción de amasado, reorientación de partículas próximas causando una reducción de vacíos.

equipos de compactación

pata de cabra
Se utiliza para la compactación de limos y arcillas, ideales para compactar capas de materiales sueltos que no tengan espesor mayor de 30 cm.
cilindros vibratorios
En los cilindros vibratorios, las vibraciones producidas por la maquino son transmitidas a las partículas del suelo por debajo de la maquina.
Los vibratorios autopropulsados: son construidos especialmente para la compactacion de calles, caminos forestales y vias industrales, poseen un gran rendimiento sobre arena de grano uniforme, en suelos con mucha agua y en pendientes.
cilindros de acero liso
cilindros de 3 ruedas
Se emplea en la compactación de base de roca triturada, también se utiliza para la compactación de suelo como para la operación de cilindraje de pavimentos bituminosos colocados a temperaturas frías.
cilindros tándem
Los cilindro tándem de 2 o 3 ejes, son los mas utilizados para la compactación de pavimentos bituminosos fríos y en acabados de pavimentos. los cilindros de 2 ejes requiere trabajos longitudinales, diagonales o transversales; mientras que los cilindros de 3 ejes solo se operan longitudinalmente.
cilindros de 13 ruedas
Se emplea en la compactación de capas de material de arena, arcilla y grava. también es muy efectiva para la compactación de pavimentos.

Diariamente se deben chequear el estado de las llantas a fin de obtener las mismas penetraciones de compactación y también para evitar que se estallen los neumáticos.
cilindro neumático
Se utiliza para la compactación se bases, subbases y carpetas, con un espesor de 50 a 80cm.
compactadores de pisones
Se usan para la compactación de arcillas y tierras cohesivas con un alto contenido de humedad.
cilindro tándem de 3 ruedas
con un peso de 10 ton
compactación de capas con espesor de 4 pulgadas o 10.16 cm
pasadas de 3 - 4.
la compactación inicial de materiales bituminosos calientes se obtiene con una pasada y la velocidad de operación sera de 2 a 3 millas por hora.
cilindro pata de cabra
puede compactar capas con espesores de 30 cm.
mínimo de pasadas de 24.
el cilindro tándem
peso de 10 ton
compactación de capas con un espesor de 4in o 10.16cm.
mínimo de 2-4 pasadas.
cuando las mezclas son bituminosas colocadas en frío el espesor a compactar sera de 3in con un mínimo de pasadas de 3-5
los materiales bituminosos colocados en caliente requiere de 3-6 pasadas.
compactador de llantas neumáticas
peso 12 ton
compacta capas con un espesor de 4 in o 10.16cm
con un mínimo de pasadas de 2-4
compacta capas bituminosas con un espesor de 3in o 7.62 cm mezclada en frío con un mínimo de pasadas de 3-5.
velocidades medias del equipo de compactación
motoapisonador de pata de cabra
8.0 km/h
.
motoapidonador de pisones
9.7 km/h
.
motoapisonadores de neumaticos
11.3 km/h.
apisonador de pata de cabra o de pisones, tirado por tractor de ruedas
8 a 16.1 km/h.
apisonador de pata de cabra o de pisones, tirado por tractor de carriles
4.8 a 6.4 km/h.
neumaticos remolcados
4.8 a 8 km/h
.
apisonador de malla, tirado por motoniveladora
19.3 km/h.
compactadores de serie 800
8 a 14.5 km/h.
Ejemplo de diseño
Determinar el numero de horas necesarias para compactar un terraplén de 2500 m3, en una vía que tiene 4.60m de ancho, disponiendo para ello de un compactador de pata de cabra de 9 ton. el espesor de la capa compactada es de 10 cm, y las especificaciones de la obra exigen 5 pasadas.

Datos.
velocidad = 8km/h
espesor = 10cm
No pasadas = 5
ancho de la vía = 4.60m
efectos de una compactación
Proceso constructivo para una mezcla asfáltica
Se deben construir tramos de prueba, para ellos se debe definir la velocidad de la maquina, ancho de pavimentación, numero de pasadas y el espesor de la capa.

1. Determinar la velocidad inicial del compactador
2. Tomar una medida de densidad después de cada pasada o recorrido de ida y vuelta hasta obtener la densidad adecuada.
3. Incrementar la velocidad usando el mismo numero de pasadas hasta obtener la máxima velocidad que cumpla con las especificaciones de velocidad que cumpla con la densidad y el numero de pasadas.

El patrón empleado para la compactación de la franja, debe ser el mismo patrón utilizado en la ejecución de la obra.
La secuencia de las operaciones de compactación implica 3 tipos de operaciones :
Compactación inicial: es la primera pasada que se hace sobre toda la carpeta recién colocada, para ello se emplean compactadores vibratorios o estáticos.
Compactación intermedia: con esta compactación se logra la densidad y la impermeabilidad requerida.
Compactación final: esta compactación se hace para eliminar marcas sobre la superficie y alcanzar la suavidad final, para ellos se hace mientras la mezcla esta caliente para permitir cualquier eliminación de alguna marca. generalmente se usan compactadores neumáticos.
recomendaciones

Cuando la carpeta tenga un espesor menor a 2.5cm, se recomienda usar tambores estáticos adelante y atras.
Cuando las carpetas tienen un espesor mayor a 5cm, se recomienda que ambos tambores sean vibratorios.
Cuando el espesor de la carpeta esta entre 2.5 y 5, se recomienda compactar con el tambor delantero vibrando y el trasero estático.
El compactador debe trabajar tan cerca a la finisher como sea posible, teniendo cuidado de no romper o deformar la carpeta. se debe trabajar a la distancia adecuada para lograr la densidad y la suavidad requerida en el menor numero de pasadas.
Según el articulo 450 de las especificaciones del INVIAS para las mezclas asfalticas en caliente, la compactación se inicia una vez extendida la mezcla a la temperatura mas alta posible a la que ella pueda soportar la carga sin que se produzcan agrietamientos.

La compactación se realizara longitudinalmente de manera continua. deberá empezar por los bordes y avanzar gradualmente hacia el centro excepto en las curvas peraltadas en donde el cilindrado avanzara del borde inferior al superior y traslapando cada paso en la forma aprobada por el interventor hasta que toda la superficie haya sido compactada.

Los rodillos deberán llevar su rueda motriz del lado cercano a la pavimentadora excepto si el interventor no lo autoriza, los cambios de dirección se harán sobre la mezcla ya compactada. los elementos deben estar limpios para emplearlos y también estar húmedos.

Efectos de los diferentes factores que intervienen en la compactación de suelos.

efectos de contenido de agua
peso volumétrico seco
En la figura se puede observar la relación entre el peso volumétrico seco y la humedad agregada al suelo en el proceso de compactación.

El peso volumétrico de la compactación es mayor cuando menor es la diferencia entre el contenido de agua de compactación.
grado de saturación
En la figura se puede observar una curva de compactación con diferentes grados de saturación.

El grado de saturación disminuye rápidamente al disminuir el contenido de agua.
efectos de la energía de compactación
peso volumétrico seco
En la figura se puede observar que a medida que aumenta la energía de compactación, aumenta el peso volumétrico máximo y disminuye el contenido de agua.
grado de saturación
Todo aumento de peso volumétrico seco logrado por incremento de la energía de compactación da lugar a un aumento bien determinado del grado de saturación.
en la estructura
Si el contenido de agua es superior al óptimo, toda la energía adicional aplicada sera, empleada en acercar la estructura del suelo o la condición extrema de la figura.
efectos de la fracción gruesa
El efecto principal de la fracción gruesa de un suelo se manifiesta en el peso volumétrico seco, al presentarse mayor contenido de la fracción gruesa en la mezcla.


Ensayos de compactación en el laboratorio
prueba proctor estándar o normal
La prueba que consiste en:

1. Se toma una muestra de suelo de humead conocida.
2. Se toma un cilindro con medidas estándar y se llena en 3 capas.
3. Cada capa se compacta con 25 golpes con un martillo de 2.5kg y se deja caer a 35 cm de altura.
4. Teniendo las dimensiones para hallar el volumen y se pesa el material ya compactado y se calcula el peso volumétrico húmedo.
5. Se repite la prueba varias veces, variando el grado de humedad con lo que se obtienen valores humedad-peso volumétrico seco.
prueba proctor modificado
La prueba consiste en:

1. Se toma una muestra de suelo de humead conocida.
2. Se toma un cilindro con medidas estándar y se llena en 5 capas.
3. Cada capa se compacta con 25 golpes con un martillo de 4.5kg y se deja caer a 46 cm de altura.
4. Teniendo las dimensiones para hallar el volumen y se pesa el material ya compactado y se calcula el peso volumétrico húmedo.
5. Se repite la prueba varias veces, variando el grado de humedad con lo que se obtienen valores humedad-peso volumétrico seco.
Ensayos de compactación en el terreno
Método del cono y arena
consiste en:

1. Excavar un agujero de 10*15cm a la misma profundidad de la capa por probar.
2. El material excavado es recogido y pesado y se determina la humedad y el peso volumétrico.
3. El volumen del agujero es medido el cual se llena con arena de peso volumétrico.
4. Conocido el peso seco de la muestra y el volumen del agujero, se calcula el peso volumétrico de la muestra que debe ser mayor o igual al peso seco especificado.
prueba de medición nuclear
consiste en:
los equipos utilizados pueden determinar la densidad con una fuente emisora de rayos gamma, un detector sensible a estos rayos cuando atraviesan el suelo que se ensaya y un contador automático que registra las velocidades con que los rayos arriban al detector. esta velocidad depende de la densidad del suelo. para la medida de la humedad el equipo dispone de una fuente emisora de neutrones rápidos donde estos pierden velocidad al chocar con otros de masa semejante y un contador automático registra la velocidad con que los neutrones lentos llegan al detector. esta velocidad se convierte en humedad.
características de compactación de mezclas asfálticas
la compactación de las mezclas asfálticas consiste en forzar las partículas del agregado a estar en contacto mediante la acción adhesiva del asfalto.
Algunas propiedades que obtiene son:
- E
stabilidad
: posibilidad de una mezcla asfáltica de mantener su equilibrio bajo las cargas del transito.
- C
ohesión:
esta propiedad permite mantener unidos los componentes de la mezcla asfáltica originada por la acción adhesiva del asfalto y relleno minera.
-
Impermeabilidad
: es la resistencia que opone el pavimento al paso de agua y aire.
Influencias en las mezclas asfálticas
propiedades de los materiales en compactación
- La fricción entre partículas proporciona estabilidad a la mezcla compactada.
- Si los agregados de la mezcla son débiles se pueden partir al ser compactados.
- Los agregados absorbentes secan la mezcla y a la vez dificultan la compactación.
- El exceso de material grueso vuelve áspera la mezcla
- El exceso de arena hace a la mezcla excesivamente trabajable y muy blanda
- Se debe compactar a mayor temperatura debido a la viscosidad
espesor de la capa
En capas de poco espesor el enfriamiento se presenta muy rápido por lo que se obliga a que los compactadores pasen demasiado rápido.

Cuando las capas se encuentran entre 0-5cm, la temperatura de compactación debe ser mayor con el objeto de permitir el numero de pasadas del equipo suficiente para lograr la densidad deseada. cuando el espesor es mayor de 8cm, se debe reducir la temperatura de compactación.
Temperatura de la mezcla
Se considera que una mezcla puede compactarse cuando el cemento asfáltico permanece fluido para actuar como lubricante.

En la mayoría de las mezclas puede incrementarse la densidad por compactación, siempre que la temperatura de la mezcla sea superior a 117 grados.
condiciones climáticas de la compactación
- En capas de 5cm de espesor, la temperatura ambiente debe ser mayor de 15 grados centígrados.

- En capas de 10 a 20 cm de espesor, la temperatura sea como mínimo de 0 grados centígrados.
BIBLIOGRAFÍA
Ingeniería de pavimentos, evaluación estructural, obras de mejoramiento y nuevas tecnologías, edición 3 tomo 2, autor Alfonso Montejo Fonseca, editorial universidad católica de Colombia.
Aministración y empleo de equipos de ingeniería de la escuela de ingenieros militares.
Cartilla de pavimentos.
Especificaciones INVIAS artículos 320 y 330
http://www.slideshare.net/ERaCC1/compactacion-de-suelos-15469536
CONCLUSIONES
es necesario realizar los ensayos de compactación, debido a que con ello podemos identificar la humedad óptima y la densidad máxima seca de nuestro material.
emplear la maquinaria que se necesite para cada actividad.
es importante tener en cuenta las especificaciones del INVIAS para realizar un buen trabajo.
la mezcla asfáltica se debe compactar a una temperatura entre 138 y 124 grados centígrados, para que haya buena adherencia entre las partículas y el asfalto.
Factores que influyen en la compactación
Ventajas de la compactación
aumenta la resistencia y capacidad de carga del suelo.
disminuye la capacidad de absorción.
reduce los asentamientos debido a la disminución de la relación de vacíos.
mejora las condiciones de refuerzo-deformación del suelo.
Desventajas
La compactación exagerada produce un material muy susceptible al agrietamiento.
en el caso de la compactación en mezclas asfálticas, se debe tener en cuenta la temperatura, debido a que si en el momento de compactar la mezcla se encuentra fría, el material granular no se va a adherir con el asfalto.

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