El documento describe los diferentes métodos y maquinarias utilizados para la compactación de suelos, incluyendo compactación estática, por impacto, vibración y métodos mixtos. Explica cómo funcionan equipos como rodillos lisos, rodillos de patas de cabra, compactadores neumáticos, pisones de explosión, placas vibratorias y rodillos vibratorios. También cubre ensayos de compactación como el Proctor Estándar y Modificado y métodos para controlar la densidad en obra.

1. MECANICA DE SUELOS II
Tema :
“COMPACTACION DE SUELOS –
MAQUINARIAS Y METODOS”
Ing. MOROTE ARIAS, Maxwil Anthony

2. La necesidad de compactar apareció no hace
muchos años debido a la urgencia de utilizar las
obras inmediatamente, sin tiempo para que los
agentes atmosféricos produzcan los asientos
definitivos. Por tanto, los sistemas de
compactación se han ido desarrollando
paralelamente a la mecanización de las obras, ya
que la aplicación de la energía necesaria exige
una máquina adecuada en potencia y movilidad,
para cada caso.

3. Compactar es la operación
previa, para aumentar la
resistencia superficial de un
terreno sobre el cual deba
construirse una carretera u otra
obra. Aplicando una cantidad
de energía la cual es necesaria
para producir una disminución
apreciable del volumen de
hueco del material utilizado.

4. El suelo, como cualquier
elemento natural, posee un
equilibrio entre los diversos
factores que lo influyen. Con
la compactación se causa la
alteración del suelo.
Hay suelos con una tendencia
más o menos acentuada a la
compactación, en función de
la composición, estructura y
contenido de humedad.

5. En un suelo no cohesivo la
compactación ocurre
mayormente por la
reorientación de los granos
para formar una estructura
más densa. La presión
estática no es muy efectiva en
este proceso porque los
granos se acuñan unos contra
otros y resisten el
movimiento.
Arena
Grava

6. Al incorporarle agua
reduce el rozamiento
entre las partículas y hace
más fácil la
compactación, sin
embargo el agua en los
poros también impide
que las partículas tomen
una distribución más
compacta.

7. Para lograr una compactación eficiente en los
suelos no cohesivos se requiere una fuerza
moderada aplicada en una amplia área, o choque
y vibración.

8. En los suelos cohesivos la
compactación se produce por
la reorientación y por la
distorsión de los granos y sus
capas absorbidas. Esto se
logra por una fuerza que sea
lo suficientemente grande
para vencer la resistencia de
cohesión por las fuerzas
entre las partículas.

9. La compactación
eficiente en los suelos
cohesivos requiere
presiones más altas para
los suelos secos que para
los húmedos, pero el
tamaño del área cargada
no es crítico.

10. Los vacíos producen
debilidad del suelo e
incapacidad para soportar
cargas pesadas. Estando
apretadas todas las
partículas, el suelo puede
soportar cargas mayores.

11. Si la estructura se
construye en el suelo
inestable, el suelo se
hunde dando lugar a que
la estructura se deforme
(asentamientos
diferenciales). Donde el
hundimiento es más
profundo en un lado o en
una esquina, por lo que se
producen grietas o un
derrumbe total.

12. Un suelo compactado reduce la penetración
de agua. El agua fluye y el drenaje puede
entonces regularse.

13. Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo
y llenar estos vacíos. El resultado sería el
esponjamiento del suelo durante la estación de
lluvias y la contracción del mismo durante la
estación seca.

14. El agua se expande y
aumenta el volumen al
congelarse. Esta acción a
menudo causa que el
pavimento se hinche, y a
la vez, las paredes y losas
del piso se agrieten. La
compactación reduce
estas cavidades de agua
en el suelo.

15. Como ya se dijo, desde un principio se busca
mejorar el suelo mediante la compactación a
través de sus beneficios y los que finalmente se
obtienen en la obra.
Existen una gran variedad de suelos es por ello
que para obtener mejores resultados se han
desarrollado diversos métodos de compactar
materiales en el campo.

16. Los utilizados al presente se suelen clasificar en
las siguientes categorías:
-Por amasado
-Por presión
-Por impacto
-Por vibración
-Por métodos mixtos

17. También llamado efecto de manipuleo, es el producido
por tensiones tangenciales que redistribuyen las
partículas para de esta manera aumentar su densidad.
Resulta muy eficaz para compactar la capa final de
base para un firme asfáltico. Las maquinas que mejor
aprovechan esta fuerza de compactación son los rulos
de pata de cabra o pisones y los compactadores de
neumáticos de ruedas alternadas.

18. Consiste en aplicar un peso sobre la superficie del
suelo, esto produce la ruptura de las fuerzas que
enlazan las partículas entre si y su acomodo en nuevos
enlaces más estables dentro del material. Este tipo de
compactación se utilizan máquinas sin vibración del
tipo de rodillos lisos, pisones, patas de cabra, rodillos
neumáticos, etc.
El efecto que produce un peso aplicado sobre el
material se traduce en una presión sobre su superficie
que se transmite hacia el interior y se distribuye en
forma de bulbo cuyo valor disminuye de forma
exponencial con la profundidad. Debido a esto
solamente se aplica la compactación estática en capas
de poca profundidad, como sellado de capas o cuando
es posible romper la compactación ya conseguida si se
aplican cargas mayores.

19. También llamada compactación
dinámica. Utiliza una fuerza de
impacto repetido sobre la
superficie a compactar. Depende
del peso que se utilice y la altura
desde la que se le deja caer.
Pueden ser de baja energía como
los producidos por los
compactadores de mano, ranas,
etc., hasta los 600 golpes por
minuto o de alta energía entre
1.400 y 3.500 golpes por minuto
como los utilizados en los rodillos
vibratorios.

20. La compactación por vibración es la
más utilizada en la actualidad para la
mayoría de las aplicaciones. Se basa en
utilizar una masa excéntrica que gira
dentro de un rodillo liso, dicha masa
produce una fuerza centrifuga que se
suma o se resta al peso de la máquina,
para producir una presión sobre el suelo
que depende de varios factores como el
peso de los contrapesos, distancia al
centro de rotación y al centro de
gravedad y la velocidad de rotación.
Para conocer como funcionan los
compactadores de vibración, tenemos
que conocer los valores de la fuerza
centrifuga, amplitud y frecuencia.

21. En principio, el proceso de compactación en el campo debe
conducirse para responder a la pregunta fundamental de ¿qué
equipo habrá de emplearse y que operaciones habrán de realizarse
para obtener en un suelo dado un cierto conjunto de propiedades
mecánicas consonantes con las consideradas en el proyecto?
Sin embargo, en muchas ocasiones la pregunta anterior adquiere
una modalidad diferente, dado que no es difícil que se presenten
casos en que para realizar los trabajos de compactación se disponga
de un cierto equipo y que resulte difícil o imposible en la práctica
obtener algún otro que pudiera considerarse preferible para un caso
dado. En esos casos la pregunta fundamental que se plantea al
planear un tren de compactación sería ¿que resultados se pueden
obtener con el equipo disponible y cómo manejar ese equipo y el
proceso en general, a fin de obtener mejores resultados que sea
posible?

22. Tras estas ideas
generales sobre
compactación,
vamos a pasar ahora
a clasificar las
maquinas
compactadoras
según sus diferentes
principios de
trabajo.

23. APISONADORAS CLASICAS DE RODILLOS LISOS
Algunos modelos como CS-323C, CS-433, ECS56, CS76 XT; los
tambores de estos rodillos promedian un peso de entre 2 ton - 13 ton
aproximadamente.
Estas también son utilizadas como maquinas que compactan por
vibrado

24. ESTOS EQUIPOS SON UTILIZADOS EN SUELOS
GRANULARES, SUELOS CON COHESION Y FRICCION
COMO SON LAS CAPAS DE BASE Y SUB BASE EN LOS
PAVIMENTOS

25. RODILLOS DE “PATAS DE CABRA”

26. ESTOS COMPACTADORES CONCENTRAN SU PESO SOBRE LA
PEQUEÑA SUPERFICIE DE LAS PUNTAS TRONCO CÓNICAS
SOLIDARIAS AL RODILLO, EJERCIENDO POR LO TANTO
UNAS PRESIONES ESTÁTICAS MUY GRANDES EN LOS
PUNTOS EN QUE LAS MENCIONADAS PARTES PENETRAN EL
SUELO.

27. COMPACTADORES CON RUEDAS NEUMATICAS

28. EQUIPADOS, GENERALMENTE, CON DOS EJES, CON PESOS
NORMALES ENTRE 9 Y 15 TONELADAS Y CON 8 HASTA 13
NEUMÁTICOS, SON APROPIADOS PARA SUELOS
COHERENTES DE GRANULADO FINO Y ARENAS Y GRAVAS
BIEN GRADUADAS. SON ESPECÍFICOS PARA CERRAR LOS
AGLOMERADOS ASFÁLTICOS.

29. PISONES DE EXPLOSION
Este tipo de maquina se levanta del suelo debido a la
explosión de su motor, que por reacción contra el mismo
produce la suficiente fuerza ascendente para elevar toda
ella unos 20 cm.

30. ESTOS PISONES SON MUY APROPIADOS PARA SUELOS COHERENTES,
AUNQUE TAMBIÉN DAN RESULTADO CON OTRA CLASE DE
MATERIALES.
SON MUY BUENOS PARA LA COMPACTACIÓN DE ZANJAS, BORDES DE
TERRAPLENES, CIMIENTOS DE EDIFICIOS, ETC. LA HABILIDAD DEL
OPERADOR ES DECISIVA EN EL RENDIMIENTO Y CALIDAD DEL
TRABAJO.

31. COMPACTADOR DE IMPACTO
BW-332
utilizan sus ruedas no circulares (forma de levas) para
comprimir, frotar, amasar e impactar periódicamente
los materiales rocosos del suelo de forma estática.

32. PLACAS VIBRANTES
plancha base que produce un golpeteo en sentido vertical,
debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico
accionado por un motor.

33. ESTAS MAQUINAS SON ÚTILES PARA TRABAJOS PEQUEÑOS,
TALES COMO RELLENO DE ZANJAS, ARCENES, PASEOS,
ETC. SIN EMBARGO, SE PUEDEN UNIR 2, 3 Ó MÁS
VIBRADORES DE PLACA EN PARALELO Y OBTENER DE ESTA
MANERA UNA PODEROSA MÁQUINA DE COMPACTACIÓN.

34. RODILLOS VIBRATORIOS
Son maquinas que precisamente por su condición están
un poco entre las apisonadoras estáticas clásicas y el
rodillo vibratorio remolcado.

35. SU EMPLEO ESTÁ INDICADO EN LOS
SUELOS GRANULARES BIEN GRADUADOS
SOBRE TODO CUANDO LOS TAJOS SON
ESTRECHOS Y NO PERMITEN ALAR LA
VUELTA FÁCILMENTE A LOS RODILLOS
REMOLCADOS

36. La facilidad de manipulación y estandarización ha
hecho que las primeras pruebas que se desarrollaron en
el laboratorio fueran de tipo estático (ejerciendo
presión con algún dispositivo sobre el suelo, colocado
por capas dentro de un molde metálico, cilíndrico) o de
tipo dinámico (en el que la compactación se logra con
golpes de un pisón estándar dejado caer desde una
altura fija sobre el suelo, también colocado en capas en
un cilindro similar de dimensiones especificadas y
llevando cuenta del número de golpes correspondiente
a cada capa).

37. Los ensayos de mecánica de suelos realizados, son para llevar un
control adecuado de la compactación los cuales pueden ser hechos en
el laboratorio y en obra.
- COMPACTACIÓN CON PROCTOR ESTANDAR (A.A.S.H.T.O
T99)
- COMPACTACION CON PROCTOR MODIFICADO (A.A.S.H.T.O
T99)
- DENSIDAD IN SITU (CONO DE ARENA, DENSÍMETRO
NUCLEAR)
- DETERMINACION DE LA HUMEDAD (SPEEDY)

38. Este método, describe el procedimiento para la determinación
de la relación entre el contenido de humedad y la densidad de
los suelos compactados en un molde de tamaño dado, con un
pisón de 2.5 kg (5.5 lb) que cae de una altura de 305 mm (12
pulg).
Existen cuatro procedimientos alternativos:
Método A.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4).
Método B.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4).
Método C.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg).
Método D.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg).

40. PROCTOR MODIFICADO
Este método, describe el procedimiento para la determinación
de la relación entre el contenido de humedad y la densidad de
los suelos compactados en un molde de tamaño dado, con un
pisón de 4.54kg (10lb), que cae de una altura de 457mm
(18pulg).
Método A.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4).
Método B.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 4.75mm (Nº 4).
Método C.- Con un molde de 101.60mm (4pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg).
Método D.- Con un molde de 152.40mm (6pulg) de diámetro
y material pasante del tamiz de 19.0mm (¾ pulg).

43. Al realizar la compactación en obra se tendrá que realizar
ensayos para que se controle si la compactación está
llegando al mínimo permitido por las normas se tiene:
Control de densidad
Control de material
Ensayos de clasificación SUCS o AASTHO
Ensayos Próctor