UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO BOLÍVAR ESCUELA DE CIENCIAS DE LA TIERRA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL TALLER DE CONSTRUCCIÓN Y EQUIPOS M QUIN S COMP CT DOR S CIUDAD BOLÍVAR, ENERO 2015 PROFESORA: BACHILLERES: GARCIA ZULEISKA ADRIAN, AD RIANA C.I: 22.7 90.567 BOLIVAR, YVANKA C.I: 20.772.623 CHMAIT, ADEL C.I: 24.795.274 GARCIA, EDGARD C.I: 22.858.748 GOMEZ, LIDMAR C.I: 19.629.504 MACHADO, PAOLA C.I: 20.772.420 RAMIREZ, YULY C.I: 18.467.192 TOVAR, FRANCISCO C.I: 18.621.727 VALOR, JONATHAN C.I: 21.124.205 VASQUEZ, MARIA C.I: 21.261.938 ZAMORA, OSMARY C.I: 22.804.297
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL
M QUIN S
BOLIVAR, YVANKA C.I: 20.772.623
CHMAIT, ADEL C.I: 24.795.274
GARCIA, EDGARD C.I: 22.858.748
GOMEZ, LIDMAR C.I: 19.629.504
MACHADO, PAOLA C.I: 20.772.420
RAMIREZ, YULY C.I: 18.467.192
TOVAR, FRANCISCO C.I: 18.621.727
VALOR, JONATHAN C.I: 21.124.205
VASQUEZ, MARIA C.I: 21.261.938
ZAMORA, OSMARY C.I: 22.804.297
2
INDICE
2. COMPACTACIÓN……………………………………………… 6
2.3. Factores A Tomar En Cuenta En La Compactación…… 8
2.3.1. Granulometría Del Material………………………………… 8
2.3.2. Contenido De Agua o Grado De Humedad Del Suelo…...
8
2.3.3. Esfuerzo De Compactación………………………………… 9
2.3.3.1. Por Peso Estático o Compresión……………………… 10
2.3.3.2. Por Acción De Amasado o Manipulación......................
10
2.3.3.3. Por Percusión o Impacto………………………………. 10
2.3.3.4. Por Vibración o Sacudimiento…………………………. 11
3. MAQUINARIAS DE COMPACTACIÓN……………………….. 11
3.1. Compactadores Con Rodillo Pata De Cabra……………… 12
3.2. Compactadores Con Rodillos Metálicos Lisos…………… 14
3.3. Compactadores Neumáticos……………………………….. 17
3.4. Compactadores Combinados………………………………. 19
3.6. Compactadores De Ruedas Segmentadas…….………… 21
3.7. Plancha Compactadora……………………………………… 22
3.9. Placas Compactadoras De Caída Libre…………………… 24
3.10. Compactadores De Relleno Sanitario……………………… 25
4. SELECCIÓN DEL EQUIPO DE COMPACTACIÓN………….. 26
3
6. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA PRODUCTIVIDAD DE LOS
COMPACTADORES……………………………………….
29
6.1.1. Velocidad De Operación…………………………………...... 30
6.1.2. Ancho Efectivo De Compactación…………………………..
30
6.1.3. Numero De Pasadas………………………………………… 30
6.1.4. Espesor Compactado Por Capas………………………… 31
6.2. Productividad De Los Compactadores En Volumen……..
31
7. COSTO Y MANTENIMIENTO DE LAS MAQUINAS
COMPACTADORAS…………………………………………….
32
8. LA COMPACTACIÓN Y EL MEDIO AMBIENTE……………... 39
8.1. Otros Factores De Las Maquinas Compactadoras Que Repercuten El
Medio Ambiente Y Al Ser Humano……..
40
4
INTRODUCCIÓN
Desde el punto de vista de la ingeniería civil, debe distinguirse a
los
suelos como un material de cimentación, o como material de
construcción.
En el primer caso son de interés primordial las propiedades
mecánicas y
como material de construcción, los suelos son los que en mayor
proporción y
con mayor frecuencia ocupa el hombre en las obras de
infraestructura que
contribuye en su beneficio a la hora de construir para satisfacer
alguna
necesidad de la sociedad; por ende la preocupación al momento
de
compactar. Entendiendo por compactar la acción de aplicar durante
la
construcción del relleno, la energía necesaria para producir una
disminución
apreciable del volumen de huecos del material empleado y por tanto
del
volumen total del mismo. La necesidad de compactar apareció no
hace
muchos años debido a la urgencia de utilizar las obras
inmediatamente, sin
tiempo para que el tráfico o los agentes atmosféricos produjesen
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 maquina adecuada en potencia y
movilidad,
para cada caso.
El problema se presenta porque la energía de compactación
necesaria
en cada caso no es solamente diferente, sino que también lo es el
modo
como dicha energía debe ser transmitida al terreno. Esta es la
razón de que
existan hoy día en el mercado diferentes tipos de máquinas
compactadoras,
y como consecuencia, la dificultad inherente de elegir en cada caso
el
modelo más adecuado. En vista a lo anteriormente señalado el
objetivo del
presente trabajo es conocer los distintos tipos de máquinas, además
de
como seleccionar el equipo de compactación y el costo y
mantenimiento de
dichas máquinas.
5
1. EVOLUCIÓN DE LAS MAQUINAS COMPACTADORAS.
Se confiaba en otra época en la acción del tiempo y de las lluvias
para
conseguir un apisonado de los rellenos que permanecía muy
sensible
durante dos o tres años. La historia del mejoramiento en el diseño
de
máquinas, se dio principalmente en los Estados Unidos. La
especialización
del equipamiento de mover, esencialmente como función de la
distancia de
acarreo, hizo aparecer la niveladora, el raspador, el buldózer, el
cargador, el
ubicuo tractor agrícola y la compactadora. Este proceso se dio más
o menos
alrededor de los 1880 hasta el final de la primera guerra mundial.
Ya en esta
época todos habían adquirido su silueta familiar. Las
primeras
compactadoras eran de tracción animal, pero el esfuerzo de
tracción
necesario requería de equipos de un tamaño excesivo (se
mencionaron
equipos de hasta dieciséis mulas), entonces rápidamente el tractor,
y luego
el asentador de vías fueron adaptados para poder jalarlos. Luego
fueron
motorizados. El motor a combustión interna fue adoptado
rápidamente. Sin
duda, el hecho de que fuera tan compacto y práctico estimuló mucho
el
diseño. A pesar de que no fuera una tarea trivial encender un motor
a
petróleo en temperaturas de congelamiento a principios de siglo,
los
procedimientos para arrancar una máquina de vapor ocupaban las
primeras
horas de cada día.
6
El R.U. lideraba en el desarrollo de compactadoras mecánicas
durante el
siglo XIX. Las primeras apisonadoras, manufacturadas por Aveling
and
Porter fueron utilizadas en 1867. Sin embargo, se precisaba gran
cantidad
de trabajo para levantar el vapor, regar la máquina y moverla.
Además,
apareció y se difundió rápidamente el rodillo vibrante, el cual
resultaba
también ser más portátil. Estos factores causaron su desaparición
de las
carreteras europeas en los años 50.
Después del desarrollo rápido de los treinta años antes de la
primera guerra
mundial, se consolidó el diseño en los años 20 y 30. El tamaño y la
potencia
de los motores incrementaron, los motores diesel se volvieron
bastante
universales, así como los sistemas hidráulicos. Al umbral de la
segunda
guerra mundial la maquinaria de construcción había llegado de tal
modo a su
forma actual.
2. COMPACTACIÓN.
Es la operación mecánica que se ejecuta para elevar la densidad
del
suelo, o sea su peso por unidad de volumen, con el fin de aumentar
su
resistencia. Todo relleno para obras viales, hidráulicas o de
fundación de
estructuras debe ser construido mediante capas de suelo, las que
deben ser
sometidas a un proceso de compactación, para conseguir la
resistencia
especificada.
7
Resistencia a la
Aumenta la resistencia y capacidad de carga del suelo.
Reduce la compresibilidad y disminuye la aptitud para
absorber el
agua.
Reduce los asentamientos debido a la disminución de la
relación de
vacíos.
Mejora las condiciones de esfuerzo -deformación del
suelo.
8
La compactación muy intensa produce un material muy
susceptible al
agrietamiento.
Aumenta el potencial de hinchamiento en suelos finos y el
potencial
de expansión por las heladas.
2.3. Factores A Tomar En Cuenta En La Compactación.
Con el fin de conseguir a su vez una buena compactación, se
deben
controlar tres factores importantes:
Esfuerzo de compactación
2.3.1. Granulometría del Material.
Representa la distribución de las partículas en porcentajes de
acuerdo a
su tamaño. Un suelo tiene buena granulometría si el tamaño de las
partículas
es variado y su distribución uniforme. Si la mayor parte tiene
igual tamaño, su
granulometría es inadecuada, por lo cual es difícil compactarlo.
Mientras
mayor sea la diversidad de tamaños, los vacíos existentes entre
las
partículas grandes se llenarán fácilmente con las partículas de
menor
tamaño, dando como resultado una mayor densidad.
2.3.2. Contenido de Agua o Grado de Humedad del Suelo.
9
muy difícil o tal vez imposible conseguir una compactación adecuada
sí los
materiales están muy secos o muy húmedos, para cada tipo de
suelo
corresponde cierto contenido de agua, el cual se denomina como
humedad
óptima.
El grado de compactación especificado es, en general, más alto para
las
capas superiores del terraplén que para las capas inferiores.
Un
requerimiento de compactación de 95% significa que el material,
ya
compactado, debe tener una densidad del 95% de la densidad máxima
del
terreno, el cual se obtiene cuando el material se ha llegado a su
contenido
óptimo de su humedad. La densidad máxima para el material de
relleno en
particular, puede encontrarse por las pruebas de laboratorio. Deben
hacerse
frecuentes pruebas del terreno en la medida que prosigue la
compactación, a
fin de obtener la compactación mínima especificada.
Cuando es necesario, el relleno se humedece con el equipo de riego.
El
contenido de agua del material del relleno es menos crítico en los
granulares
que en los materiales finos como limos o arcillas. Tales rellenos
pueden
rechazarse cuando el contenido de agua no puede llevarse hasta el
nivel
óptimo especificado a causa de factores no sujetos a control, como
el clima
húmedo.
2.3.3. Esfuerzo de Compactación.
Es la energía mecánica que se aplica al suelo, utilizando una
máquina,
con el objeto de apisonarlo para aumentar su densidad. El proceso
de
compactación se realiza utilizando uno de los siguientes
métodos:
Por peso estático o compresión.
Por acción de amasado o manipulación.
10
2.3.3.1. Por Peso Estático o Compresión.
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 procedimiento
es el
que se aplica cuando se utilizan máquinas sin vibración del tipo de
rodillos
lisos, pisones, patas de cabra, entre otras.
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.
2.3.3.2. Por Acción de Amasado o Manipulación.
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.
2.3.3.3. Por Percusión o Impacto.
También llamada compactación dinámica. Utiliza una fuerza de
impacto
repetido sobre la superficie a compactar. Depende del peso que se
utilice y la
11
producidos por los compactadores de mano, ranas, entre otros; o de
alta
energía como los utilizados en los rodillos vibratorios. La
compactación por
percusión se utiliza generalmente en pequeñas obras, como ser
instalación
de tuberías de agua, alcantarillado, electricidad, entre
otros.
2.3.3.4. Por Vibración o Sacudimiento.
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 centrífuga 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.
3. MAQUINARIAS DE COMPACTACIÓN
Entre los compactadores que se usan con mayor frecuencia en
los
trabajos de compactación de plataformas y terraplenes en
carreteras,
12
aeropuertos, vías urbanas, presas de tierra, entre otras, se puede
citar los
siguientes:
Están formados por rodillos cilíndricos huecos, en cuya superficie
van
montados pisones de sección prismática que se asemejan en su forma
a las
patas de cabra, con un alto de 20 a 25 centímetros. Estos rodillos
están
montados en un bastidor, que se acopla a un tractor para su
remolque, los
mismos vienen acoplados en pares, en tándem o simples. La energía
de
compactación se obtiene por la presión de contacto de una hilera de
pisones,
sobre la cual se distribuye el peso total de la máquina.
Estos rodillos pueden ser remolcados o autopropulsados (con
hojas
delanteras o sin hojas delanteras), ambos pueden ser apisonadores
o
vibratorios. El número de rodillos depende de la potencia del
tractor de
remolque. Debido a que estos rodillos son huecos deben ser
lastrados con
13
experimentales, se haya un determinado número de patas a lo largo
de una
misma generatriz por lo cual el número de patas por metro cuadrado
de área
de tambor es de 12. Los rodillos pata de cabra normalmente se
fabrican de
dos tipos: ligeros y pesados.
3.1.1. Efectos Del Equipo Sobre El Suelo.
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.
A medida que aumenta el número de pasadas disminuye la
penetración.
la siguiente capa.
14
Produce una distribución uniforme de energía de compactación
en
cada capa y una buena liga entre capas sucesivas.
La penetración del vástago entre los 20 - 50 % es eficiente
la
operación pero dicho valor dependerá de la plasticidad del
suelo.
3.1.2. Combinación Con Otros Equipos.
Superficialmente éstos dejan un porcentaje de vacías mayor
que otros
equipos, ya que tienen un menor cubrimiento de la superficie.
Luego de que la penetración de los vástagos, no supera los
10 cm, se
termina con un rodillo vibratorio, lisos o neumáticos pesados; ya
que el
mismo tiende a sellar la superficie, o si no con
motoniveladora.
3.1.3. Compactadores Pata de Cabra de Alta Velocidad.
Los compactadores Pata de Cabra de alta velocidad, están formados
por
cuatro ruedas o tambores de acero, provistos de patas o pisones,
tienen
propulsión propia a través de un motor diesel de 170 a 300 HP de
potencia,
tienen anchos de compactación que varían de 3 a 3,80 metros;
desarrollan
velocidades entre 5 y 35 km/hora. Además están equipados con una
hoja
topadora de control hidráulico que se utiliza para el esparcimiento
del
material y para uniformar el terreno.
3.2. Compactadores Con Rodillos Metálicos Lisos.
15
huecos que pueden llenarse con agua para obtener el peso por unidad
de
ancho que se desee o pueden ser de rodillos con rayos.
Normalmente la plancha de tres ruedas es usada en la compactación
de
sub-bases y bases de pavimentos debido a la mayor presión que
ejercen las
ruedas traseras. Las ruedas traseras son las motrices. Estas ruedas
están
colocadas con su borde interno alineado con el borde externo del
rodillo
delantero de manera que pasan por las orillas de las huellas
dejadas por el
rodillo delantero. El rodillo delantero es direccional.
El rodillo de tres ruedas tiene la ventaja de que cubre por
completo el
área por donde pasen los rodillos motrices. Estas aplanadoras se
fabrican en
tamaños de 5 a 12 toneladas métricas, comúnmente.
Las aplanadoras de tándem deben su nombre a la disposición de
los
16
en diversos tamaños, anchos y diámetros de rodillos con pesos que
varían
de 3 a 14 toneladas métricas. Las aplanadoras tándem se
emplean
generalmente para compactar mezclas asfálticas.
El sistema de compactación empleado con los rodillos lisos es el de
iniciar
la misma a bajas velocidades cubriendo toda el área y después
ir
traslapando las rodadas de los rodillos traseros o motrices hasta
obtener la
compactación deseada. La compactación debe iniciarse de las orillas
hacia el
centro del camino en las tangentes, de la parte interior a la
exterior en las
curvas.
Son rodillos vibrantes que se utilizan especialmente en
terrenos
pedregosos, en conglomerados granulares, en cantos rodados y en
mezclas
asfálticas. De acuerdo al tipo de material se debe graduar la
amplitud y
frecuencia de vibración. Pueden ser remolcados o
autopropulsados:
3.2.1.1. Rodillos Vibratorios Remolcados: Se usan
preferentemente
en lugares donde los autopropulsados tienen dificultades de
tracción. Con rodillos cilíndricos montados en un marco
remolcado; se pueden lastrar ya sea con arena húmeda o agua.
3.2.1.2. Rodillos Vibratorios Autopropulsados: Se fabrican en
diversidad de tamaños y modelos, con pesos que varían de 1 a
18 Ton; anchos de rodillo de 1 a 2,20 metros; frecuencias de
vibración de 1800 a 3600 r.p.m., amplitudes de vibración de
0,3
a 2 mm; y velocidades de trabajo de 2 a 13 km/h. Una misma
máquina trabajando a baja velocidad compactará mayores
espesores de capa, aumentando la velocidad disminuirá su
17
profundidad.
3.3. Compactadores Neumáticos.
El mayor uso de estos equipos se realiza en la construcción de
carpetas
asfálticas, capas base y sub base estabilizadas, capas granulares,
entre
otros; donde su efecto resulta superior al de otro tipo de
compactadores, ya
que puede conseguir un perfecto cierre de poros y superficies
uniformes
libres de defectos. Son unidades de marcha rápida que disponen de
un
número impar de llantas que puede ser 7, 9 ú 11 montadas en dos
ejes, sin
son de siete, 3 en el eje delantero y 4 en el eje trasero. Las
llantas están
colocadas de tal manera que las traseras cubren los espacios
no
compactados por las delanteras. Tienen pesos que varían de 6 a
24
toneladas, o más.
18
El tipo de compactación que utilizan es el apisonamiento estático,
sus
ruedas pueden tener suspensión oscilante. Para aumentar su peso
se
pueden utilizar pesos de lastre, colocados sobre su bastidor
rectangular, este
incremento de peso tiene la desventaja de aumentar la resistencia a
la
rodadura, disminuyendo la velocidad de trabajo.
La compactación de los suelos depende de la presión de contacto de
los
neumáticos, la que a su vez depende de la presión de inflado; por
esta razón
los compactadores con neumáticos de alta presión serán los más
eficientes,
éstos conseguirán la densidad requerida en menos pasadas y en capas
de
mayor espesor.
3.3.1. Efectos Del Equipo.
Ventajas de estos frente a los compactadores pata de cabra
es que
pueden compactar capas más gruesas y a mayor velocidad.
Aplica a la superficie la misma presión en todas las
pasadas
La distribución de las ruedas hacen que las ruedas
traseras
compacten las áreas no compactadas por las delanteras.
3.3.2. Compactadores Con Ruedas Neumáticas Autopropulsadas.
19
Equipados, generalmente, con dos ejes, con pesos normales entre 9 y
15
toneladas y con 8 hasta 13 neumáticos. Los que conocemos por 13
ruedas,
son específicos para cerrar los aglomerados asfálticos. Son
máquinas
complicadas que exigen entretenimiento cuidadoso; la altura de
tongadas
suele variar de 15 a 20 cm., y requieren 8/12 pasadas. Su velocidad
de
trabajo oscila sobre los 3 km./in.
3.3.3. Compactadores Con Ruedas Neumáticas Remolcados.
Por lo general poseen un solo eje y pocos neumáticos. Son
apropiados
para terrenos coherentes, margas, zahorras, influyendo poco los
grandes
tamaños de piedra. Estas máquinas son muy sencillas y no requieren
más
cuidado que el vigilar las presiones de los neumáticos. Los
grandes
compactadores de este tipo hay que arrastrarlos con bulldozers de
grandes
potencies y por lo tanto requieren para su buena utilización
grandes áreas de
trabajo. Se han compactado zonas algo cohesivas en capas de 30 a 40
cm.
En 6 u 8 pasadas con un compacto de 100 tm.
3.4. Compactadores Combinados.
Dentro de las mejoras hechas a los equipos de compactación se
encuentran la combinación de compactación por carga estática
más
vibración. De este tipo se tiene la combinación de una aplanadora
de tres
ruedas y un vibrador colocado en la parte posterior de la
aplanadora. Otra
combinación es la de una motoconformadora con una unidad vibratoria
de
funcionamiento eléctrico colocada inmediatamente atrás de la
hoja
niveladora o cuchilla permitiendo efectuar una nivelación e
inmediatamente
una compactación que será desde luego más uniforme.
20
Otros equipos de compactación por combinación son los Duo-Pactor
y
los Tri-Pactor. El Duo-Pactor está compuesto de una unidad de
lastrado
para proveer un peso total de 19 toneladas métricas y dos ejes,
uno
delantero con ocho ruedas neumáticas y un rodillo liso de acero con
eje
posterior que aplana las huellas dejadas por la rodada múltiple. El
Tri-
Pactor agrega a la combinación antes descrita, un compactador
vibratorio
de acción hidráulica mediante el cual el rodillo liso presiona
fuertemente
sobre el terreno.
21
3.5. Compactadores De Rodillos De Rejilla.
El tipo de aplanadora denominada rodillo de rejilla se emplea en
la
compactación de materiales granulares. Se compone de dos o tres
ruedas de
rejillas de acero en un macro o bastidor que se emplea para el
lastrado de la
unidad mediante bloques de concreto o de acero. Su peso promedio es
de
10 toneladas métricas pero pueden alcanzarse pesos mayores por
medio del
lastrado. El espesor suelto a compactar se puede determinar del
mismo
modo que las compactadoras de rodillo liso.
3.6. Compactadores De Ruedas Segmentadas.
El rodillo de ruedas segmentadas es otro tipo de rodillo empleado
en la
compactación de suelos. Generalmente este rodillo es de propulsión
propia y
de proporciones similares a las de una aplanadora de tres ruedas.
El modelo
más común es el Kompactor que tiene un peso aproximado de 15
toneladas
22
3.7. Plancha Compactadora.
Consisten en una plancha base que produce un golpeteo en
sentido
vertical, debido al movimiento giratorio de un plato excéntrico
accionado por
un motor. Las fuerzas vibratorias engendradas son mayores que el
peso de
la máquina y por lo tanto la maquina se levanta del suelo en cada
ciclo de
rotación del plato excéntrico. El movimiento de traslación se
consigue
utilizando parte de la energía de vibración según la componente
horizontal.
Estas máquinas son útiles pare trabajos pequeños, tales como
relleno de
zanjas, arcenes, paseos, etcétera. Sin embargo, se pueden unir 2,
3, 6 o más
vibradores de place en paralelo y obtener de esta manera una
poderosa
máquina de compactación. Se han compactado terrenos naturales de 15
a
23
vibratorias con la ventaja de que no gastan energía en el
movimiento de
traslación y al ser la marcha del vehículo más regular y en ambos
sentidos se
obtienen mejores rendimientos.
El compactador tipo canguro, también conocido como apisonador o
pisón
tipo vertical, de percusión o saltarín; es una poderosa herramienta
de
impacto vibratorio alimentada por un motor de combustión. Puede
aplicar una
tremenda fuerza a la superficie del suelo en impactos
consecutivos,
nivelando y apisonando uniformemente. El compactador está diseñado
para
uso en áreas confinadas y es particularmente útil en la
compactación a fin de
evitar los asentamientos y proporcionar una base firme y sólida
para la
colocación de zapatas, losas de hormigón y cimientos. También se
utiliza en
el parcheo sobre asfalto y el rellenado de zanjas abiertas para
gasoductos,
acueductos e instalación de cableado.
24
El compactador es una herramienta manual que funciona en
posición
vertical. Las características de cada compactador varían
ampliamente según
los modelos, pero en general la máquina pesa entre 65 y 80 kg,
mide
aproximadamente 1 metro de alto y genera entre 500 y 800 impactos
por
minuto, con una fuerza de impacto que oscila entre 1 y 1,5
tonelada. Por lo
común muestra una velocidad de avance de 10-15 m por minuto y es
capaz
de compactar un área de 140-280 m2 por hora. Las dimensiones de
la
zapata conforman un rectángulo de unos 25 x 35 cm, aunque también
hay
formas cuadradas.
3.9. Placas Compactadoras De Caída Libre.
Se trata de unas places de hierro de superficie de contacto lisa de
0,5 m2,
25
les deja caer libremente sobre el mismo. Para ello se necesita una
maquina
adicional tal como una excavadora, grúa, etc. La preside de
contacto que
produce la caída es muy alta y comprime en combinación con una
cierta
sacudida hasta los suelos pesados, rocosos. Es únicamente en
la
compactación de roca donde puede ser interesante.
3.10. Compactadores De Relleno Sanitario.
El compactador de rellenos sanitarios está diseñado expresamente
para
los sitios de disposición final. Tienen como función: esparcir,
compactar y
cubrir los residuos. Es rápido, agresivo y ágil en el frente de
trabajo logrando
pesos volumétricos mayores en la compactación. El compactador
está
formado por un tractor que se desplaza sobre cilindros dentados
resistentes
26
residuos. Adicionalmente tiene una hoja topadora que permite
esparcir los
residuos.
27
La elección del equipo de compactación se debe efectuar
considerando la diversidad de los suelos y la variedad de
modelos
disponibles. Para este fin es conveniente agrupar los suelos en dos
grupos:
Suelos Cohesivos: Tienen un mayor porcentaje de partículas
finas y
muy finas (materiales arcillosos), donde las fuerzas internas
de
cohesión tienen un papel preponderante.
Suelos Granulares: Formado por partículas de mayor tamaño,
en las
cuales no existe cohesión, en cambio presentan fuerzas de
rozamiento interno.
Para los suelos cohesivos la acción de amasado es la única capaz
de
producir esfuerzos internos para vencer la resistencia opuesta por
las fuerzas
de cohesión, por lo cual los más recomendados son los equipos tipo
pata de
cabra o combinados.
Para los suelos granulares o arenosos el método más adecuado es
la
vibración, que anula las fuerzas de rozamiento para conseguir el
acomodo de
las partículas, reduciendo la cantidad de vacíos y aumentado la
densidad del
suelo.
En la mayoría de los suelos se encuentran materiales cohesivos
y
granulares en diferentes proporciones, para los cuales es difícil
determinar el
equipo más adecuado. Los fabricantes ofrecen modelos que se adaptan
a la
28
Los rodillos neumáticos de gran diámetro y anchura, con alta
presión
interna, pueden compactar una variedad de suelos, de igual manera
los
compactadores neumáticos de ruedas oscilantes tienen su campo
de
aplicación en suelos constituidos por mezclas de arcilla, limo y
arena.
Finalmente para evitar errores en la selección del equipo de
compactación, por la amplia variedad de factores que intervienen en
ella, los
cuales serán diferentes para cada obra y para cada sector de la
misma, es
necesario efectuar pruebas de compactación al inicio de cada obra,
para
elegir el equipo, el espesor de la capa suelta, número de pasadas,
velocidad
de trabajo y humedad del material.
5. SEGURIDAD INDUSTRIAL.
Nunca se debe saltar de la máquina. Utilizar los medios
instalados
para bajar y emplear ambas manos para sujetarse.
Mantenga su máquina limpia de grasa y aceite y en especial
los
accesos a la misma.
Ajústese el cinturón de seguridad y el asiento.
En los trabajos de mantenimiento y reparación aparcar la
máquina en
suelo firme, colocar todas las palancas en posición neutral y parar
el
motor quitando la llave de contacto.
Evite siempre que sea posible manipular con el motor
caliente cuando
alcanza su temperatura, cualquier contacto puede ocasionar
quemaduras graves.
Mirar continuamente en la dirección de la marcha para
evitar
atropellos durante la marcha atrás.
No trate de realizar ajustes si se puede evitar, con el
motor de la
máquina en marcha.
29
Antes de cada intervención en el circuito hidráulico hay que
accionar
todos los mandos auxiliares en ambas direcciones con la llave
en
posición de contacto para eliminar presiones dinámicas.
El sistema de enfriamiento contiene álcali, evite su
contacto con la
piel y los ojos.
Utilizar guantes y gafas de seguridad para efectuar trabajos
en la
batería.
No suelde o corte con soplete, tuberías que contengan
líquidos
inflamables.
No intente subir o bajar de la máquina si va cargado con
suministros o
herramientas.
COMPACTADORES
6.1. Productividad Del Equipo De Compactación.
La productividad del equipo de compactación depende del ancho y
el
peso de sus rodillos, del tipo de suelo, de la velocidad que puede
alcanzar la
máquina, del número de pasadas necesario para obtener la
densidad
= ∗
=
V = Velocidad de operación (m/hora)
30
N = Número de pasadas del compactador por capa
6.1.1. Velocidad De Operación (V).
En condiciones normales se sugiere utilizar los valores
siguientes:
Compactador Neumático 2,0 a 4,0 km/hora
Rodillo Vibratorio (liso o pata de cabra) 2,5 a 4,5
km/hora
6.1.2. Ancho Efectivo De Compactación (W).
Es el ancho del rodillo menos el ancho de traslape "Lo":
Para Compactadores neumáticos Lo = 0.30 m
Para Rodillos Vibratorios Lo = 0.20 m
Para Rodillos Vibratorios pequeños Lo = 0.10 m
6.1.3. Número De Pasadas (N).
Es el número de pasadas que el compactador debe efectuar para
conseguir la densidad requerida, se determina de acuerdo a
las
31
pruebas de compactación. Si no se dispone de esta información, se
pueden
usar los siguientes valores:
Compactador Neumático 6 a 10 pasadas
Rodillo Vibratorio (Liso o pata de cabra) 8 a 12
pasadas
6.1.4. Espesor Compactado Por Capa.
El espesor de compactación se determina de acuerdo a las
especificaciones que rigen en la obra, o de acuerdo a los
resultados de las
pruebas. Como regla general este espesor varía de 0.15 a 0.50
metros
considerando volumen suelto.
6.2. Productividad De Los Compactadores En Volumen (m3 /Hra).
Para obtener la productividad en volumen únicamente se deberá
multiplicar la producción en superficie "QA" por el espesor de la
capa "H". El
tipo de volumen dependerá de las condiciones en que se mide el
espesor de
la capa, por ejemplo si el espesor se refiere al de la capa suelta,
la
producción estará dada en m3 sueltos; si se mide el espesor de la
capa
compactada el volumen será compactado.
= ∗ ∗ ∗
=
32
Dónde:
NCORREGIDO = N * (1 + h)
N = Número de pasadas
E = Factor de eficiencia de trabajo.
7. COSTOS Y MANTENIMIENTO DE LAS MAQUINAS
COMPACTADORAS.
33
La maquinaria para la actividad de la construcción es uno de
los
bienes de capital más costosos; por ello quien posea esta debe
tener en
cuenta que el capital que ha invertido en su adquisición, debe ser
recuperado
con una utilidad razonable, gracias al trabajo realizado por la
misma
máquina. El costo de Posesión y Operación de la maquinaria se
define como
la cantidad de dinero en adquirirla y operarla, es decir; hacerla
funcionar,
realizar trabajos y mantenerla en buen estado de conservación
antes,
durante y después de su uso.
El costo de posesión y operación para una misma máquina varia en
un
amplio rango, debido a que está afectado por muchos factores, por
ejemplo
el tipo de obra, las condiciones de trabajo, los precios locales de
combustible
y lubricantes, las tasas de interés, las condiciones de
mantenimiento y el
costo de la mano de obra; por este motivo no es aconsejable
calcular costos
en base a modelos preestablecidos, sin realizar previamente una
adecuación
a las características y condiciones particulares de cada
obra.
7.1. Costo Horario.
Se refiere a cuánto cuesta poner a trabajar una hora un equipo
pesado de
construcción.
Para equipos de construcción utilizados para compactar como
los
compactadores vibratorios autopropulsores de 8-10 Ton la vida
económica
es de 8 años que equivalen a 12000 horas.
La vida económica de una maquina es el tiempo en que una
maquina
puede producir trabajo de forma económica, siempre que se le
esté
proporcionando el mantenimiento adecuado.
34
Generalmente se ha estimado que un equipo que un equipo que
trabaja
5.5 días por semana, restándole los diferentes días festivos del
año, podría
alcanzar unas 2000 horas de trabajo por año.
7.2. Costo De Posesión.
Es aquel que garantiza la inversión del capital, los intereses e
impuestos,
y todos los demás costos que inciden para un eventual reemplazo
o
recuperación del capital invertido en la compra de la máquina. A
este costo
también le llamamos costos fijos.
Depreciación: es la disminución en el valor original de
la
maquinaria como consecuencia de su uso y desgate durante el tiempo
de su
vida económica.
= ( ) − ( )
El valor de rescate esta entre 0 – 15% del valor de
adquisición, pero
típicamente se usa un 10% para máquinas de 4 a 5 años de vida
útil.
Inversión (Capital medio invertido): una media del
capital
35
concernientes al pago de seguros con compañías aseguradoras.
Entre los seguros tenemos:
b) Uso del equipo en la construcción
c) Daños a terceras personas.
El seguro lo podemos calcular por las siguientes ecuaciones:
=
Los equipos de compactación de suelos trabajan casi exclusivamente
en
zonas de mucho polvo. Por esta razón es de suma importancia
un
mantenimiento correcto del equipo, para garantizar, entre otros,
una larga
vida útil y la durabilidad del equipo. La falta de mantenimiento o
un
mantenimiento deficiente conducen, por lo general, a averías,
roturas y/o un
desgaste prematuro del equipo. Dicho mantenimiento es necesario
para
36
a las reposiciones de partes y reparaciones de la maquinaria en
talleres
especializados, o aquellas que se realizan en el campo empleando
personal
especializado y que requiere retirar el equipo de los frentes de
trabajo; Su
costo incluye la mano de obra, repuestos y renovaciones de partes
de la
maquinaria. Mantenimiento menor representa los ajustes
rutinarios,
pequeñas reparaciones y cambios de repuestos que se efectúan en la
obra.
= ∗
Donde Q es el coeficiente de mantenimiento que depende del tipo
de
máquina y de las características de trabajo.
7.3. Costos Por Consumo.
Se refiere a los consumos de los siguientes insumos como
combustible,
lubricante, llantas o neumáticos.
37
7.3.1. Consumo de combustible: son las erogaciones por concepto
de
consumo de gasolina o gasoil para que el equipo trabaje.
7.4. Costos De Operación: aquí es donde se calculan los salarios
de
los operadores de los diferentes equipos de construcción.
Para el cálculo del costo horario por concepto de operador, vamos
a
utilizar los siguientes renglones:
Ahora, nos preguntaremos ¿Cuál es la mejor alternativa?,
¿Comprar o
arrendar?, ¿Cuándo deja de ser conveniente arrendar y se transforma
en
una mejor alternativa adquirir la máquina?, ¿En qué momento
es
conveniente adquirir la maquinaria de compactación?
Para responder estas interrogantes es necesario realizar
comparaciones
entre máquinas de la misma especie, ya sean planchas vibradoras,
rodillos
compactadores, etc. Luego es necesario situarse en el caso en el
cual la
máquina ha sido comprada y en el caso en el cual la máquina ha
sido
arrendada a alguna empresa dedicada al rubro. Se calculan los
costos de
operación (costos variables y costos fijos) para de acuerdo a un
parámetro
preestablecido que en este caso es la cantidad de metros cúbicos
a
compactar por estas máquinas, o sea su nivel de operación y, luego
se
procede a su comparación.
38
39
La compactación modifica la actividad bioquímica y microbiológica
del
suelo. El mayor impacto físico que se produce, es la reducción de
la
porosidad, lo que implica una menor disponibilidad tanto de aire
como de
agua para las raíces de las plantas. Al mismo tiempo, las raíces
tienen más
dificultad de penetrar en el suelo y un acceso reducido a los
nutrientes. La
actividad biológica queda de esta forma, sustancialmente
disminuida. Otro
efecto de la compactación es el aumento de la escorrentía,
disminuye la
capacidad de filtración del agua de lluvia. Esto incrementa el
riesgo de
erosión producida por el agua y la pérdida de las capas
superficiales de
suelo y la consiguiente pérdida de nutrientes.
Existen cálculos estimativos sobre la pérdida de productividad de
las
cosechas debido a este fenómeno que en el caso de la compactación
de la
superficie de suelo alcanza valores de hasta el 13% mientras que
la
compactación del subsuelo puede ocasionar pérdidas de entre un
5-35%.
La mejor medida a aplicar es la prevención. En los suelos
agrícolas,
como la compactación es causada sobre todo por la maquinaria
pesada, se
puede prevenir incrementando el número de ejes y ruedas de la
maquinaria
agrícola, aumentando la anchura de los neumáticos y reduciendo su
presión.
El uso de vehículos más pequeños y ligeros no es precisamente
beneficioso
ya que requiere pasadas más frecuentes, que pueden dar un efecto
contrario
al deseado. Otra medida preventiva a aplicar es la referente a la
planificación
de las labores agrarias, por ejemplo evitar el uso de maquinaria
pesada en
condiciones de humedad.
40
Respecto al problema del sellado de la superficie debido a
edificaciones, ha de realizarse un toque de atención sobre aquellas
áreas
que en un pasado no muy lejano, albergaron actividades industriales
hoy en
día inactivas (ruinas industriales) y que mantienen aún un sellado
innecesario
de su superficie.
8.1. Otros Factores De Las Maquinas Compactadoras Que
Repercuten El Medio Ambiente Y Al Ser Humano.
Ruido dentro y fuera: Cuando el nivel de ruido sobrepase el
margen
de seguridad establecido y en todo caso, cuando sea superior a
80
dB, será obligatorio el uso de auriculares o tapones.
Emisión de gases (CO2, NO2): Cuando exista gran emisión de
gases
que afecten el sistema respiratorio se deben usar barbijos o
mascarillas.
Frecuencia muy baja (1Hz): produce trastornos en el sistema
nervioso
central y puede producir mareos y vómitos.
a. Frecuencia baja (1-20 Hz): provocan lumbalgias, hernias,
punzamientos, dificultad de equilibrio, trastornos de visión,
etc.
b. Frecuencia alta (20-1000 Hz): provocan artrosis de codo,
lesiones
de muñeca, entre otros.
los efectos de las vibraciones sobre las vísceras abdominales.
Este
cinturón puede cumplir la doble misión de evitar el lanzamiento
del
conductor fuera del tractor.
41
CONCLUSIÓN
La importancia de la compactación de los suelos estriba en el
aumento
de la resistencia y disminución de capacidad de deformación que se
obtiene
al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su peso
específico
secos, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas
de
compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como
cortinas de presas
de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos
de defensa,
muelles, pavimentos, entre otros.
Existe hoy día en el mercado diferentes tipos de máquinas
compactadoras, y como consecuencia, la dificultad de elegir el
modelo más
idóneo entre ellas. No quiere decir esto, que un terraplén con una
máquina
de un tipo u otro quede mejor o peor compactado. Se podría concluir
que con
cualquier máquina, por poco específica que esta sea, podemos
obtener una
compactación satisfactoria. Lo que ocurrirá es que se gastara más
energía
de compactación y como consecuencia lógica más tiempo y más dinero,
si no
elegimos la maquina adecuada. Por lo tanto el problema más
importante en
la compactación es elegir la maquina adecuada para cada trabajo.
Para
dicha elección tenemos hoy día unas ideas generales, consecuencia
de
ensayos prácticos más o menos guiados por teorías, que nos permiten
de
entrada y a la vista de las principales características del
material a
compactar, decidir el tipo de máquinas más adecuada.
La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de
varios
factores y para poder analizar la influencia particular de cada
uno, se
requiere disponer de procedimientos estandarizados que se
reproduzcan en
el laboratorio la compactación que se puede lograr en el campo con
el equipo
disponible. Entre todos los factores que influyen en la
compactación obtenida
42
contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de
la
compactación y la energía específica empleada en dicho proceso.
Por
energía específica se entiende la energía de compactación
suministrada al
suelo por unidad de volumen.
En general el procedimiento practico suele ser; cuando se va a
realizar
una obra en la que el suelo debe ser compactado se recaban muestras
de
los suelos que se usaran; en el laboratorio se sujetan esos suelos
a distintas
condiciones de compactación, hasta encontrar algunas que garanticen
un
proyecto seguro y que puedan lograrse con el equipo de campo
existente;
con el equipo de campo que vaya a usarse se reproducen las
condiciones de
laboratorio adoptadas para el proyecto. Finalmente, una vez
iniciada la
construcción, verificando la compactación lograda en el campo con
muestras
al azar tomadas del material compactado en la obra, se puede
comprobar