Maquinaria de Extendido y Compactacion
Maquinaria de Extendido y Compactacion
Maquinaria de Extendido y Compactacion
MAQUINARIA DE EXTENTIDO
Y COMPACTACIO
CURSO : CAMINOS II
SEMESTRE : VII
APELLIDOS Y NOMBRE
DOCENTE:
AÑO
2018
2018
MAQUINARIA DE EXTENDIDO Y COMPACTACION
CONSIDERACIONES GENERALES
Como hemos vistos en las fases operacionales del movimiento de tierra el extendido y
compactación de tierras se realiza después del de finalizadas las fases de excavación y carga y
trasporte.
II EXTENDIDO
- Tractor de cadenas
- Cargadoras
- Traíllas
- Motoniveladoras
De todas las maquinas mencionadas la motoniveladora es las más característica de todas ellas y
es la que vamos a dedicar este tema haciendo una breve introducción a las otras máquinas en
su trabajo de extendido
CARGADORA: La calidad del extendido y su coste es algo mejor que la del tractor de cadenas. La
manera de realizado es con la cuchara baja y marcha atrás.
1.2. Introducción
Esta máquina aparece por primera vez en el año 1923 con ruedas de hierro y orugas para
tracción. Más tarde 1935, aproximadamente se consiguieron ya motoniveladoras sobre
neumáticos, bastidor de una viga, tres ejes y cabina con todo, teniendo ya los aspectos de las
motoniveladoras usadas hoy en día
- Niveladora
- motoniveladora
La niveladora es una maquina remolcada por otra máquina, la mayoría de las veces por un
tractor de cadena.
- chasis
Es bastante resistente, ya que durante los trabajos de excavación, este chasis queda sometido
a esfuerzos muy importantes
Partes características
- cuchilla
Esta construido de acero especial su sección es curva estudiada de modo que se facilite su
excavación, además de que no se salga el material por la superior.
El tipo de trabajo requiere materiales más o menos sueltos, por lo que la cuchilla es más simple,
más baja y más larga que la de un tractor de cadenas. su forma de trabajo es similar al de la
cuchilla del engledozer; levanta el material, este sigue le recorrido de la curvatura de la cuchilla
y sale por un lateral. Según la orientación que tenga la cuchilla, respecto al eje de la maquina
saldrá por la derecha o por la izquierda.
Puede colocarse horizontal, vertical o inclinada, respecto al eje de la máquina y sus posiciones
intermedias.
La hoja es soportada por un sistema porta hojas, constituido por un anillo móvil provisto de
una corona dentada la cual le proporciona el giro.
El anillo móvil puede efectuar una rotación completa, y como la distancia entre las ruedas
traseras y delanteras es superior a la longitud de la hoja este puede dar vuelta entera sin
tropezar con las ruedas. La sujeción de la hoja del anillo móvil esta resuelta mediante unos
brazos, dispuestos de modo que se pueda regular rápidamente el ángulo de ataque de l hoja al
suelo. Este sistema permite también desplazamientos longitudinales de la hoja hacia uno u otro
lado.
La niveladoras pueden llevar un estabilizador de cuchilla que apoya en el suelo ya nivelado para
evitar vibraciones de la misma.
- Ejes
El eje delantero es generalmente curvado con objeto de aumentar el espacio disponible debajo
de él, evitando así el paso por encima de los materiales sin tropezar con la misma.
- Ruedas
Este empuje se controla mediante la inclinación de las ruedas delanteras para dar un mayor
apoyo de la rueda del suelo y compensar de esta manera la desviación lateral producida
- Accesorios
A todos los elementos anteriores han de añadirse otros accesorios tales como escarificador,
hoja d empuje, ripper cortadora de taludes, limpiadoras de nieves , cabrestante, etc.
Procedimientos de trabajo
- Excavación
Para la excavación, es imprescindible que se trate de materiales sueltos. En este trabajo la hoja
de la niveladora se inclina de modo que penetre bien en el suelo y e vaya dejando un profundo
surco
Los productos de la excavación deslizan a lo largo de la hoja llegando al extremo opuesto; esto
será más fácil cuanto la hoja este con un menor ángulo de inclinación con respecto a la dirección
del avance.
Cundo se cumple el escarificador, es necesario que los dientes deslicen sobre el suelo porque de
esta forma resultan inútiles, y, por el contrario, se procurara que penetren el terreno a la mayor
profundidad posible. En terrenos duros puede reducirse el número de tientes, para aumentar
su penetración al suelo.
Se emplean con frecuencia para extender y nivelar las tierras depositadas por otras máquinas,
tales como dumpers, dragalinas, etc.
Para todos los trabajos de nivelación, la hoja se coloca formando un ángulo de 50 grados con el
eje longitudinal de la máquina. De esta forma arrastra los montículos y rellena los surcos con la
tierra extraída de estos, vertiendo el exceso lateralmente.
Para la última operación del refino la hoja se dispone casi perpendicular al eje longitudinal de a
máquina.
- Desplazamiento de tierras
La hoja se orienta de modo que se excave con uno de sus extremos y la tierra deslice hacia el
opuesto. Repitiendo sucesivamente esta operación se desplaza la tierra y se construyen
terraplenes con cualquier talud.
Es conveniente utilizar varias motoniveladoras en tándem y de forma que cada máquina lleve a
cabo su trabajo en una sola pasada.
- Desbrozado
El trabajo a media ladera no siempre se puede efectuar a plena velocidad, pues la maquina
marchando por una ladera es tanto menos estable cuanto mayor sea su velocidad.
Las técnicas de empleo para este tipo de trabajo en general son las siguientes:
La excavación es la primera pasada debe ser superficial para evitar que la maquina se desvié.
Esta operación se realiza con la motoniveladora marchando hacia adelante.
Una vez realizada una primera excavación que sirve de guía, es conveniente seguir trabajando
durante una o dos pasadas más en marcha hacia adelante. Para trabajar marcha atrás, el foso
previamente excavado debe tener profundidad suficiente para que las ruedas posteriores no
puedan salirse de él.
Cuando se llega a una determinada profundidad es conveniente extraer las tierras excavadas en
cada pasada, alejándolas de la zanja, para alejar las tierras depositadas a lo largo de la zanja se
saca la hoja (con referencia hacia la derecha) mediante el dispositivo de desplazamiento lateral
de la porta hoja y se inclinas las ruedas delanteras hacia el lado opuesto.
En resumen, da buen resultado proceder a la última excavación marchando hacia atrás, empujar
las tierras excavadas marcha adelante y extenderlas luego yendo de nuevo marcha atrás.
2.2.5. Costes
Rendimientos
2.2.6 selección
En resumen los puntos más importantes que es necesario estudiar en la adquisición de una
motoniveladora son:
1. CONSIDERACIONES GENERALES
1.1 INTRODUCCION
La compactación se pretende conseguir reducir el índice del hueco del material compactado
que conduce a un aumento de la densidad del mismo
- A mayor dificultad de compactación del material más débil deberá ser el espesor de la
capa.
- Mientras mayor sea la carga por centímetro de generatriz del rodillo mayor podrá ser el
espesor de la tongada.
En general resulta más rápido y eficaz la compactación en espesores pequeños, encareciéndose
en este caso el extendido, debiéndose hacer por tanto un estudio, en cada caso, para encontrar
la solución de tongada más económica.
2. EQUIPOS DE COMPACTACION.
2.1. Definición.
Hay varias acciones fundamentales sobre el material, aunque en la mayoría de los casos el efecto
se consigue por una combinación de algunas o de todas ellas. Las mencionadas acciones.
- Estáticos
- Dinámicos { impactos, vibración con oscilación
- Cargas estática. es la ejercida por la fuerza aplicada de forma continua, que origina una
compresión sobre el material en función del área del contacto y como consecuencia de
la presión resultante. También influye en la compactación los sucesivos ciclos de carga
descarga originada en cada pasada del compactador, a través de la capa del material.
- Compactación por impacto. este efecto se produce `por los impactos producidos sobre
el suelo por la caída de un peso desde una altura, originando unas ondas de presión que
se propagan en ondas esféricas por toda la masa del suelo.
- vibratoria. Es la ejercida por una repetición de la fuerza aplicada de forma variable y con
una frecuencia tal, que es de capaz de transmitir al terreno las vibraciones producidas.
- Amasado. Es el efecto que origina las tensiones tangenciales y que también ayudan a la
recolocación de las partículas. Su acción es evidente y muy importante en los materiales
cohesivos aunque difícil de cuantificar; no está realmente estudiada a nivel teórico pero
a nivel de practica es de mucha importancia en los rodillos de pisones para suelos
cohesivos, algo menor que las compactadores de neumáticos, de poca importancia en
los vibratorios lisos y casi nulo en los estáticos lisos metálicos.
Introducción
Este tipo de compactadores trabaja fundamentalmente mediante una elevada presión estática,
que debido al a fricción interna de los suelos, tiene un efecto de compactación limitado, sobre
todo en terrenos granulares donde se produce un encastramento de las partículas gruesas.
CLASIFICACION
Triciclo
Actúan por su propio peso ejerciendo una gran presión sobre el suelo (apisonadoras
metálicas lisas, de triciclo, o de tándem) y como consecuencia consigue una compactación
efectiva en superficie pero nula a cierta profundidad.
Desde hace ya tiempo han sido desplazados, por los compactadores vibratorios, por lo que
en la actualidad prácticamente han dejado de usarse.
Emplean el principio dinámico del impacto como medio de llevar a cabo la compactación.
Distinguimos tres variantes:
Los remolcados están constituidos por un chasis que puede llevar un solo cilindro provistos de
unos salientes denominados; patas de cabra, o de cilindros en el mismo eje dispuestos a una y
otra parte de un timón.
Los autopropulsados tienen mayor movilidad sobre el terreno que los remolcados, siendo las
características similares en ambos rodillos.
Estos chasis están constituidos de tal forma que pueden engancharse a un mismo tractor dos
máquinas, detrás de la otra.
Los rodillos estáticos de pata de cabra están siendo sustituidos por sus homónimos vibratorios,
mucho más potentes.
Este sistema (estático o vibratorio) une perfectamente las tongadas, debido a que los seis
últimos cm de una tongada siempre viene distorsionados, por lo que adhiere mejor y queda
perfectamente unida cada capa con la siguiente:
Rodillo de rejilla. En estas máquinas, las partes protuberantes se han sustituido por huecos.
Las presiones ejercidas sobre los alambres de la rejilla son muy elevados y logran triturar los
elementos más gruesos cuando no están constituidos por rocas muy duras.
Tiene un dispositivo que le permite hacer girar cada pata alrededor de un eje paralelo al del
cilindro, de tal forma que puede adoptar una posición donde se presenta como una pata, o una
posición en la que trabaja como un segmento y además una posición en la que todas las patas
están recogidas obteniendo prácticamente un cilindro liso.
El hecho de que pueda adoptar varias posiciones hace que la labor de amasado del rodillo sea
más importante.
El fundamento de este tipo de compactadores se basa en las elevadas cargas por unidad de
superficie a las que queda sometido el terreno, lo que provoca la deformación plástica e
irreversible del mismo.
Los compactadores de los neumáticos pueden ser remolcados y autopropulsados pudiendo ser
ambos con ruedas lisas o con dibujo.
Están constituidas esencialmente por un chasis que constituye la caja de lastre. Este chasis lleva
las ruedas alineadas en una o varias filas, o agrupadas de dos en dos, siendo la mayoría de las
veces, independientes unas ruedas de otras. Este grado de independencia es muy importante
para la acción del compactador sobre el suelo a compactar. Además los compactadores de
neumáticos agrupan las ruedas sobre un balancín. Este va apoyado en un pivote paralelo al eje
de marcha de la máquina. Los ejes de las ruedas en vez de ser perpendiculares al pivote, forman
con él un ángulo diferente de 90 grados.
Procedimiento d trabajo
Aplicaciones deseables.
- El gran efecto de amasado que producen los pisones al entrar y salir del material, por lo
que es muy conveniente y a veces imprescindible para suelos plásticos y granulares algo
plásticos.
- El hecho de que, al clavarse los pisones sobre el material blando en las primeras pasadas,
la compactación se produce en cada tongada de abajo hacia arriba, con lo que la
densidad que se obtiene es más homogénea en profundidad.
La capa superior de la tongada queda sin compactar, por las marcas que sobre la misma
dejan los pisones, pero esto es una gran ventaja para el “cosido” de las tongadas; hay
que tenerlo en cuenta a la hora de tomar densidades en los ensayos y para “sellarlas”
en el caso de tratarse de la última de ellas o si las condiciones meteorológicas amenazan
lluvia que inundaría el material.
Tienen la posibilidad de extender el material con una hoja empujadora que al efecto
llevan en la parte delantera. Esta hoja les permite ahorrar el trabajo de la niveladora, a
la vez que realiza un pre compactación del mismo mientras los extiende.
3.3.1. Introducción
Teorías de la compactación:
Un modelo elemental que nos ayuda a comprender lo que pasa en un suelo, es mostrado
en las figuras siguientes donde vemos una colección de granos esféricos oscilando bajo
la acción de un vibrador.
Procedimiento de trabajo
El elemento activo de estas máquinas, dejando a un lado las planchas vibrantes y los
pisones, es un cilindro que rueda sobre el suelo a compactar y que gracias a un
mecanismo vibrante está animado de un movimiento oscilatorio.
El trabajo producido `por el giro de la masa m alrededor del eje excéntrico da dos tipos
de trabajo:
- Trabajo por impacto
- Trabajo por presión dinámica variable o trabajo por concordancia
El peso estático es el peso del rodillo (sin vibración). Las pruebas de compactación han
confirmado que la influencia sobre la profundidad es aproximadamente proporcional al
peso del rodillo, manteniendo los otros factores (frecuencia, amplitud, etc.) inalterables.
- Amplitud
El movimiento vibratorio del cilindro es armónica sinusoidal con una amplitud (A) y una
frecuencia.
La amplitud es la distancia vertical en la que el tambor vibrante se despega del suelo
debido a las fuerzas que los mecanismos vibrantes crean en dicho tambor. Si
definiésemos correctamente la amplitud seria la mitad de la longitud entre los puntos
máximos de los movimientos verticales, aunque algunas veces se usa incorrectamente.
Frecuencia
Fuerza centrifuga
Trabajo por impacto y trabajo por presión dinámica variable. De una forma suficientemente
grafica se podrían asimilar el trabajo por impacto al que se realiza cuando se golpea el suelo con
una maza, y el trabajo por concordancia al amado del terreno con un rodillo sobre el que
ejerciéramos diferente presión rítmicamente.
En la eficacia del trabajo por impacto influyen varios factores: Resistencia de la capa soporte,
espesor de la misma. Teniendo en cuenta que la onda reflejada al no encontrar un soporte del
material superficial lo proyecta hacia el exterior, des compactándolo.
También llamado trabajo por concordancia es una forma más delicada que el impacto, aunque
ello no quiera en absoluto decir que sea menos eficaz, pues a igualdad de energía puesta en
juego los volúmenes compactados en unidad de tiempo pueden ser similares con ambas formas
de trabajo, aunque lo normal es que, por el diseño de los compactadores, los campos de
concordancia sean de menor energía que los de impacto, lo cual, por otro lado, es conveniente
en las aplicaciones prácticas en las obras.
Cuando un compactador trabajando por alto impacto, llega a suceder que al golpear el rulo
contra el suelo, este último absorbe toda la energía, sino que devuelve una porción importante
de ella en forma de rechazo. Este rebote hace que al comenzar el nuevo ciclo de la mesa
excéntrica, el rulo posea una velocidad inicial ascendente y, por tanto, no se encuentre en el
reposo supuesto teóricamente. La consecuencia es que al sumarse esta velocidad inicial con el
impulso que da al rodillo la fuerza centrífuga, alcanza este una altura muy superior a la
teóricamente prevista, de tal forma que no le da tiempo de tocar el suelo antes de que empiece
el ciclo siguiente y sea de nuevo elevado. Este fenómeno es el denominado “despegue”.
Cuando la maquina trabaja en despegue la compactación sigue siendo eficiente, pues el valor
de los impactos aumente considerablemente y aunque solo parte de su energía sea útil esta
parte están elevada como la existente antes de producirse el despegue. No obstante, las
amplitudes son muy grandes, por lo que no suele ser aconséjale, ni para los mecanismos ni para
el sistema de amortiguación de las maquinas, el trabajar en esta forma, ya que no fueron
diseñados para ello.
Hemos visto que las deformaciones permanentes producidas por el paso del cilindro del
compactador eran causadas por la carga estática y facilitadas por el estado de agitación de las
partículas ocasionadas por la vibración. Cuando mayor es a amplitud de este movimiento mayor
es la facilidad para la recolocación de las partículas, que llevan a estado de mayor compactación
del suelo. Esta mayor amplitud del movimiento vibratorio de las partículas pueden conseguirse
o bien aumentando la amplitud de la vibración del rodillo, o bien tratando de que la frecuencia
de vibración este próxima a la resonancia del conjunto rodillo-suelo (cada suelo tiene una
frecuencia de resonancia).
Ahora bien, a media que se dan pases del cilindro sobre el suelo, se va compactando y variando
la frecuencia de resonancia y por tanto para seguir compactando en condiciones óptimas
deberíamos variar en cada pase de frecuencia de vibración.
3.4. Equipos para la compactación por vibración
Rodillos vibrantes
- Remolcados
- Autopropulsados
Los rodillos vibrantes tienen un bastidor el cual está aislado de los tambores con elementos de
caucho.
Monocilindricos: Los rodillos vibrantes autopropulsados con dos ruedas neumáticas en su eje
posterior, surgen de los remolcados y han llegado a ser más populares en la obra. Lógicamente
son más rápidos y fáciles de maniobra que los rodillos remolcados. El rodillo es vibrante, la
tracción esta aplicada a las ruedas y también al rulo lo cual le proporciona una mejor tracción.
Constan de dos chasis articulados centralmente que dividen a la maquina en dos partes bien
diferenciadas.
El peso más común es de diez toneladas, de las cuales la mitad recae sobre el tambor vibrante
existiendo evidentemente, unidades más ligeras y más pesadas. La transmisión es hidrostática
así como el giro y la vibración.
Tándem: Es un compactador con dos cilindros, siendo al menos un tractor. Son utilizados en la
reparación y trabajos de construcción de carreteras, autopistas y aeropuertos, estando
relegados en la compactación de suelo. Existen rodillos de pequeños tamaños aun que se ha
ido incrementando paulatinamente y en la actualidad se utilizan unidades con peso superior a
los 15 toneladas.
Los modelos modernos poseen tracción y vibración sobre ambos tambores. Consiguiéndose de
esta manera su efecto en más de un 50% pudiendo ser articuladas o rígidos.
Mixtos: Los rodillos vibrantes mixtos combinan la compactación vibrante con la estática,
montando en su eje delantero un rodillo liso vibrante y en el trasero tres o cinco neumáticos.
Rodillo vibrante manual (dúplex): los rodillos de doble tambor, uno junto al otro, se utilizan
con amplitud en numerosas obras.
- Son sumamente eficaces y casi irremplazables para ciertos materiales, para firmes con
ángulo de rozamiento interno elevado y para arenas secas con granulometría cortada.
- Dan una mejor compactación en profundidad
- Precisan solo un pequeño número de pasadas
- Son máquinas relativamente pequeña
Procedimientos de trabajo
Su manera de actuar es análoga a la de los rodillos vibrantes es decir, que la vibración suprime
o disminuye los rozamientos internos. Se realizan para trabajos de apisonado de pequeña escala
y como equipos auxiliares de máquinas más grandes
Remolcadas por otras maquina: consiste en varias placas remolcadas por una maquina
compactadora que puede ser un camión o un tractor de cadenas. En el primer caos las placas
pueden tener varias disposiciones: entre las ruedas, en la parte trasera del vehículo o en la parte
delantera del dicho vehículo.
Manuales: utilizando el movimiento vibratorio, se consigue que la maquina se auto propulse,
siendo guiada por el operador mediante por una lanzadera o similar.
La acción dela apisonado de estas, maquinas produce elevadas fuerzas de presión, de ahí la
eficacia de compactación que desarrollan se buena sobre a casi totalidad de los suelos aun los
arcillosos.
Ventajas e inconvenientes
En relación con las maquinas estáticas de placas y pisones vibrantes tienen las mismas ventajas
e inconvenientes que los rodillos vibrantes.
La mayor ventaja de estas máquinas es su pequeño tamaño. Por otro lado tiene el inconveniente
de ser más lentas siendo su producción pequeña (algunos metros cúbicos por hora)lo que
originan costos más elevados que para rodillos.
Por el contrario, las maquinas transportadas se desplazan facialmente y son fáciles de manejar.
En superficies las placas compactan mejor que los rodillos y una buena eficacia a profundidades
medias.
El principio de esta máquina consiste en la caída libre de una masa sobre el suelo a compactar.
El peso de los pisones ligero es del orden a los 100kg. Los ligeros pero llegan a los 1200kg lo más
pesados.
El avance de esta máquina se obtiene por inclinación del eje del aparato respecto a la vertical.
Los pisones grúa de caída libre son pisones montados en un grúa. Estos pisones tienen en general
80cm de lado y su altura de caída obtenida después de su elevación por el cabrestante de la
grúa, es del orden de 1.50 a 2 metros. Su peso varía de dos a tres toneladas.
La frecuencia de los golpes es baja (5 a 20 golpes por minuto). Los pisones de grúa, por la presión
del contacto elevada, son muy convenientes para la compactación de suelos rocosos, debido a
la rotura y reducción de huecos en el terraplén.
4 SELECCIÓN DEL COMPACTADOR
Para la elección del compactador más adecuado para un determinado trabajo y la forma como
ha de trabajar este compactador; número de pasadas, velocidad de trabajo, frecuencia de
vibración, etc. Hay que tener en cuenta muchos factores que aquí no podemos estudiar, así que,
solamente expondremos el siguiente cuadro en el que se detalla los tipos de compactadores y
sus usos más generales.
La práctica de la compactación: extendido del material, control de humedad etc. Y las normas
generales para la compactación se estudiaran someramente en el último punto d este tema.
Si el material no tiene grado de humedad conveniente hay que añadir o eliminar la cantidad de
agua necesaria para conseguir al grado óptimo de compactación siendo, en general, más fácil y
frecuente la adición de agua que su eliminación
Cuando hay que eliminar exceso de agua se recurre a remover el material para que el aire y el
sol realicen la operación del secado.
Una vez extendido el material y con la humedad correcta se procede ala compactación de forma
ordenada, controlando el número de pasadas y con una distribución homogénea en toda la
superficie.
Control de campo tradicionalmente más empleado ha sido el de sacar testigos, sin embargo la
aparición de los métodos continuos de control, es casi seguro que hará desaparecer los métodos
tradicionales.
Métodos discontinuos
Cuando los materiales a compactar son uniformes, como bases, subbases etc. Esta justificado
hacer un tramo de prueba
Métodos continuos
Los métodos continuos de control se puedan realizar tanto en suelos como mezclas asfálticas se
clasifican en:
- Mecánicos
- Nucleares
Nuclear o DOR: consiste en una fuente radioactiva que actuando a modo de sonda nos define
cada una de los parámetros que definen el grado de compactación.
¿Cómo se procede para el cálculo del rendimiento de compactación de una plancha vibradora?
Desgraciadamente el rendimiento de una plancha es juzgado en muchos casos en base a la
velocidad de avance de la misma. Sin embargo solo es posible alcanzar una alta velocidad de
marcha a cambio de una compactación insuficiente y un efecto de profundidad reducido, tal
como ya hemos visto anteriormente.
También con rodillos y vibro apisonadores la base para juzgar el rendimiento de compactación
no deberán ser criterios aparentes cualesquiera, tal como en el caso de las planchas vibradoras.
Las verdaderas variables o parámetros que ejercen una influencia sobre el rendimiento de
compactación son el número de pasadas, el ancho de trabajo o compactación, la velocidad de
marcha y el espesor de la capa del material de relleno. El ancho de trabajo es un valor conocido
desde el inicio mientras que la velocidad de marcha, número de pasadas y espesor de la capa
depende en alto grado de la acción de compactación del equipo y de la capacidad del material
a ser compactado. Todos estos parámetros deberán ser estimados previamente para realizar los
estudios correspondientes