Conceptos sobre compactación. Asfalto, rodillos HF y comparación de conceptos

Conceptos sobre compactación Asfalto, rodillos HF y comparación de conceptos En esta carpeta se proporciona información sobre los distintos concepto...
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Conceptos sobre compactación Asfalto, rodillos HF y comparación de conceptos

En esta carpeta se proporciona información sobre los distintos conceptos de compactación disponibles en el mercado. Se trata de una comparación objetiva sobre su capacidad y modo de funcionamiento. Existen varios parámetros que afectan a la capacidad de compactación de un rodillo y los más importantes se describen a continuación. Sin embargo, solo mediante ensayos prácticos se puede definir realmente la capacidad de un rodillo o mostrar la diferencia real entre máquinas y conceptos.

Parámetros de compactación Carga estática lineal Para calcular la carga estática lineal se divide la parte del peso total del rodillo soportado por cada tambor entre la anchura del tambor. La carga estática lineal se expresa normalmente en kg/cm, kN/m o PLI (libras por pulgada lineal). La carga estática lineal influye en la capacidad de un rodillo para alcanzar un alto grado de compactación. En líneas generales, un rodillo con una carga estática lineal más alta conseguirá un grado de compactación mayor.

Amplitud La amplitud nominal se define como la mitad de la distancia de desplazamiento (vertical u horizontal) del tambor. Mientras que el contrapeso rota, el tambor se mueve en dirección opuesta al contrapeso. Esto quiere decir que cuando el peso se encuentra en su posición más alta, el tambor está en su punto más bajo. La amplitud juega un papel fundamental en la determinación del grosor máximo de capa para un rodillo. Una alta amplitud (y carga estática lineal) permite que el rodillo trabaje en una capa gruesa. Una amplitud baja limita el efecto de profundidad, aunque también reduce el riesgo de rotura del árido.

Frecuencia La frecuencia de vibración debe seleccionarse en relación al material a compactar y la amplitud del rodillo. Gracias a la investigación y la experiencia, se ha descubierto que las frecuencias superiores a 50 Hz son excelentes para compactación de asfalto comparadas con las frecuencias bajas. En general, al seleccionar una amplitud más baja, debería aumentarse la frecuencia para compensar la pérdida de aceleración del tambor. Este es el motivo por el que los resultados de la compactación serán menores si se sutiliza un rodillo de asfalto con una frecuencia inferior a 50 Hz. Una frecuencia alta reduce también el riesgo de ondulación.

Varios La velocidad de rodamiento influye en la capacidad de compactación y no deberíaser superior a 5-6 km/h para asegurar una compactación correcta. Durante las primeras pasadas se requieren frecuentemente velocidades más bajas si el asfalto está caliente. Existen numerosos parámetros que afectan al resultado final de un trabajo sobre asfalto. Si desea obtener más información, consulte “Compaction and Paving, theory and practice”.

Conceptos sobre compactación Vibración tradicional La vibración se genera mediante uno o más pesos excéntricos que rotan sobre un eje, centrado en el tambor. Al cambiar el tamaño del peso excéntrico es posible generar amplitudes distintas. Con este tipo de sistema el tambor vibrará en un movimiento giratorio que genera una “amplitud circular”.

Vibración direccional Con dos contrapesos giratorios excéntricos en el centro del tambor es posible crear una vibración direccional. Con una amplitud fija, la dirección de ésta varía de completamente vertical a completamente horizontal.

Compactación estática Un compactador estático trabaja con la carga estática lineal como único parámetro de compactación. Comprado con un rodillo vibrante la carga lineal debe ser significativamente superior para hacer del rodillo estático una herramienta de compactación eficaz. A pesar de esto, tiene una limitación de unos 50 mm en lo que se refiere a grosor de capa. La variación de la carga estática lineal se realiza cargando el rodillo.

Oscilación Dos pesos giratorios excéntricos colocados fuera del centro del tambor generan un movimiento oscilante del mismo. Esto quiere decir que, al contrario que los dos sistemas vibratorios anteriores, el tambor no mueve su eje de rotación, sino que oscila alrededor del mismo.

Nutación Cuatro contrapesos excéntricos giratorios generan un movimiento horizontal, transversal a la dirección de rodamiento, así como un movimiento oscilante.

Vibración tradicional Compactación estática Vibración direccional Nutación Oscilación

Ventajas

Inconvenientes

Adecuado para todo tipo de materiales Método más efectivo Efecto de profundidad óptimo Se consigue una compactación homogénea Sistema de vibración sencillo

Vibración de suelo

Método más efectivo (vertical) Efecto de profundidad óptimo (vertical) Compactación de capas finas de asfalto (horiz.) Compactación homogénea (vertical)

Desgaste de la caja del tambor (horiz.) Vibración de suelo Sistema de vibración complejo

Sin vibración de suelo Sistema sencillo Concepto bien conocido Compactación de asfalto sobre puentes

Efecto de profundidad limitado Número requerido de pasadas

Compactación de capas finas de asfalto Menos vibración de suelo Compactación de asfalto sobre puentes

Efecto de profundidad limitado Número requerido de pasadas Desgaste de la caja del tambor Sistema de vibración complejo

Compactación de capas finas de asfalto Compactación de asfalto sobre puentes Menos vibración transversal de suelo

Efecto de profundidad limitado

Conclusión: tradicional y direccional Similar en capacidad de compactaciónal accionarlo manualmente. Sin embargo, el sistema de vibración direccional es discutible, ya que es difícil medir la dureza correctamente a la profundidad adecuada. Un excesivo número de ajustes puede confundir al operario. ¿Se utiliza toda la capacidad del sistema? Un sistema menos complicado provocará, normalmente, menos gastos y necesidades de mantenimiento y reparación. El rodillo direccional vibratorio posee un solo tambor con este tipo de sistema. El otro posee un sistema tradicional de vibración, lo que quiere decir que si se desea que funcione en modo completamente automático, se debería desconectar el

Número requerido de pasada sobre capas gruesas Desgaste de la caja del tambor Sistema de vibración complejo

sistema tradicional de vibración y realizar el doble de pasadas que con los dos tambores vibratorios. La frecuencia (42 Hz) de un rodillo vibratorio direccional se encuentra por debajo de la frecuencia generalmente aceptada (50 Hz) para la compactación de asfalto.

Estática, oscilante y nutación Conceptos similares en lo que se refiere a la capacidad de compactación. El modo más económico de conseguir una compactación con el equipo menos complicado es un rodillo estático. Son adecuados para la compactación de capas finas de asfalto.

Compactación de asfalto Amplitud baja/frecuencia alta

La compactación vibratoria de asfalto requiere una amplitud inferior y una frecuencia mayor que la compactación de suelo. Se trata de un hecho bien conocido, ya que la compactación de asfalto con rodillos vibratorios se introdujo en los años 50. Tradicionalmente, la frecuencia utilizada ha sido de unos 50 Hz y las amplitudes entre 0,35 a 1 mm. Sin embargo, ya que las tendencias en la industria del asfalto se mueven hacia capas más finas y áridos más gruesos, los equipos de compactación necesarios se han ido adaptando del mismo modo. Las capas más finas requieren amplitudes inferiores para limitar el efecto de profundidad y minimizar la rotura de los áridos. Para mantener el efecto de compactación será necesario aumentar la frecuencia. Aquí es donde comienza la compactación de asfalto de alta frecuencia.

98.5 %

Un aumento de la frecuencia no implica que pueda 98 % aumentarse la velocidad de compactación. Incluso 97.5 aunque pueda mantenerse la distancia de%compactación a una velocidad más alta con una97frecuencia % más alta, el resultado de la compactación0 puede1 verse afectado.También existen otros problemas, una velocidad alta durante las pasadas iniciales creará una onda de morro que puede producir roturas y/o bultos en la superficie. Por lo tanto, hay que mantener la velocidad de rodamiento entre 3-6 km/h. Incluso es posible que sea necesaria una velocidad inferior para las primeras pasadas. 101 %

Rotura de áridos

100 %

% El uso de áridos más gruesos en capas más 99finas aumenta el riesgo de que se produzca una rotura del 98 % árido, especialmente cuando se utilizan máquinas con 97 % se amplitudes y frecuencias tradicionales. Este riesgo reduce de modo significativo cuando se utiliza96 una % máquina de amplitud pequeña/alta frecuencia.

Capacidad de compactación

2

La combinación de amplitud baja y frecuencia alta se ha desarrollado para la compactación de capas finas de asfalto. Se trata de la solución más adecuada para esta aplicación tanto en lo referente a la compactación, como para evitar una rotura del árido.

Conclusiones

- La compactación de capas finas requiere una amplitud baja. Ésta, a su vez, requiere una frecuencia alta para generar una energía suficiente de compactación. - Con amplitudes bajas se minimiza el riesgo de rotura del árido. - Una frecuencia alta no permite velocidades altas de rodamiento y el resultado de la compactación puede quedar por debajo de los niveles requeridos si se excede un velocidad de 6 km/h. Esto quiere decir que será necesario realizar más pasadas. - Un rodillo con un ajuste de amplitud baja/frecuencia alta para capas finas y un ajuste de amplitud alta/ frecuencia baja para capas gruesas es una máquina versátil. Puede utilizarse para capas de asiento y capas aglomerantes, así como para capas de desgaste.

99.5 % 99 %

Tabla 1

98.5 % 98 % 97.5 %

2

97 %

3

0

42

1

3

5

6

4

Frecuencia de vibración: Amplitud: 0.21 mm

7 6

5

78

8

Nº de pasadas 70 Hz

40 Hz70 Hz

40 Hz

Aumento de compactación para 40 Hz y 70 Hz respectivamente (amplitudes iguales). Observe que la curva de 40 Hz alcanza el grado mínimo requerido de compactación.

Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm

Grado de compactación (%) Marshall

Velocidad de rodamiento

101 %

100 %

Tabla 2

99 %

98 %

Requisitos mínimos

97 %

96 %

2

3

3

4

4

5

5

6

Velocidad de trabajo: Amplitud: 0,23 mm Frecuencia: 70 Hz

Grado de compactación (%) Marshall

99 %

Grado de compactación (%) Marshall

Las nuevas aplicaciones han forzado el desarrollo de nuevas máquinas y, como resultado, disponemos de las frecuencias más altas. El efecto de compactación depende de la amplitud y la frecuencia(así como de la carga estática lineal). Al reducir la amplitud, se debe aumentar la frecuencia del mismo modo. Al hacerloHot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm 101 % se creará una máquina con una capacidad excelente 100.5 de compactación para capas finas con una%amplitud Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm 101 % pequeña (frecuencia alta) y que trabaja del mismo 100 % modo sobre capas más gruesas con una amplitud alta 100.5 % 99.5 % (frecuencia más baja). 100 %

6

7

8

7

Nº de pasadas 7 km/h

5 km/h 7 km/h

5 km/h

8

Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm

Tabla 3

100.5 % 100 % 99.5 % 99 % 98.5 % 98 % 97.5 %

35

40

45

50

55

60

65

Frequency (Hz)

70

75

Compare el número de pasadas necesarias para alcanzar el grado de compactación requerido. Si se aumenta la velocidad de5 a 7 km/h, serán necesarias un 50 % más de pasadas para alcanzar el grado mínimo de compactación requerido (seis pasadas en vez de cuatro).

80

85

90

Frecuencia (Hz)

En el gráfico se muestra la relación entre la amplitud y la frecuencia y el grado deseado de compactación en la línea de 99 %. El rodillo se probó con una amplitud fija y distintas frecuencias. Muestra que para una amplitud específica existe una frecuencia en la que la compactación es más eficaz.

Amplitud: 0.21 mm

N.B.: Todos los gráficos están basados en resultados de ensayos en toda la escala de rodillos para asfalto sobre una mezcla bituminosa caliente.

Comparación de conceptos - de compactación Mezcla bituminosa

Los ensayos prácticos son el modo más fiable de mostrar las diferencias de capacidad entre los conceptos. Estos ensayos se realizaron en circunstancias similares y las temperaturas de compactación se controlaron rigurosamente para todos los conceptos y así poder asegurar unos resultados imparciales. Los conceptos sometidos a ensayo fueron la CC424HF con vibración circular (tradicional) con una amplitud baja y una frecuencia alta, vibración dirigida (automática) y oscilación. (N.B.: El rodillo oscilante posee un tambor con vibración tradicional y uno oscilante).

SMA 16-70/100

AG 22 - 160/220

16

22

70-100

160-220

2-5.5

3-8

Compactación requerida, grado de compactación (%) 97.3-100.9

96.9-102.1

Tamaño máx. nominal de partícula (mm) Penetración (mm*10) Compactación requerida, contenido de vacío de aire (%)

Temperatura de compactación, °C mín/máx

90-135

80-125

40

70

41-42

67-74

Grosor de capa, deseado, mm Grosor de capa, mm

Concepto Nº de pasadas requeridas

CC424HF Dirigido Oscilante 6

8

6

Stone mastic 16 - 70/100, 40 mm Grado de compactación (%) Marshall

Tanto la CC 424HF, como el rodillo oscilante requieren seis pasadas para alcanzar el grado objetivo de compactación. El rodillo dirigido de vibración requiere ocho pasadas para alcanzar el contenido de vacío de aire objetivo.

102 % 101 % 100 % 99 % 98 % 97 % 96 %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Nº de

Directed

CC424HF

Oscillating

Asphalt base 22 - 160/220, 70 mm

Concepto Nº de pasadas requeridas

CC424F Dirigido Oscilante 6

8

8

Grado de compactación (%) Marshall

La CC424HF requirió seis pasadas para alcanzar el grado objetivo de compactación. La vibración dirigida automatizada y los rodillos oscilantes necesitaron ocho pasadas para alcanzar el contenido de vacío de aire objetivo.

102 % 101 % 100 % 99 % 98 % 97 % 96 % 95 %

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Nº de pasa-

CC424HF

Directed

Oscillating

Conclusión La compactación de una capa fina ha demostrado ser más eficaz con vibración circular (amplitud baja y frecuencia alta) y rodillos oscilantes. El rodillo dirigido automatizado requirió pasadas adicionales para alcanzar el objetivo. Sin embargo, cuanto más baja fue la amplitud de la máquina durante la compactación, existía menos riesgo de que se produjera una rotura del árido en capas finas de asfalto. Esto demuestra ser una ventaja para las máquinas HF de Dynapac. La vibración tradicional presenta un aumento rápido de compactación en capas más

gruesas y es capaz de ahorrar dos pasadas si se compara con los otros conceptos decompactación. Esto se traduce en un ahorro sustancial en el esfuerzo del rodillo y el consumo de la máquina para cualquier trabajo. También demuestra la flexibilidad y eficacia del concepto HF. Tener una amplitud muy baja para realizar una compactación eficaz de capas finas sin que se produzcan roturas y una alta amplitud para la compactación de capas gruesas hasta alcanzar el grado de compactación correcto es un concepto ganador.

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Dynapac Compaction Equipment AB, Box 504, SE-371 23 Karlskrona, Suecia. Tel: +46 455 30 60 00, Fax: +46 455 30 60 30 Nos reservamos el derecho a cambiar las especificaiones sin previo aviso. Las máquinas en las fotos que ilustran este folleto pueden contener artículos opcionales.

PMI 3294 0031 05 - November 2008

Dynapac es mucho más que sólo equipos. Cuando nuestras máquinas son distribuidas, incluimos un concepto global de servicio con repuestos originales, apoyo y un conocimiento organizado, cubriendo todas las necesidades en el campo completo de la compactación y extendido en cada continente. Hemos reducido los tiempos de respuesta e incrementado la disponibilidad, fiabilidad y rapidez de distribución. Para una óptima calidad, el mismo ingeniero que diseñó la máquina original también cuida