Coeficiente de pérdida de la mezcla de arena y grava. Coeficiente de compactación de la arena. Durante la minería
El coeficiente de compactación de cualquier material a granel muestra cuánto se puede reducir su volumen con la misma masa debido a la compactación o contracción natural. Este indicador se utiliza para determinar la cantidad de masilla tanto durante la compra como durante el propio proceso de construcción. Dado que el peso aparente de la piedra triturada de cualquier fracción aumentará después de la compactación, es necesario depositar inmediatamente un suministro de material. Y para no comprar demasiado, te vendrá muy bien. factor de corrección.
El coeficiente de compactación (K y) es un indicador importante que se necesita no solo para formación correcta ordenar materiales. Conociendo este parámetro para la fracción seleccionada, es posible predecir una mayor contracción de la capa de grava después de cargarla. estructuras de construccion, así como la estabilidad de los propios objetos.
Dado que el coeficiente de compactación representa el grado de reducción de volumen, varía bajo la influencia de varios factores:
1. Método de carga y parámetros (por ejemplo, desde qué altura se realiza el relleno).
2. Características del transporte y duración del viaje: después de todo, incluso en una masa estacionaria, se produce una compactación gradual cuando se hunde por su propio peso.
3. Fracciones de piedra triturada y contenidos de grano de tamaño inferior al límite inferior de una clase específica.
4. Descamación: las piedras en forma de aguja no dan tanto sedimento como las cuboides.
La resistencia depende posteriormente de la precisión con la que se haya determinado el grado de compactación. estructuras de concreto, cimientos de edificios y superficies de carreteras.
Sin embargo, no olvide que la compactación en el sitio a veces se realiza solo en la capa superior y, en este caso, el coeficiente calculado no se corresponde completamente con la contracción real de la almohada. De esto son especialmente culpables los artesanos del hogar y los equipos de construcción semiprofesionales de los países vecinos. Aunque, según los requisitos tecnológicos, cada capa de relleno debe enrollarse y comprobarse por separado.
Otro matiz: el grado de compactación se calcula para una masa que se comprime sin expansión lateral, es decir, está limitada por las paredes y no puede extenderse. En el sitio, no siempre se crean tales condiciones para rellenar cualquier fracción de piedra triturada, por lo que quedará un pequeño error. Tenga esto en cuenta al calcular el asentamiento de grandes estructuras.
Sellado durante el transporte
Encontrar algún valor de compresibilidad estándar no es tan fácil: hay demasiados factores que influyen en él, como comentamos anteriormente. El proveedor puede indicar el coeficiente de compactación de piedra triturada en los documentos adjuntos, aunque GOST 8267-93 no lo requiere directamente. Pero el transporte de grava, especialmente en grandes cantidades, revela una diferencia significativa de volúmenes en el momento de la carga y en el punto final de entrega del material. Por lo tanto, se debe incluir en el contrato un factor de ajuste que tenga en cuenta su compactación y controlarse en el punto de recogida.
La única mención del GOST actual es que el indicador declarado, independientemente de la fracción, no debe exceder 1,1. Los proveedores, por supuesto, lo saben y tratan de mantener un pequeño suministro para que no haya devoluciones.
El método de medición se utiliza a menudo durante la aceptación, cuando se lleva piedra triturada para la construcción al sitio, porque no se pide en toneladas, sino en metros cúbicos. Cuando llega el transporte, se debe medir la carrocería cargada desde el interior con una cinta métrica para calcular el volumen de grava entregada, y luego multiplicarlo por un factor de 1,1. Esto le permitirá determinar aproximadamente cuántos cubos se colocaron en la máquina antes del envío. Si la cifra obtenida teniendo en cuenta la compactación es inferior a la indicada en los documentos adjuntos, significa que el coche estaba subcargado. Igual o mayor: puedes ordenar la descarga.
Compactación en sitio
La cifra anterior se tiene en cuenta únicamente para el transporte. En las condiciones de una obra, donde la piedra triturada se compacta artificialmente y con el uso de máquinas pesadas (placa vibratoria, rodillo), este coeficiente puede aumentar a 1,52. Y los artistas necesitan saber con seguridad la contracción del relleno de grava.
Normalmente, el parámetro requerido se especifica en documentación del proyecto. Pero cuando no se necesita el valor exacto, se utilizan indicadores promedio de SNiP 3.06.03-85:
- Para piedra triturada duradera de fracción 40-70, se da una compactación de 1,25-1,3 (si su grado no es inferior a M800).
- Para rocas con una resistencia de hasta M600, de 1,3 a 1,5.
Para las clases de tamaño pequeño y mediano de 5-20 y 20-40 mm, estos indicadores no están establecidos, ya que se usan con mayor frecuencia solo cuando se limpia la capa superior de carga de granos 40-70.
Investigación de laboratorio
El coeficiente de compactación se calcula basándose en datos de pruebas de laboratorio, donde la masa se compacta y se prueba en varios dispositivos. Hay métodos aquí:
1. Sustitución de volúmenes (GOST 28514-90).
2. Compactación estándar capa por capa de piedra triturada (GOST 22733-2002).
3. Métodos expresos utilizando uno de los tres tipos de densímetros: estático, de globo de agua o dinámico.
Los resultados se pueden obtener inmediatamente o después de 1 a 4 días, según el estudio elegido. Una muestra para una prueba estándar costará 2500 rublos y en total se necesitarán al menos cinco. Si se necesitan datos durante el día, se utilizan métodos exprés en función de los resultados de seleccionar al menos 10 puntos (850 rublos por cada uno). Además, la salida de un asistente de laboratorio tendrá que pagar, unos 3 mil más. Pero durante la construcción de grandes proyectos es imposible prescindir de datos precisos y, más aún, sin documentos oficiales que confirmen el cumplimiento por parte del contratista de los requisitos del proyecto.
¿Cómo saber usted mismo el grado de compactación?
EN condiciones de campo y para las necesidades de la construcción privada, también será posible determinar el coeficiente requerido para cada tamaño: 5-20, 20-40, 40-70. Pero para hacer esto, primero necesita conocer su densidad aparente. Varía en función de la composición mineralógica, aunque ligeramente. Las fracciones de piedra triturada tienen una influencia mucho mayor en el peso volumétrico. Para los cálculos, puede utilizar datos promediados:
| Fracciones, mm | Densidad aparente, kg/m3 | |
| Granito | Grava | |
| 0-5 | 1500 | — |
| 5-10 | 1430 | 1410 |
| 5-20 | 1400 | 1390 |
| 20-40 | 1380 | 1370 |
| 40-70 | 1350 | 1340 |
En el laboratorio se determinan datos de densidad más precisos para una fracción específica. O pesando un volumen conocido de escombros de construcción, seguido de un simple cálculo:
- Peso a granel = masa/volumen.
Después de esto, la mezcla se lamina hasta el estado en el que se utilizará en el sitio y se mide con una cinta métrica. El cálculo se realiza nuevamente utilizando la fórmula anterior y, como resultado, se obtienen dos densidades diferentes: antes y después de la compactación. Dividiendo ambos números, obtenemos el coeficiente de compactación específico para este material. Si los pesos de las muestras son iguales, simplemente puede encontrar la relación entre los dos volúmenes; el resultado será el mismo.
Tenga en cuenta: si el indicador después de la compactación se divide por la densidad inicial, la respuesta será mayor que uno; de hecho, este es el factor de reserva de material para la compactación. Se utiliza en la construcción si se conocen los parámetros finales del lecho de grava y es necesario determinar cuánta piedra triturada de la fracción seleccionada se debe pedir. Cuando se calcula hacia atrás, el resultado es un valor menor que uno. Pero estos números son equivalentes y a la hora de hacer cálculos sólo es importante no confundirse cuál tomar.
Al elegir piedra triturada, es importante tener en cuenta un indicador como el coeficiente de compactación. Este criterio muestra cuánto se puede reducir el volumen de material manteniendo la misma masa debido a la compactación o contracción natural. Este indicador se utiliza para determinar la cantidad de agregado, tanto durante la compra como directamente durante el proceso de construcción.
Debido al hecho de que después de la compactación aumentará el peso aparente de la piedra triturada de cualquier fracción, es necesario tener en cuenta inmediatamente el suministro de material. Y para no comprar demasiado se necesita un factor de corrección.
El coeficiente de compactación (Ku) es un indicador muy importante, que es necesario no solo para el orden correcto de los materiales, sino también para garantizar una mayor contracción de la capa de grava después de cargarla con estructuras de construcción. Además, conociendo el coeficiente de compactación, es posible predecir la estabilidad de las propias obras de construcción. Debido a que el coeficiente de compactación es, en realidad, el grado de reducción de volumen, puede variar en función de 4 factores:
- Método de carga y parámetros (por ejemplo, desde qué altura se realiza el relleno).
- Las características del transporte mediante el cual se entrega el material al sitio y la distancia al sitio de construcción; después de todo, incluso una masa estacionaria se vuelve gradualmente más densa como resultado del hundimiento por su propio peso.
- Las fracciones de piedra triturada y el contenido de granos son menores que el límite inferior de una clase específica de piedra triturada.
- Descamación: las piedras en forma de aguja se encogen menos que las piedras cuboides.
Debe recordarse que la resistencia de las estructuras de hormigón, cimientos de edificios y carreteras depende directamente de la precisión con la que se determina el grado de compactación. Sin embargo, tampoco debemos olvidar que la compactación en obra a menudo se realiza solo en la capa superior y, en este caso, el coeficiente calculado no siempre corresponde a la contracción real de la base. Esto sucede especialmente cuando la construcción no la llevan a cabo profesionales, sino aficionados. De acuerdo con los requisitos tecnológicos, cada capa de relleno debe enrollarse y comprobarse por separado.
Otro parámetro que se debe tener en cuenta es que el grado de compactación se calcula para una masa que se comprime sin expansión lateral, es decir, limitada por las paredes, lo que impide que se expanda. En el sitio, no siempre se crean tales condiciones para rellenar cualquier fracción de piedra triturada, por lo que queda un pequeño error. Este hecho debe tenerse en cuenta, en primer lugar, al calcular el asentamiento de grandes estructuras.
Sellado durante el transporte
Cabe señalar que encontrar un valor de compresibilidad estándar en realidad no es fácil, ya que en él influyen demasiados factores. (Todos ellos están enumerados arriba). El proveedor puede indicar el coeficiente de compactación de piedra triturada en la documentación adjunta, aunque GOST 8267-93 no lo requiere directamente. Sin embargo, al transportar grava, especialmente en grandes cantidades, a menudo hay una diferencia significativa en los volúmenes al cargar y en sitio de construcción donde fue entregado. Por tanto, el factor de corrección, que tiene en cuenta la compactación de la piedra triturada, debe incluirse en el contrato y controlarse en el punto de recepción. La única mención en el GOST actual: el coeficiente de compactación, independientemente de la fracción, no debe ser superior a 1,1. Los proveedores ciertamente son conscientes de esto y, para evitar devoluciones, intentan mantener un suministro pequeño. A menudo se recurre a las mediciones durante la aceptación, cuando la piedra triturada se entrega al sitio de construcción, ya que no se pide en toneladas, sino en metros cúbicos. Para ello, se debe medir la carrocería del camión con la piedra triturada desde el interior con una cinta métrica, luego se debe calcular el volumen de grava entregada y luego multiplicarlo por un factor de 1,1. Este cálculo le permitirá determinar aproximadamente cuántos cubos se vertieron en la parte trasera del camión antes del envío. Si la cifra obtenida teniendo en cuenta la compactación es inferior a la indicada en los documentos adjuntos, significa que la carrocería estaba subcargada. Igual o mayor que lo indicado en los documentos, podrás descargar la piedra triturada de forma segura.
Compactación en sitio
Tenga en cuenta que la cifra anterior (1.1) se tiene en cuenta únicamente durante el transporte. En una obra de construcción donde la piedra triturada se compacta artificialmente mediante una placa vibratoria o un rodillo, este coeficiente puede aumentar a 1,52. Al mismo tiempo, los artistas necesitan saber exactamente el grado de contracción del relleno de grava. Por lo general, este parámetro aparece en la documentación de diseño. Sin embargo, si no es necesario un valor exacto, utilice los indicadores promedio especificados en SNiP 3.06.03-85:
La piedra triturada de fracción 40-70, por regla general, tiene una compactación de 1,25-1,3 (si su grado no es inferior a M800). Hasta M600 – de 1,3 a 1,5. Para clases pequeñas y medianas de 5-20 y 20-40 mm, estos indicadores no se han establecido, ya que a menudo se usan solo al remachar la capa superior de carga de granos 40-70.
Investigación de laboratorio
El coeficiente de compactación generalmente se calcula basándose en datos de pruebas de laboratorio, durante las cuales se compacta y prueba una masa de piedra triturada en varios dispositivos. Aquí existen varios métodos: reemplazo de volumen (GOST 28514-90); compactación estándar capa por capa de piedra triturada (GOST 22733-2002); métodos exprés utilizando uno de los tres tipos de densímetros: estático, de globo de agua o dinámico.
Los resultados se obtienen inmediatamente o después de 1 a 4 días, según el método de investigación elegido. El costo de una muestra de prueba estándar es de 2500 rublos. En total, se deben realizar al menos cinco pruebas de este tipo. Si se necesitan datos con urgencia, por ejemplo, durante el día, se utilizan métodos rápidos en función de los resultados de seleccionar al menos 10 puntos. El coste de cada punto es de 850 rublos. Además, tendrá que pagar el viaje de un asistente de laboratorio al lugar, alrededor de otros 3 mil rublos. Sin embargo, es imposible prescindir de datos precisos durante la construcción de grandes proyectos. Además, una organización de construcción acreditada debe tener documentos oficiales que confirmen el cumplimiento por parte del contratista de los requisitos del proyecto.
¿Es posible averiguar usted mismo el grado de compactación?
Sí, el coeficiente se puede determinar tanto en el campo como para las necesidades de la construcción privada. Para hacer esto, primero debe averiguar la densidad aparente de cada tamaño: 5-20, 20-40, 40-70. Depende directamente de la composición mineralógica del material, pero es insignificante. Las fracciones de piedra triturada tienen una influencia mucho mayor en el peso volumétrico. Para los cálculos, puede utilizar datos promediados:
Se pueden determinar datos de densidad más precisos para una fracción específica de piedra triturada en el laboratorio o pesando un volumen conocido de piedra triturada de construcción, seguido de un cálculo simple:
Peso a granel = masa/volumen.
Después de eso, la mezcla se enrolla hasta el estado en el que se utilizará en el sitio y se mide con una cinta métrica. Y luego vuelven a calcular la fórmula dada anteriormente, lo que da como resultado 2 densidades diferentes: antes y después de la compactación. Dividiendo ambos números obtenemos el coeficiente de compactación para un material concreto. Si los pesos de las muestras son iguales, simplemente puede encontrar la relación entre los dos volúmenes; el resultado será similar. Cabe señalar que si el indicador después de la compactación se divide por la densidad inicial, entonces el número obtenido en la respuesta será mayor que uno; de hecho, este es el factor de reserva de material para la compactación. En la construcción, se utiliza si se conocen los parámetros finales del lecho de grava y para realizar el pedido es necesario determinar la cantidad de piedra triturada de la fracción seleccionada. Cuando se calcula hacia atrás, el resultado es un valor menor que uno. Sin embargo, estos números son equivalentes y al realizar cálculos es importante entender cuál se debe tomar.
La necesidad de conocer la densidad exacta de los materiales de construcción a granel surge durante su transporte, compactación, llenado de contenedores y fosas y selección de proporciones al prepararlos. morteros. Uno de los indicadores que se tienen en cuenta es el coeficiente de compactación, que caracteriza el cumplimiento de las capas colocadas con los requisitos reglamentarios o el grado de reducción del volumen de arena durante el transporte. El valor recomendado está indicado en la documentación de diseño y depende del tipo de estructura a construir o del tipo de obra.
El coeficiente de compactación es un número estándar que tiene en cuenta el grado de reducción del volumen externo durante el proceso de entrega y colocación posterior de la compactación (puede encontrar información sobre la compactación de piedra triturada). En una versión simplificada, se calcula como la relación entre la masa de un cierto volumen tomado durante el muestreo y un parámetro de referencia obtenido en condiciones de laboratorio. Su valor depende del tipo y tamaño de las fracciones de relleno y varía de 1,05 a 1,52. En el caso de la arena trabajo de construcción es 1,15 y se utiliza como punto de partida al calcular los materiales de construcción.
Como resultado, el volumen real de arena suministrada se determina multiplicando los resultados de la medición por la tasa de compactación durante el transporte. Máximo valor permitido debe especificarse en el acuerdo de compra. También son posibles situaciones opuestas: para verificar la integridad de los proveedores, el volumen se encuentra al final de la entrega, su cantidad en m 3 se divide por el coeficiente de compactación de la arena y se compara con la entregada. Por ejemplo, al transportar 50 m 3 después de la compactación en la parte trasera de un automóvil o vagón, no se llevarán al sitio más de 43,5 m.
Factores que influyen en el coeficiente.
El número dado es un promedio estadístico; en la práctica, depende de muchos criterios diferentes. Éstas incluyen:
- Tamaños de grano de arena, pureza y otros aspectos físicos y Propiedades químicas, determinado por el lugar y método de extracción. Las características de la fuente pueden cambiar con el tiempo; a medida que el material se retira de las canteras, aumenta la holgura de las capas restantes; para eliminar errores, la densidad aparente y los parámetros relacionados se verifican periódicamente en condiciones de laboratorio.
- Condiciones de transporte (distancia a la instalación, factores climáticos y estacionales, tipo de transporte utilizado). Cuanto más fuerte y prolongada es la vibración que afecta al material, más eficientemente se compacta la arena, se logra una compactación máxima cuando se transporta en vehículos, un poco menos (durante el transporte ferroviario) y una mínima (durante el transporte marítimo). En las condiciones de transporte adecuadas, se minimiza la exposición a la humedad y a temperaturas bajo cero.
Estos factores deben verificarse inmediatamente; los valores de humedad natural permitida y densidad aparente están escritos en el pasaporte. Los volúmenes adicionales de sólidos a granel debido a pérdidas durante el transporte dependen de la distancia de entrega y se consideran iguales al 0,5% dentro de 1 km, y al 1% más allá de este parámetro.
Utilización del coeficiente en la preparación de cojines de arena y construcción de carreteras.
Un rasgo característico de cualquier material de construcción a granel es el cambio de volumen al descargarlo en un área libre o compactarlo. En el primer caso, la arena o la tierra se suelta durante el almacenamiento, las partículas se asientan y se adhieren entre sí prácticamente sin huecos, pero aún así no cumplen con los estándares. En última etapa– al colocar y distribuir composiciones en el fondo del pozo, se tiene en cuenta el coeficiente de compactación relativa de la arena. Es un criterio para la calidad del trabajo realizado durante la preparación de zanjas y sitios de construcción y varía de 0,95 a 1, el valor exacto depende de finalidad prevista capa y método de relleno y compactación. Se determina mediante cálculo y debe indicarse en la documentación de diseño.
La compactación del suelo rellenado se considera la misma. acción obligatoria, como al colocar un colchón de arena debajo de los cimientos de los edificios o al arreglar la superficie de la carretera. Para lograr el efecto deseado, utilice equipamiento especial– rodillos, placas vibratorias y sellos vibratorios, en su ausencia, se realiza el apisonamiento; herramientas manuales o pies. El espesor máximo permitido de la capa tratada y el número requerido de pasadas se refieren a los valores de la tabla, lo mismo se aplica al mínimo recomendado de lecho sobre tuberías o comunicaciones.
Durante el proceso de compactación de arena o suelo, su densidad aparente aumenta y el área volumétrica disminuye inevitablemente. Esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de calcular la cantidad de material adquirido, junto con las pérdidas totales por intemperie o la cantidad de stock. Al elegir un método de compactación, es importante recordar que cualquier influencia mecánica externa afecta solo a las capas superiores, para obtener un recubrimiento con la calidad requerida Se requiere equipo de vibración.
La compactación obligatoria de suelo, piedra triturada y hormigón asfáltico en la industria vial no sólo es una parte integral del proceso tecnológico de construcción de la base, la base y el revestimiento, sino que también sirve como la operación principal para garantizar su resistencia, estabilidad y durabilidad.
Anteriormente (hasta los años 30 del siglo pasado), la implementación de estos indicadores de terraplenes de suelo también se realizaba mediante compactación, pero no mecánica o artificialmente, sino por el autoasentamiento natural del suelo bajo la influencia, principalmente, de su propio peso y, en parte, del tráfico. El terraplén construido generalmente se dejaba durante uno o dos, y en algunos casos incluso tres años, y sólo después se construía la base y la superficie de la carretera.
Sin embargo, la rápida motorización de Europa y América que se inició en esos años requirió la construcción acelerada de una extensa red de carreteras y una revisión de los métodos de su construcción. La tecnología de construcción de carreteras existente en ese momento no estuvo a la altura de los nuevos desafíos que surgieron y se convirtió en un obstáculo para resolverlos. Por lo tanto, es necesario desarrollar los fundamentos científicos y prácticos de la teoría de la compactación mecánica de estructuras de tierra, teniendo en cuenta los logros de la mecánica de suelos, y crear nuevos medios eficaces de compactación del suelo.
Fue en esos años que se comenzaron a estudiar y tener en cuenta las propiedades físicas y mecánicas de los suelos, se evaluó su compactabilidad teniendo en cuenta las condiciones granulométricas y de humedad (método Proctor, en Rusia, el método de compactación estándar), el primero Se desarrollaron clasificaciones de suelos y estándares para la calidad de su compactación, y se comenzaron a introducir métodos de control de esta calidad en campo y laboratorio.
Antes de este período, el principal agente compactador del suelo era un rodillo estático de tambor liso, arrastrado o autopropulsado, adecuado únicamente para rodar y nivelar la zona cercana a la superficie (hasta 15 cm) de la capa de suelo vertida, e incluso manipulación manual, utilizado principalmente para compactar superficies, reparar baches y para compactar cunetas y taludes.
Estos medios de compactación más simples e ineficaces (en términos de calidad, espesor de la capa a trabajar y productividad) comenzaron a ser reemplazados por medios tan nuevos como rodillos de placa, nervados y de leva (recordemos la invención de 1905 por el ingeniero estadounidense Fitzgerald), rodillos de apisonamiento. placas en excavadoras, bateadoras de martillos múltiples en tractores de orugas y rodillos lisos, apisonadores de explosión manuales (“ranas saltarinas”) ligeros (50–70 kg), medianos (100–200 kg) y pesados (500 y 1000 kg) .
Al mismo tiempo aparecieron las primeras placas vibratorias para compactar el suelo, una de las cuales de Lozenhausen (posteriormente Vibromax) era bastante grande y pesada (entre 24 y 25 toneladas, incluido el tractor de orugas básico). Su placa vibratoria con una superficie de 7,5 m2 estaba situada entre las orugas y su motor tenía una potencia de 100 CV. permitió que el excitador de vibración girara a una frecuencia de 1500 kol/min (25 Hz) y moviera la máquina a una velocidad de aproximadamente 0,6–0,8 m/min (no más de 50 m/h), proporcionando una productividad de aproximadamente 80– 90 m2/h o no más de 50 m 3 / h con un espesor de capa compactada de aproximadamente 0,5 m.
Más universal, es decir. capaz de compactar Varios tipos En suelos, incluidos cohesivos, no cohesivos y mixtos, el método de compactación ha demostrado su eficacia.
Además, durante la compactación, era fácil y sencillo regular el efecto de la fuerza de compactación sobre el suelo cambiando la altura de caída de la placa apisonadora o del martillo apisonador. Gracias a estas dos ventajas, el método de compactación por impacto se convirtió en el más popular y extendido en esos años. Por tanto, se multiplicó el número de bateadoras y dispositivos.
Es apropiado señalar que en Rusia (entonces URSS) también entendieron la importancia y la necesidad de la transición a la compactación mecánica (artificial) de materiales de carreteras y el establecimiento de la producción de equipos de compactación. En mayo de 1931, se produjo la primera apisonadora autopropulsada nacional en los talleres de Rybinsk (hoy ZAO Raskat).
Después del final de la Segunda Guerra Mundial, la mejora de los equipos y la tecnología para compactar objetos de suelo avanzó con no menos entusiasmo y eficacia que en la época anterior a la guerra. Aparecieron los rodillos neumáticos arrastrados, semirremolques y autopropulsados, que durante un cierto período de tiempo se convirtieron en el principal medio de compactación del suelo en muchos países del mundo. Su peso, incluidas las copias individuales, variaba en un rango bastante amplio: de 10 a 50 a 100 toneladas, pero la mayoría de los modelos de rodillos neumáticos producidos tenían una carga de neumáticos de 3 a 5 toneladas (peso de 15 a 25 toneladas) y un espesor de la capa compactada, dependiendo del coeficiente de compactación requerido, de 20 a 25 cm (suelo cohesivo) a 35 a 40 cm (suelo no cohesivo y poco cohesivo) después de 8 a 10 pasadas a lo largo de la pista.
Simultáneamente con los rodillos neumáticos, los compactadores de suelo vibratorios (placas vibratorias, rodillos lisos y rodillos vibratorios de levas) se desarrollaron, mejoraron y se hicieron cada vez más populares, especialmente en los años 50. Además, con el tiempo, los modelos arrastrados de rodillos vibratorios fueron reemplazados por modelos articulados autopropulsados, que eran más convenientes y tecnológicamente avanzados para realizar trabajos de excavación lineal o, como los llamaban los alemanes, "Walzen-zug" (empujar-tirar). .
Rodillo vibratorio liso CA 402
de DYNAPAC
Cada modelo moderno El rodillo vibratorio compactador de suelo, por regla general, tiene dos versiones: con tambor liso y con tambor de leva. Al mismo tiempo, algunas empresas fabrican dos rodillos intercambiables por separado para el mismo tractor de ruedas neumáticas de un solo eje, mientras que otras ofrecen al comprador del rodillo, en lugar de un rodillo de leva completo, simplemente un "accesorio de carcasa" con levas, que es Se fija fácil y rápidamente sobre un rodillo liso. También hay empresas que han desarrollado “accesorios de concha” de rodillos lisos similares para montarlos encima de un rodillo acolchado.
Cabe señalar especialmente que las propias levas de los rodillos vibratorios, especialmente después del inicio de su funcionamiento práctico en 1960, sufrieron cambios significativos en su geometría y dimensiones, lo que tuvo un efecto beneficioso sobre la calidad y el espesor de la capa compactada y redujo la profundidad de aflojamiento de la zona del suelo cercana a la superficie.
Si las levas anteriores de "pata de barco" eran delgadas (área de soporte de 40 a 50 cm2) y largas (hasta 180 a 200 mm o más), entonces sus contrapartes modernas "de pata de cabra" se han vuelto más cortas (la altura es principalmente de 100 mm, a veces de 120 a 150 mm) y grueso (área de soporte de aproximadamente 135 a 140 cm 2 con un tamaño de lado de un cuadrado o rectángulo de aproximadamente 110 a 130 mm).
De acuerdo con las leyes y dependencias de la mecánica de suelos, un aumento en el tamaño y el área de la superficie de contacto de la leva contribuye a un aumento en la profundidad de la deformación efectiva del suelo (para suelos cohesivos es de 1,6 a 1,8 veces el tamaño del lado de la almohadilla de soporte de la leva). Por lo tanto, la capa de compactación de marga y arcilla con un rodillo vibratorio con levas de pata de cabra, al crear las presiones dinámicas adecuadas y teniendo en cuenta la profundidad de inmersión de la leva en el suelo de 5 a 7 cm, comenzó a ser de 25 a 28 cm. , lo que se confirma mediante mediciones prácticas. Este espesor de la capa de compactación es comparable a la capacidad de compactación de los rodillos neumáticos que pesan al menos entre 25 y 30 toneladas.
Si a esto le sumamos el espesor significativamente mayor de la capa compactada de suelos no cohesivos mediante rodillos vibratorios y su mayor productividad operativa, queda claro por qué los rodillos de ruedas neumáticas arrastrados y semirremolcados para la compactación del suelo comenzaron a desaparecer gradualmente y ahora son prácticamente no se producen o se producen rara y raramente.
Así, en condiciones modernas El principal medio de compactación del suelo en la industria vial de la gran mayoría de los países del mundo se ha convertido en un rodillo vibratorio autopropulsado de un solo tambor, articulado con un tractor de ruedas neumáticas de un solo eje y con un movimiento suave (para no cohesivo). y suelos de grano fino y de grano grueso poco cohesivos, incluidos suelos rocosos de grano grueso) o un rodillo de leva (suelos cohesivos).
Hoy en el mundo hay más de 20 empresas que producen alrededor de 200 modelos de estos rodillos compactadores de suelo de varios tamaños, que se diferencian entre sí por el peso total (de 3,3 a 3,5 a 25,5 a 25,8 toneladas), el peso del módulo del tambor vibratorio ( de 1,6–2 a 17–18 t) y sus dimensiones. También existen algunas diferencias en el diseño del excitador de vibración, en los parámetros de vibración (amplitud, frecuencia, fuerza centrífuga) y en los principios de su regulación. Y, por supuesto, a un trabajador de la carretera le pueden surgir al menos dos preguntas: cómo elegir el modelo correcto de dicho rodillo y cómo utilizarlo de la manera más eficaz para realizar una compactación del suelo de alta calidad en un sitio práctico específico y al menor costo. .
Al resolver tales problemas, primero, pero con bastante precisión, es necesario establecer los tipos de suelo predominantes y su condición (distribución del tamaño de las partículas y contenido de humedad), para cuya compactación se selecciona un rodillo vibratorio. Especialmente, o en primer lugar, se debe prestar atención a la presencia de partículas polvorientas (0,05-0,005 mm) y arcillosas (menos de 0,005 mm) en el suelo, así como a su humedad relativa (en fracciones de su valor óptimo). Estos datos darán las primeras ideas sobre la compactación del suelo, Una salida posible sus juntas (vibración pura o vibración-impacto de potencia) le permitirán elegir un rodillo vibratorio con tambor liso o acolchado. La humedad del suelo y la cantidad de polvo y partículas de arcilla afectan significativamente sus propiedades de resistencia y deformación y, en consecuencia, la capacidad de compactación necesaria del rodillo seleccionado, es decir, su capacidad para proporcionar el coeficiente de compactación requerido (0,95 o 0,98) en la capa de relleno del suelo especificada por la tecnología de construcción de la carretera.
La mayoría de los rodillos vibratorios modernos funcionan en un determinado modo de vibración-impacto, expresado en mayor o menor medida dependiendo de sus parámetros de presión estática y vibración. Por lo tanto, la compactación del suelo, por regla general, se produce bajo la influencia de dos factores:
- vibraciones (oscilaciones, choques, movimientos), provocando una disminución o incluso destrucción de las fuerzas de fricción interna y una pequeña adherencia y compromiso entre las partículas del suelo y creando condiciones favorables para un desplazamiento efectivo y un reagrupamiento más denso de estas partículas bajo la influencia de su propio peso y fuerzas externas;
- Fuerzas y tensiones dinámicas de compresión y corte creadas en el suelo por cargas de impacto de corta duración pero frecuentes.
En la compactación de suelos sueltos y no cohesivos, el papel principal pertenece al primer factor, el segundo sirve solo como una adición positiva al mismo. En suelos cohesivos, en los que las fuerzas de fricción interna son insignificantes, y la adhesión físico-mecánica, electroquímica y agua-coloidal entre partículas pequeñas es significativamente mayor y predominante, el principal factor que actúa es la fuerza de presión o esfuerzo de compresión y corte, y el papel del primer factor pasa a ser secundario.
Una investigación realizada por especialistas rusos en mecánica y dinámica de suelos en un momento (1962-64) demostró que la compactación de arena seca o casi seca en ausencia de carga externa comienza, por regla general, con vibraciones débiles con aceleraciones de vibración de al menos 0,2 g. (g – aceleración de la tierra) y termina con una compactación casi completa con aceleraciones de aproximadamente 1,2 a 1,5 g.
Para las mismas arenas óptimamente mojadas y saturadas de agua, el rango de aceleraciones efectivas es ligeramente mayor: de 0,5 ga 2 g. En presencia de una carga externa de la superficie o cuando la arena está atrapada dentro de la masa de suelo, su compactación comienza solo con una cierta aceleración crítica igual a 0,3-0,4 g, por encima de la cual el proceso de compactación se desarrolla más intensamente.
Casi al mismo tiempo y casi exactamente los mismos resultados en arena y grava se obtuvieron en experimentos de la empresa Dynapac, en los que, utilizando un impulsor de palas, también se demostró que la resistencia al corte de estos materiales al vibrar se puede reducir en un 80 –98%.
Con base en estos datos, se pueden construir dos curvas: cambios en las aceleraciones críticas y atenuación de las aceleraciones de las partículas del suelo que actúan desde una placa vibratoria o un tambor vibratorio con la distancia desde la superficie donde se encuentra la fuente de vibraciones. El punto de intersección de estas curvas dará la profundidad de compactación efectiva de interés para la arena o grava.
Arroz. 1. Curvas de amortiguación de aceleración de vibración.
partículas de arena durante la compactación con un rodillo DU-14
En la Fig. La Figura 1 muestra dos curvas de caída de la aceleración de las oscilaciones de las partículas de arena, registradas por sensores especiales, durante su compactación con un rodillo vibratorio arrastrado. DU-14(D-480) a dos velocidades de funcionamiento. Si aceptamos una aceleración crítica de 0,4 a 0,5 g para la arena dentro de una masa de suelo, del gráfico se deduce que el espesor de la capa que se procesa con un rodillo vibratorio tan ligero es de 35 a 45 cm, lo que ha sido confirmado repetidamente por Monitoreo de densidad de campo.
Los suelos de grano fino (arena, arena-grava) e incluso de grano grueso (roca-clástica gruesa, grava-guijarros) insuficientemente o mal compactados, no cohesivos y sueltos, colocados en la calzada de las estructuras de transporte, revelan con bastante rapidez su baja resistencia y estabilidad. en condiciones de diversos tipos de golpes e impactos, vibraciones que pueden ocurrir durante el movimiento de camiones pesados, transporte por carretera y ferrocarril, durante el funcionamiento de diversas máquinas de impacto y vibración para hincar, por ejemplo, pilotes o compactación por vibración de capas de pavimentos de carreteras. , etc.
Frecuencia de vibraciones verticales de elementos estructurales de carreteras durante el viaje. camión a una velocidad de 40 a 80 km/h es de 7 a 17 Hz, y un solo impacto de una losa de apisonamiento que pesa entre 1 y 2 toneladas sobre la superficie de un terraplén de suelo excita en ella ambas vibraciones verticales con una frecuencia de 7 a 10 a 20-23 Hz, y las vibraciones horizontales con una frecuencia de aproximadamente el 60% de las verticales.
En suelos que no son lo suficientemente estables y sensibles a las vibraciones y sacudidas, éstas pueden provocar deformaciones y precipitaciones notables. Por lo tanto, no sólo es aconsejable, sino también necesario compactarlos mediante vibración o cualquier otra influencia dinámica, creando en ellos vibraciones, sacudidas y movimiento de partículas. Y es completamente inútil compactar tales suelos mediante laminación estática, lo que a menudo se puede observar en grandes y grandes instalaciones de carreteras, ferrocarriles e incluso hidráulicas.
Numerosos intentos de compactar arenas unidimensionales con bajo contenido de humedad con rodillos neumáticos en terraplenes de vías férreas, autopistas y aeródromos en regiones petroleras y gasísticas. Siberia occidental, en el tramo bielorruso de la autopista Brest-Minsk-Moscú y en otros puntos de los países bálticos, la región del Volga, la República de Komi y la región de Leningrado. no dio los resultados de densidad requeridos. Sólo la aparición de rodillos vibratorios arrastrados en estas obras A-4, A-8 Y A-12 ayudó a hacer frente a este grave problema en ese momento.
La situación con la compactación de suelos sueltos de roca, bloques gruesos y grava-guijarros puede ser aún más obvia y más aguda en sus consecuencias desagradables. La construcción de terraplenes, incluidos aquellos con una altura de 3 a 5 mo incluso más, a partir de suelos fuertes y resistentes a cualquier condición climática y con su concienzudo rodamiento con pesados rodillos neumáticos (25 toneladas), al parecer, no dio motivos serios de preocupación a los constructores, por ejemplo, una de las secciones de Carelia de la federal carretera"Kola" (San Petersburgo-Murmansk) o el "famoso" ferrocarril Baikal-Amur Mainline (BAM) en la URSS.
Sin embargo, inmediatamente después de su puesta en servicio, comenzaron a desarrollarse hundimientos locales desiguales de terraplenes mal compactados, que ascendieron a en ciertos lugares carreteras entre 30 y 40 cm y distorsionaron el perfil longitudinal general de la vía del ferrocarril BAM hasta convertirlo en un “diente de sierra” con una alta tasa de accidentes.
A pesar de las similitudes propiedades generales y el comportamiento de los suelos sueltos de grano fino y grueso en terraplenes, su compactación dinámica debe realizarse mediante rodillos vibratorios de diferentes pesos, dimensiones e intensidad de los efectos de vibración.
Las arenas de un solo tamaño sin polvo ni impurezas de arcilla se vuelven a empaquetar muy fácil y rápidamente incluso con golpes y vibraciones menores, pero tienen una resistencia al corte insignificante y una permeabilidad muy baja de las máquinas de ruedas o rodillos. Por lo tanto, se deben compactar utilizando rodillos vibratorios y placas vibratorias, livianos y de gran tamaño, con baja presión estática de contacto e impacto vibratorio de intensidad media, para que el espesor de la capa compactada no disminuya.
El uso de rodillos vibratorios arrastrados sobre arenas de un solo tamaño de tamaño mediano A-8 (peso 8 toneladas) y pesado A-12 (11,8 toneladas) provocó una inmersión excesiva del tambor en el terraplén y la expulsión de arena de debajo del rodillo con el formación delante de él no sólo de un banco de tierra, sino también de una onda de corte que se mueve debido al "efecto bulldozer", visible a simple vista a una distancia de hasta 0,5 a 1,0 m. La zona del terraplén a una profundidad de 15 a 20 cm resultó estar aflojada, aunque la densidad de las capas subyacentes tenía un coeficiente de compactación de 0,95 e incluso superior. Con rodillos vibratorios ligeros, la zona de superficie suelta puede disminuir a 5-10 cm.
Evidentemente, es posible, y en algunos casos recomendable, utilizar rodillos vibratorios medianos y pesados sobre arenas del mismo tamaño, pero con una superficie de rodillo intermitente (leva o retícula), lo que mejorará la permeabilidad del rodillo, reducirá el corte de la arena y reducirá la zona de aflojamiento a 7-10 cm. Prueba de ello es la exitosa experiencia del autor en la compactación de terraplenes de este tipo de arenas en invierno y verano en Letonia y la región de Leningrado. incluso un rodillo arrastrado estático con tambor de celosía (peso 25 toneladas), lo que aseguró que el espesor de la capa de terraplén compactada a 0,95 fuera de 50 a 55 cm, así como resultados positivos de compactación con el mismo rodillo de duna de un tamaño Arenas (finas y completamente secas) en Asia Central.
Los suelos de grano grueso, de roca, clásticos gruesos y de grava y guijarros, como demuestra la experiencia práctica, también se compactan con éxito con rodillos vibratorios. Pero debido al hecho de que en su composición hay, y a veces predominan, piezas y bloques grandes que miden hasta 1,0-1,5 mo más, no es posible moverlos, removerlos y moverlos, asegurando así la densidad y estabilidad requeridas de todo el terraplén -fácil y sencillo.
Por lo tanto, en tales suelos, se deben usar rodillos vibratorios de rodillos lisos grandes, pesados y duraderos con suficiente intensidad de impacto de vibración, que pesen un modelo remolcado o un módulo de rodillo vibratorio para una versión articulada de al menos 12 a 13 toneladas.
El espesor de la capa de suelo tratado con estos rodillos puede alcanzar entre 1 y 2 m. Este tipo de relleno se practica principalmente en grandes obras de ingeniería hidráulica y de construcción de aeródromos. Son raros en la industria vial y, por lo tanto, no existe una necesidad o conveniencia particular para que los trabajadores de la carretera compren rodillos lisos con un módulo de rodillo vibratorio funcional que pese más de 12 a 13 toneladas.
Mucho más importante y seria para la industria vial rusa es la tarea de compactar suelos mixtos de grano fino (arena con cantidades variables de polvo y arcilla), simplemente limosos y cohesivos, que se encuentran con más frecuencia en la práctica diaria que los suelos pedregosos-gruesos-clásticos. suelos y sus variedades.
Especialmente muchos problemas surgen para los contratistas con arenas limosas y suelos puramente limosos, que están bastante extendidos en muchos lugares de Rusia.
La especificidad de estos suelos no plásticos y de baja cohesión es que cuando su humedad es alta, y la región noroeste está principalmente "pecada" por este encharcamiento, bajo la influencia del tráfico de vehículos o el efecto compactador de los rodillos vibratorios, pasan a un estado “licuado” debido a su baja capacidad de filtración y al consiguiente aumento de la presión de poros con el exceso de humedad.
Con una disminución de la humedad al nivel óptimo, estos suelos se compactan bien y con relativa facilidad con rodillos vibratorios de rodillos lisos medianos y pesados con un módulo de rodillo vibratorio que pesa entre 8 y 13 toneladas, para lo cual las capas de relleno se compactan según los estándares requeridos. puede ser de 50 a 80 cm (en estado anegado, el espesor de las capas se reduce a 30 a 60 cm).
Si aparece una cantidad notable de impurezas arcillosas (al menos 8-10%) en suelos arenosos y limosos, comienzan a mostrar una cohesión y plasticidad significativas y, en su capacidad para compactarse, se acercan a los suelos arcillosos, que son muy pobres o nulos. susceptible a la deformación por métodos puramente vibratorios.
La investigación del profesor N. Ya Kharkhuta ha demostrado que cuando se compactan de esta manera arenas casi puras (impurezas de polvo y arcilla inferiores al 1%). espesor óptimo capa compactada a un coeficiente de 0,95 puede alcanzar hasta 180-200% de talla minimaárea de contacto del cuerpo de trabajo de la máquina vibratoria (placa vibratoria, tambor vibratorio con suficientes presiones estáticas de contacto). Con un aumento en el contenido de estas partículas en la arena al 4-6%, el espesor óptimo de la capa que se está trabajando se reduce entre 2,5 y 3 veces, y al 8-10% o más generalmente es imposible lograr una compactación. coeficiente de 0,95.
Evidentemente, en tales casos es aconsejable o incluso necesario pasar a método contundente sellos, es decir para el uso de rodillos vibratorios pesados modernos que funcionan en modo de vibroimpacto y son capaces de crear presiones entre 2 y 3 veces más altas que, por ejemplo, los rodillos de ruedas neumáticos estáticos con una presión sobre el suelo de 6 a 8 kgf/cm 2 .
Para que se produzca la fuerza de deformación esperada y la correspondiente compactación del suelo, las presiones estáticas o dinámicas creadas por el cuerpo de trabajo de la máquina compactadora deben estar lo más cerca posible de los límites de resistencia a la compresión y al corte del suelo (aproximadamente 90– 95%), pero no superarlo. De lo contrario, aparecerán grietas de corte, protuberancias y otros rastros de destrucción del suelo en la superficie de contacto, lo que también empeorará las condiciones para transmitir las presiones necesarias para la compactación a las capas subyacentes del terraplén.
La resistencia de los suelos cohesivos depende de cuatro factores, tres de los cuales se relacionan directamente con los propios suelos (distribución del tamaño de grano, humedad y densidad), y el cuarto (la naturaleza o dinamismo de la carga aplicada y estimada por la tasa de cambio en la estado tensionado del suelo o, con cierta imprecisión, el tiempo de acción de esta carga) se refiere al efecto de la máquina compactadora y a las propiedades reológicas del suelo.
Rodillo vibratorio de leva
BOMAG
Con un aumento en el contenido de partículas de arcilla, la resistencia del suelo aumenta entre 1,5 y 2 veces en comparación con los suelos arenosos. El contenido de humedad real de los suelos cohesivos es un indicador muy importante que afecta no sólo a su resistencia, sino también a su compactabilidad. La mejor manera Estos suelos se compactan con el llamado contenido de humedad óptimo. A medida que la humedad real supera este óptimo, la resistencia del suelo disminuye (hasta 2 veces) y el límite y grado de su posible compactación disminuye significativamente. Por el contrario, con una disminución de la humedad por debajo del nivel óptimo, la resistencia a la tracción aumenta considerablemente (al 85% del óptimo, 1,5 veces, y al 75%, hasta 2 veces). Por eso es tan difícil compactar suelos cohesivos con poca humedad.
A medida que el suelo se compacta, también aumenta su resistencia. En particular, cuando el coeficiente de compactación en el terraplén alcanza 0,95, la resistencia del suelo cohesivo aumenta entre 1,5 y 1,6 veces, y en 1,0, entre 2,2 y 2,3 veces en comparación con la resistencia en el momento inicial de compactación (coeficiente de compactación 0,80-0,85 ).
En suelos arcillosos que tienen propiedades reológicas pronunciadas debido a su viscosidad, la resistencia a la compresión dinámica puede aumentar entre 1,5 y 2 veces con un tiempo de carga de 20 ms (0,020 s), lo que corresponde a una frecuencia de aplicación de una carga de vibración-impacto de 25–30 Hz y para corte, incluso hasta 2,5 veces más que la resistencia estática. En este caso, el módulo dinámico de deformación de dichos suelos aumenta de 3 a 5 veces o más.
Esto indica la necesidad de aplicar presiones de compactación dinámica más altas a los suelos cohesivos que a los estáticos para obtener el mismo resultado de deformación y compactación. Obviamente, por lo tanto, algunos suelos cohesivos podrían compactarse efectivamente con presiones estáticas de 6 a 7 kgf/cm 2 (rodillos neumáticos), y al cambiar a su compactación, se requirieron presiones dinámicas del orden de 15 a 20 kgf/cm 2.
Esta diferencia se debe a diferentes velocidades Los cambios en el estado de estrés del suelo cohesivo, con un aumento de 10 veces, su resistencia aumenta entre 1,5 y 1,6 veces, y entre 100 veces, hasta 2,5 veces. Para un rodillo neumático, la tasa de cambio en la presión de contacto a lo largo del tiempo es de 30 a 50 kgf/cm 2 *s, para apisonadores y rodillos vibratorios, alrededor de 3000 a 3500 kgf/cm 2 *s, es decir, el aumento es de 70 a 100 veces.
Para la correcta asignación de parámetros funcionales de los rodillos vibratorios en el momento de su creación y para su control. proceso tecnológico Cuando estos rodillos vibratorios realizan la operación misma de compactar suelos cohesivos y de otro tipo, es sumamente importante y necesario conocer no sólo la influencia cualitativa y las tendencias en los cambios en los límites de resistencia y módulos de deformación de estos suelos en función de su granularidad. composición, humedad, densidad y carga dinámica, pero también tener valores específicos de estos indicadores.
Estos datos indicativos sobre los límites de resistencia de suelos con un coeficiente de densidad de 0,95 bajo cargas estáticas y dinámicas fueron establecidos por el profesor N. Ya. Kharkhuta (Tabla 1).
tabla 1
Límites de resistencia (kgf/cm2) de suelos con un coeficiente de compactación de 0,95
y humedad óptima
Es apropiado señalar que con un aumento de la densidad a 1,0 (100%), la resistencia a la compresión dinámica de algunas arcillas altamente cohesivas con humedad óptima aumentará a 35–38 kgf/cm2. Cuando la humedad desciende al 80% del óptimo, lo que puede ocurrir en lugares cálidos, calurosos o secos en varios países, su resistencia puede alcanzar valores aún mayores: 35 a 45 kgf/cm 2 (densidad 95%) y incluso 60–70 kgf/ cm 2 (100%).
Por supuesto, estos suelos tan resistentes sólo pueden compactarse con pesados rodillos vibratorios. Las presiones de contacto de los rodillos vibratorios de tambor liso, incluso para margas ordinarias de humedad óptima, serán claramente insuficientes para obtener el resultado de compactación exigido por las normas.
Hasta hace poco, la evaluación o cálculo de las presiones de contacto bajo un rodillo liso o acolchado de un rodillo estático y vibratorio se realizaba de forma muy sencilla y aproximada utilizando indicadores y criterios indirectos y poco fundamentados.
Basado en la teoría de la vibración, la teoría de la elasticidad, mecanica teorica, mecánica y dinámica de suelos, teoría de las dimensiones y similitudes, teoría de la permeabilidad de los vehículos de ruedas y el estudio de la interacción de un rodillo con la superficie de una capa compactada linealmente deformable de mezcla de hormigón asfáltico, piedra triturada. suelo base y subrasante, se obtuvo una relación analítica universal y bastante simple para determinar las presiones de contacto bajo cualquier cuerpo de rodillo de presión en funcionamiento de tipo rueda o rodillo (rueda de neumático, liso duro, recubierto de caucho, leva, retícula o tambor acanalado):
σ o – presión máxima estática o dinámica del tambor;
Q in – carga de peso del módulo de rodillos;
R o es la fuerza de impacto total del rodillo bajo carga vibrodinámica;
R o = Q en K d
E o – módulo de deformación estático o dinámico del material compactado;
h – espesor de la capa compactada de material;
B, D – ancho y diámetro del rodillo;
σ p – resistencia última (fractura) del material compactado;
K d – coeficiente dinámico
Una metodología más detallada y explicaciones al respecto se presentan en un catálogo similar de colección "Ingeniería y tecnología de carreteras" del año 2003. Aquí es apropiado señalar que, a diferencia de los rodillos tamboriles lisos, al determinar el asentamiento total de la superficie del material δ 0, la fuerza dinámica máxima R 0 y la presión de contacto σ 0 para rodillos de levas, de celosía y acanalados, el ancho de sus rodillos es equivalente a un rodillo tambor liso, y para rodillos neumáticos y recubiertos de goma, un diámetro equivalente es usado.
En mesa La Figura 2 presenta los resultados de los cálculos utilizando el método especificado y las dependencias analíticas de los principales indicadores de impacto dinámico, incluidas las presiones de contacto, los rodillos vibratorios de tambor liso y de leva de varias empresas para analizar su capacidad de compactación al verter en la superficie de la carretera. de los posibles tipos de suelos de grano fino con una capa de 60 cm (en estado suelto y denso, el coeficiente de compactación es igual a 0,85–0,87 y 0,95–0,96, respectivamente, el módulo de deformación E 0 = 60 y 240 kgf /cm 2, y el valor de la amplitud real de vibración del rodillo también es, respectivamente, a = A 0 /A ∞ = 1,1 y 2,0), es decir todas las pistas de patinaje tienen mismas condiciones para demostrar su capacidad de compactación, lo que da a los resultados del cálculo y a su comparación la exactitud necesaria.
JSC "VAD" tiene en su flota toda una gama de rodillos vibratorios de tambor liso compactadores de suelo que funcionan de manera adecuada y eficiente de Dynapac, comenzando por los más livianos ( CA152D) y terminando con el más pesado ( CA602D). Por lo tanto, fue útil obtener datos calculados para una de estas pistas de patinaje ( CA302D) y comparar con datos de tres modelos Hamm similares y de peso similar, creados según un principio único (aumentando la carga del rodillo oscilante sin cambiar su peso y otros indicadores de vibración).
En mesa 2 también muestra algunos de los rodillos vibratorios más grandes de dos empresas ( Bomag, Orenstein y Koppel), incluidos sus análogos de levas, y modelos de rodillos vibratorios arrastrados (A-8, A-12, PVK-70EA).
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Tabla 2
Tabla de análisis de datos. 2 nos permite sacar algunas conclusiones y conclusiones, incluidas las prácticas:
- creado por rodillos vibratorios Glakoval, incluido el peso medio (CA302D, Hamm 3412 Y 3414 ), las presiones de contacto dinámicas exceden significativamente (en suelos subcompactados en 2 veces) las presiones de los rodillos estáticos pesados (tipo rueda neumática que pesa 25 toneladas o más), por lo que son capaces de compactar suelos no cohesivos, poco cohesivos y ligeros cohesivos. con bastante eficacia y con un espesor de capa aceptable para los trabajadores de la carretera;
- Los rodillos vibratorios de levas, incluidos los más grandes y pesados, en comparación con sus homólogos de tambor liso, pueden crear presiones de contacto 3 veces mayores (hasta 45-55 kgf/cm2) y, por lo tanto, son adecuados para la compactación exitosa de materiales altamente cohesivos y bastante margas y arcillas fuertes y pesadas, incluidas sus variedades con baja humedad; Un análisis de las capacidades de estos rodillos vibratorios en términos de presiones de contacto muestra que existen ciertas condiciones previas para aumentar ligeramente estas presiones y aumentar el espesor de las capas de suelos cohesivos compactados con modelos grandes y pesados a 35-40 cm en lugar de los 25 cm actuales. -30 centimetros;
- La experiencia de Hamm en la creación de tres varios rodillos vibratorios(3412, 3414 y 3516) con los mismos parámetros de vibración (masa del rodillo vibratorio, amplitud, frecuencia, fuerza centrífuga) y diferente masa total del módulo del rodillo vibratorio debido al peso del marco deben considerarse interesantes y útiles, pero no al 100%, y sobre todo desde el punto de ver la ligera diferencia en las presiones dinámicas creadas por las ruedas de los rodillos, por ejemplo, en 3412 y 3516; pero en 3516, el tiempo de pausa entre pulsos de carga se reduce entre un 25 y un 30%, aumentando el tiempo de contacto del tambor con el suelo y aumentando la eficiencia de la transferencia de energía a este último, lo que facilita la penetración de suelos de mayor densidad en las profundidades. ;
- basándose en una comparación de los rodillos vibratorios según sus parámetros o incluso en los resultados de pruebas prácticas, es incorrecto y poco justo decir que este rodillo es generalmente mejor y el otro es malo; cada modelo puede ser peor o, por el contrario, bueno y adecuado a sus condiciones específicas de uso (tipo y estado del suelo, espesor de la capa compactada); Sólo podemos lamentar que aún no hayan aparecido muestras de rodillos vibratorios con parámetros de compactación más universales y ajustables para su uso en una gama más amplia de tipos y condiciones de suelos y espesores de capas de relleno, lo que podría ahorrar al constructor de carreteras la necesidad de comprar un conjunto de agentes compactadores del suelo diferentes tipos en términos de peso, dimensiones y capacidad de compactación.
Algunas de las conclusiones extraídas pueden no parecer tan nuevas e incluso es posible que ya se conozcan a partir de la experiencia práctica. Incluida la inutilidad de utilizar rodillos vibratorios lisos para compactar suelos cohesivos, especialmente los de baja humedad.
En un momento dado, el autor probó en un campo de pruebas especial en Tayikistán la tecnología de compactación de la marga Langar, colocada en el cuerpo de una de las presas más altas (300 m) de la central hidroeléctrica de Nurek, actualmente en funcionamiento. La composición de la marga incluía de 1 a 11% de partículas arenosas, 77 a 85% limosas y de 12 a 14% de arcilla, el índice de plasticidad era de 10 a 14, la humedad óptima era de aproximadamente 15,3 a 15,5%, la humedad natural era de solo 7 – 9%, es decir no superó el 0,6 del valor óptimo.
La marga se compactó utilizando varios rodillos, incluido un rodillo vibratorio arrastrado de gran tamaño creado especialmente para esta construcción. PVK-70EA(22t, ver Tabla 2), que tenía parámetros de vibración bastante altos (amplitud 2,6 y 3,2 mm, frecuencia 17 y 25 Hz, fuerza centrífuga 53 y 75 tf). Sin embargo, debido a la baja humedad del suelo, la compactación requerida de 0,95 con este pesado rodillo sólo se logró en una capa de no más de 19 cm.
De manera más eficiente y exitosa, este rodillo, así como el A-8 y el A-12, compactaron materiales de grava y guijarros sueltos colocados en capas de hasta 1,0 a 1,5 m.
A partir de las tensiones medidas utilizando sensores especiales colocados en el terraplén a diferentes profundidades, se construyó una curva de caída de estas presiones dinámicas a lo largo de la profundidad del suelo compactado por los tres rodillos vibratorios indicados (Fig. 2).
Arroz. 2. Curva de caída de presiones dinámicas experimentales.
A pesar de diferencias bastante significativas en el peso total, las dimensiones, los parámetros de vibración y las presiones de contacto (la diferencia alcanzó entre 2 y 2,5 veces), los valores de las presiones experimentales en el suelo (en unidades relativas) resultaron ser cercanos y obedecer a mismo patrón (la curva de puntos en el gráfico de la Fig. 2) y la dependencia analítica que se muestra en el mismo gráfico.
Es interesante que exactamente la misma dependencia es inherente a las curvas experimentales de disminución de la tensión bajo una carga puramente de choque de una masa de suelo (losa apisonadora con un diámetro de 1 my un peso de 0,5 a 2,0 t). En ambos casos, el exponente α permanece sin cambios y es igual o cercano a 3/2. Sólo el coeficiente K cambia de acuerdo con la naturaleza o “severidad” (agresividad) de la carga dinámica de 3,5 a 10. Con una carga del suelo más “aguda” es mayor, con una carga “lenta” es menor.
Este coeficiente K sirve como “regulador” del grado de atenuación de tensiones a lo largo de la profundidad del suelo. Cuando su valor es alto, las tensiones disminuyen más rápidamente y con la distancia desde la superficie de carga, el espesor de la capa de suelo que se trabaja disminuye. Al disminuir K, la naturaleza de la atenuación se vuelve más suave y se acerca a la curva de atenuación de las presiones estáticas (en la Fig. 2, Boussinet tiene α = 3/2 y K = 2,5). En este caso, las presiones más altas parecen “penetrar” profundamente en el suelo y aumenta el espesor de la capa de compactación.
La naturaleza de los efectos del pulso de los rodillos vibratorios no varía mucho y se puede suponer que los valores de K estarán en el rango de 5 a 6. Y con una atenuación conocida y casi estable de las presiones dinámicas relativas bajo los rodillos vibratorios y ciertos valores de las tensiones relativas requeridas (en fracciones del límite de resistencia del suelo) dentro del terraplén del suelo, es posible, con un grado razonable de probabilidad. , para establecer el espesor de la capa en la que las presiones que actúan allí asegurarán la implementación del coeficiente de sellado, por ejemplo 0,95 o 0,98.
A través de la práctica, compactaciones de prueba y numerosos estudios, se han establecido y presentado en la Tabla los valores aproximados de dichas presiones intrasuelo. 3.
Tabla 3
También existe un método simplificado para determinar el espesor de la capa compactada utilizando un rodillo vibratorio de rodillo liso, según el cual cada tonelada de peso del módulo del rodillo vibratorio es capaz de proporcionar aproximadamente el siguiente espesor de capa (con la humedad óptima del suelo y la requerida parámetros del rodillo vibratorio):
- las arenas son grandes, medianas, AGS – 9–10 cm;
- arenas finas, incluidas las que tienen polvo: 6 a 7 cm;
- franco arenoso claro y medio – 4–5 cm;
- margas claras – 2–3 cm.
Conclusión. Los modernos rodillos vibratorios de tambor liso y almohadilla son compactadores de suelo eficaces que pueden garantizar la calidad requerida de la subrasante construida. La tarea del ingeniero vial es comprender competentemente las capacidades y características de estos medios para orientarse correctamente en su selección y aplicación práctica.
En preparación para el desarrollo, realizan estudios y pruebas especiales para determinar la idoneidad del sitio para el próximo trabajo: toman muestras de suelo, calculan el nivel de ocurrencia agua subterránea y examinar otras características del suelo que ayuden a determinar la viabilidad (o la falta de ella) de la construcción.
La realización de este tipo de actividades ayuda a mejorar el rendimiento técnico, por lo que se solucionan una serie de problemas que surgen durante el proceso constructivo, por ejemplo, el hundimiento del suelo bajo el peso de la estructura con todas las consecuencias consiguientes. Su primera manifestación externa es la aparición de grietas en las paredes y, en combinación con otros factores, conduce a la destrucción parcial o total del objeto.
Factor de compactación: ¿qué es?
Por coeficiente de compactación del suelo nos referimos a un indicador adimensional, que, de hecho, es un cálculo a partir de la relación densidad del suelo/densidad máxima del suelo. El coeficiente de compactación del suelo se calcula teniendo en cuenta indicadores geológicos. Cualquiera de ellos, independientemente de la raza, es poroso. Está impregnado de huecos microscópicos que están llenos de humedad o aire. Cuando se excava el suelo, el volumen de estos huecos aumenta significativamente, lo que conduce a un aumento de la soltura de la roca.
¡Importante! La densidad de la roca a granel es mucho menor que las mismas características del suelo compactado.
Es el coeficiente de compactación del suelo el que determina la necesidad de preparar el sitio para la construcción. En base a estos indicadores, preparamos almohadas de arena debajo de la base y su base, compactando adicionalmente el suelo. Si se omite este detalle, es posible que se apelmace y comience a ceder bajo el peso de la estructura.
Indicadores de compactación del suelo.
El coeficiente de compactación del suelo muestra el nivel de compactación del suelo. Su valor varía de 0 a 1. Para una base de hormigón base de tira una puntuación >0,98 puntos se considera normal.
Detalles de la determinación del coeficiente de compactación.
La densidad del esqueleto del suelo, cuando la subrasante se somete a compactación estándar, se calcula en condiciones de laboratorio. El diseño básico del estudio consiste en colocar una muestra de suelo en un cilindro de acero, que se comprime bajo la influencia de una fuerza mecánica bruta externa: el impacto de un peso que cae.
¡Importante! Los valores más altos de densidad del suelo se observan en rocas con un contenido de humedad ligeramente superior a lo normal. Esta relación se representa en el siguiente gráfico.
Cada calzada tiene su propia humedad optima, en el que se alcanza el máximo nivel de compactación. Este indicador también se estudia en condiciones de laboratorio, dándole a la raza diferente humedad y comparar el rendimiento de la compactación.
Los datos reales son el resultado final de la investigación, medido al final de todo el trabajo de laboratorio.
Métodos de compactación y cálculo de coeficientes.
La ubicación geográfica determina la composición cualitativa de los suelos, cada uno de los cuales tiene sus propias características: densidad, humedad y capacidad de hundimiento. Por eso es tan importante desarrollar un conjunto de medidas encaminadas a mejorar cualitativamente las características de cada tipo de suelo.
Ya conoce el concepto de coeficiente de compactación, cuyo tema se estudia estrictamente en condiciones de laboratorio. Este trabajo lo llevan a cabo los servicios pertinentes. El indicador de compactación del suelo determina el método de influencia en el suelo, como resultado de lo cual recibirá nuevas características de resistencia. Al realizar este tipo de acciones, es importante considerar el porcentaje de ganancia aplicado para obtener resultado requerido. En base a esto, se calcula el coeficiente de compactación del suelo (tabla a continuación).
Tipología de métodos de compactación del suelo.
Existe un sistema convencional para subdividir los métodos de compactación, cuyos grupos se forman según el método para lograr el objetivo: el proceso de eliminación de oxígeno de las capas del suelo a una cierta profundidad. Así, se hace una distinción entre investigación superficial y en profundidad. Según el tipo de investigación, los especialistas seleccionan un sistema de equipo y determinan el método de uso. Los métodos de investigación del suelo son:
- estático;
- vibración;
- percusión;
- conjunto.
Cada tipo de equipo muestra un método de aplicación de fuerza, como un rodillo neumático.
En parte, estos métodos se utilizan en pequeñas construcciones privadas, otros exclusivamente en la construcción de objetos de gran escala, cuya construcción se acuerda con las autoridades locales, ya que algunos de estos edificios pueden afectar no solo a un sitio determinado, sino también a los objetos circundantes. .
Coeficientes de compactación y estándares SNiP.
Todas las operaciones relacionadas con la construcción están claramente reguladas por la ley y, por lo tanto, están estrictamente controladas por las organizaciones pertinentes.
Los coeficientes de compactación del suelo están determinados por la cláusula SNiP 3.02.01-87 y SP 45.13330.2012. Los pasos descritos en documentos reglamentarios, fueron actualizados y actualizados en 2013-2014. Describen compactaciones para varios tipos de suelo y cojines de suelo utilizados en la construcción de cimientos y edificios de diversas configuraciones, incluidos los subterráneos.
¿Cómo se determina el coeficiente de compactación?
La forma más sencilla de determinar el coeficiente de compactación del suelo es mediante el método del anillo cortante: se introduce en el suelo un anillo de metal de un diámetro seleccionado y una longitud determinada, durante el cual la roca se fija firmemente dentro de un cilindro de acero. Después de esto, se mide la masa del dispositivo en una balanza, y al finalizar el pesaje se resta el peso del anillo, obteniendo la masa neta del suelo. Este número se divide por el volumen del cilindro y se obtiene la densidad final del suelo. Después de lo cual se divide por el indicador de la densidad máxima posible y se obtiene un valor calculado: el coeficiente de compactación para un área determinada.
Ejemplos de cálculo del factor de compactación.
Consideremos determinar el coeficiente de compactación del suelo usando un ejemplo:
- el valor de la densidad máxima del suelo es 1,95 g/cm 3 ;
- diámetro del anillo cortante - 5 cm;
- altura del anillo de corte - 3 cm.
Es necesario determinar el coeficiente de compactación del suelo.
Esta tarea práctica es mucho más fácil de afrontar de lo que parece.
Para empezar, se introduce el cilindro completamente en el suelo, después de lo cual se retira del suelo para que el espacio interno permanezca lleno de tierra, pero no se observe acumulación de tierra en el exterior.
Con un cuchillo se retira la tierra del anillo de acero y se pesa.
Por ejemplo, la masa del suelo es de 450 gramos, el volumen del cilindro es de 235,5 cm 3. Calculando mediante la fórmula, obtenemos el número 1,91 g/cm 3 - densidad del suelo, a partir del cual el coeficiente de compactación del suelo es 1,91/1,95 = 0,979.
La construcción de cualquier edificio o estructura es un proceso responsable, que va precedido del momento aún más importante de preparar el sitio a construir, diseñar los edificios propuestos y calcular la carga total sobre el terreno. Esto se aplica a todos los edificios, sin excepción, destinados a un uso prolongado, cuya duración se mide en decenas o incluso cientos de años.