COMPACTACIÓN

Se podría definir la compactación como un procedimiento artificial de consolidar un terreno, mediante la expulsión del aire existente entre sus partículas, haciendo que las mismas estén lo más próximas posibles. La compactación consiste en aumentar mecánicamente la densidad de un material. Al reducir los huecos entre partículas aumentamos la densidad y reducimos el volumen de material. El paso del tiempo produce la sedimentación o compactación natural de los materiales sueltos (consolidación), pero aplicando procedimientos mecánicos reducimos el tiempo necesario para lograrla.
Materiales
Estos procedimientos mecánicos pueden ser: Presión estática, manipulación, impacto, y vibración.
Fundamentalmente se aplica estos procedimientos sobre suelos o asfaltos. Los materiales compactados pueden soportar cargas más pesadas sin sufrir deformación (flexión, agrietamiento, o desplazamiento).
Presión estática.
Consiste en aplicar un peso sobre la superficie del suelo, esto produce la ruptura de las fuerzas que enlazan las partículas entre si y su acomodo en nuevos enlaces más estables dentro del material. Este procedimiento es el que se aplica cuando se utilizan máquinas sin vibración del tipo de rodillos lisos, pisones, patas de cabra, etc.
El efecto que produce un peso aplicado sobre el material se traduce en una presión sobre su superficie que se transmite hacia el interior y se distribuye en forma de bulbo cuyo valor disminuye de forma exponencial con la profundidad. Debido a esto solamente se aplica la compactación estática en capas de poca profundidad, como sellado de capas o cuando es posible romper la compactación ya conseguida si se aplican cargas mayores.
Como es lógico hay dos factores en juego, como son: El peso de la máquina y el área de aplicación.
En el caso de rodillos estáticos hay cuatro factores que influyen en la compactación: Carga por eje, anchura del rulo, diámetro del rulo y velocidad de desplazamiento.
La fuerza lineal indica la capacidad de compactación del rulo estático (rodillo liso), y constituye la fuerza vertical situada directamente por debajo y a lo ancho del rulo o ruedas que crea los esfuerzos cortantes de la compactación. Para calcularla basta dividir el peso del rulo por eje entre la anchura del mismo. Viene indicada en Kg./cm, cuanto mas grande sea, mayor será el potencial de compactación estática del rulo.
El ratio que mide el rendimiento de un rulo estático se llama cociente Nijboer y relaciona la carga por eje, la anchura y el diámetro del rulo. Este cociente indica la tendencia del rulo a desplazar o empujar literalmente el material situado delante del rulo. Los rulos de diámetro más pequeño producen más grietas y ondulaciones mayores porque la superficie del material tiende a adaptarse a la forma del rulo durante la compactación.
Los rulos autopropulsados con tracción en el tambor no producen tantas grietas porque tienden a meter el material debajo en vez de empujarlo.
En el caso de compactadores de neumáticos el factor fundamental es el peso por rueda, como la huella que los mismos producen sobre el suelo depende de la presión de inflado, normalmente el operador desde la cabina puede varias esta presión, con lo que esta presión puede influir en la compactación. También se puede variar en estos el peso puesto que vienen preparados para ser lastrados, con lo que aumenta el peso por rueda.
El peso total o carga por rueda, influye sobre todo en la profundidad alcanzada por la compactación y la presión sobre el suelo, o presión de inflado, en el valor de la densidad superficial conseguida.
Manipulación.
También llamado efecto de amasado, es el producido por tensiones tangenciales que redistribuyen las partículas para de esta manera aumentar su densidad. Resulta muy eficaz para compactar la capa final de base para un firme asfáltico. Las maquinas que mejor aprovechan esta fuerza de compactación son los rulos de pata de cabra o pisones y los compactadores de neumáticos de ruedas alternadas.
Impacto.
También llamada compactación dinámica. Utiliza una fuerza de impacto repetido sobre la superficie a compactar. Depende del peso que se utilice y la altura desde la que se le deja caer. Pueden ser de baja energía como los producidos por los compactadores de mano, ranas, etc hasta los 600 golpes por minuto o de alta energía entre 1.400 y 3.500 golpes por minuto como los utilizados en los rodillos vibratorios.
Vibración.
La compactación por vibración es la más utilizada en la actualidad para la mayoría de las aplicaciones. Se basa en utilizar una masa excéntrica que gira dentro de un rodillo liso, dicha masa produce una fuerza centrifuga que se suma o se resta al peso de la máquina, para producir una presión sobre el suelo que depende de varios factores como el peso de los contrapesos, distancia al centro de rotación y al centro de gravedad y la velocidad de rotación.
Para conocer como funcionan los compactadores de vibración, tenemos que conocer los valores de la fuerza centrifuga, amplitud y frecuencia.
Fuerza centrifuga.
Es la fuerza ejercida hacia fuera por un peso suspendido en su movimiento circular alrededor de un eje.
El valor de esta fuerza es

F=4µ2M0ef2
En donde:
µ = 3,1416
M0= Peso de la excéntrica que gira.
e= Radio de giro.
f2= Frecuencia o numero de vueltas por minuto.

Amplitud.
Es la distancia hacia arriba y abajo que en teoría recorre el eje de un rodillo que esta sometido al efecto de una fuerza centrifuga. Decimos en teoría porque en la practica esta distancia esta condicionada por la gravedad y el suelo que se esta compactando. Cuanto mayor sea esta distancia tanta más energía de compactación produce el rodillo. En algunos modelos el operador puede variar la amplitud para adaptarla al tipo de material que se esta compactando.
La amplitud de la vibración interviene en la profundidad alcanzada en la compactación.
Frecuencia.
Es el numero de revoluciones por minuto que da el peso excéntrico alrededor de su eje. Un factor importante es la relación entre la frecuencia y la velocidad de desplazamiento de la máquina. Es necesario que la frecuencia y la velocidad se adapten para permitir que los impactos sobre el suelo tengan una separación de 25 milímetros, puesto que si es mayor se pueden producir ondas en el terreno que se compacta. Cuanto menor sea la frecuencia, menor deberá ser la velocidad de desplazamiento.
Resonancia.
Es un fenómeno que se produce cuando un objeto vibrante se acerca a otro, este ultimo comienza a vibrar espontáneamente.
Cuando el terreno se esta compactando comienza a vibrar en resonancia con el rodillo, si la resonancia del terreno es la misma que la del rodillo se consigue el máximo grado de compactación. A este fenómeno se le llama convergencia armónica.
Puede surgir que la resonancia del terreno sea distinta o que la propia horquilla de soporte del rulo tenga una resonancia distinta, con lo que, las resonancias se contrarrestan y no se produce una compactación eficiente.
Para conseguir la resonancia perfecta se debe de adaptar la frecuencia, amplitud y velocidad de la máquina realizando pruebas sobre el terreno de modo que se obtenga la máxima compactación.