¿Cómo funciona un rodillo vibratorio?

Un rodillo vibratorio compacto con operador a bordo funciona girando una masa descentrada dentro de su tambor, miles de veces por minuto, para generar una fuerza hacia abajo mucho mayor que el peso de la propia máquina. Esa fuerza es la que en realidad compacta el terreno. El peso del tambor presiona la superficie, pero la vibración es lo que alcanza el fondo del tendido y mueve los granos.

Qué hay dentro del tambor y por qué el peso solo no alcanza

La vibración viene de una masa excéntrica montada fuera del centro en un eje que atraviesa el tambor. Ese eje desbalanceado crea una fuerza que empuja hacia afuera miles de veces por minuto. El tambor se levanta y cae contra el terreno en cada rotación.

Lo que obtienes son dos fuerzas trabajando al mismo tiempo. La fuerza estática viene del peso de la máquina cargando sobre el terreno, mientras que la fuerza dinámica la genera ese eje excéntrico. Juntas, esas fuerzas se combinan para crear la fuerza total de compactación que golpea el material.

Y eso es lo que importa: la fuerza dinámica es la que domina. Las pruebas de campo publicadas por el Transportation Research Board en 1975 encontraron que la fuerza total aplicada por un compactador vibratorio equivale a entre dos y tres veces el peso estático de la máquina. El peso estático por sí solo nada más presiona la parte de arriba del tendido y se queda corto de alcance muy rápido (Multiquip, Soil Compaction Handbook).

Por eso un rodillo compacto vibratorio puede hacer el trabajo de una máquina estática mucho más pesada. No es "nada más una frase de marketing", así funcionan las cuentas. No estás limitado a la densidad de suelo que el peso de tu máquina puede entregar. Clientes de Corniver han reportado que el CT40 supera a compactadores vibratorios de tambor sencillo de la clase de 54 a 56 pulgadas (137 a 142 cm), e incluso a máquinas de la clase de 84 pulgadas (213 cm), en obras reales.

Qué le hace la vibración al suelo

La compactación por vibración funciona moviendo brevemente las partículas del suelo para que ocupen su posición óptima según su forma y su relación con las partículas vecinas. En arena, grava, piedra triturada y base granular, los granos se sostienen en su lugar por fricción y trabazón. Cuando sacudes el material, ese agarre se suelta por una fracción de segundo. La gravedad y la fuerza del tambor jalan los granos hacia abajo, hacia los huecos a su alrededor, el aire sale expulsado y el material se asienta en un arreglo más apretado del que jamás alcanzaría por su cuenta.

Por eso mismo la vibración no hace gran cosa en la arcilla. Las partículas de arcilla no se sostienen por fricción, se sostienen unidas químicamente. Sacudirlas no rompe ese enlace, así que los suelos cohesivos necesitan la acción de amasado de un tambor de pata de cabra en lugar de la vibración de un tambor liso.

Los tres números que definen la máquina

Tres especificaciones te dicen lo que un rodillo vibratorio realmente puede hacer: amplitud, frecuencia y fuerza centrífuga.

La fuerza centrífuga sale de la masa excéntrica, de qué tan lejos del centro está montada y de la velocidad del eje al cuadrado. Esa relación exponencial es la razón por la que la frecuencia tiene un efecto tan grande en el rendimiento.

F = m × r × ω²

• F = fuerza centrífuga
• m = masa excéntrica
• r = radio
• ω = velocidad angular del eje

Si la velocidad del eje se duplica, la fuerza se cuadruplica: ese es el poder del término al cuadrado.

La amplitud y la frecuencia jalan en direcciones opuestas, y entender ese intercambio es clave. Amplitud alta con frecuencia más baja lleva la energía más profundo, que es lo mejor para tendidos granulares iniciales gruesos. Amplitud baja con frecuencia más alta mete más impactos, y más pequeños, en la superficie, lo que le queda a los tendidos delgados y al trabajo de acabado. Más fuerza centrífuga a la amplitud correcta te lleva a la densidad más rápido, en menos pasadas.

Hasta dónde llega y por qué los tendidos se quedan delgados

La energía de vibración se va apagando conforme baja, y en un rodillo compacto no debes contar con compactación significativa abajo de unas 12 pulgadas (30 cm), según el material y su contenido de humedad. Elige el espesor de tu tendido con base en la profundidad efectiva de la máquina, no en requisitos arbitrarios.

Cuando armas un tendido demasiado grueso, el fondo nunca compacta bien. La superficie se ve buena y hasta puede pasar la inspección, pero la base sin compactar se va a asentar meses después bajo el tráfico. Si no alcanzas la densidad, la solución es un tendido más delgado o más pasadas, nunca más velocidad de la máquina.

Por qué más vibración no es mejor

Pasado cierto punto el terreno deja de aceptar energía, y todo lo que sigue trabaja en tu contra. Una vez que el material se endurece, el tambor empieza a rebotar sobre él en lugar de meterse. A eso se le llama desacoplamiento, y no se te va a pasar: toda la máquina se sacude fuerte y la marcha se vuelve áspera.

Si sigues vibrando pasado ese punto, el agregado empieza a romperse en granos triturados que no se traban como los enteros, así que la densidad baja. Y la energía que no se va al terreno tiene que irse a algún lado, así que se regresa a la máquina, a los aisladores del tambor y a los rodamientos. Eso provoca desgaste real en una máquina que debería durar décadas.

Saber cuándo parar es una habilidad de operación. Aprende los detalles en nuestra guía Cómo compactar el suelo correctamente: una guía práctica, pasada por pasada, que cubre patrones de pasadas, traslape, velocidad de traslado y cuándo trabajar sin vibración.

Preguntas frecuentes

¿Qué son las vpm en un rodillo? Vpm son vibraciones por minuto, lo mismo que la frecuencia medida de otra forma. Multiplica los Hz por 60 para obtener las vpm, así que 50 Hz son 3,000 vpm.

¿Qué es la amplitud en un rodillo vibratorio? La amplitud es cuánto sube y baja el tambor durante cada ciclo de vibración, normalmente medida en milímetros. Más amplitud compacta capas más profundas, menos amplitud se enfoca en la compactación de superficie.

¿Qué es la fuerza centrífuga en un rodillo? Es la fuerza dinámica que la masa excéntrica giratoria mete al terreno, medida en kN o en lbf. Va aparte del peso de la máquina y normalmente es mucho mayor.

¿Un rodillo vibratorio es mejor que uno estático? Para material granular, sí, y por mucho. Los rodillos estáticos compactan por puro peso y nada más afectan la parte de arriba del tendido.

¿Se puede sobrecompactar el suelo? Sí. Las pasadas de más allá de la densidad objetivo trituran el agregado y reducen la densidad en lugar de sumarle.

¿Por qué empieza a rebotar el rodillo? El material se endureció lo suficiente como para que el tambor rebote sobre él en vez de compactarlo. Esa es tu señal de parar o de bajar la amplitud.

¿Tambor liso o pata de cabra? Tambor liso para material granular, donde la vibración hace el trabajo. Pata de cabra para arcilla y suelo cohesivo que necesita amasado.

¿Un rodillo más pesado siempre compacta mejor? No. La fuerza total es peso estático más fuerza dinámica, y la fuerza dinámica normalmente es la parte más grande.

¿De qué espesor debe ser un tendido? Lo bastante delgado para que la vibración de la máquina llegue hasta el fondo, que son alrededor de 6 a 12 pulgadas (15 a 30 cm) en un rodillo compacto.

¿Qué amplitud y frecuencia debo usar en tendidos gruesos y delgados? Para un primer tendido grueso de material granular, usa amplitud alta con frecuencia más baja, que mete la energía más profundo en el material. Para tendidos delgados y trabajo de acabado, cámbiate a amplitud baja con frecuencia más alta, que mete más impactos, y más pequeños, en la superficie.

¿Qué pasa si vibras estando parado? El tambor se cava un hueco en el tendido y le mete desgaste a los rodamientos. Siempre ponte en movimiento antes de activar la vibración, y desactívala antes de detenerte.