ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniera en Ciencias de la Tierra

Base de Agregados Estabilizados con Cemento

TESIS DE GRADO

Previo a la obtencin del Ttulo de:

INGENIERO CIVIL

Presentado por: Rommel Javier Correa Alvarez

GUAYAQUIL ECUADOR Ao: 2006

AGRADECIMIENTO

Agradezco a todas las personas que forman parte del Centro Tcnico del Hormign, que de uno u otro modo colaboraron para la realizacin de ste

trabajo, de manera especial al Ing. Hugo Egez, Director de Tesis, por su valiosa ayuda.

DEDICATORIA

Este

trabajo

va

dedicado

al

esfuerzo y apoyo que da a da me ha brindado mi querida

familia: MIS PADRES Y MIS HERMANOS

TRIBUNAL DE GRADUACIN

Ing. Hugo Egez A. DIRECTOR DE TESIS

Ing. Eduardo Santos B. VOCAL

Ing. Carmen Terreros de V. VOCAL

DECLARACIN EXPRESA

La responsabilidad del contenido de esta Tesis de Grado, me corresponde exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DEL LITORAL

(Reglamento de Exmenes y Ttulos Profesionales de la ESPOL)

Rommel Javier Correa Alvarez

RESUMEN

Este trabajo enfoca el anlisis de comportamiento de materiales triturados que se los utiliza para base y subbase para carreteras, mezclados con bajas proporciones de cemento y humedad, influenciadas por una carga de compactacin.

Los materiales utilizados se los obtuvo de 4 canteras: Calizas Huayco que tritura piedra caliza, cantera Verd y Cantera Luzagui, que trituran basalto y cantera Cadmen que tritura material aluvial del ro Bulubulu.

De estos materiales utilizados se da a conocer diferentes propiedades fsicas necesarias para los diferentes metodologas utilizadas en laboratorio, se incluye tambin como captulo un mtodo para distintas clases de materiales, desarrollado por la PCA, Prtland Cement Association, para el diseo de espesor de bases estabilizadas con cemento y la respectiva dosificacin de la mezcla.

Con los materiales obtenidos se realizaron 5 pruebas considerando el origen de los agregados, se presenta en el capitulo 7 los resultados de todos los ensayos realizados, y su respectivo anlisis en el siguiente captulo.

Se realiz una de stas pruebas a escala industrial, de cuya experiencia da origen a los captulos 4 y 6 de este trabajo.

Finalmente en el captulo 9 se da a conocer las conclusiones obtenidas de todas las pruebas realizadas, como tambin su respectiva recomendacin.

INDICE GENERAL

RESUMEN.................................................................................................. II INDICE GENERAL .................................................................................... IV INDICE DE GRAFICOS.............................................................................. IX INDICE DE TABLAS................................................................................... XII INDICE DE FOTOS.................................................................................... XIV INDICE DE ANEXOS.................................................................................. XVI

CAPITULO 1 1. INTRODUCCIN................................................................................... 1 1.1 Antecedentes................................................................................... 2 1.1.1 Bases: Bases granulares, bases estabilizadas con cemento 3 1.2 Objetivos.......................................................................................... 6

CAPITULO 2 2. AGREGADOS. ...................................................................................... 7 2.1 Tipos de agregado........................................................................... 8 2.1.1 Agregado natural.................................................................... 10 2.1.2 Agregado triturado.................................................................. 10 2.2 Propiedades de los agregados........................................................ 10 2.2.1 Densidad................................................................................. 10

2.2.2 Peso Volumtrico.................................................................... 12 2.2.3 Absorcin y Porosidad............................................................. 15 2.2.4 Granulometras........................................................................ 17 2.2.4.1 Granulometra de agregados finos............................. 19 2.2.4.2 Granulometra de agregados gruesos........................ 21 2.2.4.3 Mdulo de finura......................................................... 22 2.2.4.4 Lmites granulomtricos propuestos........................... 23 2.2.5 Abrasin de los Angeles.......................................................... 25 2.2.6 Resumen de las propiedades de los agregados utilizados..... 26

CAPITULO 3 3. DISEO DE LA BASE DE AGREGADOS ESTABILIZADA CON CEMENTO (BAEC)....................................................................... 29 3.1 Diseo de espesor de la BAEC........................................................ 29 3.1.1Caractersticas de la relacin Carga Deformacin............... 30 3.1.2 Resistencia a la fatiga............................................................. 31 3.1.3 Carga por rueda y radio del rea cargada.............................. 34 3.1.4 Radio del rea de contacto para ejes tndem y trdem .......... 37 3.1.5 Concepto de consumo por fatiga............................................ 37 3.1.6 Manejo de los bacos de diseo.............................................39 3.1.7 Ejemplo de diseo de espesor de suelo cemento.................. 42 3.2 Dosificacin de la Base.................................................................... 45 3.2.1 Mtodo simplificado de la Prtland Cement Association........ 48

3.2.1.1 Mtodo A.................................................................... 48 3.2.1.2 Mtodo B..................................................................... 52 3.2.2 Ejemplo de utilizacin del mtodo simplificado de la PCA......54 3.3 Consideraciones tomadas para el desarrollo de este trabajo.......... 59

CAPITULO 4 4. PROCESO CONSTRUCTIVO ............................................................... 62 4.1 Procedimiento constructivo............................................................. 64 4.2 Ventajas........................................................................................... 70 4.3 Usos................................................................................................. 74

CAPITULO 5 5. PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES............................................. 75 5.1 Materiales Utilizados........................................................................ 75 5.1.1 Agregados............................................................................... 75 5.1.2 Cemento.................................................................................. 83 5.1.3 Aditivo Polyheed R1... 85 5.1.4 Agua.. 86 5.2 Equipos. 86 5.3 Metodologas.................................................................................. 87 5.3.1 Granulometras....................................................................... 88 5.3.2 Prueba Proctor........................................................................ 92 5.3.3 Preparacin de las muestras.................................................. 98

5.3.4 Prueba de ultrasonido............................................................. 108 5.3.5 Resistencia a la compresin de las muestras........................ 109

CAPITULO 6 6. PRUEBA A ESCALA INDUSTRIAL........................................................ 112 6.1 Prueba San Eduardo 1.................................................................... 112 6.2 Prueba San Eduardo 2.................................................................... 123 6.3 Obtencin de las probetas y ensayos.............................................. 126

CAPITULO 7 7. RESULTADOS....................................................................................... 134 7.1 Prueba 1.......................................................................................... 136 7.2 Prueba 2.......................................................................................... 142 7.3 Prueba 3.......................................................................................... 149 7.4 Prueba 4.......................................................................................... 158 7.5 Prueba 5.......................................................................................... 165 7.6 Prueba San Eduardo 1 y 2............................................................... 171

CAPITULO 8 8. ANLISIS DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS................................. 182 8.1 Anlisis de probetas obtenidas en el ensayo proctor, a 7 das........ 183 8.2 Anlisis de probetas con la humedad optima a distintas edades.... 187 8.3 Anlisis de probetas con la humedad optima de igual edad............ 191

8.4 Anlisis de la prueba no. 3............................................................... 193 8.5 Anlisis de los resultados de la Prueba San Eduardo ..................... 196 8.5.1 Compactacin.......................................................................... 196 8.5.2 Densidad de ncleos............................................................... 200 8.5.3 Resistencia a la compresin de ncleos a los 7 das.............. 204 8.5.4 Prueba de ultrasonido de varios ncleos a los 7 das............. 207

CAPITULO 9 9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.......................................... 209 ANEXOS..................................................................................................... 212

BIBLIOGRAFIA........................................................................................... 221

INDICE DE GRAFICOS

Grfico 1.1 Grfico 2.1 Grfico 2.2 Grfico 2.3 Grfico 3.1 Grfico 3.2 Grfico 3.3 Grfico 3.4 Grfico 3.5 Grfico 3.6 Grfico 3.7 Grfico 3.8 Grfico 3.9 Grfico 3.10 Grfico 3.11 Grfico 3.12 Grfico 3.13 Grfico 3.14 Grfico 3.15 Grfico 4.1 Grfico 5.1 Grfico 5.2 Grfico 5.3 Grfico 5.4 Grfico 6.1 Grfico 6.2 Grfico 6.3 Grfico 6.4 Grfico 6.5 Grfico 7.1 Grfico 7.2 Grfico 7.3 Grfico 7.4 Grfico 7.5 Grfico 7.6 Grfico 7.7 Grfico 7.8

Distribucin de cargas de trfico............................................ 5 Lmites granulomtricos para agregado fino..........................20 Lmites granulomtricos establecidos para este trabajo........ 24 Lmites granulomtrico establecidos por el MOP.................. 26 Abaco para el diseo de espesor en suelo-cemento fino-granular.......................................................................... 35 Abaco para el diseo de espesor en suelo-cemento grueso-granular...................................................................... 35 Areas equivalentes para llantas simples y dobles................. 36 Radio del rea de contacto.................................................... 36 Ejemplo de calculo de espesor de BAEC.............................. 45 Abaco de densidad aparente mxima estimada Mtodo A....49 Abaco de contenido de cemento Mtodo A........................... 50 Abaco de resistencia mnima a 7 das Mtodo A................... 51 Abaco de densidad aparente mxima estimada Mtodo B... 52 Abaco de contenido de cemento Mtodo B........................... 53 Abaco de resistencia mnima a 7 das Mtodo B................... 55 Ejemplo: Calculo de densidad aparente mxima estimada... 56 Ejemplo: Calculo de contenido de cemento.......................... 56 Ejemplo: Calculo de resistencia mnima a 7 das.................. 58 Muestras que pasan los ensayos ASTM D559 y D 560.........60 Traslape de fajas................................................................... 70 Cemento................................................................................. 84 Curva granulomtrica de la mezcla de agregados................. 92 Ensayo proctor, curva de densidad humedad.................... 97 Prueba de ultrasonido............................................................ 108 Tramo realizado en prueba San Eduardo 1........................... 114 Forma de tendido de Prueba San Eduardo 1 y 2...................123 Traslape de fajas....................................................................125 Ubicacin del calado de probetas de prueba San Eduardo... 126 Grafico L/D vs Factor ASTM C-42..........................................129 Granulometra del agregado grueso Piedra # 56................... 136 Granulometra del agregado grueso Piedra # 78................... 137 Granulometra del agregado fino Arena Triturada Homog..... 138 Mezcla de materiales Prueba 1..............................................139 Ensayo Proctor, curva de densidad humedad prueba 1........ 140 Granulometra del agregado grueso Piedra # 56................... 142 Granulometra del agregado grueso Piedra # 78................... 143 Granulometra del agregado fino Arena Natural Peralta 6..... 144

Grfico 7.9 Grfico 7.10 Grfico 7.11 Grfico 7.12 Grfico 7.13 Grfico 7.14 Grfico 7.15 Grfico 7.16 Grfico 7.17 Grfico 7.18 Grfico 7.19 Grfico 7.20 Grfico 7.21 Grfico 7.22 Grfico 7.23 Grfico 7.24 Grfico 7.25 Grfico 7.26 Grfico 7.27 Grfico 7.28 Grfico 7.29 Grfico 7.30 Grfico 7.31 Grfico 7.32 Grfico 7.33 Grfico 7.34 Grfico 8.1 Grfico 8.2 Grfico 8.3 Grfico 8.4 Grfico 8.5 Grfico 8.6 Grfico 8.7 Grfico 8.8 Grfico 8.9 Grfico 8.10 Grfico 8.11 Grfico 8.12 Grfico 8.13

Granulometra del agregado fino Arena Natural Guayaquil 2.145 Mezcla de materiales Prueba 2..............................................146 Ensayo Proctor, curva de densidad humedad prueba 2........ 147 Granulometra del agregado grueso Subbase 38mm............ 149 Granulometra del agregado fino subbase 5mm.................... 150 Granulometra del agregado fino Arena Natural Guayaquil 2.151 Mezcla de materiales Prueba 3..............................................152 Ensayo Proctor (3% de cemento), curva de densidad humedad prueba 2................................................................. 153 Ensayo Proctor (4% de cemento), curva de densidad humedad prueba 2................................................................. 154 Granulometra del agregado grueso Base IIA Luzagui.......... 158 Granulometra del agregado grueso a 1 Luzagui..........159 Granulometra del agregado fino 3/8 Verd........................... 160 Granulometra del agregado fino Cisco Luzagui.................... 161 Mezcla de materiales Prueba 4............................................. 162 Ensayo Proctor, curva de densidad humedad prueba 4........ 163 Granulometra completa piedra base Cadmen...................... 165 Granulometra del agregado fino Silo 2-2 reserva municipal. 166 Granulometra del agregado fino Arena Natural Peralta 4..... 167 Mezcla de materiales Prueba 5..............................................168 Ensayo Proctor, curva de densidad humedad prueba 5........ 169 Granulometra del agregado grueso Subbase 38mm............ 171 Granulometra del agregado fino subbase 5mm.................... 172 Granulometra del agregado fino Arena Natural Guayaquil 2.173 Mezcla de materiales Prueba San Eduardo 1........................174 Mezcla de materiales Prueba San Eduardo 2........................175 Ubicacin de las perforaciones de donde se obtuvieron las probetas (ncleos)............................................................ 177 Resistencia de probetas de prueba proctor, prueba 1 .......... 183 Resistencia de probetas de prueba proctor, prueba 2 .......... 183 Resistencia de probetas de prueba proctor (al 3% de cemento), prueba 3 ............................................................... 184 Resistencia de probetas de prueba proctor (al 4% de cemento), prueba 3 ............................................................... 184 Resistencia de probetas de prueba proctor, prueba 4 .......... 185 Resistencia de probetas de prueba proctor, prueba 5 .......... 185 Resistencia vs tiempo, prueba 1............................................ 187 Resistencia vs tiempo, prueba 2............................................ 187 Resistencia vs tiempo, prueba 3 (al 3 % de cemento)........... 188 Resistencia vs tiempo, prueba 3 (al 4 % de cemento).......... 188 Resistencia vs tiempo, prueba 4............................................ 189 Resistencia vs tiempo, prueba 5............................................ 189 Resistencia de probetas a los 7 das..................................... 191

Grfico 8.14 Grfico 8.15 Grfico 8.16 Grfico 8.17 Grfico 8.18 Grfico 8.19 Grfico 8.20 Grfico 8.21 Grfico 8.22 Grfico 8.23 Grfico 8.24 Grfico 8.25 Grfico 8.26 Grfico 8.27 Grfico 8.28 Grfico 8.29 Grfico 8.30 Grfico 8.31 Grfico 8.32

Resistencia de probetas a los 14 das................................... 191 Resistencia de probetas a los 28 das................................... 192 Resistencia vs tiempo prueba 3, (al 3 y 4% de cemento)...... 193 Velocidad del sonido prueba 3 (al 3 % de cemento)..............194 Velocidad del sonido prueba 3 (al 4 % de cemento)..............195 Densidad de campo, capa de 30 cm de espesor prueba San Eduardo 1....................................................................... 197 Densidad de campo, capa de 15 cm de espesor prueba San Eduardo 1....................................................................... 198 Densidad de campo, primera capa de 15 cm de espesor prueba San Eduardo 2........................................................... 199 Densidad de campo, primera capa de 15 cm de espesor Pasado rodillo, prueba San Eduardo 2.................................. 199 Densidad de campo, segunda capa de 15 cm de espesor prueba San Eduardo 2........................................................... 200 Densidad aparente de ncleos, parte superior prueba San Eduardo 1....................................................................... 201 Densidad aparente de ncleos, parte inferior prueba San Eduardo 1....................................................................... 201 Densidad aparente ncleos de prueba San Eduardo 1......... 202 Densidad aparente de ncleos, parte superior prueba San Eduardo 2....................................................................... 203 Densidad aparente de ncleos, parte inferior prueba San Eduardo 2....................................................................... 203 Densidad aparente ncleos de prueba San Eduardo 2......... 204 Resistencia a la compresin simple ncleos prueba San Eduardo 1....................................................................... 205 Resistencia a la compresin simple ncleos prueba San Eduardo 2....................................................................... 205 Velocidad del sonido en varios ncleos prueba San Eduardo 2....................................................................... 207

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Tabla 2 Tabla 3 Tabla 4 Tabla 5 Tabla 6 Tabla 7 Tabla 8 Tabla 9 Tabla 10 Tabla 11 Tabla 12 Tabla 13 Tabla 14 Tabla 15 Tabla 16 Tabla 17 Tabla 18 Tabla 19 Tabla 20 Tabla 21 Tabla 22 Tabla 23 Tabla 24 Tabla 25 Tabla 26 Tabla 27 Tabla 28 Tabla 29

Clasificacin segn el origen de la roca.................................9 Densidades de varias rocas................................................... 12 Masa unitaria de varias rocas................................................ 14 Absorcin de varios agregados..............................................17 Peso mnimo de muestra para cribado.................................. 18 Lmites granulomtricos para agregado fino Norma ASTM C 33-9919.............. ..................................................... 19 Tamices serie estndar.......................................................... 22 Clculo del mdulo de finura..................................................23 Materiales utilizados.............................................................. 26 Propiedades de los materiales utilizados............................... 28 Coeficientes de consumo de fatiga........................................ 40 Ejemplo Aplicaciones de cargas en la vida de diseo........... 42 Clculo del factor de fatiga.................................................... 43 Fracciones de suelo segn su tamao.................................. 47 Contenido tpico de cemento para los distintos ensayos...... 59 Materiales utilizados - procedencia........................................ 76 Ejemplo de mezcla de materiales.......................................... 91 Tipos de ensayos proctor....................................................... 93 Dosificacin de las diferentes pruebas ................................. 135 Resistencia de probetas (Ensayo proctor) C. Huayco Prueba 1 .............................................................. 141 Resistencia de probetas con humedad optima 5.9% C. Huayco Prueba 1............................................................... 141 Resistencia de probetas (Ensayo proctor) C. Huayco Prueba 2 .............................................................. 148 Resistencia de probetas con humedad optima 5.5% C. Huayco Prueba 2............................................................... 148 Resistencia de probetas (Ensayo proctor al 3% de cemento) C. Huayco + arena natural Prueba 3..................................... 155 Resistencia de probetas (Ensayo proctor al 4% de cemento) C. Huayco + arena natural Prueba 3..................................... 155 Resistencia de probetas con humedad optima 5% (al 3% de cemento) C. Huayco + arena natural Prueba 3..... 156 Resistencia de probetas con humedad optima 4.3% (al 4% de cemento) C. Huayco + arena natural Prueba 3...... 156 Velocidad de sonido de probetas con humedad optima 5% (al 3% de cemento) C. Huayco + arena natural Prueba 3..... 157 Velocidad de sonido de probetas con humedad optima 4.3%

Tabla 30 Tabla 31 Tabla 32 Tabla 33 Tabla 34 Tabla 35 Tabla 36 Tabla 37 Tabla 38 Tabla 39 Tabla 40 Tabla 41

(al 4% de cemento) C. Huayco + arena natural Prueba 3...... 157 Resistencia de probetas (Ensayo proctor) C. Luzagui + arena natural fina Prueba 4.............................. 164 Resistencia de probetas con humedad optima al 6.5% C. Luzagui + arena natural fina Prueba 4.............................. 164 Resistencia de probetas (Ensayo proctor) C. Cadmen + arena natural fina Prueba 5............................. 170 Resistencia de probetas con humedad optima al 5.7% C. Cadmen + arena natural fina Prueba 5............................. 170 Densidades de campo de pruebas San Eduardo 1 y 2......... 176 Pesos de rodillos utilizados en prueba San Eduardo............ 177 Densidad aparente de especimenes calados en pruebas San Eduardo 1....................................................................... 178 Densidad aparente de especimenes calados en pruebas San Eduardo 2....................................................................... 179 Resistencia a la compresin simple y pruebas de Ultrasonido de probetas caladas .......................................... 180 Resistencias de cilindros realizados en prueba San Eduardo 2....................................................................... 181 Prueba de ultrasonido de cilindros realizados en prueba San Eduardo 2....................................................................... 181 Clculo de humedad de mezcla realizada durante la prueba San Eduardo 2....................................................................... 181

INDICE DE FOTOS

Foto 1 Foto 2 Foto 3 Foto 4 Foto 5 Foto 6 Foto 7 Foto 8 Foto 9 Foto 10 Foto 11 Foto 12 Foto 13 Foto 14 Foto 15 Foto 16 Foto 17 Foto 18 Foto 19 Foto 20 Foto 21 Foto 22 Foto 23 Foto 24 Foto 25 Foto 26 Foto 27 Foto 28 Foto 29 Foto 30 Foto 31 Foto 32 Foto 33 Foto 34 Foto 35 Foto 36 Foto 37

Pavimentadora Vgele.......................................................... 63 Guas de pavimentadora....................................................... 64 Inicio del tendido de la BAEC................................................ 65 Medicin de la densidad de campo por medio de densmetro nuclear ............................................................... 67 Corte en el borde de la base para colocar faja siguiente....... 68 Compactacin manual de junta longitudinal.......................... 69 Compactacin con rodillo....................................................... 69 Arena Peralta y piedra ASTM 56 C. Huayco.......................76 Piedra ASTM 78 C. Huayco................................................ 77 Arena Triturada homogeneizada C. Huayco....................... 77 Arena Peralta C. Huayco.................................................... 78 Grueso de subbase 38 mm C Huayco................................ 78 Arena Guayaquil 2 y finos de subbase triturado 5 mm Arenera Guayaquil y C Huayco respectivamente.................. 79 Piedra base II A Luzagui........................................................ 79 Piedra -1 Luzagui ......................................................... 80 Piedra 3/8 Verd.................................................................... 80 Cisco Luzagui........................................................................ 81 Piedra Base Cadmen............................................................. 81 Silo 2-2 Reserva municipal La Troncal.................................. 82 Cantera Luzagui..................................................................... 82 Peso de los agregados......................................................... 99 Peso del cemento.................................................................. 99 Peso de las diferentes cantidades de agua........................... 100 Peso del aditivo..................................................................... 100 Preparacin de moldes para probeta.................................... 101 Mezcla de los materiales....................................................... 101 Mezcla de componentes sin el agua...................................... 102 Mezcla de componentes + agua + aditivo............................ 102 Mezcla hmeda lista para realizar probetas.......................... 103 Compactacin de las capas en moldes................................. 104 Compactacin de una capa en el molde............................... 104 Enrazado del molde listo para su extrusin........................... 105 Extrusin parcial de probeta.................................................. 106 Extrusin total de probeta...................................................... 106 Curado de las probetas, cmara de humedad....................... 107 Aparato para prueba de ultrasonido....................................... 109 Proteccin de probeta contra prdida de humedad.............. 110

Foto 38 Foto 39 Foto 40 Foto 41 Foto 42 Foto 43 Foto 44 Foto 45 Foto 46 Foto 47 Foto 48 Foto 49 Foto 50 Foto 51 Foto 52 Foto 53 Foto 54 Foto 55 Foto 56 Foto 57 Foto 58 Foto 59 Foto 60 Foto 61 Foto 62 Foto 63 Foto 64 Foto 65 Foto 66 Foto 67

Cappeado de la probeta.........................................................110 Aplicacin de carga a la probeta (compresin simple).......... 111 Lneas gua para la pavimentadora vgele........................... 113 Lnea gua para el operador de la pavimentadora................. 114 Superficie de la base............................................................. 115 Verificacin de espesor de base (30 cm)............................... 116 Verificacin de deflexin transversal..................................... 116 Verificacin de deflexin longitudinal.................................... 117 Verificacin de deflexin longitudinal..................................... 117 Verificacin de deflexin longitudinal..................................... 118 Prueba de densidad de campo.............................................. 118 Compactacin de la BAEC (30 cm de espesor)..................... 119 Inicio del tendido de base tramo a......................................... 120 No se logra confinamiento de bordes.................................... 120 Tendido de base Tramo b ..................................................... 121 Bordes de base de 15 cm de espesor................................... 122 Prueba de densidad de campo.............................................. 122 Compactacin de la junta longitudinal................................... 124 Perforacin de base para obtener probetas...........................127 Taladro y broca de diamante................................................. 127 Probeta extrada BAEC......................................................... 128 Probetas extradas de BAEC................................................. 128 Probetas a cortar................................................................... 130 Corte en las bases de la probeta........................................... 130 Probetas cortadas.................................................................. 131 Probetas listas para ponerle camping.................................... 131 Balanza de Arqumedes (calculo de la densidad).................. 132 Peso de probeta en balanza de Arqumedes........................ 132 Probetas a ensayarse a compresin simple......................... 133 Prueba de compresin simple............................................... 133

INDICE DE ANEXOS

Anexo 1 1 Diseo de un pavimento rgido................................................................. 212 1.1 Calculo de espesor de losa para una subbase granular de................ 214 30 cm de espesor 1.2 Clculo de espesor de losa para una subbase estabilizada Con cemento de 15 cm de espesor.................................................... 215 1.3 Comparacin econmica entre la base granular sin estabilizar y una la estabilizada ........................................................................... 216 1.4 Tablas y frmulas utilizadas para el clculo........................................ 217 Anexo 2 2 Clasificacin del suelo.............................................................................. 219 2.1 Sistema de clasificacin AASHTO......................................................219 2.2 Sistema Unificado de clasificacin de suelos (SUCS)........................220

CAPITULO 11. INTRODUCCION

El presente trabajo trata sobre Bases de Agregados Estabilizadas con un bajo porcentaje de Cemento Prtland Puzolnico 1P, realizadas con agregados de diferentes canteras cercanas a la zona de Guayaquil, se eligi trabajar con un porcentaje de cemento del 4% con respecto a la densidad seca, con este porcentaje se obtuvieron resistencias mayores de 6 MPa a los 7 das, que era la meta propuesta. Tambin se probaron mezclas con porcentajes de Cemento del 3% pero no se lograron

realizar las probetas por ser muy baja la cantidad de cemento utilizado, por lo que se procedi a trabajar con el 4% de cemento en todas las pruebas, obteniendo las probetas necesarias para por medio de ensayos de resistencia a la compresin y ultrasonido poder sacar informacin del comportamiento de los distintos materiales. Otros porcentajes superiores al 4% no se probaron, basndonos en investigaciones hechas por el ACI, donde expresa especficamente el comit ACI 230.1 R (grfico 3.15, Pg. 60) que con una resistencia a la compresin simple de 6 Mpa a los 7 das, permite que las mezclas cumplan con los requisitos de durabilidad.

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Se realiz una prueba a escala industrial de una Base de Agregados Estabilizada con Cemento, donde se pudo afinar detalles del mtodo constructivo para este tipo de bases, y se elabor un capitulo en este trabajo.

1.1 Antecedentes La tcnica de mezclar cemento Prtland con material ptreo que le da a ste material, la propiedad de impermeabilidad que no tiene y al mismo tiempo le aumenta la resistencia, fue usada ya hace siglos en China donde se mezclaba tierra y cal para la realizacin de grandes construcciones.

A este material empleado por los chinos se lo conoce actualmente con el nombre de mortero chino. A partir de estas pruebas y con la aparicin del Cemento, se obtienen mejores resultados dando inicio a la tcnica del suelo-cemento.

El uso de sta tcnica se lo realizaba con ayuda de mquinas para trabajos agrcolas, donde se mezcla el suelo con el cemento con la aradora. Un ejemplo de este forma de uso lo encontramos en Saracota Florida, donde en 1915 se procedi a mezclar conchas, arena y cemento [1]

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En Norteamrica el uso de suelos granulares (bases) estabilizadas con cemento ha tenido gran acogida para la construccin de vas, pistas de aeropuertos, proteccin de canales.

1.1.1Bases: Bases Granulares, Bases de Agregados Estabilizadas con Cemento La base es la capa de la estructura de un pavimento situada bajo la capa de rodadura, su funcin es eminentemente resistente constituyendo en un elemento importante de la estructura, absorbiendo la mayor parte de los esfuerzos verticales y, su rigidez o su resistencia a la deformacin bajo las solicitaciones repetidas del trfico suelen corresponder a la intensidad del trfico pesado.

Un amplio rango de materiales son adecuados para su elaboracin, siendo los ms comunes los materiales granulares naturales, triturados, mixtos, tratados con un material ligante (mezclas bituminosas, mezclas estabilizadas con cemento).

En nuestro pas el Misterio de Obras Pblicas MOP en su manual contempla rangos granulomtricos que deben cumplir los suelos

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granulares para ser considerados como una base del tipo I, II, III o IV.

Las Bases de Agregados Estabilizados con Cemento que para facilidad se abrevia como BAEC, son producto de una mezcla fsica de agregados ptreos, cantidades medidas de cemento Portland y agua, que endurece despus de compactarse y curarse para formar un material de pavimento durable.[1]

Algunas veces se usan otras designaciones, tales como bases estabilizadas con cemento o bases de agregados tratados con cemento

La BAEC es ampliamente usada como base para pavimentos de carreteras, caminos, calles y reas de estacionamiento,

aeropuertos y patios de almacenamiento o bodegas.

Como una consecuencia de la incorporacin de cemento y por el desarrollo de resistencia, el espesor de la BAEC es menor que el requerido para bases granulares que soporten el mismo trfico, porque la rigidez de la BAEC hace que las cargas de trfico se distribuyan sobre un rea mayor, haciendo disminuir los

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esfuerzos sobre la subbase o sobre la subrasante.

Con la BAEC no sucede como con las bases granulares que pueden fallar cuando la interaccin entre las partcula se pierde. Esta falla puede ocurrir cuando las partculas del suelo de la subrasante, forzadas a subir por las cargas del trfico, penetran en la base.

La Impermeabilidad de la BAEC se mejora con respecto a la de una base granular por lo que es resistente a los ciclos de enfriamiento y de lluvia, y a los daos causados por las variaciones climticas. Adems, como consecuencia del

fenmeno de hidratacin del cemento, contina ganando resistencia con la edad. [1]

Base de Agregados Estabilizada con Cemento BAEC

Base Granular

h < H

Grfico 1.1 Distribucin de las cargas de trfico [1]

6

1.2 Objetivos Este trabajo tiene como finalidad, mezclar distintos materiales granulares originados por trituracin, cumpliendo un lmite

granulomtrico propuesto, estabilizndolos con cemento Prtland, de manera que obtengamos resistencias iguales o superiores a 6 MPa a la edad de 7 das y estudiar su comportamiento a edades superiores, para poder ser utilizado como parte de la estructura de una va, una pista de aeropuerto, lugares de estacionamiento, etc.

CAPITULO 21. AGREGADOS [2].

"Agregado", se le llama a un material de construccin relativamente inerte que disperso en la pasta de cemento confiere al hormign principalmente, estabilidad de volumen y mayor durabilidad.

Debido a que el agregado ocupa entre el 85 y el 90% del volumen total de una mezcla de agregados estabilizada con cemento, se debe poner especial cuidado en su seleccin y dosificacin.

Son varias las funciones que debe brindar un sistema de construccin, se citan las ms importantes: 1. Resistencia interna adecuada y estabilidad para asimilar presiones superficiales con pocas deformaciones. 2. Resistencia a los efectos de deterioro causados por el clima y por agentes qumicos. 3. Resistencia a los efectos de deterioro causados por la aplicacin de cargas estticas y dinmicas. 4. Resistencia a fuerzas internas y sus efectos como expansin y contraccin.

8

5. Compatibilidad entre el cemento y el agregado. 6. Cumplimiento de normas aceptables de desempeo cuando se expone a trfico superficial. Al respecto se deben considerar las siguientes propiedades de superficie:

Resistencia al deslizamiento Rugosidad superficial Brillo y reflexin de luz Porosidad Desgaste por abrasin de neumticos Propiedades acsticas Propiedades electrostticas Aspecto

2.1 Tipos de Agregados Los agregados pueden clasificarse de acuerdo a: a) Composicin mineralgica origen: Rocas Igneas,

Sedimentarias, Metamrficas. b) Fuente de obtencin de los mismos: Naturales, Triturados c) Modo de preparacin: Agregados producidos con propsitos especiales, por ejemplo agregados de acero para hormign pesado.

9

d) Tamao: Los agregados de acuerdo a su tamao se clasifican en gruesos, aquellos que tienen ms de 5mm y finos, aquellos menores o igual a 5mm

A continuacin detallo el origen de algunos agregados que se encuentran en nuestro medio:

Tabla 1. Clasificacin segn el origen de la roca [2]. Granito Sienita Diorita Gabbro Peridotita Pegmatita Basalto Vidrio Volcnico Conglomerado Arenisca Limolita Argilita-Lutita Caliza Chert Mrmol Metacuarcita Gneiss Hornfel Pizarra Filita Esquisto Anfibolita Serpentinita

Rocas Igneas

Rocas Sedimentarias

Rocas Metamrficas

10

En este trabajo de investigacin el material utilizado es una mezcla de materiales triturados (caliza, basalto) y arenas naturales, las cuales se mezclaron en distintas proporciones para poder cumplir

especificaciones granulomtricas necesarias que mas adelante doy a conocer.

2.1.1 Agregado Natural. Un agregado natural se considera al material granular que resulta de la disgregacin y desgaste de las rocas. De forma general la mayora de agregados naturales son de origen aluvial.

2.1.2 Agregado Triturado. Un agregado triturado es aquel material producido por la trituracin de bloques de rocas extradas por corte o explosin de grandes formaciones rocosas. Con este proceso se puede obtener de la trituracin de una misma roca material para base, ripio, material fino (polvo, cisco) etc.

2.2 Propiedades de los Agregados [2] 2.2.1 Densidad Las Rocas son un compuesto de una o ms variedades de minerales, la densidad de la misma ser determinada por los

11

tipos de minerales presentes en ella y por el empaquetamiento granular de los mismos.

Existen varios tipos de densidad, as tenemos la ABSOLUTA definida como la relacin del peso de un slido "excluyendo poros", con respecto a un volumen igual de agua destilada y libre de gases a determinada temperatura. Esta densidad es de determinacin laboriosa. La roca debe pulverizarse.

Afortunadamente para los fines de la tecnologa del hormign, esta densidad no se requiere para los trabajos. La densidad APARENTE se la define como la relacin del peso del slido secado al horno a 100 C por 24 horas, con relacin al peso de igual volumen de agua, incluyendo en el volumen del slido los poros impermeables pero no los capilares.

La densidad SATURADA SUPERFICIALMENTE SECA (sss) es la relacin del peso del slido en condicin sss, incluyendo el agua en todos sus poros permeables con relacin al peso de igual volumen de agua. Esta ltima es la que se utiliza a efectos de dosificaciones de hormign ya que el agua que contienen los poros no toma parte en la reaccin qumica del cemento y, por tanto, se puede considerar como parte del agregado.

12

Las normas INEN 856 y 857 describen la metodologa a seguir para la determinacin de la densidad para rido fino y grueso respectivamente.

La densidad del agregado es utilizada para el clculo de proporciones de los materiales en la dosificacin de hormign. El valor de la densidad no mide la calidad del agregado. A continuacin se presentan valores de densidades aparentes de diversos tipos de rocas.

Grupo de la Roca

Densidad Relativa Promedio

Rango de Densidad Relativa 2,6 - 3,0 2,4 - 2,6 2,6 - 3,0 2,6 - 2,9 2,7 - 3,0 2,5 - 2,8 2,6 - 2,9 2,6 - 2,7

Basalto 2,80 Pedernal 2,54 Granito 2,69 Arenisca 2,69 Hornfel 2,82 Caliza 2,66 Prfido 2,73 Cuarcita 2,62 Tabla 2. Densidades de varias rocas.

2.2.2 Peso Volumtrico El valor de la masa unitaria o peso volumtrico es til cuando se desea manejar el rido por volumen ya sea en la dosificacin, como en la adquisicin y transporte del mismo.

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Para cuantificar la masa unitaria, se valoran dos estados de la mezcla del rido, uno suelto y el otro compactado. La prueba se efecta en un cilindro metlico de dimetro y profundidad prefijado segn lo indica la norma ASTM C29, la que establece varias capacidades en los cilindros dependiendo del tamao mximo del agregado en la distribucin granulomtrica.

Para encontrar la masa unitaria compactada se llena el recipiente en 3 capas compactando la mezcla con 25 golpes proporcionados por una varilla de borde redondeado de 16 mm de dimetro; la masa unitaria suelta se la obtiene llenando el material en el cilindro dejndolo verter de poca altura y evitando la compactacin. Una vez completado el llenado, se procede a enrasar el nivel superior del cilindro con la varilla, en ambos casos es necesario finalizar enrasando el material.

Posteriormente, se procede a

pesar la cantidad de material

que ocup el recipiente; la masa unitaria se obtiene al dividir el peso de material para el volumen que ocup, ya sea en condicin suelta o compactada.

El peso volumtrico suelto suele ser aproximadamente un 90 a 95% del compactado.

14

Cuando se conoce la densidad del material se puede calcular el contenido de vacos que existe en el rido a partir de la siguiente expresin:

Contenidod eVacios = 1

MasaUnitar ia DensidadDe lArido

Las masas unitarias alcanzan su mayor densidad cuando el rido se encuentra seco, sta condicin es ms evidente en las arenas. Cuando el agregado se encuentra con agua superficial es ms difcil compactarlo debido al efecto de esponjamiento. Por esta razn, cuando se informe un resultado de masa unitaria realizado a un rido hmedo deber especificarse en el reporte la humedad que tena el rido en el momento de la prueba, a efectos de tener en cuenta el efecto de esponjamiento.RANGO GRANULOMETRICO MUS 3 Kg/m MUC 3 Kg/m

TIPO Puzolana (Chasqui) Diabasa Caliza Triturada Chert Triturado Grava Aluvial Cisco Basltico

PROCEDENCIA

Latacunga Chivera - Guayas Huayco - Guayaquil Guayaquil Shumiral - Azuay Picoaz - Manab

0,0 - 9,5 5,0 - 12 5,0 - 25,0 5,0 - 19,0 5,0 - 38,0 0,2 - 5,8

425 1450 1315 1200 1675 1275

-------1650 1450 1355 1820 1510

Tabla 3. Masa Unitaria de varias rocas [2].

15

2.2.3 Absorcin y Porosidad de los Agregados La porosidad de los agregados influye notablemente en la densidad del agregado, adems afecta en la interfase entre el agregado y la pasta cementicia. El tamao de los poros puede determinar la resistencia que ofrece el agregado ante el hielo y deshielo. Adems, un agregado poroso ofrece a ms de su superficie externa, un rea adicional interna que puede afectar su estabilidad qumica. Por otra parte, agregados porosos ofrecen menor resistencia al desgaste y abrasin. La porosidad disminuye la densidad aparente de los agregados.

Los poros en el agregado pueden encontrarse aislados o interconectados. Poros interconectados permiten una mayor

conduccin de agua a travs de ellos aumentando la absorcin del agregado. La absorcin en el agregado es de mucha importancia para el clculo de agua de amasado y para determinar la relacin agua/cemento efectiva que es el parmetro ms importante utilizado en el clculo de la resistencia del hormign.

Los agregados pueden presentar 4 estados de humedad (contenido de agua):

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1) SECADO TOTAL: El material ha sido secado al horno a 100 105 C durante 24 horas. No existe agua en su interior.

2) SECADO AL AIRE: El material ha sido secado al natural y contiene una pequea cantidad de agua sin llegar a saturar su interior.

3) SATURADO SUPERFICIALMENTE SECO (SSS): El material ha sido sometido a una saturacin total en agua durante 24 horas. ste ha absorbido agua, que lo mantiene saturado internamente, tal es el caso, que en este estado el agregado no tiene capacidad de absorber agua ya que se encuentra saturado y no humedece o moja a cualquier material en contacto con el mismo. Esta condicin del rido es temporal y solo se llega a ella para efectos del clculo de la absorcin del agregado.

4) HMEDO: El material se encuentra internamente saturado y su superficie contiene agua libre que puede mojar o humedecer a cualquier material en contacto con el agregado.

La absorcin del agregado se la determina de la siguiente

17

manera:

Absorcin% =

PesoMate.Est.SSS PesoMat.Seco * 100 PesoMat.Seco

A continuacin se presentan valores de absorcin de algunas rocas del pas.

TIPO

PROCEDENCIA

RANGO GRANULOMETRICO mm

ABSORCION %

Arena de mar Grava aluvial Chert Diabasa Arena natural Piedra pmez (Chasqui)

Atahualpa, Guayas Chanlud, Azuay Guayaquil Chivera, Guayas R. Boliche, Guayas Tungurahua

0 - 1,2 12 - 38 5 - 25 5 - 25 5 - 12 0 - 4,8 4,8 - 76

2,1 1,9 2 4,2 1,2 2,2 67

Caliza triturada C. Huayco, Guayaquil

Tabla 4. Absorcin de varios agregados [2]

2.2.4 Granulometras Los agregados para hormign se han diferenciado en dos grupos. Los finos, aquellos de tamao inferior a 4,8 mm. (No. 4 ASTM) y los gruesos, aquellos mayores a 4,8 mm.

La forma de caracterizar los agregados en una distribucin granulomtrica es utilizando la variable peso versus el intervalo

18

granulomtrico correspondiente, para tal efecto se utilizan tamices de malla cuadrada montados en marcos que se pueden apilar. La secuencia completa de muestreo se basa en teora en la relacin 21 4

para las aberturas de dos tamices consecutivos.

Antes de efectuar el anlisis granulomtrico se debe secar la muestra de agregado, con la finalidad de evitar que partculas finas se aglomeren con las gruesas. Los pesos mnimos requeridos para el anlisis granulomtrico del agregado grueso se presentan en la tabla 5. segn la norma INEN 696 (ASTM C 136)TAMAO NOMINAL DEL AGREGADO mm in 125.0 100.0 90.0 75.0 63.0 50.0 37.5 25.0 19.0 12.5 9.5 5 4 3 1/2 3 2 1/2 2 1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 PESO MINIMO DE MUESTRA PARA CRIBADO Kg. 300 150 100 60 35 20 15 10 5 2 1

Tabla 5. De la misma manera esta norma establece un peso mnimo de 300 g para agregado fino

19

2.2.4.1 Granulometra de los Agregados Finos La norma ASTM C 33, permite un amplio rango en la granulometra del agregado fino. La granulometra ms apropiada para el agregado fino depende del tipo de trabajo, de la riqueza de la mezcla de hormign, y del tamao mximo del agregado grueso; por ejemplo, cuando se utiliza un agregado grueso de tamao pequeo se debe elegir arenas que se acerquen al lado fino de la norma ASTM, as mismo deber elegirse la arena si las mezclas son pobres en cemento

Los lmites que aconseja la norma ASTM C33 - 99 se presentan a continuacin:

TAMAO DE LA MALLA mm 9.52 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 ASTM 3/8 4 8 16 30 50 100

PORCENTAJE QUE PASA EN PESO Lim Min 100 95 80 50 25 5 0 Lim Max 100 100 100 85 60 30 10

Tabla 6. Lmites para agregados finos Norma ASTM C33 -99

20

Otros requisitos de esta norma son: 1) El porcentaje de agregado fino retenido entre dos mallas consecutivas no sea mayor a 45%. 2) El mdulo de finura se encuentre entre 2,3 y 3,1, caso contrario debern realizarse los reajustes necesarios de la proporcin entre agregado grueso y fino. 3) En pisos de hormign donde se requiera un buen acabado, se deber usar un agregado fino que contenga al menos un 15% pasante malla ASTM No. 50 y un 3% pasante malla ASTM No. 100.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 3/8 4 8 16 MALLA ASTM 30 50 100

Grfico 2.1. Limites granulomtricos para agregado fino segn Norma ASTM C 33 99

% PASANTE

21

2.2.4.2 Granulometra de los Agregados Gruesos La norma ASTM C 33 permite un amplio rango de granulometras en los agregados gruesos.

Uno de los parmetros ms importantes para elegir la granulometra del agregado grueso a utilizar es el tamao mximo del agregado. Existen dos definiciones; la primera, Tamao Mximo del Agregado es el menor tamao de malla por el cual todo el agregado debe pasar. El Tamao Mximo Nominal de un agregado, es el menor tamao de malla por el cual debe pasar la mayor parte del agregado. La malla del tamao mximo nominal puede retener de 5 al 15% del agregado, dependiendo del nmero del tamao.

El tamao mximo del agregado que puede ser empleado depende generalmente del tamao y forma del elemento de hormign y de la cantidad y distribucin del acero de refuerzo. Por lo comn el tamao mximo de las partculas de agregado no debe sobrepasar:

1. Un quinto de la dimensin ms pequea del elemento

22

de hormign. 2. Tres cuartos del espaciamiento libre entre armaduras de refuerzo.

2.2.4.3 Mdulo de Finura A veces se utiliza un solo factor proveniente de los clculos del anlisis granulomtrico: el mdulo de finura, el cual se define como la suma de los porcentajes acumulados retenidos en los tamices de la serie estndar dividido para 100

Tamices Serie Estndar ASTM mm 3" 76 1 1/2" 38 3/4" 19 3/8" 9.5 No. 4 4.8 No. 8 2.4 No.16 1.18 No. 30 0.6 No. 50 0.3 No. 100 0.15

Tabla 7.

El valor del mdulo de finura es ms alto mientras ms grueso es el agregado. A continuacin se expone un ejemplo para el clculo del mdulo de finura.

23

TAMIZ INEN - ASTM 76mm 50mm 38mm 25mm 19mm 12.5mm 9.5mm 4.8mm FONDO 3" 2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4

MASA RET. g 0.0 0.0 76.0 2109.0 3065.0 2180.0 2180.0 3960.0 10860.0

RETENIDO % 0.0 0.0 0.3 8.6 12.6 8.9 8.9 16.2 44.5

RET. ACUMULADO % 0.0 0.0 0.3 9.0 21.5 30.5 39.4 55.6 100.1

PASANTE ACUM. % 100.0 100.0 99.7 91.0 78.5 69.5 60.6 44.4 0.1

MODULO DE FINURA:

6.2

Tabla 8. Clculo del Modulo de Finura

De la tabla el porcentaje del retenido acumulado de cada uno de los tamices de la serie estndar de abertura

menor al de la malla No. 4 se asume del 100%

2.2.4.4 Lmites Granulomtricos Propuestos En el presente trabajo, se utilizaron los lmites

granulomtricos especificados para la base estabilizada con cemento de la nueva ampliacin del aeropuerto Simn Bolvar de la ciudad de Guayaquil, que se presenta en la siguiente pgina, grfico 2.2.

Estos lmites propuestos se compararon con los lmites granulomtricos que propone El Ministerio de Obras

24

Pblicas MOP

en su Manual 400 Estructura del

Pavimento Seccin 404, quien establece 4 tipos de bases, realizando la comparacin con los lmites propuestos en el presente trabajo se llega a la conclusin que stos, son muy similares a la de una base clase 1 tipo B del MOP [3]TAMAO DE LA MALLA mm 38.10 25.40 19.00 12.70 9.50 4.76 2.40 1.18 0.60 0.43 0.30 0.15 0.075100 90 80 70

PORCENTAJE QUE PASA EN PESO Lim Min 100 70 55 48 38 30 25 20 15 10 8 6 5 Lim Max 100 95 85 78 68 60 53 45 38 30 25 20 15

ASTM 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 40 No. 50 No. 100 No. 200

% PASANTE

60 50 40 30 20 10 0 11/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" No. 4 No. 8 No. 16 No. 30 No. 40 No. 50 No. 100 No. 200

Lmites Ampliacin Aeropuerto Simn Bolvar - Guayaquil

Grfico 2.2. Lmites granulomtricos establecidos para este trabajo

25

TAMAO DE LA MALLA mm 38.10 25.40 19.00 9.50 4.76 2.00 0.425 0.075100 90 80 % PASANTE 70 60 50 40 30 20 10 0 11/2" 1" 3/4" 3/8"

PORCENTAJE QUE PASA EN PESO Lim Min Lim Max 100 100 70 100 60 90 45 75 30 60 20 50 10 25 2 12

ASTM 11/2" 1" 3/4" 3/8" No. 4 No. 10 No. 40 No. 200

No. 4 No. 10 No. 40

No. 200

MALLA EN MM BASE CLASE 1 TIPO B

Grfico 2.3. Lmites granulomtricos establecidos por el MOP para Base clase 1 tipo B [3]

2.2.5 Abrasin de los Angeles Esta prueba se ha usado ampliamente como un indicador de la calidad relativa o competencia de varias fuentes de agregado que tiene las composiciones minerales similares.

26

Esta prueba es una medida de degradacin de agregados minerales resultado de una combinacin de acciones como abrasin o roce e impacto. Este anlisis se lo realiza conforme la norma ASTM C 131-03.

2.2.6 Resumen de las Propiedades de los Agregados Utilizados En este literal se da a conocer los materiales utilizados, su

origen y sus propiedades.

Los Materiales utilizados para las distintas pruebas realizadas son los siguientes:

Nominacin del Material Piedra ASTM 56 Piedra ASTM 78 Arena Triturada homogeneizada Arena Natural Peralta No.6 Arena Natural Guayaquil Grueso de Subbase No. 38mm Fino de Subbase No. 5mm Piedra Base II A Luzagui Piedra 1/2 - 1 1/2 Luzagui Piedra 3/8 Verd Cisco Luzagui Piedra Base I A Cadmen (Finos) Piedra Base I A Cadmen (Gruesos) Material triturado 2 - 2

Cantera Procedente Calizas Huayco Calizas Huayco Calizas Huayco Arenera Peralta Arenera Guayaquil Calizas Huayco Calizas Huayco Cantera Luzagui Cantera Luzagui Cantera Verd Cantera Luzagui Cantera Cadmen - Cochancay Cantera Cadmen - Cochancay Reserva Estadio Municipal La Troncal

Tabla 9. Materiales utilizados

27

La obtencin de los materiales se los hizo de cuatro canteras diferentes: Cantera Agregados Huayco ubicado en el Km. 15 va a la costa, Cantera Verd ubicado en la va a Daule, prximo a la penitenciara, Cantera Luzagui ubicado en la va a Salitre, Recinto Tierra Blanca y Cantera Cadmen localizada en el Recinto Cochancay, Provincia del Caar. Las tres primeras se encuentran cercas a Guayaquil. Todos los agregados producidos en estas canteras son obtenidos por trituracin, sacando cada una de ellas diferentes tipos de productos, con nominaciones propias de la planta.

La diferencia de los agregados producidos en estas canteras esta en el origen de la roca. Agregados Huayco explota yacimientos ptreos de Caliza que es una roca sedimentaria, Cantera Verd y Luzagui explotan yacimientos de Basalto y Diabasa, rocas de origen gneo. La Cantera Cadmen tritura material aluvial, especficamente del ro Bulubulu, en el sector de Cochancay, provincia del Caar.

Los materiales tomados en las canteras fueron varios, donde se les practico granulometras y mezclas entre s, considerando el origen, para nuestro caso Caliza y Basalto, siendo los elegidos

28

los materiales mostrados en este documento, pues son los que cumplieron con los lmites granulomtricos que adoptamos para este trabajo, que son muy similares a los establecidos para las bases Clase 1 tipo B del MOP.

A continuacin doy a conocer el valor de las propiedades de los agregados utilizados

Nominacin del Material

Cantera Procedente

Densidad sss Absorcin kg/m %

Masa Unitaria Masa Unitaria Suelta Compactada MUS kg/m MUC kg/m

Piedra ASTM 56 Piedra ASTM 78 Arena Triturada homogeneizada Arena Natural Peralta No.6 Arena Natural Guayaquil Grueso de Subbase No. 38mm Fino de Subbase No. 5mm Piedra Base II A Luzagui Piedra 1/2 - 1 1/2 Luzagui Piedra 3/8 Verd Cisco Luzagui

Calizas Huayco Calizas Huayco Calizas Huayco Peralta Arenera Guayaquil Calizas Huayco Calizas Huayco Luzagui Luzagui Verd Luzagui

2620 2610 2480 2670 2470 2620 2655 2880 2880 2780 2760 2600 2690 2575

2.0 1.8 5.9 2.5 6.6 2.1 3.1 1.6 1.1 2.9 5.4 4.3

1325 1300 1465 1535 1375 1380 1455 1420 1375 1450 1620 1850

1445 1430 1755 1725 1450 1595 1635 1630 1545 1680 1810 2100

Piedra Base I A Cadmen Cadmen (Finos) Cochancay Piedra Base I A Cadmen Cadmen (Gruesos) Cochancay Material triturado Reserva Estadio 2-2 Municipal

1.7 3.5 1515 1655

Tabla 10. Propiedades de los materiales utilizados

CAPITULO 33. DISEO DE LA BASE DE AGREGADOS

ESTABILIZADA CON CEMENTO (BAEC)

3.1 Diseo de Espesor de la BAEC [1] Los Pavimentos con BAEC se disean para una larga vida til, sin perder de vista la necesidad de establecer soluciones econmicas. Los factores que deben analizarse para determinar el espesor de la BAEC, as como para el de la capa de rodadura que se adopte, son: o Resistencia a nivel de la Subrasante o Volumen de Trfico y la distribucin de cargas de los vehculos pesados o Incrementos anuales del trfico previsto o Periodo de diseo del pavimento

El mtodo de diseo de espesores que expongo a continuacin fue tomada de una nota tcnica acerca de bases de suelo-cemento del Centro Tcnico del Hormign CTH el cual toma como referencia un documento del Instituto Colombiano de Productores de Cemento sobre el proceso desarrollado por la Prtland Cement Association PCA, para el diseo de espesores de bases de suelo-cemento, el cual est

30

fundamentado en el principio de que el suelo-cemento es un material con propiedades diferentes a cualquier otro y en algunas

consideraciones tericas ajustadas con base en ensayos sobre pavimentos existentes.

3.1.1 Caractersticas de la relacin carga-deformacin [1] La respuesta a deflexin de las bases de suelo-cemento se ha establecido mediante amplios estudios de laboratorio realizados con diferentes suelos y con espesores variando entre 10 y 35 mm colocados sobre subrasantes de diversas calidades. En esos estudios se ha podido establecer que la respuesta del suelo-cemento a los ensayos de carga se puede predecir con una ecuacin similar a las derivadas de la Teora de Capas, as:

wk a = p hEn donde: w:

Ecuacin 1

Desplazamiento vertical, medido en el punto de aplicacin de la carga, (cm)

k: p: a:

Modulo de reaccin de Ia subrasante, (kgf/cm3) Carga unitaria aplicada, (kgf/cm2) Radio del rea cargada, (cm)

31

h: y :

Espesor del pavimento, (cm) Variables. Para el suelo-cemento se ha

encontrado que equivalen a 0,055 y 1,520 respectivamente.

3.1.2 Resistencia a la fatiga [1] Los estudios de fatiga del suelo-cemento indican que esta se puede describir con una ecuacin de la siguiente forma:

RcN h1.5 R= 2.1h 1En donde: R

Ecuacin 2

Radio de curvatura admisible para N numero de aplicaciones de la carga, (cm)

Rc:

Radio de curvatura critico, (cm). Es funcin del espesor de la base.

N h

:

Numero de aplicaciones de carga. Espesor del pavimento Exponente que vara en funcin del suelo as: 0,025 y 0,050 para suelos respectivamente. gruesos y finos

Rc:

Como se defini es funcin del espesor de la base y se puede expresar as:

32

Rc = Rc. f (h)En donde: R'c:

Ecuacin 3

Radio de curvatura bsico; es constante y toma el valor de 143,51 y de 80,01 m para suelo-cemento gruesogranular y suelo-cemento fino-granular, respectivamente.

f(h):

Funcin del espesor de la base que se ajusta a:

h1.5 Rc = 2.1h 1Entonces

Ecuacin 4

Rc.h1.5 Rc = 2.1h 1

Ecuacin 5

Sustituyendo en la ecuacin 2, el valor de Rc se tiene

Rc.N h 3 R= (2.1h 1) 2

Ecuacin 6

Posteriormente se encontr que el producto del radio de curvatura admisible R para N numero de aplicaciones, multiplicado por la deflexin vertical w bajo el rea cargada era igual a un valor fijo C definido, a su vez, por el mdulo de reaccin de la subrasante, as:

33

C = wREn donde:

Ecuacin 7

C = 0.58 10 4 k 0.685Para suelo fino-granular (A-2-6, A-2-7, A-4, A-5, A-6, A-7) y

C = 1 10 4 k 0.70Para suelo grueso-granular (A-1, A-2, A-3, A-2-4, y A-2-5).

Reemplazando los valores de w obtenidos de la Ecuacin 1, el de R obtenido en la Ecuacin 6, teniendo en cuenta la Ecuacin 4, los valores de C, R'c, , y que la carga total aplicada P = p a2 se obtiene.

(2.1h 1) 2 10 PN 0.050 = 0.5 0.315 h1.5 a k(2.1h 1) 2 10 PN 0.025 = 0 .5 0 .3 h1.5 a k

Ecuacin 8

Ecuacin 9

Para suelo-cemento producido con suelos fino-granulares y grueso-granulares respectivamente.

34

Con las Ecuaciones 8 y 9 se desarrollaron los bacos de diseo bsico para determinar los espesores de bases de suelocemento producido con suelos fino-granulares y gruesogranulares respectivamente.

Con estas ecuaciones se pueden disear las bases de suelocemento para cargas de igual magnitud aplicadas en un rea determinada. Sin embargo esta situacin es poco

representativa de las condiciones de circulacin de las cargas sobre las vas; por ello es necesario encontrar la equivalencia entre las diferentes configuraciones de ejes y magnitud de cargas con un eje y una carga considerados como patrn, para as poder utilizar las Ecuaciones 8 y 9.

3.1.3 Carga por rueda y radio del Area cargada [1] Con el fin de simplificar los clculos se considera en este procedimiento que las cargas son aplicadas sobre reas circulares.

Para los ejes sencillos se supone un rea circular de aplicacin de carga cuya extensin es igual al rea de contacto de la llanta con el suelo. Para el caso de ejes con dos llantas en cada

35

1315

12

11

10

9

8

7

6

55

4

315 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

50 50 50 0 10 00 10 00 40 20 0 50 ES 3M IL 00 00 00 020 00 0 50 00 0 IM 4 30 00 00

10 10 020 20 0 20 00

2

2030 0 10 00 40 00 00 00 00

00

0

252M 5M IL L ILL ON

00 0

ON ES

30

35

LO NE FA 1 S CT 0 MILLO OR NE S DE FA TIG A

IL LO N

M

IL LO

NE S

40

Grfico 3.2. Abaco para el diseo de espesor en suelo-cemento grueso-granular16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 550 00

410 0 50 010 00 0

315 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ESPESOR DE SUELO-CEMENTO (cm)

1550 MI LL 0M IL L

10 00 00 1M I LL ON ON ES10 0 50 00 M 5

10 0

M

20

50 0

00 MI LL

ON ES

IL LO NE NE S

20 00 00 S

00 100 50 00 50

IL LO

00 00

1B

ON ES

10

IL L ON

2510 0B5

10 00 00

M IL LO

M L IL ES ON

NE S

M IL LO

0 50

ILL

30

FA CT OR

ON ES

50

BI LL O

BI LL O NE S NE S

NE S

ES ON LL MI

0 10 0M 0 50 0 00

ILL ES ON

DE

BI LL FA O TI GA NES

50 0

MI ES ON LL LL BI 10 ES ON

35

40

Valor de K (Kgf/cm )

3

36

extremo (ejes de llanta doble) el tamao del rea de contacto es el de las llantas individuales mas el rea entre ambas llantas.

a

Area de contacto de la llanta con el pavimento

Area equivalente para efecto de calculo

a

Area de contacto de la llanta doble con el pavimento

Area equivalente para efecto de calculo

Grfico 3.3. Areas equivalentes para llanta simple y doble

Para las cargas que normalmente circulan por las carreteras la correspondencia entre las cargas por eje y el radio del rea cargada se indica en la siguiente figura.

Grfico 3.4. Radio del Area de contacto.Radio del rea de contacto a (cm) Radio del rea de contacto a (cm)28 26 24 22 20 18 16

13 12 11 10la cil en s nta Lla

les ob sd nta Lla

500

2500

3500

Carga por Rueda (Kg)

Carga por Rueda (Kg)

37

3.1.4 Radio del Area cargada para ejes tndem y trdem [1] Las cargas se transmiten al suelo a travs de ejes sencillos, tndem y trdem, y cada cual genera unos esfuerzos diferentes en los pavimentos. Con el fin de simplificar los clculos y con base en estudios de campo y tericos, se ha establecido que la equivalencia de carga del eje con los tndem y trdem (carga en el eje simple dividido por carga en el eje tndem o trdem) es de 0,60 y 0,45 respectivamente.

Las Ecuaciones pare obtener el espesor del suelo-cemento (Ec. 8 y 9) estn basadas en que la carga en cada extremo del eje es la mitad de la carga transmitida por l. De tal manera que para encontrar los radios del rea de aplicacin de las cargas se estima que las dos llantas del extremo de cada eje transmiten al suelo el 30% o el 25% de la carga aplicada en el eje tndem o trdem respectivamente.

Con la estimacin anterior se calcula el radio del rea circular cargada para cada caso.

3.1.5 Concepto de consumo por fatiga [1] El transito que circula por las vas es una coleccin de cargas

38

de diferente magnitud y se considere que cada aplicacin de carga consume una parte de la resistencia del pavimento en funcin del peso del vehculo circulante.

De la Ecuacin 8 se puede obtener el numero de repeticiones de carga que se pueden aplicar a una base de suelo-cemento de un espesor dado, realizado con un suelo fino-granular, as:

( 2.1h 1) 2 k 0.315 N = 10 h1.5

20

a 0 .5 P

20

Ecuacin 10

Al paso de una sola aplicacin de carga el pavimento se consume en una ensima parte de su vida til. Al igualar los consumos de fatiga en una base de suelo-cemento de un espesor dado, por un vehculo seleccionado como patrn y otro cualquiera se relacionan as:

1 1 = N Ni

Ecuacin 11

sustituyendo en esta ecuacin los valores dados en la ecuacin 10 se tiene:

( 2.1h 1) 2 k 0.315 ai 0.5 P 10 h1.5 Ni i = 20 20 N ( 2.1h 1) 2 k 0.315 a 0.5 P 10 h1.5 20

20

Ecuacin 12

39

Dando finalmente

a i 0 .5 P Ni i = 20 N a 0 .5 P

20

Ecuacin 13

De manera anloga pare el suelo-cemento realizado con suelos grueso-granulares se tiene:

ai 0 . 5 P Ni i = 40 N a 0 .5 P

40

Ecuacin 14

Las Ecuaciones 13 y 14 son la representacin matemtica de los consumos de fatiga con la cual se calcula la Tabla de coeficientes de consumo de fatiga tabla 11, sustituyendo P por 4,1 toneladas que corresponde a la carga en cada extremo del eje de 8,2 toneladas, considerado como eje patrn, y a su respectivo radio de aplicacin de carga.

3.1.6 Manejo de los bacos de diseo Las variables con las que se entra a dichos bacos son:

40

CARGA (Ton) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 35 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 15 12

SUELO-CEMENTO Suelo Grueso Suelo Fino Ejes Simples 337000000 15100 32567000 5083 2873500 1579 188600 447 11260 113 542 113 21 4.8 0.54000 0.75 0.00780 0.09 0.00006 0.008 Ejes Tndem 4181800 1998 961000 959 188600 444 7297 195 1195 84 175 34.2 21 13.2 2.6 4.8 0.24000 1.6 0.01900 0.5 0.00120 0.14 0.00006 0.036 0.008 Ejes Trdem 6531370 166335 72614 31450 5265 2056 805 287 106 35.1 10.9 0.00900 0.00004 2400 391 260 172 112 71 45 28 17 10 0.907 0.352 0.101 0.007

Tabla 11 Coeficientes de consumo de fatiga (PCA) [1]

41

La capacidad de soporte del suelo, evaluada mediante el modulo de reaccin de Ia subrasante (k) determinado con el ensayo de placa.

El transito. La unidad de transito corresponde a mil repeticiones de cada eje. Se cuantifica mediante el factor de fatiga obtenido con base en el numero y peso de los distintos ejes que utilizaran el pavimento durante el periodo de diseo, afectado por los coeficientes de consumo de fatiga segn la Tabla 11.

Las bases de suelo-cemento se deben recubrir con una emulsin asfltica para evitar prdidas de humedad, como curado y como proteccin momentnea a la abrasin, hasta colocar encima la correspondiente carpeta de rodadura.

La carpeta de rodadura

a colocarse puede ser de naturaleza

asfltica o de hormign, los espesores de la estructura final segn el tipo de pavimento (rgido o flexible) dependen de los mismos factores que se analizaron para el diseo de espesor de la BAEC, cabe mencionar que el espesor de la estructura final en un pavimento de hormign ser menor al de un pavimento asfltico.

42

3.1.7 Ejemplo de Diseo de Espesores de Suelo Cemento Datos 1. Carretera secundaria de dos vas 2. Suelo-cemento grueso-granular 3. CBR de la subrasante 3.85% (K=3.4 Kgf/cm3) 4. Periodo de diseo = 20 aos 5. Aplicaciones de cargas en la vida de diseo:CARGAS POR EJE Ton REPETICIONES DE CARGA EN LA VIDA DE DISEO (20 AOS) Ejes Simples 9.0 - 10.0 8.0 - 9.0 7.0 - 8.0 6.0 - 7.0 5.0 - 6.0 4.0 - 5.0 Ejes Tndem 18.0 - 19.0 17.0 - 18.0 16.0 - 17.0 15.0 -1 6.0 14.0 - 15.0 13.0 - 14.0 12.0 - 13.0 11.0 - 12.0 10.0 - 11.0 10.0 - 10.0 9.0 - 10.0 8.0 - 9.0 5400 2700 7600 7200 12000 4500 4000 4000 4000 7500 7500 7500 9000 12100 9900 33800 33800 72600

Tabla 12 Desarrollo Se procede al clculo del factor de fatiga teniendo en cuenta el nmero de repeticiones de carga en la vida de diseo, dadas en

43

miles y el consumo de fatiga de un eje determinado.A B C D E

CARGAS POR EJE REPETICIONES EN LA Ton VIDA DE DISEO 9.0 - 10.0 8.0 - 9.0 7.0 - 8.0 6.0 - 7.0 5.0 - 6.0 4.0 - 5.0 18.0 - 19.0 17.0 - 18.0 16.0 - 17.0 15.0 -1 6.0 14.0 - 15.0 13.0 - 14.0 12.0 - 13.0 11.0 - 12.0 10.0 - 11.0 10.0 - 10.0 9.0 - 10.0 8.0 - 9.0 9000 12100 9900 33800 33800 72600 5400 2700 7600 7200 12000 4500 4000 4000 4000 7500 7500 7500

REPETICIONES EN LA COEFICIENTE DE CONSUMO DE FATIGA CONSUMO DE VIDA DE DISEO (CxD) FATIGA (en miles) Ejes Simples 9.0 12.1 9.9 33.8 33.8 72.6 Ejes Tndem 5.4 2.7 7.6 7.2 12.0 4.5 4.0 4.0 4.0 7.5 7.5 7.5 542 21 0.54 0.0078 0.00006 0.00000 7297 1195 175 21 2.6 0.24 0.01900 0.00120 0.00006 0.00000 0.00000 0.00000 Total Consumo de Fatiga Factor de Fatiga 4878 254.1 5.346 0.26364 0.002028 0 39403.8 3226.5 1330 151.2 31.2 1.08 0.076 0.0048 0.00024 0 0 0 49281.57 50000

Tabla 13 Calculo del factor de fatiga

Las columnas A y B son resultado de un calculo de trnsito previo al diseo de un pavimento, (dato del ejemplo tabulado en Tabla 12) valores que nos sirve para el clculo del factor de fatiga. La columna C es el resultado de los valores de la columna B dividido para mil.

La columna D es el valor del coeficiente de consumo de fatiga tabulado en la Tabla 11 y determinado para su correspondiente

44

carga por eje, columna A, para nuestro ejemplo tenemos intervalos de cargas por eje, tomamos el valor mayor.

La columna E se obtiene multiplicando los valores de la columna C por los valores de la columna D, la suma total de los valores de la columna E es el valor que se conoce como el coeficiente de fatiga para nuestros datos, para efecto de introducirlos al baco de diseo de espesor lo redondeamos a 50.000

Obsrvese que a medida que las cargas decrecen los efectos de fatiga disminuyen rpidamente, lo cual hace innecesario incluir las cargas bajas para el clculo.

Para un factor de fatiga de 50000 (obtenido del clculo) y un modulo de reaccin de la subrasante K de 3.4 Kgf/cm3 (obtenido por correlacin con el CBR) obtenemos del baco de diseo de espesor para suelo-cemento grueso-granular (grfico 3.2) un espesor de 19 cm de base de suelo-cemento grueso-granular (grfico 3.5). Podemos observar que el redondeo realizado del factor de fatiga no influye de manera considerable en el espesor de la base. Como anexo realizo un diseo de un pavimento rgido, y comparo los espesores de base y losa de hormign si

45

usramos una BAEC y una base granularAbaco para el diseo de espesor en suelo-cemento grueso-granular16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 550 0000 0020 00 00 NE S

410 0 50 010 00 0

315 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

ESPESOR DE SUELO-CEMENTO (cm)

151M 50 10 00 MI LL

10 ILL

ON5 M IL LO

20

MI

ON ES10 0 50 00 M

00 100 00 00 50 00 50

50 00

LL ON ES

0M I LL ON

1B ILL

ES

IL LO NE S

10

M

ES N LO IL M

ON

2510 0 BI LL ON ES5 50 BI LL O

10 00 00

IL LO NE

S

M

IL LO NE S

ES ON ILL 0M 50

30

FA CT OR

BI L

NE S

00 10

LO

ES ON LL MI

00 00 50

NE S

DE

BI LL FA O TI NE GA S

50 0

ES ON LL MI

ES ON LL BI 10

35

40

Valor de K (Kgf/cm )Grafico 3.5 Ejemplo de calculo de espesor de BAEC

3

Concluyendo el calculo, para este tipo de subrasante, y transito esperado se recomienda una BAEC de 19 cm de espesor.

3.2 Dosificacin de la Base [1] En este trabajo se utilizarn agregados preparados en plantas de trituracin combinados con arenas naturales y en algunos casos con arenas procedentes tambin por trituracin, por lo que las mezclas obtenidas dan origen a un suelo no plstico.

46

Los mtodos ms usados para la dosificacin de mezclas de suelocemento son los recomendados por la Portland Cement Association (PCA), el cual desarroll el Mtodo General para la Dosificacin de

Mezclas de Suelo-Cemento, aplicable a todo tipo de suelos, en vista de que con este mtodo se requiere de alrededor de 45 das para la determinacin del contenido de cemento, la PCA desarroll un mtodo para ser aplicado con suelos arenosos, los cuales son los ms utilizados para realizar bases estabilizadas por requerir menos cantidad de cemento, al que se le llama Mtodo Simplificado o Mtodo Corto, y que permite llegar a esa determinacin en un periodo de alrededor de 10 das.

El mtodo simplificado considera que el suelo debe cumplir las siguientes caractersticas:

El contenido de limo ms arcilla debe ser menor al 50% El contenido de arcilla debe ser menor al 20% El porcentaje retenido en el tamiz N4 debe ser menor de 45.

Los suelos utilizados en este trabajo son mezclas de arena natural y material grueso triturado preparado en canteras, que cumplen con estas caractersticas, por lo que aplicamos este mtodo.

47

Adems tanto para el mtodo general como para el mtodo simplificado se consideran las siguientes fracciones de suelo segn su tamao:Tamao menor (mm) Cascajo grueso Cascajo fino Arena gruesa Arena fina Limo Arcilla 4.8 2 0.42 0.05 0.005 Tamao mayor (mm) 19 4.8 2 0.42 0.05 menor que 0.005

Tabla 14 Fracciones del suelo segn su tamao

Para un determinado tipo de suelo arenoso, el contenido de cemento que se obtiene por este mtodo no es necesariamente el mnimo, pero s un contenido seguro, similar al que se obtiene con el mtodo general en el que se efectan los ensayos de durabilidad.

El proceso que se aplica con el mtodo simplificado es el que sigue:

1.

Determinacin de la granulometra y del peso especifico de los suelos

2.

Realizacin del ensayo de compactacin del suelo cemento (ASTM D 558-04) con contenidos de cemento determinados mediante bacos especiales.

48

3.

Seleccin del contenido de cemento, usando los resultados del paso anterior en bacos concebidos para el efecto, para elaborar las probetas para ensayos de compresin.

4.

Comprobacin del contenido apropiado de cemento mediante ensayos de compresin.

Segn la granulometra de los suelos, el mtodo se aplica bajo dos modalidades. La primera, llamada Mtodo A se aplica cuando los suelos pasan totalmente por el tamiz N 4 (4.8 mm); la segunda, llamada Mtodo B, se aplica cuando los materiales tienen alguna fraccin retenida en el tamiz N 4.

3.2.1 Mtodo Simplificado de la PCA 3.2.1.1 Mtodo A (Cuando todo el material pasa el tamiz No. 4) Descripcin: a) Se determina la densidad aparente mxima y la humedad ptima del suelo por medio del ensayo de compresin Proctor Normal (ASTM D 558-04). El contenido de cemento para este ensayo se determina as:

49

Del Grfico 3.6, en funcin de los porcentajes de limo + arcilla y de cascajo fino + arena gruesa, se estima la densidad aparente

mxima de la mezcla.Grfico 3.62050 DENSIDAD APARENTE MAXIMA ESTIMADA (Kg/m ) 2000 1950 1900 1850 1800 1750 1700 2000 1950 1900 1850 1800 1750 0 20 40 60 80 100 20% LIMO MASARCILLA3

% 20 5% 1 % 10 5% 0%LIMO MAS ARCILLA

30% 40% 50%

CASCAJO FINO MAS ARENA GRUESA (%)

Del grfico 3.7, en funcin de la densidad aparente mxima obtenida en el paso anterior y el porcentaje de limo + arcilla se determina el contenido de cemento para el ensayo de compactacin.

50

2100 DENSIDAD APARENTE MAXIMA (Kg/m )nto me ce e od nid nte 6% Co3

20006% 7% 8%

19009% 10% 11% 12% 13%

7% 8% 9% 10% 11%

1800

1700

1600

0

5

10

15

Grfico 3.7

20 25 30 35 LIMO MAS ARCILLA (%)

12% 40 45

50

b) Con la densidad aparente mxima obtenida del ensayo de compactacin y el porcentaje de limo + arcilla se determina en la grfico 3.7 anterior el contenido compresin. c) Con el contenido de cemento obtenido en el paso b), se moldean tres probetas con la compactacin del Proctor Normal. La humedad para este ensayo debe ser la ptima determinada en el ensayo del paso a). d) Se determina la resistencia a la compresin de las probetas, despus de siete das de curado en cmara hmeda, previa inmersin de cuatro horas. de cemento para el ensayo de

51

e) En el grfico 3.8 se verifica, en funcin del porcentaje de limo + arcilla, la resistencia mnima a la compresin que se debe obtener de la mezcla. Si el promedio obtenido del ensayo de compresin es mayor que la resistencia mnima, se adoptar el contenido de cemento usado en el ensayo. Si el promedio de resistencias obtenido es menor que la mnima puede deberse a que el contenido de cemento sea insuficiente. En este caso se deben moldear dos cilindros de prueba, uno con el contenido de cemento usado en el ensayo y otro con un 2% mayor. Estas probetas se sometern a los ensayos de durabilidad (ASTM D 559-96 y

ASTM D 560-96) y se evaluarn de acuerdo con el Mtodo General de Dosificacin.

22 20 18 16 14 0 5 10 15 20 25 30 35 LIMO MAS A RCILLA (%) 40 45 50

Grfico 3.8

52

3.2.1.2 METODO B (Cuando hay material retenido en el tamiz N 4) Descripcin:

a)

Se determina la relacin humedad densidad (ASTM D 558-04). El contenido de cemento para este ensayo se calcula as:

De la Grfico 3.9 siguiente, en funcin de los porcentajes de limo + arcilla y de cascajo fino y grueso, se estima la densidad aparente mxima de la mezcla.70 CASCAJO FINO Y GRUESO (%) 60 50 2100 40 2050 30 20 10 0 2000 1950 1900 1850 0 10 20 30 40 50 LIMO MAS ARCILLA (%)(kg /m 3 ) De n sid ad ap ar en te m x im a

2150

Grfico 3.9

53

De grfico 3.10, en funcin de los porcentajes de cascajo grueso y de limo + arcilla y de la densidad mxima aparente obtenida del paso anterior se determina el contenido de cemento para el ensayo de compactacin.

CONTENIDO DE CEMENTO EN PESO (%)13 12 11 10 9 8 7 6 5 40 3000 22

00 19

00 170 10 20 30 40 0 5

00 dad 1 8 e n si

00 20

00 21

D

CASCAJO GRUESO (%)

10 0

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Grfico 3.10

LIMO MAS ARCILLA (%)

b)

Con la densidad mxima aparente obtenida del ensayo de compactacin y de los porcentajes de cascajo grueso y de limo + arcilla, se determina en el grfico 3.10 el contenido de cemento para el ensayo de compresin.

CASCAJO GRUESO (%)

20

ar ap te en m a im x /m (kg3

)

54

c)

Con el contenido de cemento indicado en el paso b) se moldean tres cilindros de prueba con la compactacin del Proctor Normal. La humedad para este ensayo debe ser la ptima determinada en el ensayo de compactacin (paso a).

d)

Se determina la resistencia a la compresin de los cilindros de prueba despus de siete das de curado en cmara hmeda, previa inmersin de cuatro horas en agua.

e)

Se verifica en el grfico 3.11, en funcin de los porcentajes de cascajo grueso y de limo + arcilla, la resistencia mnima a la compresin que se debe obtener de la mezcla. La evaluacin de los resultados es igual que en el caso de suelos que pasan totalmente en el tamiz de 4.8 mm (N4), indicado en el literal e) del Mtodo A.

3.2.2 Ejemplo de utilizacin del mtodo simplificado de la PCA. El suelo a utilizarse tiene la siguiente composicin:

55

50 LIMO MAS ARCILLA (%) 40 30 20 10 0a 7 da sk g/c 2 m14 1 165 17 18

45 CASCAJO GRUESO (%) 40 30 20 10 0

19

am nim a res iste nci20 19 18 17 16

20

21

Grfico 3.11

Cascajo grueso Cascajo fino Arena gruesa Arena fina Limo Arcilla

20% 03% 19% 31% 12% 15%

Como el suelo tiene menos del 20% de arcilla y menos del 45% de cascajo grueso (material retenido en el tamiz N 4), se puede usar el mtodo simplificado. Adems como tiene material retenido en el tamiz N 4, debe aplicarse el Mtodo B.

a) En el grfico 3.9, con 27% de limo + arcilla y de 23% de cascajo grueso + cascajo fino, la densidad mxima aparente se estima en 1975 kg/m3. (Grfico 3.12)

56

70 CASCAJO FINO Y GRUESO (%) 60 50 2100 40 2050 30 20 10 0 2000 1950 1900 1850 0 10 20 30 40 50 LIMO MAS ARCILLA (%) Grafico 3.12(k g/ 3 m ) De ns id ad9 8

2150

En el grfico 3.10, con 27% de limo +arcilla y 20% de cascajo grueso, y con una densidad de 1975, se obtiene un contenido de cemento del 5% para el ensayo de compactacin (Grfico 3.13).CONTENIDO DE CEMENTO EN PESO (%)13 12 11 10 7 6 5 40 3000 22

ap ar en te

m x im a

00 19

00 170 10 20 30 40 0 5

ad 00 18 ensid

00 20

00 21

D

CASCAJO GRUESO (%)

10 0

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Grfico 3.13 LIMO MAS ARCILLA (%)

CASCAJO GRUESO (%)

20

a ap nt e re m im x a( kg /m3

)

57

Una vez realizado este ensayo en laboratorio se obtiene una densidad mxima aparente de 2000 kg/m3 y una humedad ptima del 8.7%, se puede continuar con el paso siguiente.

b) En el grfico 3.10, con una densidad de 2000 kg/m3 se obtiene un contenido de cemento de 5% igual al anterior.

c) Se moldean tres cilindros de prueba con 5% de cemento en peso.

d) Se determina la resistencia a la compresin de los cilindros de prueba a los siete das. Se obtiene una resistencia promedio de 19 kg/cm2, se puede continuar con el paso siguiente.

e)

En el grfico 3.11, con 27% de limo + arcilla y 20% de cascajo grueso, se establece que la resistencia debe ser superior a 20.2 kg/cm2, (figura 3.14) y por lo tanto deben hacerse ensayos adicionales.

Se moldean entonces dos cilindros de prueba, uno con 5% y otro con 7% de cemento en peso Estos cilindros se someten a

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Resistencia a la Compresin Simple

50 LIMO MAS ARCILLA (%) 40 30

Resistencia Requerida 20.2 Kg/cm 2 Resistencia Obtenida 19.0 Kg/cm No Satisfacekg/ 2 cm14 15 16 17 18

2

45 CASCAJO GRUESO (%) 40 30 20 10 0

7d as nim aa res iste nci am20 19 18 17 16 21

19

20

20 10 0

Grfico 3.14

ensayos de durabilidad (ASTM D 559) por humedecimiento y secado. Como resultado de esta prueba se obtiene una prdida de peso de 11% y 7% respectivamente. Segn las

caractersticas de nuestro suelo se asemejan a la de un suelo A 2-4, y segn lo que indica el Mtodo General de Dosificacin de la PCA, Tabla 15, se recomienda para este tipo de suelos un contenido de cemento de 5% es aceptable, aunque con ese contenido de cemento no se haya obtenido una resistencia a la compresin superior a la recomendada por el Mtodo Simplificado.

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Clasifica Clasificacin ASTM cin AASHTO para suelos para suelos A-1-a A-1-b A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 GW, GP, GM SW, SP, SM GM, GP, SM, SP GM, GC, SM, SC SP CL, ML ML, MH, CH CL, CH MH, CH

Rango tpico de requerimiento de cemento, * porcentaje por peso 3-5 5-8 5-9 7-11 7-12 8-13 9-15 10-16

Contenido tpico de cemento para ensayo de densidad y humedad (ASTM D558) porcentaje por peso 5 6 7 9 10 10 12 13

Contenidos tpicos de cemento para ensayos de durabilidad (ASTM D559 y D506) porcentaje por peso 3-5-7 4-6-8 5-7-9 7-9-11 8-10-12 8-10-12 10-12-14 11-13-15

* No incluye suelos orgnicos o poco reactivos. Adems, se puede requerir cemento adicional para condiciones severas de exposicin como en proteccin de taludes.

Tabla 15

3.3 Consideraciones tomadas para el desarrollo de este trabajo En muchas aplicaciones de suelo cemento, tanto los requisitos de resistencia como de durabilidad, deben ser fijados para conseguir una vida de servicio satisfactoria. Para poder mantener la masa de suelocemento permanentemente compacta as como la estabilidad frente a los efectos de retraccin y de fuerzas expansivas, debe determinarse el contenido de cemento requerido para el suelo a usarse en la mezcla.

En la figura siguiente puede apreciarse como, con mayores resistencias a la compresin, pueden obtenerse mejores

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caractersticas de durabilidad.

Una resistencia a la compresin de 6

MPa permite que todas las mezclas cumplan con los requisitos de durabilidad, pero esta resistencia podra ser superior a la requerida por algunos tipos de suelo-cemento por lo que resultaran mezclas innecesariamente onerosas. [1]

7.Resistencia a la compresin a 7 d

6. 4.1188 muestras 0-50 pasan 200

3. 1. 0.528 muestras 0.50 pasan 200

0 % de muestras 4 pasan los ensayos 100 2 6 8 queASTM D559 Y D560

Grfico 3.15 ACI 230.1R

Tomando en consideracin lo expuesto, para este trabajo se considero como propsito alcanzar a los 7 das una resistencia a la compresin simple mayor a 6 MPa. Dado que los materiales utilizados en mis 5 pruebas son materiales usados como bases y subbases granulares y que se las estabiliz

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inicialmente con un 4% de cemento, se consigui el objetivo deseado, superndolo ampliamente, se prob bajar a un 3% el contenido de cemento, pero se tubo problemas con la preparacin de las probetas, no se obtena una compactacin del material y las probetas se desmoronaban, a pesar de esto se consigui realizar algunas, lo resultados arrojaron que a los 9 das daban una resistencia de 6.17 MPa. resultado alentador pero se prefiri seguir trabajando con un 4%.

CAPITULO 44. PROCESO CONSTRUCTIVO DE BASE DE

AGREGADOS ESTABILIZADOS CON CEMENTO

Para la colocacin de la Base de Agregados Estabilizada con Cemento, BAEC, se necesita tener preparado la subrasante o material de subbase, haciendo referencia a su compactacin, bombeo, cotas del proyecto.

Despus de realizado estos trabajos preliminares se procede a la colocacin de la BAEC, el procedimiento a detallarse mas adelante hace uso de las siguientes consideraciones:

La preparacin de la BAEC se la realiza en una planta dosificadora.

El equipo a utilizarse para el tendido de la BAEC es una maquina Pavimentadora.

Para nuestro caso especficamente se utiliz en las 2 pruebas hechas una Pavimentadora Vgele, la cual es una mquina que tiende la base en un ancho de faja de 4.15 m y que avanza longitudinalmente con ayuda de censores que siguen una lnea gua (una piola equidistante a la

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subrasante) a ambos lados de la faja, para mantener el espesor de la base uniforme en todo el largo de la va.

Foto 1 Pavimentadora Vgele

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A continuacin detallo el procedimiento constructivo para el tendido de la BAEC

4.1 Procedimiento Constructivo. 1) Se procede a fijar las lneas gua para la pavimentadora, respetando el ancho de faja a utilizar, como el espesor de base a realizar. Se humecta el tramo donde se va a colocar la base.

Foto 2 Guas de pavimentadora

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2) Se coloca la pavimentadora en posicin de arranque para el tendido. La mezcla preparada en la planta, se la transporta en volquetas y estas a su vez la depositan en la parte posterior de la pavimentadora. Este paso es importante, pues la mquina esta a nivel de la capa sobre la cual se colocar la base, y cuando se mueva longitudinalmente para continuar, la pavimentadora sube sobre el primer tramo tendido, donde se necesita tener elementos como tablones para facilitar la subida de la mquina y no causar daos a la capa base.

Foto 3 Inicio del tendido de la BAEC

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3) Una vez superado el primer tramo, el proceso depende ya solo de transporte de la Base dosificada en planta por medio de volquetas y depositarla en la pavimentadora para seguir avanzando longitudinalmente.

Mientras se avanza se realiza las mediciones de densidad de campo con un Densmetro nuclear, al cual se introduce como dato la densidad seca mxima obtenida mediante el ensayo Proctor Estndar realizado en laboratorio con los materiales utilizados, y este nos da el valor del Grado de compactacin que se obtiene utilizando la pavimentadora. El MOP exige que la densidad de campo de en una base tiene que ser el 100% de la densidad obtenida de la prueba proctor, por lo tanto en caso de ser menor al 100% es necesario pasar el rodillo hasta conseguir este valor.

Cuando se desea obtener valores igual al 100% de Grado de compactacin solo con la ayuda de la pavimentadora, es necesario tender la base en varias capas la base hasta obtener el espesor requerido. Por ejemplo en la prueba realizada en Planta San Eduardo se inici con un espesor de base de 30cm. y se lleg a obtener grados de compactaci