CAPITULO 5 Manual de Elaboración, Colocación y Control de Calidad del Suelo Cemento Fluido

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1 CAPITULO 5 Manual de Elaboración, Colocación y Control de Calidad del Suelo Cemento Fluido 116

2 Manual de Elaboración, Colocación y Control de Calidad de Suelo Cemento Fluido. Autores: Ana Laura Viera Estrada Elsa Patricia Benavides Miranda Ramón Aristides Montoya Cañas

3 Manual de Elaboración, Colocación y Control de Calidad de Suelo Cemento Fluido. Autores: Ana Laura Viera Estrada Elsa Patricia Benavides Miranda Ramón Aristides Montoya Cañas

4 SINOPSIS El presente manual reúne los resultados más significativos, procedentes de investigaciones realizadas sobre el uso de cemento mezclado con el suelo natural para estabilizarlo. Propone una metodología para la elaboración, colocación y control de calidad del Relleno Fluido de Resistencia Controlada. Tras una breve historia sobre el desarrollo del los rellenos fluidos se presenta una detallada serie de ventajas, tipos y usos en:rellenos Estructurales, Aislantes Térmicos, Bases para Pavimentos, Soporte de Conductos, Control de la Erosión, Rellenos de Agujeros o Cavidades, Túneles y Alcantarillas, Sótanos y Estructuras bajo la superficie. Se exponen diversas propiedades de los materiales que componen la mezcla y las dosificaciones a utilizar; se detalla una variedad de propiedades de los Rellenos Fluido de Resistencia Controlada como son: fluidez, segregación, contracción, tiempo de fraguado, bombeado etc. Y como todo material normado se le realizan diversas pruebas. 1

5 CONTENIDO SINOPSIS 1 INTRODUCCION 5 CAPITULO 1 Breve historia del desarrollo de los Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada 6 CAPITULO 2 Definiciones y Clasificaciones Definiciones Relleno Fluido de Resistencia Controlada Definición del RFRC según ACI 229R Clasificación General 7 CAPITULO 3 Propiedades del Relleno Fluido Resistencia Controlada Propiedades Fluido de Resistencia Controlada en Estado Plástico Fluidez Segregación Contracción mínima Tiempo de Fraguado Fácil bombeo Propiedades del Relleno Fluido de Resistencia Controlada en Estado Endurecido Resistencia o Capacidad de soporte Densidad Asentamiento Aislamiento térmico y conductividad Permeabilidad Excavabilidad Potencial contra la Corrosión Compatibilidad con Polietileno 14 2

6 CAPITULO 4 Aplicaciones de los Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada Rellenos Rellenos Estructurales Aislante térmico Bases para pavimento Soporte de Conductos Control de la Erosión 16 CAPITULO 5 Ventajas de Aplicación de los RFRC Fácil de colocar Versatilidad Fuerte y Durable Puede ser excavado Permite rápida puesta en servicio No se asienta Reduce costos de excavación Reduce la necesidad de Equipos Mejora la capacidad de los operarios Permita la construcción en todos los climas 19 CAPITULO 6 Componentes del Relleno Fluido de Resistencia Controlada Suelo Cemento Agua 21 CAPITULO 7 Procedimiento para la Elaboración, Colocación y Control de Calidad del Suelo Cemento Fluido Elaboración del Relleno Fluido de Resistencia 3

7 Controlada Elaboración manual del RFRC Elaboración con mezcladora de una bolsa del RFRC Elaboración del RFRC con Camión Mezclador Colocación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada Colocación del RFRC por medio de Carretillas Colocación del RFRC por medio de mini cargador Colocación del RFRC por medio de Camión Mezclador Colocación del RFRC en diferentes elementos Colocación del RFRC en Zanjas para tuberías Colocación del RFRC para Rellenos Estructurales Control de Calidad del Relleno Fluido de Resistencia Controlada Prueba de Revenimiento de mezcla de RFRC (ASTM C-143) Muestreo de una mezcla fresca de Material Baja Controlada Preparación y Ensayo de especimenes Cilíndricos de RFRC (ASTM D- 4832) Prueba a Compresión de los cilindros del RFRC 44 (ASTM C39/C39M) Capitulo 8 Conclusiones y Recomendaciones Conclusiones Recomendaciones 47 Glosario 49 4

8 INTRODUCCION La necesidad de satisfacer los requerimientos de la construcción ha obligado el desarrollo de nuevas tecnologías, que a su vez han brindado la posibilidad de producir continuamente toda una gama de nuevos materiales. Uno de esos materiales que se está utilizando con frecuencia a partir de la década de los setenta es un producto compuesto de suelo, cemento y agua, de consistencia fluida autonivelante y autocompactante que en estado endurecido es una estructura estable que soporta cargas, este producto es conocido con el nombre de Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC), cuyas bondades aplicadas en ingeniería han demostrado que es un producto de gran ayuda en pequeñas y grandes obras. Son producto de una mezcla muy sencilla de realizarse, con un amplio campo de aplicación y sobre todo los materiales que lo componen son económicos y muy abundantes. Cualquier tipo de suelo puede ser un aporte importante en una construcción si se le da el tratamiento adecuado, por ello existe la posibilidad de hacer uso de un suelo al darle un tratamiento adecuado que cumpla con normas de diseño o de construcción y sin desecharlo sino mas bien aprovecharlo. Lo anterior puede ser una ventaja aun mayor si los bancos de materiales se encuentran lejos del proyecto o requieren un aporte económico sustancial. Con esta técnica es posible darle un tratamiento adecuado a los suelos, hacer que estos cumplan con normas que rigen los materiales y de esa forma utilizar los suelos que tenemos a la mano. Otro factor importante es difusión que ha tenido la utilización del material de forma empírica y últimamente con maquinaria moderna para el manejo adecuado. 5

9 Además de que se reduce sustancialmente el tiempo de construcción y por ende los costos. Este manual pretende servir de apoyo y guía para beneficiarse de los diferentes usos que quiera dársele al Relleno Fluido de Resistencia Controlada. CAPITULO 1 Breve Historia del Desarrollo de los Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada El Relleno Fluido de Resistencia Controlada se utilizó en los Estados Unidos de América desde A partir de 1970 es utilizado en forma masiva en proyectos viales y rellenos en cimentaciones de diversos edificios en USA. En 1984 se crea el Comité ACI 229R específico para este material, y se difunde su conocimiento en América y el Mundo. En El Salvador, se desarrollaron algunas aplicaciones puntuales en las décadas del 70 s y 80 s. En El Salvador se realizó un estudio 1995 llamado Investigación para la Utilización de Material de Relleno de Resistencia Baja Controlada realizado por Ingenieros Civiles Asociados. Otro estudio realizado es editado por el Instituto Salvadoreño del Cemento y el Concreto (ISCYC) Relleno Fluidos de Resistencia Controlada RFRC (lodocreto) experiencia e investigación en El Salvador escrito por el Ing. Carlos Quintanilla. A partir del año 2000, su utilización ocurre en prácticamente todo tipo de obras civiles. Su uso principal en el país es en relleno de tuberías (ver fig. 1.1), rellenos en cimentaciones (ver fig.1.2) y diversas obras en el campo vial. 6

10 Fig.1.1 Relleno de Tuberías Fig.1.2 Relleno en Cimentaciones 7

11 CAPITULO 2 DEFINICIONES Y CLASIFICACIONES 2.1 DEFINICIONES Relleno fluido de Resistencia Controlada o Suelo Cemento Fluido: Es un material con características que corresponde a un suelo mejorado y que tiene propiedades como fluidez y una resistencia controlada. Sus componentes son: Agregados, Cemento Portland y agua. Una vez dosificado y mezclado los componentes se pueden utilizar para lo que se requiera. El uso que mayormente se le da es como material de relleno, ya que puede alcanzar un rango de resistencias de 3.5 hasta 85 Kg/cm ACI 229.R Lo define como: Un MRBC (Material de Resistencia Baja Controlada) es un material cementante de consistencia fluida que permite su auto compactación, de resistencia inferior a 83 Kg./cm2, que se usa primordialmente como material de relleno. 2.2 Clasificación General Existen diversos tipos de RFRC (Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada) Entre ellos están: Rellenos estructurales No estructurales Fluidos Plásticos. Cuando se habla de materiales o suelos mezclados con cemento existe una gama de tipos de rellenos elaborados así; por ello al hablar de Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada no se bebe comparar con morteros, econocretos o con concretos pobres. 8

12 Los Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada son una alternativa a la utilización de los suelos granulares compactados, este material puede alcanzar una resistencia a la compresión de 3.5 a 7 Kg/cm 2 esto es poco comparado con la resistencia del concreto, sin embargo esa resistencia en términos de capacidad de soporte es el equivalente a un suelo bien compactado y los Rellenos Fluido de Resistencia Controlada cumplen con dichas resistencias. Existen materiales de usos similares pero aislando las características de los RFRC podríamos definir las diferencias por medio del siguiente cuadro Material/característica Requiere compactación dinámica Excavable Utiliza materiales normalizado Resistente a fuerzas abrasivas Requiere curado Suelo Cemento Si Si Si No Si RFRC No Si No No No Concreto de baja resistencia o Morteros No No Si Si Si 9

13 CAPITULO 3 Propiedades del Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC) El Relleno Fluido de Resistencia Controlada posee propiedades mecánicas las cuales permiten que se utilice de diferentes maneras, en: Cimentaciones, elaboración de bloques, rellenos de muro de contención, rellenos de huecos, etc. Las propiedades que tienen mayor incidencia en la construcción son: La resistencia a la compresión, resistencia a tensión cortante, resistencia al desgaste y durabilidad, además la adherencia y la absorción que son las que garantizan prácticamente la resistencia y durabilidad del material Propiedades del Relleno Fluido de Resistencia Controlada en Estado Plástico Fluidez La fluidez es la propiedad que hace al relleno fluido único como material de relleno, permite que el material se autonivele, fluya dentro de un espacio vacío, lo llene y se auto compacte. Debido a la similitud con el concreto y grout en estado plástico, la fluidez se puede estudiar en términos de la tecnología del concreto. Cuando la presión hidrostática es considerable, los RFRC deben colocarse en capas, permitiendo que cada capa endurezca antes de colocar la siguiente Segregación Si la mezcla no está correctamente dosificada, puede haber segregación a niveles muy altos de fluidez, cuando ésta es producida por altos contenidos de agua. Debido a que en la mayoría de casos de mezclas de RFRC los contenidos de materiales gruesos y pesados son 10

14 mínimos, y además este material no se vibra, las probabilidades de generar segregación son muy bajas Contracción Mínima La contracción tiene que ver con la reducción de volumen de las mezclas de RFRC, a medida que elimina el agua contenida y el aire atrapado a través de la consolidación de la mezcla. El agua en exceso empleada para dar fluidez además de la requerida para consolidar e hidratar el cemento, es generalmente absorbida por el suelo adyacente o se elimina a través de la superficie como agua de exudación. El valor típico de contracción se encuentra entre 3.1 y 6.35 mm por cada 30 cm. de profundidad, este valor generalmente se encuentra en mezclas con altos contenidos de agua. Las mezclas que contienen cantidades de agua adecuadas, poseen poca o ninguna contracción Tiempo de Fraguado Es el período aproximado de tiempo requerido por el Relleno Fluido de Resistencia Controlada, para pasar de un estado plástico ha endurecido, con resistencia suficiente para soportar el peso de una persona. Es muy variable, y depende mucho de la magnitud de la exudación. Puede ser tan breve como una hora, pero bajo condiciones normales toma generalmente de 3 a 5 horas. Cuando este exceso de agua se evapora, aumenta el contacto y adherencia entre partículas de suelo y la mezcla inicia un proceso de rigidización. Es posible evaluar y cuantificar el tiempo de fraguado o la capacidad de soporte del relleno por medio de los ensayos ASTM D6024 Caída de bola en Material de Resistencia Baja Controlada (MRBC) para determinar convenientemente la aplicación de carga. 11

15 Los factores normales que influyen en el tiempo de fraguado son los siguientes: La dosificación de la mezcla La Fluidez de la mezcla RFRC. Tipo y Cantidad de Cemento. Temperatura ambiente y de la mezcla. Humedad relativa. Espesor del relleno. Permeabilidad y grado de saturación del suelo de los alrededores que esta en contacto con RFRC Fácil Bombeo Al igual que el concreto, puede ser bombeado, por tanto la dosificación se vuelve un factor crítico. Los espacios vacíos deben ser llenados con partículas sólidas para proveer la cohesividad adecuada para el transporte a través de la línea de bombeo, bajo presión y sin segregación. Es importante mantener un flujo continuo a través de la línea de bombeo, Flujo con interrupción causa segregación, la cual a su vez restringe el flujo y puede causar taponamiento. El Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC) con altos contenidos de aire puede ser bombeado, aunque se debe tener la precaución de mantener las presiones de bombeo bajas para no tener pérdidas considerables en el contenido de aire y reducir la capacidad de bombeo. 3.2 Propiedades del Relleno Fluido de Resistencia Controlada en Estado Endurecido Capacidad de soporte 12

16 La resistencia a la compresión no confinada es una medida de la capacidad del RFRC para distribuir cargas. Una resistencia a la compresión de 3.5 a 7 kg./cm² es equivalente a la capacidad de soporte de un suelo bien compactado. En la mayoría de los casos se requieren resistencias por debajo de los 20 kg. /cm². Los factores determinantes en la resistencia a compresión son: El tipo y contenido de cemento. Tipo de Suelo Densidad Es importante considerar el contenido de cemento y tipo de suelo, cuando se requiera excavación futura Densidad El peso volumétrico húmedo de mezclas de RFRC está en un intervalo de 1,842 a 2,322 Kg. /m³. Utilizando materiales más ligeros como arena limosa o mezclas con agregado de peso ligero es posible obtener densidades entre 1,441 y 1,700 Kg. /m³. Existe una reducción considerable del peso volumétrico en estado endurecido, la cual deberá ser considerada en el diseño de mezcla, de acuerdo al uso que tendrá la mezcla Asentamiento Rellenos tradicionales compactados, pueden sufrir asentamientos aun cuando los requerimientos de compactación hayan sido realizados. En contraste, mezclas de RFRC, no sufren asentamientos después de haber endurecido. Según ACI- 229R, mediciones realizadas en diversas obras, han mostrado la inexistencia de contracciones y asentamientos posterior a la etapa de endurecimiento (obra en servicio) Aislamiento Térmico / Conductividad 13

17 Cuando se desea aislar, se debe diseñar la mezcla de manera que se obtenga baja densidad y alta porosidad. Las mezclas convencionales con aire incluido tienen una menor densidad y poseen un valor mayor de aislamiento. Cuando se desea una alta conductividad térmica, como en el caso de rellenos para cables de potencia, se busca tener una alta densidad y muy baja porosidad (máxima área de contacto entre las partículas sólidas). A medida que el contenido de humedad y la densidad seca aumentan, también lo hace la conductividad. Otros parámetros a considerar, pero de menor importancia son: la composición de minerales, forma y tamaño de las partículas, granulometría, contenido orgánico y gravedad específica Permeabilidad La permeabilidad de la mayoría de mezclas de RFRC es similar a la de los rellenos granulares compactados. Los valores típicos se encuentran en el intervalo de 10-4 a 10-5 cm. /seg. Las mezclas de relleno fluido con mayores resistencias y contenidos de finos, logran permeabilidades tan bajas como de 10-7 cm. /seg. La permeabilidad aumenta a medida que el contenido del material cementante disminuye y el de agregados aumenta Excavabilidad La posibilidad de excavar RFRC en etapas posteriores es una consideración importante en muchos proyectos. En general, una resistencia a compresión de 3.5 Kg./cm² o menos, se puede excavar manualmente. Para resistencias de 7 a 14 Kg. /cm², deben utilizarse equipo mecánico como retroexcavadoras. Los límites de excavabilidad son arbitrarios dependiendo de la mezcla de RFRC. 14

18 Las mezclas que emplean altas cantidades de agregados gruesos, pueden ser muy difíciles de remover manualmente, aun con resistencias bajas. Las mezclas constituidas solo de arenas o suelos arenosos pueden ser excavadas con retroexcavadoras aun si la resistencia es de 21 Kg. /cm². Cuando existe la posibilidad de una excavación en el futuro, el tipo y cantidad de cemento es importante. Se ha obtenido un desempeño a largo plazo aceptable con contenidos de cemento de 24 a 60 Kg. /m³. Es importante evaluar resistencias mayores a 28 días en el diseño de mezclas, cuando se utilicen suelos puzolánicos Potencial Contra La Corrosión La uniformidad de RFRC reduce la oportunidad de corrosión, causada por el uso de diferentes materiales de rellenos y sus variados contenidos de humedad. La evaluación de esta propiedad se realiza en base a la información obtenida en cinco ensayos: ph, potencial oxidación reducción, sulfuros y contenido de humedad Compatibilidad Con Polietilenos Los RFRC son compatibles con polietilenos de alta, media y baja densidad, comúnmente utilizados para la protección de obras bajo tierra o instalación de dichas obras. La fina graduación de la mayoría de RFRC puede ayudar a minimizar el romper y cortar las superficies de polietilenos. 15

19 CAPITULO 4 Aplicaciones de los Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada 4.1 Rellenos. Los RFRC pueden ser fácilmente colocados en zanjas, huecos u otro tipo de cavidades. Puesto que no se requiere compactación, el ancho de la zanja o el tamaño de la excavación pueden reducirse, la resistencia dependerá del tipo de relleno. Cuando se hacen rellenos contra muros de contención, se deben considerar las presiones laterales ejercidas sobre el muro por el relleno fluido. Cuando la presión del fluido es considerable, el relleno fluido debe ser colocado en capas permitiendo a cada una endurecer antes de colocar la siguiente. Los RFRC son de gran aplicación en rehabilitación de muros de contención fallados, debido a su versatilidad, rapidez, resistencia y economía. 4.2 Rellenos Estructurales. El relleno fluido también puede ser empleado como soporte de cimentación. Las resistencias a compresión pueden variar desde 5 hasta 84 kg/cm2, dependiendo de la aplicación. En el caso de suelos débiles, el RFRC puede distribuir la carga de la estructura sobre un área mayor. Para estratos no nivelados o no uniformes bajo obras de cimentación y placas, el RFRC puede proveer una superficie nivelada y uniforme. Debido a su resistencia, el RFRC puede reducir significativamente el espesor requerido en placas y obras de cimentación, en el caso que se deba de mantener las dimensiones de dichos elementos, se deberá utilizar un RFRC de menor resistencia. 4.3 Aislante Térmico. 16

20 Utilizado donde se requieren condiciones de aislamiento de calor, como por ejemplo suelos adyacentes a pozos geotérmicos, suelos de cimentación y adyacentes a plantas generadoras de energía con motores de combustión, plantas de producción de diversas industrias, etc. 4.4 Bases para Pavimentos. Los RFRC pueden ser utilizados satisfactoriamente para bases, subbases, capas nivelantes, y nivelación de subrasantes. Las mezclas pueden ser colocadas directamente del camión mezclador sobre el suelo, utilizando los bordillos existentes como confinamiento. 4.5 Soporte de Conductos. El Relleno fluido es un excelente material para rellenos de zanjas de tuberías de agua, luz, telefonía, y otros tipos de conductos. Las características del material permiten al Relleno Fluido, llenar vacíos bajo la tubería y proveer un soporte uniforme. Los RFRC pueden ser diseñados para proveer una resistencia a la erosión debajo de la tubería, esto no solo proporciona una cama sólida y uniforme, sino que previene que el agua ingrese entre la tubería y la cama de material erosionando dicho soporte. La colocación de la totalidad de la tubería embebida dentro del RFRC también sirve para proteger el conducto de futuros daños. En el evento de que se excave alrededor de la tubería, el cambio de aspecto y de material entre el RFRC y el suelo circundante, será evidente, alertando sobre la existencia de una tubería. 4.6 Control de la Erosión. El Relleno Fluido resiste la erosión mejor que otros materiales de relleno. Ensayos comparativos (Según ACI 229R) con suelos arenosos y arcillosos, mostraron que el RFRC expuesto al agua a una velocidad de 51.8 cm/s, 17

21 tiene un mejor desempeño, tanto en el material perdido como de material suspendido. El RFRC se utiliza en la protección de los terraplenes y en obras de disipación de energía, para sostener rocas en su lugar y prevenir la erosión. Es posible utilizarlo ensacado bolsacretos a lo largo de terraplenes para la protección contra la erosión. El Relleno Fluido es usado para rellenar los espacios bajo el pavimento, andenes y otras estructuras donde el suelo natural o los rellenos granulares cohesivos y no cohesivos son erosionados. 18

22 CAPITULO 5 Ventajas de Aplicación de los Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada (RFRC) 5.1 Fácil de Colocar. Dependiendo del tipo y colocación del espacio vacío hasta el llenado del RFRC puede ser colocado por medio de rampas, bandas transportadoras, baldes y mezcladoras de una bolsa. Dado que el RFRC es autonivelante no necesita ser esparcido y compactado. Esto aumenta la velocidad de la construcción y reduce los requerimientos de la mano de obra. 5.2 Versatilidad. Los diseños de mezclas de Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada (RFRC) pueden ser ajustados para cumplir con los requerimientos de rellenos específicos. 5.3 Fuerte Y Durable. Las capacidades portantes del RFRC son mayores que aquellas del suelo compactado o del relleno granular. Además el relleno fluido es menos permeable y por lo tanto más resistente a la erosión. 5.4 Puede Ser Excavado. El RFRC con resistencias de 3.5 kg/cm² puede ser fácilmente excavado con equipos convencionales siendo de todas maneras lo suficientemente fuerte para la mayoría de necesidades de relleno. 5.5 Permite Rápida Puesta en Servicio. Dado que muchos tipos de RFRC pueden ser colocados rápidamente y soportar cargas de tráfico en pocas horas el tiempo fuera de servicio para reparaciones de pavimentos es mínimo. 5.6 No Se Asienta. 19

23 El RFRC no deja espacios vacíos durante la colocación y no se asienta bajo la acción de cargas. Esto es especialmente significativo si el relleno va a ser cubierto por una capa de pavimento. 5.7 Reduce Costos de Excavación. El RFRC permite zanjas mas estrechas puesto que elimina la necesidad de ampliarlas para acomodar el equipo de compactación. 5.8 Reduce la Necesidad de Equipo. A diferencia del relleno de suelo granular el RFRC puede ser colocado sin necesidad de cargadores cilindros, compactadores, vibradores, rodillos compactadores. 5.9 Mejora la Capacidad de los Operarios. Los trabajadores pueden colocar el RFRC en una zanja sin entrar en ella reduciendo su exposición a posibles derrumbes Permite la Construcción en Todos los Climas. Este material desplazará el agua que se encuentre en la zanja posterior a una lluvia, reduciendo la necesidad de utilización de bombas para la extracción del agua. 20

24 CAPITULO 6 Componentes del Relleno Fluido de Resistencia Controlada Las mezclas convencionales de RFRC consisten usualmente de Cemento Portland, Agregados Finos ó Gruesos y Agua. 6.1 El suelo El suelo adecuado para ser estabilizado con cemento, es aquel que al ser mezclado con el material aglutinante proporcione una resistencia adecuada, dependiendo del uso al que se le destine y que además presente poca contracción al secado. Los agregados son frecuentemente el mayor constituyente de las mezclas de RFRC, el tipo grado y forma de los agregados pueden afectar las propiedades físicas como la fluidez, y resistencia a compresión. Agregados según ASTM C33 ( Especificación Estándar para los Agregados del Concreto ) pueden ser usados. Esta especificación define los requisitos para calificar la calidad del agregado fino y grueso. 6.2 Cemento Pórtland Es un conglomerante hidráulico que al ser hidratado se solidifica y endurece. Se obtiene mediante un proceso industrial, pulverizando a un grado de finura determinado una mezcla fría de arcilla y materiales calcáreos previamente sometidos a cocción que se denomina clinker Portland al cual se le adiciona sulfato de calcio como anhidrita y yeso para regular el tiempo de fraguado. Otra definición también es: El cemento es un material finamente molido de color gris verdoso, que al mezclarse con el agua tiene la propiedad de fraguar o endurecer. El cemento Pórtland normal tipo I es el más utilizado, aunque también se han usado mucho los de alta resistencia inicial. 21

25 Otros tipos de cementos Pórtland, también pueden ser usados, si los ensayos preliminares en las mezclas son aceptables. 6.3 El agua Cualquier agua libre de aceites, ácidos, álcalis o materia orgánica puede utilizarse para la fabricación de Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC). El agua tiene como función principal: Hidratar el cemento para producir la aglutinación de las partículas sólidas. En los RFRC se utiliza más agua que en los concretos, dotando a la mezcla de mayor fluidez y promueve la consolidación de los materiales. 22

26 CAPITULO 7 Procedimiento para la Elaboración, Colocación y Control de Calidad del Relleno Fluido de Resistencia Controlada 7.1 Elaboración del Relleno Fluido de Resistencia Controlada La elaboración del Relleno Fluido de Resistencia Controlada se puede realizar de diferentes maneras, esto depende de la Cantidad, Espacio y Equipo disponible a la hora de realizar la mezcla. Existen básicamente tres métodos de elaboración por medio de los cuales se puede mezclar y colocar el Relleno Fluido de Resistencia Controlada. Dichos métodos son: Elaboración Manual, con Mezcladora de una bolsa y Camión Mezclador. En general, por economía y rapidez se acostumbra a usar el método de mezclado en el lugar con mezcladora de una bolsa, debido a que no siempre se cuenta con un camión mezclador en el lugar y al ser solicitado a una empresa se incrementa un poco los costos, aunque siendo en cantidades grandes si es conveniente hacer uso de un camión mezclador. El criterio principal es que las mezclas de RFRC sean uniformes, consistentes y que cumpla los requisitos del proyecto Elaboración Manual del Relleno Fluido de Resistencia Controlada Herramientas: Se emplean herramientas varias tales como: Pala, carretilla y cubetas. 23

27 Pala Carretilla cubeta Materiales: Suelo: El suelo adecuado para ser estabilizado con cemento es aquel que al ser mezclado con el material aglutinante proporcione una resistencia adecuada dependiendo del uso al que se le destine y además presente poca contracción al secado. Cemento: El cemento proporciona la cohesión y resistencia a los Rellenos Fluidos de Resistencia Controlada, los cementos comúnmente utilizados en la mayoría de países son ASTM C1157 GU y ASTM C91. Agua: Cualquier agua libre de aceites, ácidos, álcalis o materia orgánica puede utilizarse para la fabricación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC). Procedimiento: Utilizando como material Arena limosa, proporción 1:10 y con resistencia a Compresión promedio de kg/cm². Los pasos a seguir son los siguientes: Se preparan los materiales en el lugar donde se hará la mezcla, se trata de colocar los materiales que se emplean en la fabricación del Suelo Cemento Fluido(ver Fig.7.1), lo mas cerca posible del lugar donde se colocará la mezcla 24

28 Fig.7.1 Preparación de la mezcla de suelo cemento fluido Si el material que se utiliza en la mezcla es del que se ha excavado para mejorarlo, o es de un banco de material, se debe cubicar la cantidad de suelo a utilizar para que coincida con la dosificación requerida. Para una proporción de 1:10 (1 porción de cemento por 10 porciones de Suelo), si se emplean carretillas de mano se debe colocar una bolsa de cemento por 5 carretillas de suelo enrazadas (ver Fig.7.2 y 7.3), teniendo en cuenta que 1 carretilla equivale a 2 pies cúbicos de suelo y una bolsa de cemento aporta 1 pie cúbico. 1 carretilla equivale a 2 bolsas de cemento Fig.7.2 Equivalencia del volumen de una carretilla 1 bolsa de cemento para 5 carretillas de suelo 25

29 Fig.7.3 Carretillas con suelo natural Se procede a mezclar los materiales hasta obtener una masa homogénea, el agua se agrega por partes, teniendo cuidado de que no se formen grumos. Luego se procede a tomar el revenimiento de la mezcla de Suelo Cemento Fluido, si el valor esta dentro del rango establecido se procede a su colocación. Cuando el revenimiento es menor del requerido se debe agregar agua hasta obtener el valor deseado. Caso contrario en el cual el revenimiento es mayor, se debe hacer siempre la corrección agregando más suelo y cemento teniendo el cuidado de no alterar la relación agua/cemento, hasta obtener el revenimiento requerido. Al Fabricar la mezcla utilizando como material Arena limosa proporción 1:20 y con Resistencia promedio de 5.82 kg/cm. los pasos a seguir son los siguientes: Para la proporción 1:20 (1porciòn de cemento por 20 porciones de Suelo), se debe colocar una bolsa de cemento por 10 carretillas de suelo (Ver Fig. 7.4 y 7.5) y se procede con los pasos mencionado para la proporción 1:10. 26

30 1 carretilla equivale a 2 bolsas de cemento Fig.7.4 Equivalencia del volumen de una carretilla 1 bolsa de cemento para 5 carretillas de suelo 27

31 Fig.7.5 Carretillas con suelo natural Elaboración con Mezcladora de una Bolsa del Relleno Fluido de Resistencia Controlada: Herramientas: Se emplean herramientas varias tales como: Pala, carretillas y cubetas Equipo: Mezcladora de 1 bolsa. Mezcladora de una bolsa Materiales: Suelo: En teoría cualquier suelo puede estabilizarse con cemento, a excepción de los suelos con bastante contenidos de sales que afectan al cemento, así como los suelos con contenido de materia orgánica. Generalmente el tamaño de los agregados debe ser menor a 3/8. Cemento: 28

32 El cemento proporciona la cohesión y resistencia a los RFRC, los cementos comúnmente utilizados en la mayoría de países, ASTM C1157 GU y ASTM C91. Agua: Cualquier agua libre de aceites, ácidos, álcalis o materia orgánica puede utilizarse para la fabricación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC). El contenido de agua se determina tomando en cuenta el revenimiento requerido, trabajabilidad y manejabilidad de la mezcla; generalmente comprende el 25% a 30% del volumen de la mezcla. Procedimiento: La mezcladora de una bolsa tiene como capacidad promedio de carga 12 cubetas; por ello se debe evitar sobre esforzar el equipo u ocasionar que el material se derrame durante el mezclado. Para la proporción de 1:10 1proporción de cemento por 10 de suelo (Ver Fig. 7.6 y 7.7) 2 cubetas = 1 bolsa de cemento Fig.7.6 Equivalencias en volumen 1 cubeta de cemento 29

33 Para 10 cubetas de suelo Fig.7.7 cubetas de suelo Para otras proporciones mayores se debe considerar la capacidad de la concretera y colocar los volúmenes considerando las siguientes ecuaciones. Según la dosificación a mezclar se tiene que cumplir con las siguientes ecuaciones: Ecuación I: C+S= Capacidad máxima de la mezcladora Ecuación II: C/S = proporción requerida: 1:10, 1:20, etc. Donde: C= Cemento S= Suelo Si la proporción que se requiere es de 1:10 tenemos C+S = 12 Cubetas de cinco galones (Ecuación I) C/S = 1/10 despejando S (suelo) en Ecuación II es: S = 10C Sustituimos S en la ecuación I: Ecuación I: C+S=12 (capacidad promedio de la mezcladora de 1 bolsa 12 cubetas) Sustituyendo S (suelo) y despejando C (cemento) C+10C = 12 cubetas 30

34 11C =12 C= 12/11 = = 1.10 cubetas de cemento a utilizar. Luego sustituimos C en la ecuación II: C/S=1/10 o S=10C S=10C S= 10(12/11) Sustituyendo tenemos: S = 120/11 cubetas de suelo S = cubetas de suelo. Después de haber determinado la cantidad de suelo a utilizar se procede a introducir en la mezcladora la proporción debida. Luego se le agrega el cemento y con la mezcladora en movimiento, se le agrega el agua. La cantidad de cubetas de agua que se utilizan varía de acuerdo al suelo y el tipo de mezcla que se requiera. Cuando se observa que el material esta homogéneo, se verifica la consistencia de la mezcla, si esta un poco seca se procede a agregarle agua, siempre verificando que la cantidad sea moderada y que no se afecte demasiado la relación agua/cemento (A/C) y cuidando de no sobrepasar el revenimiento requerido Elaboración del Relleno Fluido de Resistencia Controlada con Camión Mezclador: La elaboración del Relleno Fluido de Resistencia controlada en un camión mezclador, es requerido cuando la cantidad de la mezcla a utilizar en de gran magnitud y resulta práctica su elaboración en ese tipo de construcciones. Debido a que casi siempre que son cantidades grandes es cuando se ha excavado en el lugar y para estabilizar se hace uso de ese suelo excavado adicionándole cemento y agua. 31

35 Equipo: Camión Mezclador. Cargador frontal. Camión cisterna. Cargador frontal Camión mezclador Camión Cisterna Materiales: Suelo: Puede ser cualquier tipo de suelo a excepción de los suelos que contienen materia orgánica u otro tipo de suelo que ha sido contaminado con infiltraciones de aguas residuales u otro tipo de contaminación. Se debe recordar que si bien existe una gama de tipos de suelos a utilizar es indispensable hacer pruebas para saber si el tipo de suelo que utilizaremos es el adecuado para el uso que le daremos. Generalmente el tamaño de los agregados deben ser menores a 3/8, pero en el caso que estamos analizando el tamaño puede ser mayor; un factor que se considera únicamente es que el tamaño no dañe las hélices del camión. Cemento: 32

36 El cemento proporciona la cohesión y resistencia a los RFRC, los cementos comúnmente utilizados en la mayoría de países son ASTM C1157 GU y ASTM C91. Agua: Cualquier agua libre de aceites, ácidos, álcalis o materia orgánica puede utilizarse para la fabricación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC). El contenido de agua comprende el 25% a 30% del volumen de la mezcla. Procedimiento: El camión mezclador tiene una capacidad de 8 mt 3, pero considerando una capacidad de 7mt 3. La colocación del material se realiza mediante un cargador frontal o en su defecto con un mini cargador, se procede a cubicar la cuchara del cargador frontal o del mini cargador 1 El volumen de un cargador frontal es de 1.0mt 3 Según la dosificación a mezclar se tiene que cumplir con las siguientes ecuaciones: Ecuación I: C+S= Capacidad máxima del trompo 7mt 3 Ecuación II: C/S = proporción requerida: 1:10, 1:20, etc. Donde: C= Cemento S= Suelo Si la proporción que se requiere es de 1:10 tenemos 1 Personal Técnico de Concretera Salvadoreña, Ing. Montoya 33

37 C+S = 7 mt 3 (Ecuación I) C/S = 1/10 despejando S (suelo) en Ecuación II es: S = 10C Sustituimos S en la ecuación I: Ecuación I: C+S= 7.0 mt 3 (capacidad promedio del trompo 7.0 mt 3 ) Sustituyendo S (suelo) y despejando C (cemento) C+10C = 7.0 mt 3 11C = 7.0 mt 3 C= = 0.64 mt 3 de cemento a utilizar Luego sustituimos C en la ecuación II: C/S=1/10 o S=10C S=10C S= 10(7/11) Sustituyendo tenemos: S = 70/11 mt 3 de suelo S = 6.36 mt 3 Luego de determinar la cantidad de suelo y de cemento, se introduce el 70 al 80% del agua requerida, luego se adiciona el 50% del Suelo, inmediatamente se agrega todo el Cemento, después se introduce el resto del agregado y se adiciona la cantidad de agua restante. Si se requiere una mezcla muy fluida, se adiciona mayor cantidad de agua; sin embargo esto se hace tomando en cuenta que al adicionar mas agua se reduce la resistencia por la relación agua/cemento (a/c) por tanto se debe verificar si el resultado obtenido en las pruebas a compresión que se le efectúa a la mezcla, sea la requerida o si se le deba agregar un contenido mayor de aglutinante. 7.2 Colocación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada 34

38 Debido a las características propias del Relleno Fluido de Resistencia Controlada resulta fácil su colocación, se puede decir que es igual a la colocación del concreto pre-mezclado. Para evaluar con que tipo de herramientas o maquinaria se efectúa la colocación del RFRC se debe saber el volumen y la distancia donde se coloca dicha mezcla; Colocación del RFRC por medio de carretillas Carretilla Para volúmenes pequeños basta el uso de carretillas o cubetas, se debe considerar las distancias donde se coloca la mezcla, que no sean demasiado lejos. Las distancia no deben exceden los 50 metros. Al colocar la mezcla no debe depositarse de una altura mayor a un metro para evitar la segregación y desperdicio de la mezcla Colocación del RFRC por medio de Mini Cargador. Mini cargador Si el volumen a colocar es grande se puede hacer uso de un mini cargador; de antemano se debe asegurar que el lugar donde se coloca 35

39 la mezcla tenga un acceso donde el mini cargador pueda transitar sin mayor dificultad. Para la colocación del RFRC en zanjas altas o profundas se debe hacer uso de canales, por lo general se utiliza laminas, la descarga de la mezcla por este medio debe tener como máximo una altura de 1.5 mt. Si fuese menor esa altura es mejor, esto evita la segregación y el desperdicio del RFRC Colocación del RFRC por medio de un Camión Mezclador Camión Mezclador Cuando el volumen sobrepasa los 5 mt 3 Las mezclas de RFRC se transportan por lo general en camiones mezcladores. Se requiere que la mezcla sea agitada constantemente durante el transporte y tiempo de espera para mantener el material en suspensión. En algunas circunstancias en que la distancia donde se coloca es corta se puede transportar en volquetas o camión de volteo sin necesidad de agitarse. Dependiendo de la accesibilidad del sitio donde se coloca el RFRC de igual manera son las herramientas de las cuales se hará uso, si la zona a rellenar esta relativamente accesible se utiliza los canales que ya poseen los camiones mezcladores, si las circunstancias no permiten el uso de los canales del camión mezclador se hace una extensión de ellos por medios de tubos de PVC prolongando la distancia a colocar; de igual manera se puede hacer uso de bombas transportadoras de mezclas y mangueras para lograr el acceso al sitio donde sea necesario. 36

40 El uso de bombas transportadoras de mezclas es una herramienta muy útil, se usa en la mayoría de los casos, especialmente si el espacio o acceso para el equipo de colocación de la mezcla es limitado. Como todo equipo, el uso de estas bombas requiere ciertas indicaciones para optimizar el uso que se le da, indiferentemente de la longitud que se necesite, el tubo que trasporta la mezcla (que se compones de piezas de tuberías) debe tener una pendiente suficiente como para que la mezcla se deposite por gravedad. Se debe considerar que, como toda mezclas que contiene cemento en determinado momento se solidifica si no se toman las precauciones debidas, por tanto se debe hacer el depósito del contenido del camión mezclador de forma dinámica o continua, previa a la descarga del RFRC se debe lubricar la manguera o tubo, por medio de una lechada o mortero. 7.3 Colocación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada en diferentes elementos Colocación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada en zanja para tubería. Es de mucha utilidad el uso del RFRC en este elemento ya que la colocación de la totalidad de la tubería embebida dentro del RFRC sirve para proteger el conducto de futuros daños. En el caso de que se excave alrededor de la tubería, el cambio de aspecto y de material entre el RFRC y el suelo circundante, será evidente, alertando sobre la existencia de una tubería. Los RFRC pueden ser diseñados para proveer una resistencia a la erosión debajo de la tubería, esto no solo proporciona una cama sólida y uniforme, sino que previene que el agua ingrese entre a la tubería y la cama de material erosionando dicho soporte (Ver Fig. 7.8) 37

41 Antes de la colocación del RFRC sobre la tubería, se toma de antemano la decisión sobre que método de colocación se utiliza, si es un tramo de tubería considerable y se coloca la mezcla del RFRC por medio de bombas transportadora de mezcla, se debe colocar por capas, debido a que por ser un material fluido, la presión hidrostática podría hacer flotar la tubería, mas aun si se aplica una cantidad considerable. El tiempo intermedio entre una capa y otra puede oscilar de 15 a 30 minutos todo depende de las condiciones de campo como: estado del tiempo, características del material y espesor de la capa, entre otras condiciones. Si el tiempo para la colocación es corto, se pueden colocar pequeñas cargas como sacos llenos de arena para inmovilizar la tubería mientras se endurece la mezcla y después de transcurrido cierto tiempo retirarlos. Un factor que no debe descartarse en la colocación del RFRC, es la altura y la forma de colocación de la mezcla, esta debe ser inferior a 1.5 mt y colocarse de manera de no segregar la mezcla. Fig. 7.8 Colocación del RFRC en tuberías Colocación del Relleno Fluido de Resistencia Controlada para Rellenos Estructurales. Cuando el sitio donde se coloca el RFRC soporta la carga de una edificación, se le llama Relleno Estructural; si el sitio a colocar la mezcla es 38

42 accesible se puede hacer directamente mediante el canal que tiene el camión mezclador (Ver Fig. 7.9) Si el lugar donde se deposita la mezcla es de difícil acceso o el espacio para la maquinaria es limitado, se hace uso de bombas transportadora, se debe colocar el camión mezclador lo mas cerca que sea posible del lugar de colocación, entre mas corta sea la distancia que recorre la mezcla habrá menor dificultad en la colocación, es de importancia que la línea de bombeo debe tener un mínimo de curvas. Por la característica fluida del Relleno Fluido de Resistencia Controlada facilita la utilización de este medio de colocación, sin embargo se debe tomar medidas para optimizar el uso del mismo, como lubricar el tubo donde se transporta la mezcla por medio de lechada o mortero y cuando son distancias considerables debe haber una buena comunicación entre el operador de la bomba y del personal que coloca el RFRC. Fig. 7.9 Aplicación del RFRC en Rellenos Estructurales 7.4 Control de Calidad del Relleno Fluido de Resistencia Controlada. El RFRC siendo un material de uso en la construcción debe respaldar el uso que se le da con un control de calidad específico estipulado en las Normas ACI y ASTM. El control de calidad aplicado a las mezclas de Relleno Fluido de Resistencia Controlada (RFRC) varía de acuerdo con la experiencia previa, aplicación, materiales utilizados en la mezcla, y nivel de calidad deseado. 39

43 Un programa de control de calidad puede ser tan simple como una inspección visual de todo el trabajo cuando se emplean mezclas normalizadas y ensayadas y el trabajo es relativamente pequeño. Cuando se hace una aplicación crítica, el volumen a colocar es considerable, no se tienen registros de la mezcla a utilizar, los materiales utilizados en la mezcla no están normalizados, o cuando la uniformidad de la mezcla es cuestionada, es apropiado entonces efectuar ensayos de consistencia y resistencia. Las propiedades tanto en estado fresco como en estado endurecido, pueden ser medidas para evaluar la consistencia y desempeño de la mezcla. Se sugiere que en la mayoría de proyectos donde se utilice este material, se debe realizar un diseño de mezcla y realizar los ensayos previos de fluidez, peso unitario, resistencia, tiempo de aplicación de carga. Una vez realizado el programa de ensayos previos, definir que ensayos de campo deberán realizarse. Es responsabilidad del que realiza las especificaciones técnicas y del productor de RFRC, determinar y cumplir con un plan de control de calidad adecuado para la mezcla a colocar. Los ensayos a realizar en mezclas en estado fresco, dependen de las características de los materiales utilizados en la elaboración de la mezcla, así como también de la consistencia requerida. En nuestro país no hay estándares oficiales que indiquen como medir las propiedades del RFRC, no obstante si hay algunos estándares ASTM que lo hacen. Algunos de esos ensayos se enuncian a continuación: Prueba de Revenimiento de Mezcla de Relleno Fluido de Resistencia Controlada (ASTM C-143) 40

44 Se realiza el ensayo de revenimiento, el cual consiste en llenar un molde (cono de Abrams) (ver anexo Nº 4), con una muestra de Relleno Fluido Resistencia Controlada (RFRC) y medir el asentamiento que experimenta al quitar el molde. La prueba del Revenimiento se realiza de la siguiente manera: Se toma una muestra de suelo cemento fluido Se llena el cono de Abrams (de 30 cm. de alto, 20 cm. de diámetro en la base mayor y 10 cm. de diámetro en la base menor), a diferencia de la prueba que se le realiza al concreto que se llena con tres capas de la mezcla compactando con una varilla de hierro; la mezcla de RFRC por su propiedad de fluidez se llena hasta llenar el cono (no necesita varillarse) (Ver Fig. 7.10) Fig Llenado del cono Abrams Una vez lleno, se enrasa el borde superior e inmediatamente se levanta en forma vertical (Ver Fig. 7.11) Luego se mide el asentamiento del RFRC (Ver 7.12) 41

45 Fig Levantamiento del cono de Abrams Fig Medición de Revenimiento Este ensayo es sugerido para medir la consistencia de mezclas de RFRC. que contengan partículas mayores a ¾ de pulgada, y para mezclas con una consistencia menores a 8 pulgadas. En mezclas muy fluidas, este método no es aplicable, ya que el mismo material confina lateralmente el material de la zona central, tendiendo a frenar dicha fluidez Muestreo en una Mezcla Fresca de Material de Resistencia Baja Controlada (ASTM D5971) 42

46 Esta norma rige el muestreo de los tambores revolvedores, camiones mezcladores y equipos agitadores (ver Anexo Nº 2). Esta práctica deberá ser usada para proporcionar una muestra representativa del material con el propósito de ensayar varias propiedades. En los procedimientos usados en el muestreo será incluido el uso de criterios que proporcionen una muestra representativa La muestra de Relleno Fluido de Resistencia Controlada para ensayo de resistencia a la compresión deberá tener un mínimo de 14 L (0.5 pie3). Para otros ensayos, el tamaño compuesto deberá ser suficientemente grande para efectuar el ensayo y asegurar una muestra representativa de la revoltura que fue tomada. De forma similar que en el concreto, el lapso de tiempo entre la obtención de las porciones inicial y final de la muestra compuesta será tan corta como sea posible y en ningún momento deberá exceder de 2 minutos Preparación y Ensayo de Especímenes Cilíndricos de RFRC (ASTM D4832) Este método cubre los procedimientos para la preparación, curado, transporte y ensayo de especímenes cilíndricos para la determinación de la resistencia a compresión. Generalmente, la resistencia a compresión en el diseño de mezcla es considerada a los 28 días. Como control en el campo se especifica a 7 días. Esta práctica explica el procedimiento para obtener una muestra representativa para ensayo en una mezcla fresca de RFRC como se entrega en el sitio del proyecto. Para fabricar cilindros de Suelo Cemento Fluido se realiza con agregado grueso no mayor de 5cm; cuando la mezcla contenga partículas de tamaño mayor que la dimensión indicada deben ser retiradas antes del ensayo. 43

47 Los moldes a utilizar para los especímenes pueden ser de varios tamaños: a) Tamaño estándar son cilindros con un diámetro de 15 ± 0.2cm, y con una altura de 30 ± 0.2 cm. b) Tamaño menores en este caso se debe conservar una relación de altura/diámetro= 2 (relación de esbeltez). c) Moldes cúbicos se pueden utilizar como los usados para las pruebas a los cementos hidráulicos y a los morteros usados en mampostería. Procedimiento a seguir para elaborar los especímenes: 1) Al molde y su base se le debe de colocar una capa de aceite antes de usarlo, esto sirve para lubricar y facilitar el desmoldado. 2) El molde se coloca sobre una superficie horizontal, rígida y nivelada libre de vibraciones; Los especimenes deben ser preparados en un lugar tan cercano como sea práctico donde serán almacenados durante los primeros cuatro días. Mezcle completamente el RFRC en el recipiente de muestreo y mezclado. 3) Con un balde o pala, cucharones, a través de la porción central del Receptáculo y ponga el RFRC dentro del molde cilíndrico. Repita hasta que el molde esté lleno sin varillarse (Ver Fig. 7.13) Fig Proceso de llenado de los cilindros 44

48 4) Usando una cuchara de albañil o la varilla se enrasa la superficie del cilindro (Ver Fig. 7.14) Fig. 7.14Enrasado de los cilindros 5) Finalmente se almacenan los cilindros en el sitio de construcción hasta el cuarto día después de la preparación (Ver Fig. 7.15) 6) Se desmoldan al 4to día y se colocan en una superficie firme y nivelada libre de vibración. Los cilindros deberán ser almacenados bajo condiciones que mantengan la temperatura inmediatamente adyacente a los cilindros en el rango de 16 a 27 C (60 a 80 F). Después del primer día, proporcione una humedad ambiental alta, cubriendo los cilindros con papel periódico húmedo u otro material altamente absorbente (Ver Fig. 7.16) 45

49 Fig. 7.15Curado de los cilindros de Suelo Cemento Fluido Fig Cilindros de Suelo Cemento Fluido 46