Facultad de Ingeniería Civil

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1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Ingeniería Civil CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO Y BASE CEMENTADA PARA LA REHABILITACIÓN DE LA AUTOPISTA CÓRDOBA CD. MENDOZA KM AL KM AMBOS CUERPOS MEMORIA PARA OBTENER EL TITULO INGENIERO CIVIL PRESENTA Manuel Antonio Martínez Hernández DIRECTOR Dr. Saúl Castillo Aguilar Xalapa Enríquez, Ver. Junio 2015

2 2 Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada

3 AGRADECIMIENTO A la Profa. Reyna Hernández Estraguer Mi madre que es una estrella en el cielo Sus enseñanzas hicieron todo lo que soy y lo que seré Al Ing. Manuel Martínez Arredondo El padre más compresivo y tolerante Tus consejos y atenciones son un aliento para seguir Guadalupe Martínez Hernández Mi hermana por su compañía y confianza La quiero mucho 3

4 ÍNDICE INTRODUCCIÓN... 6 JUSTIFICACIÓN... 7 Capítulo I ANTECEDENTES PAVIMENTOS TIPOS DE PAVIMENTOS PAVIMENTOS FLEXIBLES PAVIMENTOS RÍGIDOS MANTENIMIENTO DE CARRETERAS RECICLADO DE PAVIMENTOS RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFALTICO EN CALIENTE EN PLANTA RECICLADO EN EL SITIO EN FRÍO CON ASFALTO REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS CON CONCRETO HIDRÁULICO Capítulo II MARCO TEÓRICO PRUEBAS PARA MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PRUEBAS DE LABORATORIO PARA LA BASE CEMENTADA OBTENCIÓN DE LA MUESTRA CUARTEO ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PESOS VOLUMÉTRICOS LIMITE LIQUIDO E ÍNDICE PLÁSTICO EQUIVALENTE DE ARENA ENSAYE AASHTO MODIFICADA CBR (RELACIÓN DE SOPORTE CALIFORNIA) PRUEBAS DE LABORATORIO PARA CONCRETO HIDRÁULICO MUESTREO DEL MATERIAL CUARTEO DEL MATERIAL PRUEBA DE ABSORCIÓN DE LA ARENA Y LA GRAVA PRUEBA DE DENSIDAD DE LA ARENA Y LA GRAVA PRUEBA DE REVENIMIENTO DEL CONCRETO FRESCO PRUEBA A LA COMPRESIÓN SIMPLE DEL CONCRETO HIDRÁULICO PRUEBA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO HIDRÁULICO

5 Capítulo III CONTROL DE CALIDAD DE LA BASE CEMENTADA CONTROL DE CALIDAD BASE CEMENTADA (PRELIMINAR) GRANULOMETRÍA RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS PRUEBAS DE CALIDADES COMPLETAS PARA LA BASE COMPACTACIÓN DE LA BASE DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA DE AASHTO MODIFICADA SONDEO DE COMPACTACIÓN POR MEDIO DE CALAS RESULTADOS OBTENIDOS DE LA COMPACTACIÓN DE LA BASE DATOS OBTENIDOS POR LA RESISTENCIA DE LA BASE MODIFICADA RIEGO DE IMPREGNACIÓN Capítulo IV CONTROL DE CALIDAD DE DEL CONCRETO HIDRÁULICO ESPECIFICACIONES SOBRE EL CONCRETO HIDRÁULICO GRANULOMETRÍA RESULTADOS OBTENIDOS EN LOS ENSAYES CALIDAD DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE Y LA FLEXIÓN DEL CONCRETO Resultados de la Resistencia a la Compresión Simple Resultados de la Resistencia a la Flexión RESULTADOS DE CALIDAD DE LA PRUEBA REVENIMIENTO DEL CONCRETO FRESCO BIBLIOGRAFÍA INDICE DE TABLAS

6 INTRODUCCIÓN La presente memoria expone el CONTROL DE CALIDAD DEL CONCRETO Y BASE CEMENTADA PARA LA REHABILITACIÓN DE LA AUTOPISTA CÓRDOBA CD. MENDOZA KM AL KM AMBOS CUERPOS, obra realizada para la dependencia de Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos (CAPUFE) y supervisada por la Secretaria de Carreteras y Transporte (SCT). La obra tuvo como compromiso el recorte del pavimento existente de 10 cm de espesor, recuperación de la base existente para formar una capa de base modificada con cemento Portland de 20 cm de espesor agregándole material de banco y la construcción de una carpeta de concreto hidráulico de 35 cm de espesor. La construcción se llevó a cabo bajo las Normas, Manuales y Prácticas Recomendables de la Normativa para la Infraestructura del Transporte de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Con mayor régimen las Normas y Especificaciones para Construcción e Instalaciones de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes; las Normas y Procedimientos de Conservación y Reconstrucción de Carreteras y el Manual de Dispositivos para el Control del Tránsito en Calles y Carreteras, de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). También la Normativa para la Infraestructura del Transporte de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). Se aludirá sobre la forma de trabajo que se realizó en la obra, cumpliendo con las especificaciones y normas que la obra demande. Para cumplir con ello, se lleva un control de calidad del material que se emplea en la base como en la carpeta, y el procedimiento constructivo que se ejecutó. 6

7 JUSTIFICACIÓN CAMINOS Y PUENTES FEDERALES DE INGRESOS Y SERVICIOS CONEXOS, con fundamento en el artículo 27 de la Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las mismas, y para continuar con su política de mejoramiento constante de las autopistas que administra, emite esta licitación para realizar la presente obra 1. Este proyecto fue desarrollado por la necesidad de dar superior conforte en la vialidad de la autopista en el cruce de dicha. Es requerida, ya que la cantidad de vehículos que transitan por esta carretera es mayor a lo que en el pasado fue diseñada, de igual manera, aumentaron las cargas de los vehículos, esto hizo que el pavimento sufriera algunos problemas superficiales, llevando que la secretaria organice el reforzamiento del pavimento. El logro del objetivo de la obra antes descrita se dio en calidad, tiempo y economía, para eso fue necesario que el Organismo tuviera la seguridad de contratar a una empresa que tuviera una experiencia en la materia, para ello debía contar con el equipo adecuado, tanto en capacidad, buen estado físico y mecánico que garantizara el cumplimiento del programa; asimismo que los materiales de los bancos propuestos, cumplan los requisitos de calidad especificados. 1 CAMINOS Y PUENTES FEDERALES DE INGRESOS Y SERVICIOS CONEXOS LICITACION PUBLICA NACIONAL No. LO-0XXJOU0XX-NXX

8 Capítulo I ANTECEDENTES 8

9 1.1 PAVIMENTOS Un pavimento en términos coloquiales es una estructura, asentado sobre un terreno apropiado, tiene la finalidad de proporcionar una superficie de rodamiento que permita que los vehículos transiten de forma segura y confortable, a velocidades operacionales deseadas y bajo cualquier condición climática. Hay una gran diversidad de tipos de pavimento, dependiendo del tipo de vehículos que transitaran y del volumen de tráfico. La principal función de un pavimento es soportar, distribuir y disminuir los esfuerzos que se transfieren al suelo así como brindar comodidad y seguridad mientras se circula; al igual que reduce y en muchos casos elimina la acción abrasiva de las ruedas de los vehículos que transitan sobre él. Existen varios tipos de pavimentos; se hablara de ellos posteriormente, estos pavimentos su función principal es repartir las cargas de rodadura concentradas en una superficie grande para que no produzca un esfuerzo excesivo sobre el terreno. La elección del pavimentos más adecuado depende de la naturaleza del terreno, los materiales que se encuentran disponibles cercanos a la obra y las funciones de la carretera. En un camino no pavimentado, las condiciones de funcionamiento son precarias, lo que genera limitaciones en las velocidades y las cargas de los vehículos, también se elevan los costos operacionales durante el mantenimiento. La utilización de un camino de tierra depende de las condiciones climáticas y de un drenaje satisfactorio. En un camino con revestimiento primario, o sea en un suelo pedregoso arenoso, las condiciones climáticas pueden ser menos importantes en su desgaste pero existirá un drenaje eficaz. Una ruptura catastrófica en un pavimentos es complicada que se dé; a menos que el estudio y el proyecto geotécnico sea erróneo y sea asentado en terraplenes sobre suelos expansivos. Esa degradación se da de forma continua desde la abertura al tráfico, por medio de mecanismos complejos, donde gradualmente se van acumulando deformaciones plásticas y siendo formadas atreves de las capas asfálticas o cementadas dependiendo del tipo de capa de 9

10 rodadura, provenientes de una combinación entre la acción de las cargas del tráfico y los efectos de la intemperie La Ingeniería de Pavimentos tiene por objetivo el proyecto, la construcción, el mantenimiento y la gerencia de pavimentos, de tal modo que las funciones sean desempañadas con el menor costo para la sociedad. Tratándose, esencialmente, de una actividad multidisciplinaria, donde están involucrados conceptos y técnicas de las Ingenierías: Geotecnia, de Estructuras, de Materiales, de Transportes y de Sistemas, envista de la importancia se debe estimar y efectuar el mantenimiento de pavimentos existentes. El pavimento puede estar revestido de diferentes materiales, como piedras o madera. En la mayoría de los países del mundo las carreteras son construidas con asfalto, al igual que calles, rutas y otras vías de comunicación. Uno de los métodos más antiguos que se conocen en la construcción de pavimentos son las calzadas romanas, creadas para facilitar la comunicación y traslado dentro del imperio romano, en la actualidad hay algunas que todavía permanecen en buenas condiciones. Una de las causas que se generan por el descaste o ruptura de carreteras son los accidentes automovilísticos. Los países desarrollados buscan que su infraestructura sea la mejor, en el caso de las carreteras que tengan una vida útil mayor a 15 años y con menores costos de mantenimiento. Para llegar a esto, es necesario hacer un estudio agrande plazo para conocer las cargas que en un futuro puedan afectar, y así, solo tenga daños superficiales y no estructurales. Las carreteras en México han sido construidas habitualmente de asfalto o flexibles. Tal vez, porque México su principal actividad económica es la sustracción de hidrocarburos, en especial el petróleo. Este recurso no renovable al ser refinado, obtenemos el asfalto. Los asfaltos en la república mexicana no son iguales en los distintos puntos del país; depende mucho del clima de cada zona. Un ejemplo de esto son los estados de Nuevo león, Coahuila, San Luis Potosí y Tamaulipas, están sujetos a temperaturas extremas y a cargas que aumentan con intensidad y frecuencia. A este tipo de carreteras tiene la necesidad de 10

11 realizar un diseño o dosificación específica, que en alguno de los casos no es la adecuada, lo anterior da lugar a la aparición temprana y frecuente de deformaciones plásticas permanentes. Asimismo, las lluvias crean en algunas zonas problemas de erosión y socavación, derivados del aumento del agua. Estas complicaciones ocasionan la caída en las actividades económicas y la falta de infraestructura resta competitividad a la zona. 1.2 TIPOS DE PAVIMENTOS Los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, se deberán colocar los materiales de mayor capacidad de carga en la superficie y de menor calidad, los que se colocan en las terracerías. La resistencia de las diferentes capas no solo dependerá del material que la constituye, también resulta de gran influencia el procedimiento constructivo; siendo dos factores importantes la compactación y la humedad, ya que cuando un material no se acomoda adecuadamente, éste se consolida por efecto de las cargas y es cuando se producen deformaciones permanentes Fundamentalmente existen dos tipos de pavimentos: los Flexibles y los Rígidos. Para seleccionar el tipo y las secciones estructurales de pavimentos es necesario definir el tránsito de proyecto, usualmente con una proyección a 20; la región donde se ubica el pavimento y el tipo de carretera que se pretende construir. Con estos datos de entrada se debe seleccionar el grupo de secciones estructurales de pavimentos que son adecuadas para la carretera en estudio. De las secciones propuestas, el diseñador debe elegir la más conveniente de acuerdo a la disponibilidad de materiales y costo de los mismos PAVIMENTOS FLEXIBLES Corresponde aquellos pavimentos que están compuestos superficialmente por materiales asfalticos, formada por una mezcla de agregados pétreos y aglutinantes asfalticos, sobre una capa de base granular. Son llamados así por la simple razón que la estructura de pavimento se pandea o deflecta debido a las 11

12 cargas impuestas por el tráfico recurrente. Resulta más económico en su construcción, tiene un periodo de vida de entre 10 y 15 años, pero poseen la desventaja de requerir mantenimiento constante para cumplir con su vida útil. Este tipo de pavimento está compuesto principalmente de una carpeta asfáltica, de una base y sub-base, las cuales se construyen sobre la capa sub-rasante. Ilustración 1-1. Estructura de pavimentos Asfalticos La función de este pavimento es una capa asfáltica que proporciona la superficie de rodamiento absorbe las cargas de los vehículos hacia las capas inferiores, distribuyéndolas por medio de las características de fricción y cohesión de la partícula de los materiales; la carpeta asfáltica se pliega a pequeñas deformaciones de las capas inferiores sin que su estructura se rompa. La calidad y los espesores de las capas del pavimento deben estar íntimamente relacionado con los materiales de las capas inferiores; es decir, tanto los esfuerzos generados por el transito como la calidad de las terracerías influyen en la estructuración y conservación del pavimento; para realizar esto, se debe usar los materiales regionales y de mejor calidad, con ello se resolverá los diferentes problemas que se presenten económicamente y de tiempos PAVIMENTOS RÍGIDOS 12

13 Son aquellos que se encuentran compuestos por losas de concreto hidráulico de cemento Portland que en algunas ocasiones presenta armados de acero; estos tipos de pavimento son denominados rígidos porque son más tiesos que los pavimentos flexibles debido a las propiedades del concreto. En general estos tienen un costo inicial más elevado que los pavimentos flexibles, su período de vida oscila entre 20 y 40 años; el mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa comúnmente en las juntas. La superficie de rodamiento es proporcionado por losas de concreto hidráulica, las cuales distribuyen las cargas de los vehículos hacia las capas inferiores por medio de toda la superficie de la losa y de las adyacentes, para trabajar en conjunto con la que recibe directamente las cargas. Este tipo de pavimento no puedo plegarse a las deformaciones de las capas inferiores y presentar fallas estructurales. Ilustración 1-2. Estructura de pavimento de Concreto Hidráulico En teoría, las losas de concreto hidráulico pueden ser colocadas en forma directa sobre la sub-rasante, pero es necesario construir una capa de sub-base para evitar que los finos sean bombeados hacia la superficie de rodamiento al pasar los vehículos, lo cual pueden provocar fallas de esquinas o a la orilla en la losa. La sección transversal de un pavimento rígido está constituido por la losa de concreto hidráulico y la sub-base que se construye sobre la capa sub-rasante. 13

14 Las crecientes necesidades de desarrollo, la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de contar más y mejores caminos han contribuido para lograr que en la modernización y ampliación de la red carretera de México se esté especificando el uso de pavimentos del concreto hidráulico bajo estándares internacionales de calidad. 2 Una solución en la pavimentación de carretas es la que ofrece el concreto; en las últimas décadas se ha vuelto fundamental en la mayoría de los países del mundo, ya que sus materiales proponen mayor ventaja que los del asfalto. En los últimos 20 años, la tecnología de concretos hidráulicos ha experimentado un gran avance, desplazando así, a los pavimentos asfalticos. Un ejemplo de ellos son los países más desarrollados como Estados unidos de América del Norte, Alemania, España, Bélgica y Austria, dejando atrás el concreto asfaltico. Para antes de 1992, México no contaba con carreteras de esta calidad, principalmente que es un país con un importante productor de petróleo, materia prima de donde se refina el asfalto. Así que se inició una estudio exhaustivo de sobre la tecnología de los países más desarrollados sobre este tema, llevando acabo programas de capacitación extranjera y avanzada, para ingenieros de carreteras, logrando el apoyo de la iniciativa privada mexicana interesada en el desarrollo de la infraestructura del país. México en el año 1993, la SCT (Secretaria de caminos y transporte) con apoyo de Cementos Mexicanos construyeron la primera carretera de concreto hidráulico, usando especificación internacionales, normas de calidad tanto en la producción como en el tendido del concreto y nuevas tecnologías de pavimentación; con una longitud de 8.5 km el libramiento Ticumán fue la primera carretera de concreto hidráulico en México. Con esa decisión, las carreteras en México iniciaron su evolución, tales como la Autopista Guadalajara Tepic, Tuxpan Tihuatlan y Tihuatlan Poza Rica, así como el primer tramo de la Cárdenas Agua Dulce, Jiutepec Zapata y un tramo de la Autopista Querétaro San Luis Potosí. Autopista Pirámides Tulancingo, un segundo tramo de Ixtapa Aeropuerto, el Libramiento Ruta Dos en Nuevo 2 CEMEX Manual de Pavimentos

15 Laredo, la Autopista Cancún Tulum, la Autopista Huizache Matehuala, tres tramos de la Autopista Querétaro Palmillas, el Libramiento Umán en el estado de Yucatán, el Libramiento Rincón. En la actualidad, el libramiento de Córdoba, esto en el estado de Veracruz. Con la evolución de estos caminos, es un cambio favorable para el país, por las ventajas que representa y proporciona excelente calidad de tránsito. 15 Ilustración 1-3. Libramiento Arco Norte, construida de concreto hidráulico. Entre las principales ventajas de un pavimento de concreto hidráulico son descritas a continuación. 1. Durabilidad. Necesidad de una resistencia adecuada del concreto, para los requerimientos del diseño, es decir, las cargas que posiblemente va a resistir y la cantidad de tráfico por las que va a pasar. Se debe realizar una apropiada mezcla, con relación agua y cemento, la utilización de aditivos y percatarse que esta combinación de la trabajabilidad conveniente del concreto. Otro punto importante, es la estructuración que se encuentre debajo del concreto, si tiene una buena compactación, un grado óptimo de agua y que haya cumplido con los estudios mecánicos realizados. 2. Bajo costo. Este tipo de caminos su vida útil incrementa hasta 20 años o más, disminuyendo los costos por conservación. Es una de las grandes ventajas, pero el poco mantenimiento que se le realiza, debe ser en tiempo y forma. Es de conocimiento, que la construcción es un poco más costosa que pavimentos flexibles, pero menos gravosa en términos posteriores.

16 3. Índice de Servicio. Por lo dicho anterior, la vida de este pavimento es mayor, ya que, tiene un alto grado de planicidad. Este índice se mantiene gracias a la elección de pasa juntas que evitan la presencia de escalonamientos en lugares de tráfico pesado. 4. Distribución de Esfuerzos. Es capaz de soportar un amplio margen de seguridad las cargas del tráfico. Dada la rigidez de la losa, los esfuerzos se transmiten a las capas inferiores distribuyéndolas de manera uniforme. Esta distribución permite que las magnitudes sean menores en cualquier punto de la base, obteniendo una mejor condición y menor deterioro del suelo (cimiento). 5. SEGURIDAD. Los fenómenos que se evitan son la formación de roderas las cuales disminuyen el área de contacto entre llanta y pavimento, produciendo el efecto de acuaplaneo en los días de lluvia. De igual manera, evita la formación de severas deformaciones o baches que generan ser más inseguros el conducir; incluso incrementa la luminosidad del camino durante la vista nocturna. Con el paso de los años estas ventajas van cambiando dependiendo de la tecnología que predomine. En mucho de los países del mundo desde muchos años atrás se han usado este tipo de pavimentos tanto para carretas y autopistas como para traza urbana, un ejemplo de esta es, Estados Unidos, Canadá, Alemania, Italia, Bulgaria, España, entre otros. Estos han ido perfeccionando las técnicas de construcción, por esa razón, México, que es un país que casi va iniciando en este campo de las vías terrestres, concesiona este tipo de obras a constructoras de países con mayor experiencia y mayor tecnología de construcción en Pavimentos de concreto hidráulico. Las concesiones es un plan de trabajo que el gobierno de la república otorga alguna empresa nacional o extranjera en construir, explotar, operar, conservar y mantener alguna vía de comunicación un lapso de 20 a 30 años. Permitirá participar al sector privado en la infraestructura carretea, para acelerar el desarrollo del país sin dependen únicamente de los recursos públicos, es decir, que la empresa aportara parte de sus ganancias a la construcción de la obra, lo cual recupera en los siguientes años a los que esté a cargo. 16

17 1.3 MANTENIMIENTO DE CARRETERAS El mantenimiento de carreteras no solo debe ser al paso de unos 3, más años de su construcción o cuando esta tenga algunas fallas. La conservación es desde antes que es entregada la obra y durante su uso; por la razón que esta, estará sometida a cargas continuas y agentes naturales, que harán que los materiales empleados, aunque sean de la mejor calidad, puedan sufrí desgastes, generando otro tipo de problemas. 17 Ilustración 1-4. Carretera en mal estado, por consecuencia de las lluvias. Esto hace, que la mejor forma de mantenerlas en las mejores condiciones de servicio, sea, tenerlas con una vigilancia continua y ponerles atención. El objetivo principal es eficientizar los periodos de traslado del tránsito y la disminución económica de combustibles en los vehículos. El mantenimiento de las carreteras cumple con ciertos objetivos para una buena calidad del servicio vial como son las siguientes: 1. Preservar las inversiones efectuadas en la construcción, el mejoramiento, la rehabilitación y el mantenimiento periódico de los caminos. 2. Garantizar la transcitabilidad permanentemente para que los usuarios puedan circular diariamente por las vías; es decir, que las interrupciones para su movilización sean mínimas durante el año. 3. Proporcionar comodidad, seguridad y economía en la circulación delos vehículos que utilizan los caminos.

18 4. Hacer un uso eficiente y eficaz de los limitados recursos destinados al mantenimiento vial. 5. Atender las demandas de los usuarios viales y demás partes interesadas. 6. Promover una mayor movilización de bienes y de personas en la zona. Usualmente, la rehabilitación de pavimentos en México se requiere cuando un camino se encuentra próximo a su condición final, debido al deterioro en la estructura del pavimento, o cuando el este requiere una mejora debido al aumento del volumen de tráfico. Cuando se inicia a construir un camino nuevo es diseñado apropiadamente a las condiciones de esa época, y si es constantemente protegido con mantenimiento rutinario, la exigencia de rehabilitación estructural puede ser minimizada. Sin embargo, en la práctica, el mantenimiento requerido no se realiza con frecuencia, esto nos da como producto mayor desgaste de los materiales y problemas estructurales del pavimento. La conservación de pavimentos puede ser de tres maneras según la SCT (Secretaria de Caminos y Trasporte); Normal (rutinaria y periódica), rehabilitación o reconstrucción, mejoramiento o modernización. A. Conservación Normal. Son trabajos menores, pero sin dejar de ser importantes, mantiene un buen servicio de operación, corrigiendo fallas o deterioros en los elementos de la carretas, especialmente por el transito diario o desgastes climatológicos. Entre los trabajos se pueden mencionar: superficie de rodamiento, acotamientos, drenaje, taludes, zonas laterales, señalamientos, bacheo, taponamiento de grietas, sobre carpetas entre otros. B. Rehabilitación o Reconstrucción. Son obras que requieren reponer total o alguna parte de la estructura del pavimento u otros elementos de la carretera, sin alterar las especificaciones geométricas o estructurales. Para esta se puede realizar 18

19 por, cuarteaduras o deformaciones, porque el transito actual es mayor al diseñado, etc. C. Mejoramiento o Modernización. Se cambian las características geométricas y estructurales del camino especialmente en lo que concierne a pavimentos y puentes, aumentando su nivel de servicio y problemas originados por el aumento de tránsito y en consideración de las cargas. El desgaste de una carretera está sujeto a la acción continua del tráfico y de la meteorología. Estos dos factores, junto con el envejecimiento natural de los materiales, hacen que el firme sufra un proceso de progresivo deterioro. Este envejecimiento y deterioro del firme conlleva una disminución gradual en los niveles de seguridad y confort del tráfico, que al sobrepasar ciertos valores hacen necesaria una operación de rehabilitación. La conservación de la red carretera es en la actualidad un aspecto de gran importancia debido a los recursos para su movilización. El presupuesto necesario para el mantenimiento, así como los problemas ambientales que de él se derivan, justifican la búsqueda de nuevas técnicas que permitan reducir costos y sean tolerante con el medio ambiente. En este contexto, el reciclado de firmes, como medio de racionalizar los recursos, toma un renovado protagonismo y se convierte en una necesidad. 19 Ilustración 1-5. Rehabilitación de Autopista

20 La rehabilitación de tramos carreteros es para favorecer el intercambio comercial (agrícola, ganadera, industria o turismo) en la zona en la que se encuentre, de igual manera dar acceso a servicios de salud, educación y comunicación constante, mejoras en el nivel de servicio, ahorros en costos de operación vehicular, disminución considerable del tiempo de recorrido y mejoras en la seguridad de los usuarios, además, se generan ahorros en el transporte de bienes y productos. 1.4 RECICLADO DE PAVIMENTOS El reciclado es una técnica de rehabilitación de carreteras que consiste en la reutilización de materiales procedentes de las capas que conforman el paquete estructural del pavimento que ya han estado en servicio, son los materiales que han perdido algunas de sus propiedades iniciales por el uso o envejecimiento como la cohesión, la textura, la composición, la geometría, pero que tienen el potencial de ser reutilizados para integrar nuevas capas. En algunos casos, el material no cumple con los requerimientos, pero aplicándole ciertos componentes harán que el material sea de mejor calidad. La tendencia actual en el tratamiento de residuos es el aprovechamiento máximo de sus recursos mediante su reciclado para su uso o eliminación, para esto es necesario realizar un fresado de la capa superior del pavimento, es decir, el conglomerado asfaltico es el material que se reutilizara. Todo ello con el objetivo de cuidar el medio ambiente, contribuir a la disminución en el uso de materias primas naturales. En los últimos años las rutas de la red carretera en especial las autopistas, en su gran mayoría han sido concesionadas y como consecuencia de ello las administraciones tomaron conciencia sobre la importancia de alargar el ciclo de vida útil de los pavimentos, sin necesidad de invertir tanto en mantenimiento de estas, solo con un pequeño presupuesto se le da un sustento a estas carreteras, con la utilización de un nuevo tipo de pavimento. El concreto hidráulico, es una mejor opción en las nuevas técnicas de pavimentación que en México y en el mundo se usan. 20

21 Para obtener un buen reciclado de los materiales, es necesario tomar en cuenta tres puntos muy importantes. I. Económico. II. III. Ambiental Tecnológico El primero, en todo los campos la relación costo beneficio es la base de la gran parte de la iniciativas para el reciclado de pavimentos. Por ello, es de importancia realizar un buen análisis de factibilidad económica de la utilización del reciclado. Es necesario examinar si las mezclas recicladas cumplen con las especificaciones del proyecto y decidir si es económicamente viable su utilización. En lo ambiental, día a día toma mayor importancia, debido a la escases de recursos naturales en el mundo. La construcción de carreteras requiere de este tipo de materiales naturales y con la reutilización se pretende reducir al máximo su consumo. Al reciclar las capas bituminosas y aprovechar el ligante que contiene, se disminuye la explotación de canteras. Por último, en la actualidad las técnicas de reciclado están adelantadas en muchos países, aunque en México se cuenta con poca experiencia. Por eso, CEMEX en coordinación con las secretarías del gobierno, busca la actualización de maquinaria y equipos que son útiles en el reciclado, que incluso, son más eficientes y especializados RECICLADO DE PAVIMENTOS ASFALTICO EN CALIENTE EN PLANTA Es el proceso en el cual los materiales de la capa asfáltica de firmes deteriorados por las inclemencias del tiempo o por el desgaste del tráfico, es recuperado para ser mesclado con áridos virgen (arena y grava), asfalto y agentes rejuvenecedores, en proporciones adecuadas, para producir nuevas mezclas en caliente que cumplan con los requerimientos de calidad, resistencia y durabilidad exigidos para una carpeta de rodadura. 21

22 Este proceso consiste en retirar la capa asfáltica del firme envejecido mediante el fresado o demolición. El material o escombro se transporta a una central de fabricación en la que es acopiado, seleccionado y posteriormente procesado, hasta cumplir con los requerimientos de tamaño, húmedas, etc. Después es mezclado en caliente con piedras vírgenes (arena y grava), asfalto y agentes rejuvenecedores, obteniendo así una mezcla asfáltica compuesta en parte por material reciclado que es colocado y compactado en obra como si si fuera una mezcla nueva. Este material o mezcla recibe el nombre de MAR (Mezcla Asfáltica a Reciclar) o RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), y es un elemento importante durante el proceso de reciclado ya que tiene un peso sobre las características del producto final. Esto hace que forme parte de nuevas técnicas de construcción sin que haya problema de calidad, resistencia o durabilidad. A continuación se describirá a grandes rasgos el procedimiento que se debe seguir para el reciclado de pavimentos en caliente en planta: 1. Recuperación de materiales de los pavimentos asfalticos deteriorados para su reciclaje Se debe conocer las características del firme, se discierne si este puede ser reciclado, después se procede a la recuperación de la capa asfáltica envejecida, mediante la demolición mecánica o el fresado de la capa superior. La demolición mecánica se realiza mediante rapado con bulldocer o levantamiento con retroexcavadora, este es usado cuando no hay requisitos precisos de reutilización del material. Genera un material troceado, en bloques, con cierta heterogeneidad, necesario un proceso de trituración para un granulometría adecuada. 22

23 Ilustración 1-6. Proceso que realiza una fresadora. El fresado es una técnica para remover un cierto espesor del firme, obteniendo una superficie plana y regular para el apoyo de la nueva mezcla. Una característica de este es que deja un suelo rugoso que sirve para unir la nueva capa. Con el fresado es muy difícil que este material sea necesario hacerle otro proceso de trituración. 2. Proceso y acopio del MAR en planta El material fresado, algunas veces no es necesario hacerle otra trituración así que se va directo al acopio y posteriormente a la tolva alimentaria del MAR de la planta mezcladora. Es recomendable que la zona de acopio este techada ya que este tipo de material es difícil que drene el agua o la humedad que contenga. 3. Caracterización de los materiales que formaran parte de la mezcla Una vez que se hace el acopio es necesario clasificar los materiales que formaran parte de la mezcla reciclada. Se deberán hacer ensayos a cada uno de los componentes para una buena procedencia para su fabricación. 4. Diseño de la mezcla El diseño de la mezcla depende de varios factores, principalmente de las características del MAR, por que dependiendo de él, sabremos las cantidades necesarias para mezclarla con los nuevos materiales. También las condiciones del tráfico que transita en esa carretera. Estos puntos harán que se diseñe una mezcla adecuada. 23

24 5. Plantas para la fabricación de la mezcla Existen dos tipos de plantas las discontinuas y las continuas (tambor, secador mezclador), son las indicadas para la preparación de mezcla de alta calidad utilizando el MAR, tomando precauciones en relación con esta mezcla. 6. Transporte, puesta en obra y compactación de la mezcla El procedimiento y equipo a emplear son similares a una mezcla convencional, pero siempre hay que llevar un control de todo el proceso para asegurar la calidad final de las capas RECICLADO EN EL SITIO EN FRÍO CON ASFALTO El reciclado en frio es otra técnica para el reciclado de pavimentos, ayudando a bajar los niveles de contaminación y baja los costos de la obra. Esta es una capa asfáltica de mezcla homogénea, extendida y compactada, del resultado del fresado de la capa superior o de dos capas, le acompaña el agua y aditivos. Este proceso se realiza a temperatura ambiente y sobre la superficie a tratar. El reciclado en frio se realiza de dos formas, en planta y en sitio. En planta, el material recuperado o fresado es llevado a una central donde se trabaja en un procedimiento con un mezclador continuo. Esta opción es la más cara, por los costos de transporte; es muy usado cuando el material reciclado se usa para un nuevo pavimento. El reciclado en sitio se logra utilizando una maquina recicladora móvil; los materiales de pavimentos son de uso generalizado, debido a la llegada de potentes máquinas recicladoras que pueden rehabilitar pavimentos a una fracción del costo de los métodos de reconstrucción convencionales. Además, considerando la situación de los pavimentos a nivel mundial, la rehabilitación de pavimentos existentes excede ampliamente la demanda por caminos nuevos. Como consecuencia de esto, el reciclado en sitio ha sido adoptado en muchos países como el método recomendado para abordar el enorme trabajo pendiente en términos de rehabilitación de pavimentos. 24

25 El reciclado en frio tiene la ventaja de ahorrar energía, esto hace que no degrade los ligantes y sea a menor costo que los pavimentos en caliente. Por ello, los reciclados en frío se revelan como un procedimiento tradicional capaz de hacer frente a problemas actuales. Una cualidad de esta técnica es que podemos ocupar el MAR o RAP en un 100% de lo triturado. Entre las ventajas este método es: 1. Se minimizan las necesidades de ligantes y áridos nuevos. 2. Se reduce sensiblemente el transporte en obra, lo que supone una economía en consumos, en afección a la obra y en emisión de gases a la atmosfera. 3. Reduce la modificación de la rasante por el refuerzo, lo que supone una economía al no tener que modificar los elementos de señalización, balizamiento, bordillos, etc. 4. Los reciclados permiten mejorar el perfil y la regularidad superficial del firme existente. 5. Los reciclados minimizan la afección al tráfico y permiten la apertura al tránsito inmediatamente después del tratamiento. 6. Desde el punto de vista ambiental, es una técnica que minimiza el consumo energético por el no calentamiento del material y el escaso transporte. Aunque este técnica es beneficiosa económica, ecológica y social, hay que tener muy encuentra algunos problemas que pueden resultar a la hora de realizar la obra. Por ejemplo, la fresadora consigue un producto uniforme en cuanto a lo granulométrico y homogéneo, pero no siempre se obtiene del fresado, una buena adhesión, depende mucho de la finura del material, el tipo de emulsión usado y las condiciones climatológicas; de igual forma, puede tener baja compacidad, generado por su elevada angulosidad y áspera textura; originando daños en la cohesión de la mezcla reciclada, siendo muy inferior a las mezclas convencionales. 25

26 Ilustración 1-7. Tren reciclador con mezclador de lechada y camion de asfalto La dinámica de este sistema es conocer el estado del pavimento, con ellos sabremos la dimensión de la capa que la fresadora extraerá. El elemento más importante de una máquina recicladora es el rotor fresador-mezclador equipado con un gran número de puntas, especialmente diseñadas para este proceso. El tambor normalmente rota y pulveriza el material del pavimento existente, con ayuda de una manguera que bombea agua hace que alcance contenido de humedad. Seguido de Agentes estabilizadores líquidos, como lechada cemento, agua o emulsión asfáltica, tanto en forma separada como combinadas, pueden ser introducidas directamente a la cámara de mezclado de una forma similar, con esto se consigue altos niveles de compactación. Todo esto se realiza en una sola pasada. Una vez mezclado el material obtenido con emulsiones y otros aditivos, se procede a extender en la carretera la nueva mezcla, delante de la recicladora, sustituyendo el mezclador de lechada por un tanque de agua. El material que sale de la recicladora recibe la compactación inicial del rodillo pesado vibratorio para alcanzar una densidad uniforme en todo el material. Posteriormente el material se perfila con una motoniveladora antes de ser finalmente compactado utilizando un compactador neumático y un rodillo vibratorio. A lo anterior se le llama tren reciclador, el cual como antes mencionado, está conformado de una fresadora, seguido de una mezcladora de lechada, después una recicladora y por último, una compactadora y un motoniveladora. Así es el proceso de un pavimento en sitio en frio. Es muy usual que en este método, el RAP se usa al 100%, pero siempre hay que tener en consideración que la Naturaleza y composición del pavimento existente sea el adecuado, por ejemplo, el tipo de mezcla asfáltica, 26

27 granulometría, contenido de asfalto, envejecimiento. También el tipo y las causas del deterioro, considerar si el deterioro es superficial o profundo. 1.5 REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS ASFÁLTICOS CON CONCRETO HIDRÁULICO En la actualidad, la rehabilitación de pavimentos es muy demandada, ya que la mayoría de las carreteras de nuestro país fueron construidas hace más de 20 años, esto quiere decir que necesitan un cambio superficial como estructural. Anteriormente, los pesos de los camiones y autos eran menos a los de ahora. Para poder hacer esta rehabilitación hay que tener en cuenta dos puntos de suma importancia en la materia; la economía y el medio ambiente. Últimamente, en las obras se pide que haya un cuidado por la ecología o se realicen prácticas de construcción ecológicas; uno de estos métodos son el reciclado de material. Recordando las características principales de un pavimento rígido, expresadas en el Capítulo 1, en los últimos años es más conveniente su construcción, su vida útil es mucho mayor a los pavimentos asfalticos y su mantenimiento es de bajo costo. Según unos estudios de la Universidad de Massachusetts, la construcción de caminos de concreto hidráulico es conveniente para la disminución de la economía de combustibles en los vehículos. 3 El punto es, rehusar el material del pavimento existente en su mayoría, eso disminuirá los niveles de explotación de bancos de arena y gravas, en consecuencia disminuirán los costos de construcción. Para esto, es imperativo realizar un estudio a la carpeta que se reutilizará, conocer las fallas de este pavimento, la cantidad de material que podemos usar y el método que se le debe tratar al material para su próxima aplicación. Una vez conocido el estado del material, procedemos al fresado del asfalto existente, esta máquina tiene la capacidad de realzar la capa de rodadura hasta un 12 cm de alto; es pasado por una cribadora y va expulsando el material 3 Construyendo un Mejor Futuro, Informe de Desarrollo, CEMEX

28 triturado a un camión de volteo. El camión lleva el material al almacén o a la planta de concreto, para darle el tratamiento necesario para su uso. El material reciclado debe tener cierta caracterización para poder ser usado y no debe ser contaminado con otro producto que no pertenezca al asfalto rehusado; las características deben ser las siguientes: a) No debe contener material orgánico. b) Realizar pruebas de contenido de humedad. c) Prueba para conocer la Resistencia al Desgaste de agregado. d) Humedad Natural de agregados finos y gruesos. e) Conocer la Densidad Natural y Peso Específico. f) Análisis de Granulometría de agregados finos y gruesos. Se procede a realizar el diseño del concreto con las características que presenta el material pétreo. En este interviene la cantidad de agua, cemento, agregados pétreos y aditivos. En algunos casos, los pétreos reutilizados no son suficientes para la creación de la mezcla, por eso es necesario agregar nuevos materiales áridos. Ilustración 1-8. Pavimentadora de concreto hidráulico. Posteriormente, al aceptar el diseño, se realiza la mezcla en la planta de concreto, la dosificación y la elección de los materiales correspondientes del diseño. La mezcla creada, es transportada en camiones de volteo al lugar del tendido. También hay que tomar en consideración, la aplicación del tendido del 28

29 material, para que se realice de la mejor forma y el concreto funcione con lo esperado. El proceso de rehabilitación de la Autopista Córdoba Cd Mendoza, tuvo cierta similitud en este tipo de reciclaje. Aunque la mayoría de los materiales que se usaron fueron de nueva procedencia. El fresado fue usado para el material utilizado en la formación del remate lateral de la losa, como capa sub-rasante en las transiciones de los puentes (estructuras) y en caso de ser necesario para los sobre anchos a cada lado de la sub-corona de la carretera para el paso de las orugas de la maquina pavimentadora. 29

30 Capítulo II MARCO TEÓRICO 2.1 PRUEBAS PARA MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Para conocer las características de los materiales, es necesario realizar pruebas que son mediciones de diferentes clases, ejecutadas a especímenes siguiendo procedimientos estandarizados, elaborados meticulosamente para no obtener 30

31 resultados alterados. Las pruebas que se efectúan a los materiales, son divididas en lo siguiente. PRUEBAS DE CLASIFICACIÓN: Son aquellas que permiten identificar los diferentes tipos de materiales y deciden si se puede utilizar o no en algunas de las capas estructurales o en elementos de este tipo. PRUEBAS DE CONTROL: Estas permiten verificar si la obra cumple con los requisitos del proyecto. En el presente trabajo, la mayoría de las pruebas son de esta índole. PRUEBAS DE PROYECTO: Son pruebas que permiten realizar la estructuración racional de la sección transversal de la vía terrestre. Para alcanzar un correcto resultado en las pruebas es de gran importancia conocer y realizar un muestreo. La muestra es una porción del suelo representativo de este, simbolizando las propiedades de las masas. La muestra puede ser alterada o no alterada. La alterada que es la más usual, está constituida por material disgregado o en trozo, en el cual no se tomó precaución para conservar las características estructurales de este. La inalterada es necesario conservar sus características estructurales y de humedad. Las pruebas que fueron requeridas en el control de calidad de la obra Rehabilitación de la Autopista Córdoba Cd. Mendoza fueron las siguientes: Análisis Granulométrico. Pesos Volumétricos (Compacta y Suelto). Equivalente de Arena. Limite Líquido e Índice Plástico. AASHTO Modificada. CBR (Relación de Soporte California) 2.2 PRUEBAS DE LABORATORIO PARA LA BASE CEMENTADA OBTENCIÓN DE LA MUESTRA 31

32 Como se habló en lo anterior el muestreo es el punto donde da inicio las pruebas, es de importancia realizar correcto un muestreo. En el caso de la base cementada, nuestra muestra es tomada una vez que el material ya es vaciado en el tramo, es sustancial que se tome cuando ya se halla mezclado el material de banco y el material recuperado, obteniendo una mezcla homogénea. Los puntos donde se toma la muestra son en las partes laterales del tramo donde hay material suelto. El procedimiento es sencillo, el auxiliar de laboratorio con la ayuda de una pala y bolsas de platico nuevas, agarra con la pala una porción del material y lo deposita inmediatamente en la bolsa sellándola para tratar de no perder la humedad que tiene; de igual manera en otro punto del tramo hace lo anterior. El material es llevado al laboratorio formando una muestra de material para base cementada. Fue muy importante que los materiales llevaran etiqueta sobre las características del material, qué es? Y tramo donde se tomó. En el laboratorio, el material es vertido charolas y posteriormente puesto a secar en horno o con el calor del sol. Es vital que la muestra este lo más seca posible, para corroborar esto, cuando el material está en el horno con la ayuda de un cristal es posible pasarlo sobre el material, si se observa que el vidrio se empaña, la muestra esta aun húmeda CUARTEO El cuarteo es revolver el material formando una especie de montaña o cono, tomando con la pala un poco del material muestreado y colocándolo en un espacio limpio dejando caer mientras el auxiliar va dando vueltas encontrar de las manecillas del reloj siendo este el centro. Esto se realiza hasta que toda la muestra está colocada en el mismo lugar. Este procedimiento se hace de dos a tres veces para obtener una homogeneidad del material. Cuando finalizamos con lo anterior, dividimos en cuatro partes la muestra, tratar que sea lo mejor distribuido. Si se cree que dos partes de la muestra es la 32

33 cantidad suficiente para proceder con la prueba, es depositado en una tara, es imperativo recoger todo el material, tratando de no dejar ninguna partícula, hasta la más pequeña. El cuarteo se realiza de la misma forma para todas las pruebas tanto para concreto como para la base. Considera que el material no usado del cuarteo debe ser embolsado y guardado por si llega la necesidad de ser usado tiempo después ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO Es el procedimiento para determinar las proporciones del tamaño de las partículas que componen un suelo; es de suma importancia para el conocimiento de la distribución de la grava, arena, limo y arcilla de los suelos, encontrando aproximadamente la bondad de los suelos en estudio. Este análisis se realiza separando las partículas del suelo tamizándolo a través de un conjunto de mallas de diferentes tamaños y posteriormente se pesan las porciones retenidas en cada una de ellas; con esto se clasifican las partículas del suelo de mayores a menores. En resumen, el análisis granulométrico es una prueba para juzgar la calidad de un material, con el fin de conocer la intensión a la que se le destinara. El ensaye es muy sencillo, se describe a continuación. Materiales Mallas, los números de mallas depende de las especificaciones del proyecto. Bascula 2 Charolas Cuchara Procedimiento 1. Obtención de la muestra, este debe de estar seca, disgregada y cuarteada, para su próxima utilización. 33

34 2. Colocamos el material cuarteado en una charola, es pesado en la báscula para conocer la cantidad de material que se tiene. 3. Colocamos la charola sin material y sobre ella la malla mayor. Con la cuchara tomamos material y lo vertimos sobre la ella, aplicamos movimiento a la malla para que pase el material de menor tamaño. 4. El material que es retenido se coloca en otra charola y es pesado en báscula para conocer qué cantidad de este es de esa dimensión. 5. Se repite los dos últimos puntos con todas las mallas por las que se deben pasar; es importante anotar todos los pesos, ya que servirá de ayuda para realizar la gráfica granulométrica. Gráfica y Cálculos A continuación se presenta una tabla granulométrica. Tabla 2.1. Ejemplo de Granulometría de la Base GRANULOMETRÍA MALLA Peso Retenido Retenido Parcial Retenido Acumulado Que Pasa N mm (gr) % % % 3/8" n n n n n n n Pasa PASA SUMA La tabla muestra los pesos de cada malla, sumando estas cantidades da como resultado el peso inicial de todo el material; con estas medidas podemos llenar lo que resta de la tabla. En el caso de los Retenidos Parciales (Rp) calculamos el porciento de material que fue retenido en cada malla como se muestra en la formula; para el Retenido Acumulado solo es la suma del Retenido Parcial del primero más el anterior, al final debe de resultar un 100%. 34 Ecuación 2.1

35 Rp = Retenido (gr) suma (gr) x 100 En el recuadro color Amarillo, las especificaciones de cada proyecto darán los parámetros sujetos para el porciento de material fino o arena que puede pasar por la ultima malla. Gráfica 2-1. Ejemplo de representar los resultados Granulométricos. Con respecto a la gráfica, se crea a partir de los pesos que pasan de cada malla en % y la malla por la cual es cada uno. La grafica expondrá la curva granulométrica (roja) la cual estará comparada con dos curvas (azules) predeterminadas por las especificaciones de la proyecto; cotejamos que nuestra curva (roja) se encuentre en medio de las otras (azules) y determinamos que la granulometría es correcta. MÓDULO DE FINURA Es la suma de los porcentajes retenidos acumulados; das una idea del grosor o finura del agregado. El cometido de este, es de una muestra ya analizada, es 35

36 decir de la granulometría ya realizada, se obvien los porcentajes acumulados retenidos en cada una de las mallas, sin contar el acumulado final (100%), se suman dichos valores, dando un total, el cual dividido entre 100, nos da el módulo de finura, considerado como un tamaño promedio ponderado. MF = = Por ejemplo al cuadro anterior, la suma de los porcientos acumulados retenidos es 368.1, a este resultado le aplicamos lo dicho anterior PESOS VOLUMÉTRICOS Los pesos volumétricos se determinan por el peso del material seco contenido en la unidad de volumen considerando los huecos que dejan las partículas entre sí. Estos ensayes se aplicaran tanto para la Base Cementada como para las arenas y gravas usadas en el concreto. Materiales Muestra (arena, grava o base) Hilo delgado Cucharon Bascula Recipiente Charolas Varilla de 5/8 o 16 Mm. (punta de bala o semiesférica) Procedimiento 1. Obtener la muestra, seca, disgregada si es necesario y cuarteada, colocándola sobre una charola. 2. Poner el recipiente sobre la charola, esto es para no perder material durante la ejecución de la prueba. 36

37 3. Para el caso del Peso Volumétrico seco: Con el cucharon vertimos el material de una altura de 20 cm hacia arriba del recipiente; dejarla caer despacio y dando una rotación de 360 respecto al recipiente. 4. El paso anterior se deberá hacer 3 veces, es decir, dividir el recipiente en 3 capas llenado en esta ultima el recipiente. Es importante no realizar ningún movimiento para no fallar en la prueba. Posteriormente se pasa el hilo en la superficie del recipiente, enrasándolo eliminado el exceso de material. La superficie debe de estar lo mejor enrasado posible. 5. Para el caso del Peso Volumétrico Compacto: De igual manera realizamos el paso 3; pero ahora en la primera capa donde se vertió el material, se dan 25 penetraciones con la varilla en forma en espiral. Esto hace que el material se acomode. Procedemos hacer lo mismo para la capa 2 y la 3. Enseguida enrasamos como el punto Pesamos el recipiente con el material en la báscula, y anotamos los resultados, procediendo a realizar los cálculos necesarios. Cálculos ɣ = W a V Ecuación 2-3 Dónde Wa es el peso del material, el V es el Volumen del recipiente en m 3 y el valor de ɣ es el peso volumétrico seco o Peso volumétrico Compacto. Es importante conocer el peso del recipiente para restar y saber así el peso del material LIMITE LIQUIDO E ÍNDICE PLÁSTICO Materiales y Equipos - Malla N 40 - Copa de Casagrande - Bascula - Horno - Vaso o recipiente - Capsula de porcelana 37

38 - Espátula flexible - Cuentagotas - Vidrio de reloj - Paño - Ranurador - Vernier - Placa de vidrio min. De 40 x 40 cm por lado y 0.6 cm de espeso Procedimiento 1. Muestreo de material; secado, disgregado y cuarteado. Apartamos una porción de tamaño tal que al cribar con la malla n 40, se obtenga aproximadamente 300 gr de material, colocado en una charola. 2. Se pesa el material y en un recipiente apropiado, en especial de vidrio, se le agrega agua necesaria para saturar el material, dejando reposar durante 24 h, en un lugar fresco y cubierto con un paño húmedo, para evitar pérdidas de agua. DETERMINACIÓN DEL LIMITE LÍQUIDO (ωl) 1. De la fracción del material preparado tomamos 150g, colocados en la capsula de porcelana donde homogenizamos el material utilizando la espátula. 2. Con la copa de Casagrande, previamente calibrada, se coloca una cantidad suficiente de material, que una vez extendido con la espátula alcance un espesor de 8 a 10 mm en la parte central de la copa. Es recomendable que al extender el material sea del centro hacia los lados sin aplicar una presión excesiva y con mínimo de pasadas. 3. Se pasa el ranurador por el centro de la copa de arriba hacia debajo de forma firme. 4. Accionamos la manivela de la copa para hacer caer la copa razón con dos golpes por segundo. Se registran los números de golpes necesarios que tuvo para hacer que los bordes inferiores de la ranura se juntaran en una longitud de 13 mm. 38

39 5. Tomamos con la espátula unos 10 g de material de la porción cerrada de la ranura. Pesamos y es puesto al horno para su secado, sacando el contenido de humedad. Ilustración 2-1. Forma de Ranurar. 6. Luego el material sobrante se reintegra a la capsula de mezclado, se lava y seca la copa y el ranurador. 7. Agregamos agua con el cuentagotas al material dela capsula y homogenizamos con la espátula, hacemos nuevamente del inciso del 2 al 6. Este procedimiento se realiza hasta obtener 4 determinaciones que integren el formato. Las cuatro determinaciones deben de estar entre 10 a 35 golpes en la copa de Casagrande, es imperativo obtener dos valores por arriba de los 25 golpes y dos por debajo de este. importante Mantener el control de la cantidad de agua que se le suministra al material. 8. Realizamos los cálculos necesarios para representar una gráfica. Cálculo y Gráfica. Tabla 2.2. Ejemplo de cálculo de limite liquido (ω L). 39 N Golpes Peso de Tara + Tara + Peso del Peso del Contenido Suelo Suelo Suelo Tara Agua de Agua Húmedo Seco seco (g) (g) (g) (g) (g) % %

40 % % % Se traza en el eje de las ordenadas el contenido de agua y en eje de las abscisas números de golpes, formando así la gráfica. Con respecto a la línea de color violeta se traza de tal forma que se unan los 4 puntos, llamada curva de fluidez. Gráfica 2-2. Grafica de Limite Líquido (ωl). Para finalizar, el límite líquido (ωl) lo encontramos en la gráfica con la curva de la fluidez y el contenido de agua a los 25 golpes. DETERMINACIÓN DEL LIMITE PLÁSTICO (ωp) 1. Del material restando de la saturación de agua por 24 h. se toma una porción de tamaño que podamos formar una esfera pequeña de aproximadamente 12 mm de diámetro. Se moldea con los dedos para que pierda humedad y se manipule sobre la palma de la mano para formar un cilindro 2. El cilindro se gira con los dedos sobre la placa de vidrio, reduciendo su diámetro hasta llegar a los 3 mm en toda su longitud. La velocidad de los giros serán de 60 a 80 ciclos por minuto. 40

41 3. Al momento que obtenemos los 3 mm de circunferencia de cilindro, se debe romper en tres partes simultáneamente, cuando suceda esto es por que llegamos a su límite plástico (ωp). Si esto no es así, repetimos el proceso desde el momento que realizamos la esfera. 4. Enseguida pesamos el cilindro dividido en tres, y lo secamos al horno, para determinar su humedad. 5. Para asegurarnos de un mejor resultado, la prueba es realizada 3 veces. Al final compramos los tres datos. Calculo Tabla 2.3. Ejemplo de datos obtenidos en la prueba de Limite Plástico (ωp). Peso de Tara + Tara + Peso del Peso del Contenido Tara Suelo Húmedo Suelo Seco Agua Suelo seco de Agua (g) (g) (g) (g) (g) % % % % Para conocer el límite plástico (ωp) sacamos un promedio del contenido de humedad obtenido en las tres pruebas realizadas. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE PLÁSTICO (Ip) Una vez conseguido el límite líquido ωl y el límite plástico ωp, procedemos a encontrar el índice plástico (Ip). Ip = ωl ωp Ecuación EQUIVALENTE DE ARENA Materiales y Equipo Dos cilindros de acrílico transparente, de diámetro 3.15 cm y altura de 43 cm graduado a cada 1 mm. Tapón de hule para cada cilindro. 41

42 Botella de unos 4 L. con equipo de sifón. Mesa Manguera de hule, con una pinza para obturarla. Pisón, formado de una varilla de 46 cm y 0.63 cm de diámetro. En su extremo superior tendrá un lastre suficiente para que su masa sea de 1 kg y en el otro extremo una base hexagonal. Tendrá un indicador del nivel de arena en su parte media que ajuste en el interior del cilindro. Capsulas Embudo de boca ancha. Embudo para filtrado Malla n 4 Papel filtro Balanza Agua destilada Cloruro de calcio anhidro Glicerina USP Formaldehido RA. Procedimiento 1. Preparamos la solución necesaria para la prueba. 2. Disolvemos 454 g de cloruro de calcio en 1.9 l de agua destilada. 3. Dejamos enfriar la solución al aire libre, hasta alcanzar una temperatura ambiental y después la pasamos por el papel filtro. 4. Agregamos 47 g de formaldehido, 2047 g de glicerina y agua destilada hasta completar 3.2 l de líquido. 5. Vertimos 90 ml de la solución anterior en la botella con el sifón y lo diluimos con 3.8 l de agua destilada. 6. El material muestreado es secado, disgregado y cuarteado. Procedemos a pasarlo por la malla n 4 la muestra hasta obtener unos 110 g de este. 7. Cuando esté listo el sifón soplamos dentro de la botella, asi quedara listo para ser usado. 42

43 8. Colocamos el sifón a una altura mayor de donde se encuentren los cilindros. 9. Vertimos la solución con la manguera hasta la altura de Vaciamos el material con el embudo, tratando de no salpicar las paredes del cilindro. Cuando la muestra se encuentre dentro, golpeamos con la palma de la mano el cilindro para eliminar posibles burbujas de aire. Ilustración 2-2. Botella con sifón. 11. Dejamos reposar la muestra 10 minutos y cerramos el cilindro. 12. Tomamos el cilindro de los extremos con las dos manos correspondiente a cada una. En posición horizontal agitamos vigorosamente en sentido longitudinal durante 90 ciclos en 30 s. 13. Al concluir, colocamos el cilindro en la mesa, destapamos e insertamos el tubo irrigador con el cual se lavan las paredes del cilindro arriba a abajo hasta concluir en el fondo, el material fino se mira hacia la parte superior. Cuando el tubo irrigador separo las arenas con las arcillas se va extrayendo hasta que el líquido alcance las Dejamos reposar 20 min. Evitamos cualquier tipo de movimiento y vibración. 43

44 Ilustración 2-3. Lectura de Nivel de finos y de Arena 15. Al finalizar ese tiempo, observamos a que altura quedaron suspendidos los finos, debe ser en una área iluminada para su mejor mira. 16. Introducimos la varilla con pisón dentro del cilindro, cuidadosamente sin forma turbulencias dentro de él. El pisón se detendrá sobre la arena, observamos la altura que alcanzo la arena. Registramos los niveles de los finos y de las arenas. 17. Es recomendable hacer dos veces esta prueba para tener mejor certeza de los resultados. Calculo %EA = LNS arena X 100 LNS fino Ecuación 2-5 Donde %EA es el equivalente de arena; el valor LNSarena es el nivel superior de arena y el LNSfino corresponde al nivel superior de fino ENSAYE AASHTO MODIFICADA Las pruebas permiten determinar la curva de compactación de los materiales para terracerías, ya que partir de ésta resulta su masa volumétrica seca máxima y su contenido de agua óptimo. 44

45 Ilustración 2-4. Pisones y moldes Cilíndricos para prueba ASSHTO Modificada y Estándar Los equipos deben estar en condiciones operativas, calibradas, limpios y con todas las partes que lo conforman, y los materiales serán de alta calidad, para evitar resultados inalterados. Los materiales y equipos necesarios son: Pisones, Regla, Balanzas, Horno, Base cúbica, Probetas, Mallas 3/4, Capsulas, Charolas, Cucharon y Aceite. El molde es metálico de forma cilíndrica con volumen de 2.13 y masa 3090 kg, provisto de una placa de base metálica a la cual se asegura el cilindro con tuercas, una extensión o collarín removible con diámetro interior igual al del cilindro con el que aparece en la imagen, para el Modificado se usa el cilindro más grande al igual que el pisón. El pisón debe tener una altura de caída de 45 cm para la modificada y su peso esta alrededor de 4520 kg. Para iniciar con la prueba, debes de tener lista la muestra (secada, disgregada y cuarteada). El material producto del cuarteo se pasa por la malla ¾, para eliminar partículas con mayor tamaño, colocando el material en una charola con un peso aproximado de 7.5 kg, este es el peso idóneo para llevar acabo el ensaye. 1. De la porción cribada, se le agrega una cantidad de agua del 2 al 4% respecto al peso de la muestra, esto es para humectar encontrando una humedad óptima para dar comienzo con el ensaye. En el caso que al 45

46 homogenizar el material con el agua se forman grumos, se revuelve el material hasta que se disgregue. 2. El material es dividido en 5 partes iguales. Una parte se vierte con el cucharon al molde, con una espesor de 1/5 de la altura del cilindro, el material con la ayuda de un desarmador se distribuye en toda el área. Posteriormente, apoyamos nuestros pies sobre el contorno de la base metálica, esto nos asistirá para que el molde no se mueva durante el siguiente paso. 3. Sobre ponemos el pisón y damos comienzo al compactado del material, debe ser 56 golpes en formar circular en espiral uniformemente. Se escarifica con el desarmador la superficie compactada, para que haya mejor agarre entre capa y capa. Se realiza los pasos 2 y 3 cuatro veces más, hasta tener las 5 capas que necesita esta prueba. 4. Al terminar con la compactación de las capas, se retira el collarín de extensión del molde (parte superior) y se verifica que el material no sobre salga de 1.5 cm del cilindro (parte inferior); si sobre pasa se debe repetir el ensaye una vez más, es muy importante seguir los pasos correctamente para evitar cualquier tipo de errores. En caso que no suceda lo anterior, se enrasa la superficie con la regla metálica. 5. Es pesado en la báscula, el cilindro con el material, retirando la base metálica, anotando el resultado en el formato. El espécimen que se forma, es retirado del cilindro, haciéndole un corte longitudinal se toma una porción de suelo de unos 200 gr, colocado en una capsula se introduce al horno para su secado. Anotamos los pesos antes y después del secado. 6. Se incorpora el material compactado con el sobrante, eliminando los grumos. Incrementamos agua al 2 % de la masa inicial, es decir, pesamos el material, el resultado se multiplica por el 2% (0.02) y este será la cantidad de agua en litros que se agregará. 7. Se repiten los pasos descritos en los puntos 2 al 6, incrementando sucesivamente el 2% de humedad hasta que dicho contenido de agua sea tal que el ultimo espécimen presente una disminución apreciable en su masa con respecto a la anterior. Para definir convenientemente esta prueba será necesario al menos cuatro compactaciones. 46

47 En la siguiente tabla muestra los espacios donde se anotan los resultados de pesos y con dicha informacion se derivan los demas puntos que son requeridos. Al final de obetner toda la informacion, los resutados se vaciaran en una grafica. CALCULO Y RESULTADOS En el cuadro anterior, hay datos que arroja la prueba cuando pesamos los materiales, por ejemplo: en el caso de Peso del Suelo Humedo (Wh) es resultado del peso del material estraido de los especimenes; el peso del suelo seco (Ws) es producto del peso del material ya seco. Esto es igual para el pesos especificos, el Wi es el peso del especimen con el molde. Humedades Donde el peso del Agua en gramos es representado por Ww. el valor w corresponde al contenido de humedad en porciento (%). Ww = Wh Ws Ecuación 2-6 w = W w W s x 100 Ecuación 2-7 Peso especifico Wm = Wi Wp Ecuación 2-8 ɣm = Wm V ɣd = ɣm (100+w) x 100 Ecuación 2-9 Ecuación 2-10 donde Wm es el valor del peso del suelo Humedo en gramos, este se calcula conciendo el peso del suelo huemedo mas el peso del molde Wi y el peso del molde Wp, todo esto en gramos. Respecto al ɣm peso específico húmedo (kg/m³), solo fraccionamos el producto Wm entre el volumen del molde (m³). El ɣd es el Peso Específico Seco (kg/m³). 47

48 2.2.8 CBR (RELACIÓN DE SOPORTE CALIFORNIA). Materiales y Equipos - Equipo de carga, compuesto de un marco de carga, anillo de carga, extensómetro del anillo, pistón de penetración, plato de apoyo y un gato hidráulico o mecánico. - Dispositivo de medición de expansión, trípode con vástago. - 3 moldes cilíndricos de acero, de mm de diámetro interior y mm de altura, con un collarín de extensión de 50.8 mm de altura mínimo. - Placa de base perforada con al menos 28 orificios de 1.6 mm de diámetro, distribuidos uniformemente. - Placa de base sin perforar de 1.6 mm de diámetro. - Disco espaciador de acero, de mm de diámetro y de altura 61.4 mm. - Pisón metálico tipo martillo deslizante, con peso de 4.54 kg y una altura de acida de 457 mm, con cara inferior de apisonado circular de mm de diámetro y acoplado a sendas guías metálicas tubulares. - Placas de carga anulares, con diámetro de a mm, con orificio central aproximadamente 54 mm de diámetro y con un peso de kg. - Placas de carga ranurada, con diámetro de mm y un peso de kg. La ranura que comunique el orificio central con el perímetro tendrá un ancho aproximado de 54 mm. - Tanque de saturación. - Malla ¾ y n 4. - Bascula - Charolas - Cucharon - Probetas - Regla - Aceite - Papel filtro 48

49 Ilustración 2-5. Equipo de Carga mecánica, capaz de proveer desplazamiento constante. Procedimiento 1. Tener la muestra lista, calculamos el contenido de agua y seca, disgregada y cuarteada. Obtenemos una muestra representativa de unos 21 kg. 2. Pasamos la muestra por la malla 3/4, el material retenido es desechado. 3. Administramos agua al material para adquirir una humedad óptima para el comienzo del ensaye. Para conocer el volumen de agua requerida Vw se calcula con la fórmula que aparece el apartado siguiente de cálculo. 4. Incorporando el agua, mezclamos el material hasta homogenizarlo, puede ser revuelto con las manos o con el cucharon. Si llegara a encontrar algunos grumos es necesario disgregarlos. 5. Ensamblamos el molde con el collarín de extensión a la placa de base sin perforaciones, por medio de la abrazadera y se lubrica con aceite las pareces interior del molde y del collarín. 6. Insertamos el disco espaciador dentro del molde y colocamos un papel filtro sobre el disco para impedir que el material se adhiera a él, apoyado en una superficie plana y uniforme. 7. Realizamos los mismo pasos del 2 al 4 de la sección de la prueba AASHTO Modificada. 49

50 8. Cuando enrasamos con la regla metálica, el material lo colocamos en una charola para obtener su contenido de agua, y verificar si este corresponde con el material de banco. 9. Rellenamos con material fino las oquedades resultantes del enrase. 10. Desprendemos la placa de base el molde con el espécimen, retirando el disco espaciador y se determina la masa del molde con el espécimen en g. 11. Se realiza el mismo procedimiento para dos especímenes más. 12. Inmediatamente de obtener la masa de los especímenes, colocamos un papel filtro sobre un aplaca de base perforada, invertimos el molde con el espécimen de tal forma que su fondo sea ahora la parte superior; colocamos otro papel filtro y ensamblamos el molde a la placa de base perforada por medio de las abrazaderas. 13. Ponemos sobre el espécimen una placa de expansión con su vástago ajustable y las placas de carga que sean necesarias para producir una sobrecarga equivalente a las capas que se construirán sobre la capa del material en estudio. 14. Introducimos con cuidado el molde en el tanque de saturación, permitiendo un flujo de agua en la parte inferior como en la superior. 15. Colocamos el trípode del dispositivo de medición de expansión sobre el molde, con su extensómetro arriba del vástago de la placa de expansión, el que se ajusta para hacer contacto con el vástago extensómetro, ejecutando una lectura inicial para la determinación de la Expansión (Exp). 16. Dejamos saturar por 96 h; registrando una h0 en mm, manteniendo el nivel del tanque a 25 mm sobre la parte superior del molde. 17. Al terminar la saturación, anotamos la lectura final en el extensómetro hf en mm. 18. Extraemos del tanque el espécimen con cuidado, dejándolo reposar unos 15 minutos. 50

51 Ilustración 2-6. Trípode que determina la expansión. 19. Pasando el tiempo, removemos las placas de carga y las placas perforadas, así como las hojas de papel filtro. Determinamos la masa del molde con el espécimen. 20. Colocamos el molde en la placa de base sin perforaciones, agarrado por medio de abrazaderas. 21. Se pone sobre el espécimen una placa de carga anular, insertando el pistón de penetración en su orificio central, aplicamos una carga inicial de 4.38 kg y colocamos las placas ranuradas necesarias para producir la sobrecarga utilizada durante la saturación. 22. Ajustamos el extensómetro para medir la penetración, acoplamos al pistón de penetración y apoyamos el vástago sobre la pared del molde. Hay que poner en ceros sus caratulas al igual que la del extensómetro del anillo de medición. 51

52 23. Aplicamos la carga con una velocidad uniforme de 1.27 mm/min, leyendo y registrando las cargas aplicadas obtenidas en los tiempos que se muestra en la tabla. 24. Al finalizar la penetración, sacamos el espécimen, lo cortamos longitudinalmente y en la parte central tomamos una porción de la muestra, determinamos con el su contenido de humedad en estado saturado. 25. Repetimos todo los procedimientos para los otros dos especímenes. Es necesario realizar 3 muestra para estar más seguro de los resultados arrojados. Cálculos γ dj = 1000(W mj + ef W mj ) 0.25π ( D mj 10 )2 ( H mj H dek 10 )(1 + W satj 100 ) Ecuación ɣdj = Masa volumétrica seca del espécimen compactado en el molde j (kg/m 3 ) j k = Número del molde que se utilizó para compactar el espécimen = Numero del disco espaciador que se utilizó para compactar el espécimen. Wmj + ef = Masa del molde j más espécimen saturado. (g) Wmj Dmj Hmj Hdek Wsatj = Masa del Molde j. (g) = Diámetro interior del molde j. (mm) = Altura del molde (mm) = Altura del disco espaciador k. (mm) = Contenido de agua del espécimen en estado saturado compactado en el molde j, (%) Ecuación W cj = W satj (100 + W satj)(w mj+ef W mj+ei ) W mj+ef W mj 52

53 Wcj = Contenido de agua del espécimen compactado en el molde j. (%) Wsatj = Contenido de agua del espécimen en estado saturado, (%) j = Numero del molde que se utilizó para compactar el espécimen. Wmj+ef = Masa del molde j más espécimen saturado (g) Wmj+ei = Masa del molde j más espécimen compactado (g) Wmj = Masa del molde j (g) Ecuación Exp j = 100 hj H mj H dek Expj = Expansión del espécimen compactado en el molde j (%) j k hj = Numero del Molde que se utilizó para compactar el espécimen = Numero del disco espaciador que se utilizó para compactar. = Diferencia entre las lecturas iniciales (h0j) y final (hfj) en el extensómetro del dispositivo de expansión del molde j (mm). Hmj = Altura del molde j (mm) Hdek = Altura del disco espaciador k. (mm) Para cada espécimen realizado, se presenta una gráfica de cada probeta, en la cual se plasma en el eje de las abscisas los milímetros de penetraciones que presento cada probeta y en el eje de las ordenadas las cargas. Se representa con una curva continua que no represente cambios brucos de pendiente; cuando se encuentre una línea curva discontinua, indica que la penetración no se efectuó correctamente. 53

54 Ilustración 2-7. Correcciones de curvas de carga - penetración. Se calculan, con una décima de aproximación, los valores soporte de California a 2.54 y 5.08 mm de penetración de los especímenes compactados, mediante las siguientes expresiones: CBR 2.54 = 100 C Ecuación Ecuación CBR 5.08 = 100C Dónde: CBR 2.54 CBR 5.08 = Valor Soporte California determinado para una penetración de 2.54 mm. = Valor Soporte California determinado para una penetración de 5.08 mm. C 2.54 = Carga aplicada o corregida, (kn) para una penetración de 2.54 mm 54

55 C 5.08 = Carga aplicada o corregida, (kn) para una penetración de 5.08 mm Una vez calculando los CBR, realizamos una nueva grafica; en la que el eje de las abscisas se indica las masas volumétricas secas y en el de las ordenadas los Valores Soporte de California (CBR), se marcan los puntos y se unen en líneas continuas que no presenten cambios bruscos de pendiente. Ilustración 2-8. Curva CBR La figura muestra la manera en que se plasma los resultados obtenidos en el ensaye CBR. 2.3 PRUEBAS DE LABORATORIO PARA CONCRETO HIDRÁULICO La mayoría de las pruebas que se efectuaron en la construcción de esta autopista eran realizadas tanto para la calidad del concreto como para la base. Por esa razón los procedimientos de los ensayes, ya se mencionaron en la base no se repetirán en este apartado, solo teniendo en cuenta que son diferentes tipos de materiales experimentados. 55

56 Los ensayes de calidad que se realizaron al concreto fueron los que se presentan: Análisis Granulométrico. Pesos Volumétricos. Absorción y Densidad (Grava y Arena). Revenimiento. Elaboración de Especímenes para ejercer esfuerzos a compresión. Las tres primeras pruebas son realizadas a los materiales como la grava y la arena, conociendo si ellos poseen las características necesarias para su aplicación en la obra. Los siguientes dos, son ensayes de calidad cuando ya fue realizado el concreto MUESTREO DEL MATERIAL Para la aplicación de las pruebas, la toma del material es muy importante la forma en la que la hacemos. En el caso del muestreo de material producto del banco es necesario realizar los siguientes pasos: 1. Cuando el material es triturado y obtiene sus tamaños correctos es depositado en una zona formando un cono o pirámide. 2. El auxiliar de laboratorio vestido correctamente con botas, chaleco y casco, sube por el montículo de material y con la ayuda de una pala toma la muestra. Hay varios tipos de muestreo. 3. El primero, como se ve en la imagen los puntos marcados son los lugares donde se tomara una porción con la pala, es importante tener en cuenta que deben ser distribuidos de manera uniforme y no de un solo lado, para así acaparar la gran mayoría del área. 4. La segunda, tomando en cuenta que son conos los bancos de materiales el auxiliar sube hasta la cumbre y con la pala comienza bajando arrastrando el material formando un canal, hasta llegar abajo creando un montículo del cual se tomaran dos o tres paladas de muestra. Esto se hacen de 3 a 4 veces lo mismo pero en diferentes puntos, buscando la mejor distribución. 56

57 5. El material es transportado en una carretilla al laboratorio, si la muestra es mayor a los 5000 kg es necesario realizar un cuarteo hasta obtener una cantidad adecuada. Ilustración 2-9. Muestreo de la grava para concreto hidráulico CUARTEO DEL MATERIAL 1. El cuarteo es revolver el material formando una montañita o cono, tomando con la pala un poco del material muestreado y colocándolo en un espacio limpio dejando caer mientras el auxiliar va dando vueltas con respecto a esa área. Esto se realiza hasta que toda la muestra está colocada en el mismo lugar. Este procedimiento se hace de dos a tres veces para obtener una homogeneidad de los materiales. 2. Cuando finalizamos con lo anterior, dividimos en cuatro partes la muestra, tratar que sea lo mejor distribuido. Si se cree que dos partes de la muestra es la cantidad suficiente para proceder con la prueba, es depositados en una tara. Es muy importante recoger bien todo el material, tratando de no dejar ninguna partícula. 3. Posteriormente el material es secado al sol o en el horno. Una vez seco, procedemos a realizarle las pruebas pertinentes. 57

58 Fue muy importante cuando se realizaron las calidades de los materiales (pruebas) tratar de no perder la mayoría de las partículas finas; es necesario conservar todo el material del cuarteo, obteniendo mejores resultados. La prueba de calidad, Análisis Granulométrico, se realiza de la misma forma para la grava y la arena como se describe en la base cementada PRUEBA DE ABSORCIÓN DE LA ARENA Y LA GRAVA La absorción se puede definir como la cantidad de agua que retiene la arena o la grava, después de estar saturado en esta alrededor de 24 horas, representado como porciento del peso seco del material. Arena Equipo Balanza de torsión de 1 kg de capacidad y 0.1 gr de sensibilidad. Charola Placa de vidrio. Pisón metálico con peso de 336 gr de 25.4 mm de diámetro en su cara de pisón. Horno o parrilla. Molde de cono truncado, de lámina galvanizada de 88.9 mm diámetro inferior y 38.1 mm diámetro superior por 73 mm de altura. Procedimiento 1. Se toma una muestra representativa de arena, debe de estar cuarteada, alrededor de unos 600 gr; se deja suturada en agua limpia por 24 hr. 2. Cuando haya pasado el tiempo requerido, se escurre el agua que no fue absorbida y se extiende sobre el vidrio, removiéndolo frecuentemente, hasta observar que haya perdido el agua superficial. 3. Sobre la charola colocamos el cono truncado. Posteriormente iniciamos a llenar el cono con nuestra mano sin tratar de perder material, cuando este al tope, suavemente compactamos con el pisón, dando 25 golpes. Dejando la arena al ras del molde. 58

59 4. Levantamos el molde con cierta rapidez, observamos el comportamiento de la arena. Si al quitar el molde, la arena no forma una especie de cono lo más perfecto posible, hay que repetir los pasos, secando superficialmente el material. Cuando haya alcanzado la forma de cono es material estar superficialmente seco y el ensaye será el correcto. 5. Pesamos el material del cono, anotando el resultado. 6. Se mete al horno o se seca en la parrilla, el punto es eliminar toda la humedad que contiene. 7. Dejamos que se enfríe, y pesamos nuevamente, anotando el producto. Donde H es el Peso de la muestra Saturada y el valor de S es el Peso de la muestra Seca. AA = H S X 100 S Ecuación Grava Equipo Balanza de torsión de 1kg de capacidad y 0.1 gr de sensibilidad. Estufa u horno. Charola Franela o toalla galvanizada. Procedimiento 1. Se realiza un cuarteo de unos 300 gr, se sumergen en agua durante 24 hr. 2. Cuando pase este tiempo, se expulsa el agua. Mientras tanto, la grava es secada superficialmente con la franela. 3. Se pesa en la báscula la muestra, anotamos los pesos. 4. Introducimos el material al horno o en estufa para perdida de humedad. Cuando este seco, dejamos que adquiera una temperatura ambiente y pesamos nuevamente la muestra, anotando resultados. 59

60 2.3.4 PRUEBA DE DENSIDAD DE LA ARENA Y LA GRAVA El propósito de este ensaye es determinar la densidad relativa de los materiales pétreos (arena y grava) empleados en mezcla de concreto hidráulico, con el fin de conocer la mas de los sólidos por unidad de volumen sin vacíos en cada una de sus partes, con respecto a la densidad del agua. Arena Equipo Matraz aforado Bascula Papel absorbente Malla n 4 Parrilla o estufa Termómetro Embudo Agua destilada Pipeta o gotero Procedimiento 1. Se muestrea el material; es secado y cuarteado. 2. Se pasa por la malla n 4 la arena, esto es para percatarnos que no haya material mayor 4.75 mm. Después pesamos unos 100 gr de material. Es muy importante que antes que iniciemos con el ensaye calibremos la báscula. 3. Se afora el matraz, de tal forma que el menisco en su parte inferior coincida con el cero. 4. Con el papel absorbente secamos cuidadosamente el cuello del matraz. 5. Con el embudo vaciamos el material al matraz, tratar de realizarlo con cuidado para no salpicar con las paredes de este. 6. Llenamos el matraz con el agua destilada y con la ayuda del gotero hasta la mitad de este. 60

61 7. Con la parrilla o estufa, ponemos en ebullición el líquido del matraz y dando algunos golpes a este, esto es para eliminar el aire atrapado. 8. Dejamos que se enfrié el matraz, para posteriormente con la báscula determinamos su masa y el volumen, tomar nota. Desalojamos el agua. Calculo La densidad de la arena es deducida conociendo el Pa es el Peso de la arena y el V volumen del agua. Grava Materiales Bascula Probeta Agua potable Malla 3/8 Procedimiento Densidad = P a V 1. El material ya cuarteado y seco, se pasa por la malla 3/8 para eliminar partículas menores a 9.5 mm. Se pesa unos 500 kg de muestra. 2. Se satura el material retenido en la malla con agua durante 24 hrs. al finalizar es tiempo, se seca superficialmente la grava. 3. Se llena la probeta hasta ¼ con agua potable. 4. Se vierte el material poco a poco, evitando salpicar las paredes y sin arrastrar aire. 5. Al finalizar el paso anterior, observamos el volumen de agua desalojada, anotamos su alcance. Ecuación densiad = P a V 2 V 1 Ecuación

62 El Cálculo de la densidad de la grava es diferente al de la arena; el valor de Pa es el peso de la arena, V1 volumen del agua inicial y V2 volumen de agua desalojada MUESTREO DE CONCRETO HIDRÁULICO Materiales Pala para construcción Charola de aluminio Carretilla Procedimiento a. Por lo general al realizar el concreto es en tolvas o revolvedora. b. El concreto es vertido en el lugar de la obra y antes que es acomodado y fraguado, tomamos paladas de 5 lugares diferentes del concreto. Esto es, para acaparar la mayor parte del área estudiada. c. Las paladas son puestas en una charola y revueltas para una mejor homogenización del material. En algunos casos es necesario trasladar el concreto en carretilla al punto donde se aplicaran los muestreos o pruebas. d. Ahora ya puede ser usado para la realización de las pruebas de revenimiento y la producción de muestras (cilindros y vigas) PRUEBA DE REVENIMIENTO DEL CONCRETO FRESCO Material Cono truncado de lámina galvanizada n 18, de 20 cm de diámetro inferior, 10 cm de diámetro superior y 30 cm de altura, provisto de asas y orejas para sujetarlo durante la prueba. Cucharon Charolas Varilla de fierro redonda lisa de 16 mm de diámetro, de 60 cm de largo y una punta de forma casquete esférico (punta de bala). Placa cuadrada metálica de 50 x 50 cm. 62

63 Guantes de hule Flexómetro 63 Ilustración Material útil para realizar la prueba de revenimiento Procedimiento 1. Limpieza del cono y Placa metálica. Es necesario enjuagar con agua limpia los materiales. Coloque sobre la placa el cono, tomando en cuenta que la placa debe de estar en una superficie firme y novelada. 2. Obtención de la muestra. (Muestreo de Concreto Hidráulico). 3. Afirmar los pies sobre las azas del cono y llene 1/3 del volumen del cono de muestra, tomarlo con el cucharon. 4. Compactar el concreto con la varilla 25 veces. 5. Se realiza los pasos 3 y 4 nuevamente, para cada tercio de volumen, hasta llenar el cono su máxima capacidad. No importa que se desparrame el material. 6. Nivelamos o enrasamos el área superior del cono, con la varilla de acero como una acción de rodillo. 7. Limpiar el concreto que quedo en los alrededores del cono. 8. Levantamos el cono cuidadosamente en dirección recta hacia arriba, asegurando de no mover la muestra. Colocarlo al revés y poner la varilla a través del cono volteado.

64 9. Tomar la distancia de la altura entre la parte superior de la muestra y la varilla. Si hay varias distancias en el área superior, sacamos un promedio de tres. Ilustración Forma en que se debe medir el revenimiento 10. Si la muestra falla por que esta fuera de la tolerancia, debe tomarse otra muestra. Si la nueva muestra falla toda la mezcla debe ser rechazada por no cumplir con los requerimientos del proyecto PRUEBA A LA COMPRESIÓN SIMPLE DEL CONCRETO HIDRÁULICO PREPARACIÓN DEL ESPÉCIMEN Materiales Cilindros de acero de 15 cm de diámetro x 30 cm de altura. Varilla de fierro redonda lisa de 16 mm de diámetro, de 60 cm de largo y una punta de forma casquete esférico (punta de bala). Placa cuadrada metálica de 50 x 50 cm. Llana de acero. Cucharon Aceite o diésel. 64

65 Procedimiento 1. Limpiar el molde cilíndrico y untar con una estopa el interior con diésel. 2. Colocar el cilindro sobre la placa de acero en una superficie limpia, nivelada y firme. 3. Obtener una muestra de concreto hidráulico. (Muestreo de Concreto Hidráulico). 4. Llenar 1/3 del volumen del molde con concreto y luego compacte varillando 25 veces. Es necesario dar algunos golpecitos con un mazo de caucho duro sobre el cuerpo del cilindro para eliminar el posible aire atrapado 5. Realizar el mismo paso anterior para cada tercio de volumen, logrando que la varilla penetre aproximadamente 10 mm de la primera capa. Repetir esto hasta llenar el cilindro. 6. Nivelar o enrasar el superior del cilindro con la llana de acero y limpiar cualquier residuo de concreto que este alrededor del molde. 7. Al finalizar el punto anterior, tapar con plástico y etiquetar las muestras. Ponerlo en un lugar freso y seco para que fragüé por lo menos 24 horas. 8. En seguida que haya pasado las 24 horas, es colocado en una pileta de agua con una altura mayor a la de los especímenes. Estos quedaran sumergidos por la duración de fraguado que se le haya implementado a cada uno, es decir, si se ensayaran a 7, 14, o 28 días, según lo especifique el proyecto. CABECEO Y TRONADO Materiales Prensa Hidráulica. Puede ser mecánica, hidráulica o neumática, con capacidad de 1200 kn ( kg), con control de velocidad de aplicación de carga, sin perdidas de cargas o impactos bruscos. Molde y Placas cabeceadoras de metal, con diámetros sea mínimo 5 mm mayor que el diámetro del espécimen por cabecear y la superficie de asiento no se aparte de u plano en más de 0.05 mm en 150 mm. 65

66 Dispositivo para fundir el mortero de azufre Balanza analítica. Varilla de acero para agitar Regla rígida o flexómetro. Mortero de Azufre, con una resistencia de MPa (350 kg/cm2) en un tiempo máximo de 2 h. Brocha Aceite o diésel. Procedimiento 1. Se retiran los especímenes de la pileta y son cubiertos con una manta mojada antes y después del cabeceo, esto para evitar pérdidas de agua, hasta el inicio de la prueba. 2. Se mide la altura y el diámetro del espécimen. Por lo menos, deben ser medidos 2 diámetros perpendiculares y 2 alturas opuestas. Sacando un promedio de las dos medidas. 3. Se pone a calentar el mortero de azufre. Mientras tanto con una brochita colocamos aceite o diésel a la superficie del cilindro que se va a cabecear, es decir las dos áreas circulares. 4. Cuando iniciemos con el cabeceo, asegurarse que el azufre haya llegado a su temperatura ideal para su uso. Así que procedemos a untar con aceite el plato donde será el cabeceo, esto es para que el azufre pueda desprenderse fácilmente. 5. Con un cucharon, vertimos la cantidad suficiente de azufre caliente sobre el plato, inmediatamente tomamos el espécimen fuertemente y lo pegamos hacia la pared del molde, dejando caer con cuidado sin salpicar. Esperamos a que el azufre se endurezca y retiramos el espécimen; esto lo realizamos de la misma manera para la otra cara del cilindro. 6. Cuando terminamos de cabecear, es imperativo que los especímenes estén húmedos, con la ayuda del trapo mojado lo adquirirá, hasta el momento del tronado. 7. Procedemos al tronado. 8. Para iniciar, limpiamos las superficies de las placas superior e inferior de la prensa y los extremos de los especímenes de prueba. 66

67 9. Colocamos el espécimen sobre la placa inferior, alineada a su eje cuidadosamente respecto del centro de la placa de carga con asiento esférico, mientras la placa superior se baja hacia el espécimen hasta logar un contacto suave, uniforme y directo. 10. Aplicamos la carga con una velocidad uniforme y continua sin producir impacto ni perdida de la carga. 11. Se aplican las cargas hasta alcanzar la máxima permisible, haciendo los registros correspondientes. Cuando sea necesario, se podrá observar o llevar acabo la ruptura con el fin de observar el tipo de falla y apariencia del concreto. Cálculos Como el resultado obtenido del ensaye, se calcula la compresión simple soportada el espécimen, con la siguiente expresión. R = 10 P A Ecuación Dónde R es la resistencia a la compresión simple (MPa), el valor de P es la carga máxima, (kn) y la A se obtiene del área promedio de la sección transversal del espécimen (cm2) PRUEBA A LA FLEXIÓN DEL CONCRETO HIDRÁULICO PREPARACIÓN DEL ESPÉCIMEN Materiales Vigas de acero de 15 cm x 15 cm x 60 cm de largo. Varilla de fierro redonda lisa de 16 mm de diámetro, de 60 cm de largo y una punta de forma casquete esférico (punta de bala). Llana de acero. Cucharon Aceite o diésel. Procedimiento 67

68 1. Limpiar el molde de viga y untar con una estopa el interior con diésel. 2. Colocar el molde sobre una superficie limpia, nivelada y firme. 3. Obtener una muestra de concreto hidráulico. (Muestreo de Concreto Hidráulico). 4. Llenar 1/2 del volumen del molde con concreto y luego compacte varillando 96 veces, en forma de 3 bolillos. Es necesario dar algunos golpecitos con un mazo de caucho duro sobre el cuerpo de la viga para eliminar el posible aire atrapado. 5. Realizar el mismo paso anterior para la siguiente mitad de la viga, logrando que la varilla penetre aproximadamente 10 mm de la primera capa. Repetir esto hasta llenar el cilindro. 6. Nivelar o enrasar el área superior de la viga con la llana de acero y limpiar cualquier residuo de concreto que este alrededor del molde. 7. Al finalizar, tapar con plástico y etiquetar las muestras. Ponerlo en un lugar freso y seco para que fragüé por lo menos 24 horas. 8. En seguida que haya pasado las 24 horas, es colocado en una pileta con agua de una altura mayor a la de los especímenes. Estos quedaran sumergidos por la duración de fraguado que se le haya implementado a cada uno, es decir, si se ensayaran a 7, 14, o 28 días, según lo especifique el proyecto. TRONADO O ENSAYE Materiales Prensa Hidráulica. Puede ser mecánica, hidráulica o neumática, con capacidad de 1200 kn ( kg), con control de velocidad de aplicación de carga, sin perdidas de cargas o impactos bruscos. Marcador negro o lápiz. Flexómetro o regla. Procedimiento 68

69 1. Cuando sea el tiempo de ensayar cada espécimen, los extraemos de la pileta. Es conveniente que tengan una franela mojada para que cuando sea ensayado no pierda la humedad necesaria. 2. Medir el ancho promedio, el peralte y la localización de la línea de falla. 3. Con el plumón marcamos tres de las caras del espécimen, dejando de lateral la cara la cual fue enrasada al momento de su preparación. 4. La cara la cual sufrirá el contacto de la prensa, se marcara primero 7.5 cm de la arista menor hacia el centro, después de lo marcado otros 15 cm hacia el centro, hacemos lo mismo con el otro extremo. Formando en el centro un cuadrado. 5. Para las caras que quedaran en los laterales, solo marcaremos de la arista del extremo 15 cm hacia el centro. Estas marcas servirán de ayuda para centrar correctamente el espécimen en la prensa y conocer qué tipo de falla sufrió. 6. Centramos el espécimen con las marcas de los costados con la placa de carga inferior y la placa de carga superior debe quedar en el centro del espécimen, por ello las marcas harán la adecuación correcta. 7. Cuando esta todo alineado, procedemos aplicar la carga con una velocidad uniforme y continua sin producir impacto ni perdida de la carga. 8. Se aplican las cargas hasta alcanzar la máxima permisible, haciendo los registros correspondientes. Cuando sea necesario, se podrá observar o llevar acabo la ruptura con el fin de observar el tipo de falla y apariencia del concreto. Cálculos Como los resultados logrados, se calcula el Modulo de Ruptura (Mr) en kpa (Kgf/cm 2 ) con la siguiente expresión. Mr = P x L b x d 2 Ecuación El Valor de P es la carga máxima aplicada (kn), L es la distancia entre apoyos, en cm, b es el ancho promedio del espécimen (cm) y el peralte promedio del espécimen es d (cm). 69

70 70 Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada

71 Capítulo III CONTROL DE CALIDAD DE LA BASE CEMENTADA 3.1 CONTROL DE CALIDAD 71

72 En toda obra o en cualquier otro tipo de actividad se debe realizar un estudio, estrategias o plan para conocer si lo que se está ejecutando es correcto a lo especificado, a esto se le llama control de calidad, es decir, un proceso que se produce con el fin de establecer y cumplir normas asegurando su ejecución. El desarrollo del control se debe realizar de forma ordenada, para eso, se deben tener en consideración los pasos para su actuación: 1. Establecer el objetivo del control. 2. Conocer de manera exacta los valores tanto normal o estándar de las especificaciones a controlar. 3. Saber un instrumento de medida. En una carretera es conocer las pruebas que se le realizan a las diferentes etapas de la construcción. 4. Interpretar los resultados de las pruebas. Distinguir el valor obtenido con los valores normal y estándar. 5. Si en algún caso no cumple con las especificaciones, encontrar como resolver el problema para que dichas reglas se cumplan. En la construcción, la calidad no solo se verificar al concluir con los trabajos de construcción, por lo cual, debe ser antes, durante y al final. Realizando inspecciones rigurosas acompañadas con ensayos para determinar las características correctas. El objetivo principal es ofrecer y satisfacer al cliente al máximo y de igual manera logar los objetivos de la empresa. 3.2 BASE CEMENTADA (PRELIMINAR) Lo que Caminos Federales de Ingresos y Servicios Conexos lícito fue el recorte del pavimento existente de 10 cm de espesor, recuperando la base existente para formar una capa de base modificada con cemento Portland de 20 cm de espesor agregándole material de banco. Posteriormente, la construcción de una carpeta de concreto hidráulico de 35 cm de espesor; con cuerpos de dos carriles de circulación 3.5 metros de ancho cada uno y una sección de proyecto de 10.5 m, con acotamiento interno de 1.0 m y acotamiento externo de 2.5 m. El kilometraje donde se aterriza este presente trabajo es del kilómetro al Se presenta, los resultados obtenidos de las pruebas realizadas 72

73 durante su ejecución, comparar con la normativa y observar cómo se van comportando los materiales. La base es de estilo Modificado con Cemento Portland. Esta capa cumplió con las especificaciones del proyecto, las cuales son, ser una capa de 20 cm de espesor ya compactado, construido con material producto de recuperación de la base existente, con técnicas en frio, sumándole material de banco para lograr el espesor solicitado. Para su cumplimiento se tuvo que verificar si el material cumplía con la granulometría establecida en la N-CMT /11, a su vez, se mezcló cemento Portland en forma de lechada en cantidades suficientes para alcanzar su resistencia, la cual el proyecto establecía que la compresión simple debía de ser de 25 kg/cm2 a los 7 días. Los trabajos en la base se iniciaron después que es retirado 10 cms del pavimento existente, dicho por el proyecto. Posteriormente, la base actual es fresada con recicladora para levantar el material y ser juntado con material de banco (grava y arena). Este material hizo que se cumpliera con el espesor de 20 cms y con el suministro de Cemento portland mediante lechada (agua-cemento) sobre el material recuperado, es a través de un equipo dosificador móvil con válvulas dosificadoras computarizadas, garantizaron una resistencia a la compresión simple de 25 kg/cm 2 a los 7 días. El equipo dosificador, dispone de las cantidades suficientes de cemento y agua que se vertieron en los materiales, obteniendo una humedad optima indicada en el proyecto con un bombeo mínimo del 2 %. La mezcla fue en todo momento de manera homogénea y checando que el espesor fuera el mismo en todas las partes del tramo. Para corroborar que la unión de estos materiales es la correcta, fue necesario muestrear material de diferentes puntos del trayecto. La muestra es llevada al laboratorio para realizar las pruebas necesarias y conocer sus características. Los ensayes necesarios se presentan en la siguiente tabla, mostrando los parámetros necesarios para una base de cementada. 73

74 Tabla 3.1. Parámetros para las diferentes pruebas de calidad en la Base Cementada PRUEBAS VALOR % Granulometría Índice plástico Max 6 Limite Liquido Max 25 Equivalente de Arena Min 40 Valor soporte de California (CBR) Min 80 Partículas alargadas y lajeadas Max 40 Grado de Compactación (AASHTO Modificada a 5 Capas) Min 100 Si el material cumple con todos los ensayes y sus respectivos parámetros, la base está en buen estado, procediendo a la compactación. El mezclado de los materiales en porcentaje o cantidades, no en todos los tramos fue el mismo, es decir algunas veces era necesario agregar menos o más cantidades de material de banco, esto era verificado mediante las pruebas de laboratorio, las cuales arrojaban resultados correctos o incorrectos. Si era incorrecto se tenía que buscar una vía de mejoramiento del material para que así cumpliera con lo especificado. 3.3 GRANULOMETRÍA La granulometría consiste en separar y clasificar por tamaños los granos de las partículas, es decir, dividir el suelo en diferentes dimensiones, por medio de tamices con el fin de clasificarlos en gravas o arenas, según por la malla en la cual pase. Debe ser un suelo granular, material rocoso o combinaciones de ambos, libre de material orgánico y escombros. En la Rehabilitación de la Autopista fue de gran importancia el muestreo de materiales (grava y arena) para conocer la granulometría. Al inicio del proyecto la base estaba pronosticada con material de recuperación de la base anterior y con material nuevo de banco; pese a las recomendaciones de la empresa constructora, la base quedo conformada por material nuevo de 74

75 banco en un 100%. El material producto del retiro en frío estuvo sujeto a la norma N-CSV-CAR /03; la cual expone que tiene la actividad de desintegrar total o parte del material de la base o sub-base, por medios mecánicos en frio, remezcla en el lugar el material recuperado con materiales pétreos nuevos, modificados o estabilizados con cemento portland para formar una base sobre la cual se construirá una nueva carpeta. Ilustración 3-1. Ilustración 3-2. La recuperación de la base estuvo a cargo de una recuperadora autopropulsada y equipada con las unidades necesarias y especificas del proyecto, para su corte 75

76 y disgregación de la base. También fue necesario reducir las emisiones de polvo para esto fue usado una moto conformadora. La norma anterior también marcaba que la recuperación no podía efectuarse cuando hubiera encharcamientos, lluvia o posible lluvia y cuando la temperatura estuviera por debajo de los 4 Celsius. Los materiales producto de banco, agregados pétreos, estuvieron aprueba en varios ensayes para conocer sus características físicas y mecánicas; y la forma en que se comportaba con el material existente. Los bancos de materiales fueron aprobados por la empresa constructora; los bancos elegidos y aprobados fueron Tricoc y Jacome, estos se encontraban cercanos a las instalaciones de la Planta de Concreto de CEMEX. Según la Norma N-CMT /11 los materiales serán 100 % producto de trituración de piedra sana; la granulometría estará sujeta a la tabla siguiente de la norma para base de pavimentos con carpetas de concreto hidráulico. Si la granulometría obtenida del banco no cumple con los requisitos se podrá mezcla con material de otro banco. Los materiales deben de mezclarse de manera homogénea evitando su segregación y degradación. Junto a la planta de CEMEX, se hallaba una planta trituradora y cribadora de minerales; el material era traído de los bancos antes mencionados en camiones de volteo y vertidos por la boca de la trituradora, obteniendo como resultado los diferentes tamaños de gravas y arenas. Ilustración 3-3. Trituradora de grava y arena. 76

77 En la tabla 3.2 se muestra los porcentajes de materiales el recuperado y el de banco, deben pasar por los diferentes tipos de mallas, si estos están entre los parámetros establecidos, el material cumple con lo especificado y puede ser usado. Ilustración 3-4. Elaboración de granulometría de la base cementada. Tabla 3.2. Parámetros de porcentajes granulométricos. Abertura (mm) Mallas Designación % que pasa ½ ¾ / N N N N N N N La grafica 3.1 muestra los parámetros donde deben encontrarse la curva granulométrica, si esta no se encuentra entre las dos líneas azueles, no cumple con los requerimientos del proyecto. El procedimiento véase en el Capítulo II en 77

78 Análisis Granulométrico, sujeto a la normativa en Métodos de Muestreo M MMP Gráfica 3-1. Parámetros en los cuales se debe encontrar la curva Granulométrica, requerida en el proyecto. La licitación señala que para el tendido del material renovado, según lo establecido en la Norma N-CSV-CAR /03; la recuperadora será capaz de mezclar en sitio el material recuperado añadiendo el material pétreo nuevo y cemento portland; en la construcción no procedió así, ya que el material de la base fue totalmente nuevo y el tendido fue de manera continua, evitando que se produzcan deformaciones. En el caso de la incorporación del cemento portland, estuvo sujeto a la norma N.CMT /02, Capítulo 001 Calidad del Cemento Portland de la SCT o ASTM C El agua que se emplee en la fabricación de la base modificada con cemento Portland fue limpia y libre de materiales perjudiciales cumpliendo con lo que indica la norma N.CMT /02. El agua fue incorporada junto con la lechada de cemento portland, esto para un mejor agarre del cemento. 78

79 Siguiendo con los protocolos de calidad, la granulometría viene de la mano de las demás pruebas que son CBR, Límite líquido, índice plástico, equivalente de Arena, Pesos volumétricos suelto y máximo. Es importante que al muestrear material sea el suficiente para poder realizar los diferentes tipos de pruebas. a) Limite Líquido. Su uso es para conocer el comportamiento de los suelos finos a cierta humedad, esto se mide mediante un procedimiento normalizado en Métodos de Muestreo M MMP en el que una mezcla de suelo y agua, capaz de ser moldeada, se deposita en la Cuchara de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela, hasta que la zanja que previamente se ha recortado, se cierra en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre la zanja es 25, la humedad del suelo corresponde al límite líquido. El procedimiento véase en el Capítulo II en Límites de Consistencia. b) Índice de Plasticidad. Al igual que el límite, conocemos el comportamiento del suelo fino. Este depende sólo de la cantidad de arcilla existente e indica la finura del suelo y su capacidad para cambiar de configuración sin alterar su volumen. También es indicador de la compresibilidad. El procedimiento véase en el Capítulo II en Límites de Consistencia. c) Equivalente de Arena. Nos da un índice representativo de la proporción y características de los finos (arcillas, impurezas) que contiene un suelo granular o un árido fino. El procedimiento véase en el Capítulo II en Equivalente de Arena, sujeto a la normativa en Métodos de Muestreo M MMP d) CBR (Relación de Soporte California). Determina la capacidad del suelo y de los agregados compactados en laboratorio, con humedad óptima y niveles de compactación variables. Este ensaye se realiza parecido al AASHTO Modificado, solo que es sumergido en agua durante cuatro días a la saturación más desfavorable y luego se mide su hinchamiento mediante la penetración de un pistón de dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra compactada de suelo. El procedimiento véase en el Capítulo II en CBR relación de Soporte 79

80 California, sujeto a la normativa en Métodos de Muestreo M MMP Lo expuesto en las tablas de , es una muestra que los trabajos realizados cumplían con las expectativas, de igual manera se describe que en esos tramos, fue reemplazado todo el material existente por material de banco, esto es producto que el material no cumplía para ser rehusado. La tabla presenta el kilometraje de donde se obtuvo la muestra, la fecha y los resultados de cada prueba. Ilustración 3-5. Muestreo de material de base, para estudio del mismo. Ilustración 3-6. Muestreo de material de base, para estudio del mismo. 80

81 3.3.1 RESULTADOS OBTENIDOS EN LAS PRUEBAS DE CALIDADES COMPLETAS PARA LA BASE Tabla 3.3. Resultados de Granulometría de la Base Cementada; Cuerpo A. Kilometraje Fecha P.E. seco Suelto P.E. seco máximo % pasa 1" Granulometría % pasa N 4 % pasa N abr abr abr abr abr abr abr abr may may may may may may may may may Las tabla 3.3 y 3.5 presenta los resultados de las pruebas de granulometria y pesos volumetricos de material para base cementada. Se observa en la parte superior de la tabla los parametros en los que deben de conservar; de igual manera en la tabla 5 se hallan los porcientos necesarios que debe pasar en cada una de las mallas. Las tablas del 3.4 y 3.6 son resultados de las pruebas de Equivalente de arena, Valor Soporte California (CBR), Limite Liquito e Índice Plástico; se verifica que la solución se encuentre entre dentro de los limites especificados de cada prueba (véase. Tabla 4). 81

82 % Porciento Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Malla 1" Malla 4 Malla 200 Limite 1 Limite 2 Kilometro Gráfica 3-2. Comportamiento de resultados de Granulometría. (Cuerpo A) Tabla 3.4. Resultados de Calidades de la Base Cementada (Cuerpo A). Kilometraje CBR Limite Índice % Liquido% Plástico% Equivalente de Arena

83 Limite Liquido Equivalente de Arena Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada EA Limite Min Kilometro Gráfica 3-4. Comportamiento de resultados de Equivalente de Arena. (Cuerpo A) Limite Max LL Kilometro Gráfica 3-3. Comportamiento de resultados de Limite Liquido. (Cuerpo A) 83

84 % CBR Indice Plastico Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada IP Limite Max Kilometro Gráfica 3-5. Comportamiento de resultados de Índice Plástico. (Cuerpo A) CBR Limit e Min Kilometro Gráfica 3-6. Comportamiento de resultados de CBR. (Cuerpo A) Tabla 3.5. Resultados de Granulometría de la Base Cementada; Cuerpo B Kilometraje Fecha Granulometría 84

85 % Porciento Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada P.E. seco Suelto P.E. seco Máximo % pasa 1" % pasa N 4 % pasa N feb feb feb feb feb mar mar mar mar mar mar mar mar mar Malla 1" Malla 4 Malla 200 Limite 1 Limite 2 Limite 3 Kilometro Gráfica 3-7. Comportamiento de resultados de Granulometría. (Cuerpo B) Tabla Resultados de Calidades de la Base Cementada (Cuerpo B). 85 Kilometraje CBR Limite Índice

86 Equivalente de Arena Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada % Liquido % Plástico % Equivalente de Arena EA Limite Min Kilometro Gráfica 3-8. Comportamiento de resultados de Equivalente de Arena (Cuerpo B) 86

87 Indice Plastico % CBR Limite Liquido Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada L.L CBR Limite Max Limite Min 76 Gráfica Comportamiento de resultados de Limite Liquido. (Cuerpo B) Gráfica Comportamiento de resultados de CBR. (Cuerpo B) Kilometro Kilometro I. P Limite Max Kilometro Gráfica 3-9. Comportamiento de resultados de Índice Plástico. (Cuerpo B) 87

88 Las gráficas , muestran el comportamiento del material en cada prueba que fue aplicada, observando si este no sobrepasaba los límites que cada prueba marca. Los resultados presentados en las tablas y graficas son un promedio de las soluciones de las pruebas, ya que por cada kilómetro que se presenta se realizaron más de 5 pruebas al material. La SCT tiene criterios de muestreo y pruebas para aplicar en el control de calidad de los materiales, en el caso de la base era imperativo realizar granulometría completa y calidad completa al material, a cada 400 m 3 de base vertido en obra. 3.4 COMPACTACIÓN DE LA BASE La compactación es la actividad más importante para asegurar la calidad de la base. Esta se realizó con la ayuda de una maquinaria pesada, los tipos y las dimensione de la maquinaria fueron en apego a las normas SCT. Los mecanismos empleados fue una Compactadora Rodillo pata de Cabra, esta maquinaria ayudó no tan solo a compactar sino también a mezclar el material existente y el material de banco para formar solo uno. Cuando el material es homogéneo, se procede a dar un acabado con una Compactadora Rodillo Liso Vibratorio Autopropulsado, con un peso de entre 15 a 20 toneladas el cual dio el aplanado final de la capa, hasta alcanzar un mínimo del 100% de la masa Volumétrica Seca Máxima. Fue de gran importancia realizar esta actividad muy seguido de la incorporación del cemento portland, ya que no podía exceder los 90 minutos para no llegar al grado óptimo requerido de esfuerzo. Después de realizar las pruebas pasadas de Granulometría, Limites, CBR y demás; es necesario realizar la Prueba AASHTO MODIFICADA. La norma N.CTR.CAR especifica que debe llegar un 100% de la Masa Volumétrica Seca Máxima del material obtenido mediante la prueba de compactación DATOS OBTENIDOS EN LA PRUEBA DE AASHTO MODIFICADA. 88

89 Esta prueba es esencial en la revisión de la compactación de la base, su resultado es comparado con los datos del lugar. El ensaye nos arrojara mediante una gráfica el Peso específico seco máximo y el contenido de humedad óptimo. El procedimiento véase en el Capítulo II en AASHTO Modificada, sujeto a la normativa en Métodos de Muestreo M MMP Tabla 3.7. Ejemplo de plasmar resultados para la prueba ASSHTO Modificada DATOS DE PRUEBA NUMERO DE CAPAS: 5 No. DE GOLPES POR CAPA: 56 VOLUMEN DEL MOLDE (cm3) 2.12 PESO DE MOLDE (gr): 3088 PESO DEL MARTILLO (gr) 4500 ALTURA DE CAIDA DEL MARTILLO: 45 DETERMINACIÓN No HUMEDAD PESO ESPECIFIC O NUMERO DE CAPSULA A B C D PESO SUELO HÚMEDO (grs) PESO SUELO SECO (grs) PESO DEL AGUA Ww (grs) CONTENIDO DE AGUA EN % PESO MOLDE + SUELO HÚMEDO(grs) PESO DEL SUELO HÚMEDO (grs) PESO ESPECIFICO HÚMEDO (Kg/m³) PESO ESPECIFICO SECO (kg/m³)

90 Peso Especifico Seco (Kg/m³) Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Contenido de Agua (%) Gráfica Ejemplo de representar los resultados de la prueba ASSTHO Modificada. Se muestran dos tablas los resultados obtenidos en una prueba de AASHTO Modificada, posterior la gráfica donde se arroja el resultado del peso específico seco máximo y el contenido de humedad óptimo. El resultado que mostro la gráfica 14 es la que se encuentra en la cima de esta; donde la humedad óptima es de 6.9 % y el Peso específico seco máximo del material es de 2189 kg/m3. El producto de del ensaye es útil para la realización de la prueba de Calas o porcentaje de compactación en campo. Tabla 3.8. Resultados de la Prueba ASSHTO Modificada tramo B TRAMO N DE CAPAS N DE GOLPES P.V.S.M. HUMEDAD OPTIMA (Kg/m³) (%)

91 Tabla 3.9. Resultados de la Prueba ASSHTO Modificada tramo A TRAMO N DE CAPAS N DE GOLPES P.V.S.M. HUMEDAD OPTIMA (Kg/m³) (%)

92 3.4.2 SONDEO DE COMPACTACIÓN POR MEDIO DE CALAS El control de esta calidad se lleva a cabo mediante calas, estas verifican el grado de compactación de las capas tanto la recuperada como la modificada. Para conocer el número de calas que se deben ejecutar se aplica la siguiente formula: c = L 50 Ecuación 3-1. Dónde: c = Número de calas, aproximado a la unidad superior. L = Longitud de trabajo en la jornada en metros (m). Los lugares donde se realizan deben de intercalarse, una de lado izquierdo y la próxima de lado derecho, así sucesivamente, esto es para corroborar que en todo el tramo la compactación es uniforme RESULTADOS OBTENIDOS DE LA COMPACTACIÓN DE LA BASE El objetivo de conocer el grado de compactación, es para saber el acomodo que tiene las partículas del suelo en su estado natural o sometido a un proceso de construcción para tomar parte de una estructura. Es decir, la relación del peso específico seco del lugar, con el peso específico seco máximo del laboratorio. El peso específico seco máximo es resultado de la prueba de ASSTHO Modificada y el grado de compactación (Gc) se obtiene de la siguiente formula: Gc = ɣd seco ɣd max x 100 Ecuación

93 Donde el valor de ɣd seco es el peso específico seco del material en el lugar (km/m 3 ) y ɣd max se obtiene del peso específico seco máximo del material (km/m 3 ). Ilustración 3-7. Compactación de la Base Cementada con maquinaria pata de cabra, en cuerpo B. Ilustración 3-8. Compactación de la Base Cementada con maquinaria pata de cabra en cuerpo A. 93 Ilustración 3-9. Material para efectuar el ensaye por calas.

94 Tabla Resultados de Compactación en obra. (Cuerpo A) Kilometraje Espesor de la Capa (cm) Humedad % de Lugar Peso Específico Seco kg/m 3 % de Optima de Lugar Optima Comp La tabla se observan los resultados del grado de compactación (Gc) y pesos específicos secos del lugar (ɣd seco) y optimo (ɣd max); para el cálculo de estos valores se aplican las siguientes ecuaciones: ɣd m = W m V m Ecuación 3-3. Donde Wm es el peso de la masa del suelo (kg), Vm es el volumen de la masa del suelo (m 3 ) y el valor de ɣdm es peso volumétrico de la masa del suelo (kg/m 3 ); a partir de esto y con el contenido de humedad (ω), se determina el peso específico seco del lugar (ɣd seco), como a continuación: Ecuación 3-4. ɣd seco = ɣd m (1 + ω) 94

95 % Compactado Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada % Comp Limite Min Kilometro Gráfica Comportamiento de Resultados de Compactación. (Cuerpo A) Tabla Resultados de Compactación en obra. (Cuerpo B) Kilometraje Espesor de la Capa (cm) Humedad % Peso Específico Seco kg/m 3 % de de Lugar Optima de Lugar Optima Comp

96 % Compactado Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada % Comp. Limite Min Kilometro Gráfica Comportamiento de Resultados de Compactación. (Cuerpo B) Es práctica común el obtener el peso volumétrico haciendo pequeña excavación que se conoce con el nombre de cala volumétrica, de la cual se obtiene el peso del material extraído y el volumen de dicha excavación. El grado de compactación de un suelo (Gc) se obtiene de la relación expresada en porcentaje entre el peso específico seco del lugar (ɣdseco) y el correspondiente peso específico seco máximo del laboratorio (ɣdmax), expresados en la siguiente forma: Ecuación 3-5. Gc = ɣd seco ɣd max x

97 Ilustración Elaboración de cala volumétrica. Ilustración Operación de llenado con arena de la cala. Ilustración Elaboración de la cala volumétrica 97

98 3.4.4 DATOS OBTENIDOS POR LA RESISTENCIA DE LA BASE MODIFICADA Para comprobar el cumplimiento de la resistencia especificada por el proyecto, se tomó un muestreo de especímenes cilíndricos de la mezcla de la base, de dimensiones estándar de 15 x 30 cm, fabricado en 5 capas de igual volumen con 143 compactaciones por capa de manera en espiral, con un enrace en la parte superior. Ilustración Enrace de cilindros de material de base cementada. El muestreo fue a cada 500 m 3 de producción de base, realizando 3 especímenes de esta muestra; curados en agua y ensayados a compresión simple de acuerdo a la normativa a una edad de 3, 5 y 7 días, para conocer su comportamiento. Ilustración Ensaye de cilindro a compresión simple para material de base. 98

99 Ilustración Elaboración de cilindros para resistencia de la base cementada. Ilustración Compactación del material de base para generar cilindros. Ilustración Compactación del material de base para generar cilindros. 99

100 % de F c Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Tabla Resultados de Resistencia de Base Modificada. (Cuerpo A, 3 días) Kilometro entre f H Área Carga Esfuerzo % Tipo de cm cm cm 2 kg kg/cm 2 de f'c falla % F c Limite Min Kilometro Gráfica Comportamiento de resistencia de la Base Modificada. (Cuerpo A, 3 días) 100

101 Tabla Resultados de Resistencia de Base Modificada. (Cuerpo B, 3 días) Kilometro entre f H Área Carga Esfuerzo Porcentaje Tipo de cm cm cm 2 kg kg/cm 2 de f'c falla

102 % de F c Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada % de F c Limite Min Kilometro Gráfica Comportamiento de resistencia de la Base Modificada. (Cuerpo B, 3 días) Tabla Resultados de Resistencia de Base Modificada. (Cuerpo A, 7 días) Kilometro entre f H Área Carga Esfuerzo % Tipo de cm Cm cm 2 kg kg/cm 2 de f'c falla

103 Tabla Resultados de Resistencia de Base Modificada. (Cuerpo B, 7 días) Kilometro entre f H Área Carga Esfuerzo % Tipo cm cm cm 2 kg kg/cm 2 de f'c de falla Tabla Resultados de Resistencia de Base Modificada. (Cuerpo A, 5 días) Kilometro entre f H Área Carga Esfuerzo % Tipo de cm cm cm 2 kg kg/cm 2 de f'c falla

104 % de F c % de F c % de F c Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada % F c % F c Limite Limite Min Min Kilometro Kilometro Gráfica Comportamiento de resistencia de la Base Modificada. (Cuerpo A, 7 días) Gráfica Comportamiento de resistencia de la Base Modificada. (Cuerpo A, 5 días) % F c Limite Min Kilometro Gráfica Comportamiento de resistencia de la Base Modificada. (Cuerpo B, 7 días) 104

105 En el tramo A se realizaron ensayes a 5 días para conocer si a esa edad los cilindros cumplían con lo propuesto; ya que en estos casos era necesaria conocer con más rapidez si se cumplía la resistencia de la base. 3.5 RIEGO DE IMPREGNACIÓN Ilustración Cilindro de base cementada. Consiste en curar y proteger la base ya compactada contra pérdidas de humedad mediante la aplicación de emulsión asfáltica ECI 60, con una dosificación tentativa de 1.5 l/m 2, especificado en la de acuerdo a la norma N.CMT /06. Se deberá hacer un tramo de prueba para determinar la correcta dosificación. En el momento de aplicar el riego de impregnación, no debe de exceder de 24 horas después de terminada la compactación, la superficie de la base modificada deberá presentar un aspecto denso y homogéneo y contener la humedad suficiente que permita el curado. El propósito final del riego de impregnación es: 1. Estabilizar los agregados superficiales de la capa compactada. 2. Fortalecer la cohesión que ya existe. 3. Hacer una barrera contra el agua ascendente debido a la acción de la capilaridad. 105

106 4. Sí, por razones técnicas imprevisibles, se retrasara la colocación de la carpeta de rodamiento, es posible preservar esta base por un largo periodo. Tabla Resultados de Riego de Impregnación. (Cuerpo A) DE KM A KM LADO LONGITUD ANCHO ÁREA Producto Asfaltico Regado M M M 2 LITROS I/m 2 Temperatura de aplicación AL AL al IZQUIERDO C CENTRO C DERECHO C IZQUIERDO C CENTRO C DERECHO C IZQUIERDO C DERECHO C UNICO C DERECHO C IZQUIERDA C Tabla Resultados de Riego de Impregnación. (Cuerpo B) DE KM A KM LADO LONGITUD ANCHO ÁREA Producto Asfaltico Regado M M M 2 LITROS I/m 2 Temperatura de aplicación IZQUIERDO C CENTRO C DERECHO C IZQUIERDO C CENTRO C DERECHO C IZQUIERDO C CENTRO C DERECHO C IZQUIERDO C CENTRO C DERECHO C IZQUIERDO C CENTRO C 106

107 DERECHO C 107

108 Capítulo IV CONTROL DE CALIDAD DE DEL CONCRETO HIDRÁULICO 108

109 4.1 ESPECIFICACIONES SOBRE EL CONCRETO HIDRÁULICO Ilustración 4-1. Autopista Córdoba - Cd. Mendoza, cuerpo B finalizado. Al finalizar los tramos con los trabajos de terracerías, procedemos a la construcción de una carpeta de concreto hidráulico, la cual, según las especificaciones del proyecto, la carretera debe tener un ancho de m con un espesor de 0.35 m. La separación de los cuerpos está dividida por un camellón central. La carpeta de concreto hidráulico fue construida mediante la colocación de una mezcla de agregados pétreos nuevos, cemento portland, agua y algunos aditivos; para proporcionar al usuario una superficie de rodadura uniforme, la cual no tenga encharcamientos, mejor resistencia al derrapar, cómoda y lo más importante segura. Su función estructural es soportar y distribuir las cargas de los vehículos hacia las capa inferiores del pavimento; con respecto a lo anterior, el módulo de ruptura (MR), es decir la flexión será de 48 kg/cm 2, curado a los 28 días de edad. 4.2 GRANULOMETRÍA La granulometría es pieza clave del refuerzo del pavimento, la calidad de estos materiales deben ser estudiados para conocer sus características físicas y mecánicas. Es muy importante que los tamaños y la particularidad de los 109

110 agregados sea la correcta, si en caso que no cumplan con los requerimientos pueden estar sujetas a tratamientos necesarios para su ejecución. La granulometría que se tenía que estudiar eran, agregados gruesos y agregados finos o arenas. Los agregados pétreos fueron producto de la trituración de piedras mayores extraídas en bancos cercanos a la obra; reducidos a los tamaños que la secretaria estableció que son idóneos para la utilización en el concreto. AGREGADO GRUESO Como agregado grueso es la grava, con tamaño máximo de 38 milímetros, resistencia superior a la resistencia del concreto señalada en el proyecto, y con la secuencia granulométrica que se indica a continuación: Tabla 4.1. Parámetros de Granulometría para agregado grueso. GRANULOMETRÍA DE LA GRAVA Malla Abertura (mm) % que pasa ½ ¾ / Núm Es muy importante que los parámetros establecidos se cumplieran de la mejor manera para asegurar una buena producción. Los porcentajes de materiales perjudiciales en la grava no deben de exceder los siguientes datos. Tabla 4.2. Parámetros de partículas perjudiciales permitidos en los agregados gruesos. Substancias Perjudiciales % Máximo Partículas Deleznable 3.0 Partículas Suaves 5.0 Pedernal como impureza 1.0 Carbón mineral y/o lignito

111 Además el agregado grueso, debió cumplir con los requisitos de calidad como: Desgaste Los Ángeles 40% máximo Intemperismo Acelerado 12%maximo (usando sulfato de sodio) Estas pruebas se realizaban si se tenían duda de su calidad, enviando a efectuar las pruebas anteriores, separando material sano del material alterado. Era importante no obtener desgastes mayores al 40%, requerido por el proyecto. Gráfica 4-1. Curva de distribución granulométrica de la grava. AGREGADO FINO El agregado fino también llamado arena, no excederá el tamaño máximo de 9.51 mm, acompañado de los siguientes datos. Tabla 4.3. Parámetros de Granulometría para agregado grueso. ARENA 111

112 Malla Abertura (mm) % que pasa 3/ Núm Núm Núm Núm µm Núm µm Núm µm 2-10 Núm µm 4 máximo La grafica 4.2 presenta las dos líneas azules, dónde entre ellas debe pasar la línea granulométrica (línea roja), si no se encuentra entre dichas líneas no cumple con los requerimientos. Gráfica 4-2. Curva de distribución granulométrica de la arena. Un factor para saber si la granulometría es la correcta, no debe tener un 45% mayor de retenido entre dos mallas consecutivas y el conocimiento del módulo 112

113 de finura del material; el reglamento indica un parámetro de 2.30 mínimo y 3.10 máximo. Para llevar un mejor control de calidad fue necesario hacer el muestreo de los materiales (grueso y arenas) cada día, para percibir si la producción de los materiales es la correcta. Ilustración 4-2. Muestreo de grava para concreto hidráulico. Ilustración 4-3. Muestra de grava. 113

114 Ilustración 4-4. Granulometría de la Grava RESULTADOS OBTENIDOS EN LOS ENSAYES Tabla 4.4. Resultados de Granulometría de la Arena para Concreto Hidráulico. (Cuerpo A) KILOMETRO FECHA MODULO DE FINURA (%) % PASA MALLA /04/ /04/ /04/ /04/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ Las tablas del 4.4 y 4.5 expresa los resultados obtenidos en la realización de la prueba de granulometría de la arena. Los resultados plasmados proceden de la cantidad de material que pasa por malla n 200 y el módulo de finura; las soluciones son producto de la gráfica granulométrica. En las tablas se muestra el kilómetro en el que se realizó la prueba, aunque los resultados son un promedio de todos los ensayes realizados para dicho kilómetro. 114

115 Modulo de Finura % que pasa por la malla 200 Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series1 Limite Max. % Series2 malla 200. Kilometraje Gráfica 4-4. Comportamiento de Granulometría de la Arena (Cuerpo A) Limite Series2 Max. Series3 MF. Limite Series4 Min. Kilometraje Gráfica 4-3. Comportamiento del Módulo de Finura (Cuerpo A) Tabla 4.5. Resultados de Granulometría de la Arena para Concreto Hidráulico. (Cuerpo B) KILOMETRO FECHA 115

116 % que pasa la malla 200 Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada MODULO DE FINURA (%) % PASA MALLA /02/ /02/ /02/ /02/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ /03/ Series1 Limite Max. Series2 MF. Limite Series3 Min. Kilometraje Gráfica 4-5. Comportamiento de Granulometría de la Arena (Cuerpo B) 116

117 Modulo de Finura Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Limite Series 1Max. Series MF. 2 Kilometraje Gráfica 4-6. Comportamiento del Módulo de Finura (Cuerpo B) Tabla 4.6. Resultados de Granulometría de la Grava para Concreto Hidráulico. (Cuerpo A) KILOMETRO FECHA % DE ARENA /04/2014 2% /04/2014 2% /04/2014 3% /04/2014 3% /05/2014 1% /05/2014 1% /05/2014 1% /05/2014 2% /05/2014 2% /05/2014 2% /05/2014 2% Para conocer si la granulometría de la grava es la correcta, es necesario saber qué cantidad de material pasa la malla n 4; ya que a partir de esta malla se inician los tamaños de las partículas que se consideran arenas. 117

118 % de Arena Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series1 Limite. max Series2 % de Arena 1 0 Kilometraje Gráfica 4-7. Comportamiento de la granulometría de la grava. (Cuerpo A) Las gráficas muestran el comportamiento de los promedios de las pruebas que se realizaron en los kilómetros; se observa que el porciento de arena no sobre pasa el limite especificado en el proyecto, en el caso de lo contrario, ese material no cumplía con los requerimientos de la obra. En efecto, el material que no cumple tiene que ser eliminado o buscar una vía económica para utilizar el material. En algunos casos, fue necesario mezcla el material obteniendo una mezcla más homogénea de los diferentes tamaños de las partículas. Otra causa de gran cantidad de arena, es el lavado que se le hace al material durante su trituración, si el agua está sucia, hará que la grava adquiera polvo y cuando sea secado desprenderá esas partículas perjudiciales. Fue de suma importancia mantener correcta la granulometría de la grava y la arena, siendo la primera el principal agregado requerido para un óptimo concreto hidráulico. 118

119 % de Arena Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Tabla 4.7. Resultados de Granulometría de la Grava para Concreto Hidráulico. (Cuerpo B) KILOMETRO FECHA % DE ARENA /02/2014 3% /02/2014 3% /02/2014 4% /02/2014 3% /03/2014 2% /03/2014 3% /03/2014 3% /03/2014 4% /03/2014 4% /03/2014 1% /03/2014 1% /03/2014 1% /03/2014 1% /03/2014 4% /03/2014 3% /03/2014 2% /03/2014 2% Limite. Series2 max Series3 % de Arena 1 0 Kilometraje Se observa que en algunas tablas la calidad de la grava llego al parámetro permitido de cantidad de arena. Por esa razón fue necesario realizar varias 119 Gráfica 4-8. Comportamiento de la granulometría de la grava. (Cuerpo A)

120 muestras de diferentes puntos del banco para conocer si el material era el correcto o el material arenoso se encontraba solo en esa área. Ilustración 4-5. Peso volumétrico compacto, varilla punta de bala. Ilustración 4-6. Vertido de material para ensaye de pesos volumétricos. 120

121 Ilustración 4-7. Ensaye de Peso volumétrico. Ilustración 4-8. Peso de material para cálculo del peso volumétrico. Ilustración 4-9. Elaboración de granulometría. 121

122 4.3 CALIDAD DE LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE Y LA FLEXIÓN DEL CONCRETO La compresión simple es una prueba de calidad para conocer la resistencia del concreto a la compresión; usando especímenes cilíndricos moldeados con una relación altura y diámetro de 2 a 1, de 15 cm de diámetro x 30 cm de altura y compactado con varilla punta de bala. También nos muestra las posibles fisuras o la falla estructural que puede presentar el concreto a un exceso de cargas. Como esta descrito en el Capítulo II, Prueba a la Compresión simple del concreto Hidráulico, se muestra la forma de realizar esta prueba; la cual está bajo la norma M-MMP , de materiales para Concreto Hidráulico. En el tramo se encontraba el laboratorio de la empresa constructora, los cuales llevaban registro del número de camiones que trasportaban el concreto y la cantidad de concreto que iban vaciando. El llevar este registro, favorecía al momento de saber a qué cantidad de concreto vertido se tenía que realizar pruebas al concreto; es decir, cuando se tenían que realizar especímenes de cilindros y vigas o la prueba del revenimiento. Por lo general, el revenimiento se realizaba a cada 5 camiones que eran vertidos. La resistencia del concreto se determinará mediante ensayes de tensión por flexión realizados a especímenes de 15 x 15 x 50 centímetros, que serán hechos durante el colado del concreto, compactando manualmente con una varilla especial. Una vez curados adecuadamente los especímenes, se ensayarán conforme al procedimiento establecido en la Norma ASTM C 78 y/o NMX-C-191- ONNCCE. Se muestran los pasos para realizar esta prueba, véase en el Capítulo II Prueba a la Flexión del Concreto Hidráulico. Las especificaciones del proyecto marcaban que el muestreo debía de ser de 4 especímenes para prueba de módulo de ruptura (flexión), y 4 especímenes en total para determinar resistencia a la compresión, y estas muestras eran tomadas por cada 250 metros cúbicos de producción de concreto. 122

123 Los especímenes se ensayaban uno a los 3 días, un espécimen a los 7 días de colado, y los otros dos restantes a los 28 días para concreto con cemento ordinario o compuesto, esto para la determinación del módulo de ruptura. En el caso de la determinación de la resistencia a la compresión, se ensayará un espécimen a los 3 días de colado, un espécimen a los 7 días de colado y los restantes a los 28 días de transcurrido el colado para concretos elaborados con cemento ordinario o compuesto. Posteriormente que son hechos los cilindros y las vigas, se introducen en un lugar fresco y tapadas para que sean fraguadas 24 hr. Al trascurrir este tiempo son llevadas al laboratorio donde son marcadas con el número de muestra, la fecha de muestreo y el número de días de curado. Enseguida son sumergidas en una pileta con agua, es necesario que los cilindros y las vigas estén totalmente dentro del agua, para que no pierdan humedad. Ilustración Pileta para mantener una humedad optima a especímenes cilíndricos. Al llegar el tiempo necesario de curado, se extraen las muestras para ser ensayadas; los tiempos marcados por el programa son de 3 días, 7 días, y dos muestras a 28 días. Durante la espera del ensaye, fue indispensable colocar franelas mojadas sobre los cilindros, manteniéndolos húmedos. En el caso de los cilindros es obligatorio ser cabeceados con azufre derretido, esto en una olla especial para disolver dicho material. El cabeceo consiste en colocar una placa de azufre caliente para nivelar el área circular del cilindro, ya 123

124 que dichas superficies no están niveladas a un 100%; como resultado los esfuerzos aplicados se distribuyan uniformemente. El ensayo se realizó con una prensa neumática, para el buen resultado de la prueba era imperativo mantener un suministro firme de las cargas, es decir una velocidad constante y uniforme sim producir impacto, ni perdida de carga. La velocidad de carga debe ser dentro del intervalo de 137 kpas/s a 343 kpa/s (84 kgf/cm 2 /min a 210 kgf/cm 2 /min). Es permitido una velocidad mayor durante la aplicación de la primera mitad de la carga máxima esperada siempre y cuando en la segunda mitad se mantenga la velocidad especificada. Ilustración Prensa Neumática Ilustración Cabeceo de cilindros con azufre. 124

125 Ilustración Tipos de Falla de cilindros, a compresión simple. Falla 1. Se presenta cuando se logra una carga de compresión bien aplicada sobre un espécimen de prueba bien preparado. Falla 2. Se presenta comúnmente cuando las caras de aplicación de carga se encuentran en el límite de tolerancia. Falla 3. Se presenta en especímenes que presentan una superficie de carga convexa y definida del material de cabeceo; también por concavidad del plato de cabeceo o convexidad en una de las placas de carga. Falla 4. Se presenta en especímenes que presentan una car de aplicación de carga cóncava y por deficiencias del material de cabeceo; también por concavidad de una de las placas de carga. Falla 5. Se presenta cuando se producen concentraciones de esfuerzos en puntos sobresalientes de las caras de aplicación de carga y deficiencia del 125

126 material del cabeceo o por rugosidad en el plato cabeceador o por la deformación de la placa de carga. Falla 6. Se presenta en especímenes que tienen una cara de aplicación de carga convexa y deficiencia del material de cabeceo o rugosidades del plato cabeceador. Falla 7. Se presenta cuando las caras de aplicación de cargas del espécimen están ligeramente fuera de las tolerancias de paralelismo establecidas o por ligeras desviaciones en el centro del espécimen con respecto al eje de carga de la máquina Resultados de la Resistencia a la Compresión Simple. Tabla 4.8. Resultado de Resistencia de la Compresión Simple a 3 días. (Cuerpo A) Kilometro Rev. D H Área Carga Esfuerzo % cm cm cm cm 2 kgf kgf/cm 2 de f'c

127 Las tablas de la , son resultado de los ensayes realizados a la compresión, durante el transcurso de la rehabilitación. Se describe por kilómetro de la muestra y los productos que se presentan en las tablas son promedios de varios ensayes. Tabla 4.9. Resultado de Resistencia de la Compresión Simple a 3 días. (Cuerpo B) Kilómetro Rev. f H Área Carga Esfuerzo % cm cm cm cm 2 kgf kgf/cm 2 de f'c

128 % F c % F c Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series1 % F c Limite Series2 min Kilometro Tabla Resultado de Resistencia de la Compresión Simple a 7 días. (Cuerpo A) Gráfica Comportamiento de la Compresión Simple a 3 días. (Cuerpo A) Series1 % F c Limite Series2 min Kilometro 128 Gráfica 4-9. Comportamiento de la Compresión Simple a 3 días. (Cuerpo B) Kilometro Rev. H Área Carga Esfuerzo %

129 - cm - cm cm cm 2 kgf kgf/cm 2 de f'c Para el cálculo de los cuadros, es indispensable realizar ciertas mediciones a los cilindros y con los productos arrojados por el tronado de cilindros se reporta la resistencia la compresión simple soportada por el espécimen, utilizando la expresión siguiente: Ecuación 4-1 R = P A Donde el valor de A corresponde al área de promedio de la sección transversal del espécimen en cm 2, P es el resultado del esfuerzo o carga aplicada al cilindro (Kgf). Como solución es R como el esfuerzo que resiste la muestra (kgf/cm 2 ). Posteriormente, determinamos F c, con la siguiente expresión: Ecuación

130 F c = R x Tabla Resultado de Resistencia de la Compresión Simple a 7 días. (Cuerpo B) kilómetro Rev. H Área Carga Esfuerzo % cm cm cm cm 2 kgf kgf/cm 2 de f'c

131 % F c % F c Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada R. Series1 Ensay e Series2 Limite min. 70 Kilometro Gráfica Comportamiento de la Compresión Simple a 7 días. (Cuerpo A) R. Series1 Ensaye 80 Limite Series2 min. 70 Kilometro Gráfica Comportamiento de la Compresión Simple a 7 días. (Cuerpo B) 131

132 Tabla Resultado de Resistencia de la Compresión Simple a 28 días. (Cuerpo A) Kilómetro Rev. H Área Carga Esfuerzo % - cm - cm cm cm 2 kgf kgf/cm 2 de f'c Ilustración Pavimentadora para concreto hidráulico. 132

133 Tabla Resultado de Resistencia de la Compresión Simple a 28 días. (Cuerpo B) Kilómetro Rev. H Área Carga Esfuerzo % - cm - cm cm cm 2 kgf kgf/cm 2 de f'c

134 % F c % Porciento Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series % F c 1 Series Limite 2 min. Kilometro Gráfica Comportamiento de la Compresión Simple a 28 días. (Cuerpo A) Series1 % F c Series2 Limite min Kilometro Resultados de la Resistencia a la Flexión Gráfica Comportamiento de la Compresión Simple a 28 días. (Cuerpo B) 134

135 Tabla Resultado de Resistencia a la Flexión a 3 días. (Cuerpo A) Kilómetro Rev. H Longitud Dis. Apoyos Carga MR cm cm cm cm cm kgf kgf/cm Ilustración Falla tipo A La falla A corresponde a la ruptura generada por una carga mayor en el tercio medio del claro. La mayoría de las vigas ensayadas tuvieron este tipo de falla, esto se debe a la colocación de las vigas sobre la prensa; es factible que la viga se encuentre en el centro de la prensa, esto genera que las cargas se distribuyan uniformemente y sin fatiga. 135

136 Tabla Resultado de Resistencia a la Flexión a 3 días. (Cuerpo B) Kilómetro Rev. H - cm - cm cm Longitud cm Dis. Apoyos cm Esfuerzo kgf/cm 2 MR de f'c

137 Modulo de Ruptura Modulo de Ruptura Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series1 MR Limite Series2 min. Kilometro Gráfica Comportamiento a la Flexión a 3 días. (Cuerpo A) Series1 MR Series2 Limite min Kilometr o Tabla Resultado de Resistencia a la Flexión a 7 días. (Cuerpo A) Gráfica Comportamiento a la Flexión a 3 días. (Cuerpo B) Kilómetro Rev. H Longitud Dis. Apoyos Esfuerzo % 137

138 - cm - cm cm cm cm kgf/cm 2 de f'c Ilustración Falla tipo B La falla B es la fractura ejercida por una fuerza mayor fuera del tercio medio del claro, no mayor a 5% de su longitud. Es importante conocer el tipo de falla que sufre un espécimen, dependiendo de este se usara diferente tipo de fórmula para calcular el Modulo de Ruptura (Mr), he aquí los siguientes para falla A: MR = P x L b x d 2 Ecuación

139 Donde el valor de P y L es la carga máxima que soporta el espécimen y la longitud de la viga, correspondientemente. La b es el peralte y d es el ancho de la viga todo esto en cm. Tabla Resultado de Resistencia a la Flexión a 7 días. (Cuerpo B) Kilómetro Rev. H Longitud Dis. Apoyos Esfuerzo % cm cm cm cm cm kgf/cm 2 de f'c

140 Modulo de Ruptura Modulo de Ruptura Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series1 MR Series2 Limite min. 30 Kilometro Gráfica Comportamiento a la Flexión a 7 días. (Cuerpo A) Series1 MR Limite Series2 min. 34 Kilometro Gráfica Comportamiento a la Flexión a 7 días. (Cuerpo B) 140

141 Tabla Resultado de Resistencia a la Flexión a 28 días. (Cuerpo A) Kilómetro Rev. H Longitud Dis. Apoyos Carga MR cm cm cm cm cm kgf kgf/cm Las tablas muestran los resultados de las cargas que son capaces de resistir los especímenes de concreto (vigas), con estas soluciones fue capaz calcular el Modulo de Ruptura del concreto Hidráulico. Todas las fallas sufridas por los especímenes fueron tipo A, usando así la ecuación 4. 3 para conocer el Modulo de Ruptura y comprar si este cumple con lo exigido por la Secretaria, 48 kgf/cm 2. Lo plasmado en las tablas, se expone en las gráficas , el comportamiento de los productos, con ello analizamos si los resultados están dentro de los parámetros establecidos en el proyecto; ya que si no es así, esa muestra y kilometro donde fue vertido el concreto tendrá que ser eliminado. 141

142 Tabla Resultado de Resistencia a la Flexión a 28 días. (Cuerpo B) Kilómetro Rev. H Longitud Dis. Apoyos Carga cm cm cm cm cm kgf MR kgf/cm

143 Modulo de Ruptura Modulo de Ruptura Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series1 MR Limite Series2 min. 46 Kilometro Gráfica Comportamiento a la Flexión a 28 días. (Cuerpo A) Series MR 1 Limite Series 2min Kilometro Gráfica Comportamiento a la Flexión a 28 días. (Cuerpo B) 143

144 Ilustración Elaboración de especímenes de concreto (cilindros y vigas). Ilustración Enrace de especímenes de concreto. Ilustración Curado de cilindros y vigas en pileta con agua. 144

145 Ilustración Preparación de viga de concreto antes del ensaye. Ilustración Tronado y lectura de la carga máxima soportada por la viga. Ilustración Tronado y lectura de la carga máxima soportada por el cilindro. 145

146 4.3.3 RESULTADOS DE CALIDAD DE LA PRUEBA REVENIMIENTO DEL CONCRETO FRESCO Es una prueba para determinar la consistencia del concreto. Se define como el asentamiento que presenta una mezcla en estado fresco, al quitar el molde en el que fue colocado, es decir, es la diferencia de altura que adquiere la mezcla y el molde. El revenimiento es expresado en centímetros y varía dependiendo la cantidad de agua que le fue suministrado al concreto; por tanto, muestra la facilidad o dificultad para su ejecución. Este ensaye es ejecutado antes de ser tendido el concreto, es muy importante cumplir con lo dicho en el proyecto. La mezcla de concreto para pavimentación con cimbra deslizante deberá de ser diseñada para producir un revenimiento promedio de 4.0 centímetros. Según las especificaciones del proyecto el revenimiento no debía de ser menor que 2.5 centímetros ni mayor que 6.5 centímetros. Las mezclas que no cumplía con este requisito fueron destinadas a otras obras de concreto como cunetas y drenajes, y no se permitió su colocación para la losa de concreto. El control que se mantuvo fue, que en la planta de Cemex hacia su revenimiento saliendo de las tolvas y el laboratorio lo hacía en el tramo antes de ser vertido. El proceso de elaboración de esta prueba se explica en el Capítulo II, Prueba de Revenimiento del Concreto Fresco, realizado conforme a la norma M MMP /06. Al igual que el muestreo del Concreto lo puedes ver en el Capítulo II, Muestreo de Concreto Hidráulico. Los resultados correspondientes al revenimiento se encuentran plasmados en las tablas de resistencia a la compresión y flexión; en ellos observamos que son los mismos revenimientos, la razón es que al momento de realizar los cilindros y vigas, se examina el revenimiento. 146

147 Revenimiento (cm) Revenimiento (cm) Control de Calidad del Concreto Hidráulico y Base Cementada Series1 Rev Series2 Limite min. Series3 Limite max. Kilometro Gráfica Comportamiento del Revenimiento del Concreto Hidráulico. (Cuerpo A) Series1 Rev Series2 Limite min. Series3 Limite max. Kilometro Gráfica Comportamiento del Revenimiento del Concreto Hidráulico. (Cuerpo A) 147

148 Ilustración Ejecución de Revenimiento. Ilustración Medición de Revenimiento. Ilustración Ejemplo de Revenimiento. 148

149 Ilustración Finalización de la Autopista. Ilustración Pavimentadora 149