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Materiales granulares de base clase 1b tratado con cemento para el uso de pavimentos r�gidos

 

Class 1b base granular materials treated with cement for the use of rigid pavements

 

Materiais granulares de base classe 1b tratados com cimento para uso em pavimentos r�gidos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: freddy.moreira@utm.edu.ec ���

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

* Recibido: 13 de noviembre de 2022 *Aceptado: 28 de diciembre de 2022 * Publicado: 24 de enero de 2023

 

 

        I.            Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

      II.            Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

 

 

Resumen

En la presente investigaci�n, se dise�� una base granular de clase tipo 1B, la misma que fue tratada con cemento general (Tipo UG) en las proporciones del 5, 6 y 7 %, se trabaj� en cuatro fases, empezando por la selecci�n de la cantera, se escogi� a la de mayor producci�n y cuya roca es de origen bas�ltica, esta se encuentra ubicada en la parroquia Picoaz�, de la ciudad de Portoviejo produce base granular tipo 1A, posterior a ello se realizaron los ensayos a este material, aplicando las normas t�cnicas nacionales (NTE INEN) y las internacionales tales como ASSHTO y ASTM, elaborando posteriormente las probetas� con los porcentajes� propuestos en esta investigaci�n, finalmente� se realizaron los ensayos de resistencia a la compresi�n en edades de 7 y 14 d�as para obtener los valores� que validen el proceso. De estos valores obtenidos se pudo determinar que los porcentajes analizados en la sustituci�n del 7% cemento en la base clase 1A, generan resistencias iguales o mejores a las sugeridas por las especificaciones T�cnicas del Ministerio de Transporte y Obras P�blicas.

Palabras claves: Base tipo 1A; Base tipo 1B; Base granular tratada con cemento; Cemento de uso general.

 

Abstract

In the present investigation, a class 1B granular base was designed, the same one that was treated with general cement (Type UG) in the proportions of 5, 6 and 7%, working in four phases, starting with the selection of the quarry, the one with the highest production was chosen and whose rock is of basalt origin, it is located in the Picoaz� parish, in the city of Portoviejo, it produces type 1A granular base, after which tests were carried out on this material, applying the national technical standards (NTE INEN) and international ones such as ASSHTO and ASTM, subsequently preparing the test tubes with the percentages proposed in this investigation, finally the compression resistance tests were carried out at ages of 7 and 14 days to obtain the values that validate the process. From these values obtained it was possible to determine that the percentages analyzed in the substitution of 7% cement in the class 1A base, generate resistances equal to or better than those suggested by the Technical Specifications of the Ministry of Transport and Public Works.

Keywords: Base type 1A; Base type 1B; Cement-treated granular base; General purpose cement.

 

Resumo

Na presente investiga��o, foi projetada uma base granular classe 1B, a mesma que foi tratada com cimento geral (Tipo UG) nas propor��es de 5, 6 e 7%, trabalhando em quatro fases, come�ando com a sele��o da pedreira, foi escolhida a de maior produ��o e cuja rocha � de origem bas�ltica, situa-se na freguesia de Picoaz�, na cidade de Portoviejo, produz base granular tipo 1A, ap�s o que foram efectuados testes a este material, aplicando-se as normas nacionais normas t�cnicas (NTE INEN) e internacionais como ASSHTO e ASTM, posteriormente preparando os tubos de ensaio com as porcentagens propostas nesta investiga��o, finalmente foram realizados os testes de resist�ncia � compress�o nas idades de 7 e 14 dias para obter os valores que validar o processo. A partir destes valores obtidos foi poss�vel determinar que as percentagens analisadas na substitui��o de 7% de cimento na base classe 1A, geram resist�ncias iguais ou superiores �s sugeridas pelas Especifica��es T�cnicas do Minist�rio dos Transportes e Obras P�blicas.

Palavras-chave: Base tipo 1A; Base tipo 1B; Base granular tratada com cimento; Cimento de uso geral.

 

Introducci�n

Los materiales granulares corresponden a los agregados triturados total o parcialmente, estabilizados con agregados finos procedentes de trituraci�n o de naturaleza fina, este tipo de materiales se los obtiene en la explotaci�n minera.

Para la producci�n de este material se debe seguir normativas y est�ndares nacionales e internacionales que permitan conseguir buenos resultados a la hora de trabajar con diferentes tipos de hormigones.

Seg�n (Escobar Bellido, L., & Huincho Ochoa, J. 2017), denomina a la base como la capa que se encuentra bajo la rodadura de un pavimento asf�ltico, por su naturaleza de estar pr�ximo a la superficie debe estar dise�ada para soportar altas presiones y poder resistitir a la deformaci�n.

De acuerdo con (Delgado, 2012), es importante tener en cuenta cuando se trabaja con materiales de base granular las siguientes especificaciones:� El l�mite l�quido cuya fracci�n que pasa el tamiz N� 40 debe ser menor del 25% y el �ndice de plasticidad menor al 6%. El porcentaje de desgaste por abrasi�n de los agregados ser� menor del 40 % y el valor de la capacidad portante o llamado tambi�n CBR deber� ser igual o mayor al 80 %.

 

Caracterizaci�n y tipos de bases granular

Clase 1: Estas se encuentran constituidas por agregados gruesos y finos triturados al 100 %. El proceso de trituraci�n depende totalmente del usuario, pero debe tener los tama�os necesarios solamente si hace falta relleno mineral para cumplir con las normas se puede completar con material procedente de una trituraci�n adicional o con arena fina.

Los agregados se obtendr�n por trituraci�n de grava o roca para producir fragmentos limpios, resistentes y durables que no tengan part�culas alargadas, y debe realizarse de acuerdo con lo establecido en la norma INEN 696 y 697; (AASHTO T-11 y T-27).

Clase 2: Las bases granulares constituidas por fragmentos de roca en el cual el agregado grueso se debe triturar al menos al 50 % de su peso.

 

Estabilizaci�n de capa base

Seg�n (Aldana, R. 2021), la estabilizaci�n de la capa base consiste en la mezcla de materiales con propiedades completar�as cuyo resultado es un material de mayor calidad. En la mayor�a de casos las propiedades a mejorar son: la plasticidad o la granulometr�a. El gran problema que surge en la estabilizaci�n de suelos es el determinar las proporciones de cada uno de los materiales a utilizar en dicho proceso.

Las capas de base estabilizada estar�n compuestas de suelo o agregados, agua y material estabilizador, uno de estos agentes es el cemento con o sin cal hidratada.

 

Estabilizaci�n de suelos con cal

De acuerdo con (Aldana, R. 2021), para este tipo de estabilizaci�n se usa cal (viva o apagada) con el suelo a estabilizar y agua. Con la utilizaci�n de cal se logra aumentar la resistencia a la compresi�n, reducci�n/aumento de las plasticidad y aumento de la trabajabilidad el material.

 

Estabilizaci�n de suelos con cemento

El cemento corresponde a uno de los materiales m�s utilizados en la actualidad como agente estabilizador, el proceso consiste en mezclar el suelo disgregado con cemento, agua y en muchos casos aditivos como los retardadores de fraguado.

De acuerdo con (Rivera, J, 2020), se�ala la importancia de que el cemento solo puede ir entre el 3 y 16 % del peso total, y el contenido de agua se debe determinar mediante ensayo proctor modificado. Las mayores ventajas obtenidas al mezclar el suelo con cemento es el aumento de la resistencia, y la mejora sustancial en el comportamiento del mismo frente al agua tambi�n hay una reducci�n significante en la plasticidad del suelo.

 

Caracter�sticas materiales granulares para pavimentos

De acuerdo a las descripciones de (MOP, 2018), los materiales granulares para pavimentos r�gidos deben presentar las siguientes caracter�sticas:

�         Abrasi�n menor al 28 %.

�         CBR mayor al 28 %

�         Extentos de material vegetal, grumos e arcilla.

�         Pasa el tamiz No 40, no son pl�sticos

 

Pavimento r�gido

De acuerdo con (Parera, A. 2017), un pavimento r�gido, es un pavimento autoportante formado por una losa de hormig�n de cemento portland apoyado sobre la base o la sub base, transmite directamente los esfuerzos al suelo de forma minimizada.

En el pavimento r�gido se puede utilizar un m�ximo de 2 capas, la losa de hormig�n absorbe todo el esfuerzo, este proceso tiene un mayor costo inicial, pero brinda mayor vida �til.

El comportamiento del pavimento r�gido con el agua es excelente y por eso se lo debe utilizar en zonas con frecuente inundaci�n.

La presente investigaci�n busca determinar el contenido �ptimo de cemento para incrementar la resistencia de un material granular clase 1B de la cantera bas�ltica Picoaz� procedente de la provincia de Manab�.� A dem�s de realizar pruebas de laboratorio del material granular base clase 1 B. Uno de los aportes m�s significativos de la investigaci�n, es dar a conocer la dosificaci�n indicada y todo lo necesario para su utilizaci�n.

 

Metodolog�a

Para realizar la presente investigaci�n, se trabaj� en cuatro fases, que se detallan a continuaci�n:

�         FASE I: Obtenci�n del material granular para desarrollar la base clase 1B, el mismo que se obtuvo de una de las canteras de Portoviejo, cuya beta de producci�n es roca de tipo bas�ltica.

�         FASE II: Caracterizaci�n de los materiales granulares de base 1A, que formar�n parte del material para la obtenci�n de la base 1B, entre los ensayos a realizar est�n: Granulometr�a, L�mites l�quido y pl�stico, Proctor, Abrasi�n, y el California Bearing Ratio (CBR), por las siglas en ingl�s.

�         FASE III: Dise�o del modelo a ensayar, para esta fase, se emple� la adici�n del 5%, 6% y 7% de cemento, con relaci�n al peso del material que se estudia.

�         FASE IV: An�lisis de resultados, en esta parte de la investigaci�n, se procedi� a determinar la resistencia de las probetas mediante en ensayo de compresi�n, a las edades de 7 y 14 d�as.

 

Poblaci�n y muestra de la investigaci�n

�Seg�n el�� Plan de Desarrollo y Ordenamiento Territorial de Manab� 2015 � 2024, existen alrededor de 50 canteras en estudio, de las cuales el 50 % cuenta con los permisos ambientales en regla cada uno con plan de manejo que permita mitigar y recuperar la zona, es y se encuentran inventariados en la Direcci�n de Gesti�n Ambiental y Riesgos cuyo permiso de funcionamiento ha sido emitido por la misma direcci�n.�

�Del total de canteras existentes en la provincia, se tom� como muestra para la investigaci�n la de mayor explotaci�n y producci�n de materiales para construcci�n de estructuras viales en Manab� y que posee materia de base 1A, el mismo que servir� como prototipo para obtener la base tipo 1B.

 

Caracterizaci�n de las canteras

Cantera Picoaz�

�Ubicada en la parroquia Picoaz�, cant�n Portoviejo, sector sur oeste de la provincia de Manab�, el tipo de explotaci�n es a cielo abierto; con un volumen diario aproximado de 250 m3 y mensualmente entre 7 000 y 9 000 m3 de explotaci�n.���

Entre los materiales de explotaci�n para obras de estructuras viales se destacan:� Base tipo 1 A, producto que se obtiene de la trituraci�n y cribado de la roca bas�ltica; Sub base clase 3, obtenida a trav�s de cribado de la misma beta roca bas�ltica, esta posee baja plasticidad, c�bica angular, de color caf� - gris. Mejoramiento tipo MOP, es un suelo granular, material rocoso o combinaciones de ambos, libre de material org�nico y escombros, con granulometr�a tal que todas las part�culas pasan por el tamiz de 4" con abertura cuadrada y no m�s del 20 % pasa por el tamiz N� 200, es decir que est� en un rango de 0.075 - 100 mm., es un material de relleno de buena calidad que se obtiene a partir de un proceso de perfilado de roca volc�nica, cuyo peso unitario suelto es de 1.68 tn/m3 (factor de conversi�n).

Para la investigaci�n desarrollada, se emplearon los materiales de la propia cantera, de tal forma que se fueron creando las condiciones necesarias para obtener el material de base granular tipo 1B, procesos que se detalla a continuaci�n.

 

Resultados

Fase I: para dar cumplimiento a esta fase, se procedi� a emplear materiales de la cantera objeto de estudio cuyo material granular procede de la roca bas�ltica, empleando la Base Tipo 1A, como referente para obtener la Base Tipo 1B, se tomaron en consideraci�n los criterios dados por las especificaciones�� generales del Ministerio de Transporte y Obras P�blicas (MTOP) para las construcciones de caminos y puentes.

Las bases clase 1, est�n constituidas por agregados gruesos y finos, triturados con

graduaci�n uniforme dentro de los l�mites granulom�tricos indicados para las bases

tipos A y B y se los puede observar en la tabla 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1: L�mites granulom�tricos

TAMIZ	Porcentaje en peso que pasa a trav�s de los tamices de malla cuadrada
	TIPO A	TIPO B
2� (50.8 mm)	100	--
11/2� (38.1 mm)	70 - 100	100
1� (25.4 mm)	55 - 85	70 - 100
3/4� (19.0 mm)	50 - 80	60 - 90
3/8� (9.5 mm)	35 - 60	45 - 75
No 4 (4.76 mm)	25 -50	30 - 60
No 10 (2.00 mm)	20 - 40	20 - 50
No 40 (0.425 mm)	10 - 25	10 - 25
No 200 (0.075 mm)	2 -12	2 -12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fuente:https://www.obraspublicas.gob.ec/wpcontent/uploads/downloads/2021/01/MPR_Chimborazo_Cumanda_Especificaciones-Tecnicas-MOP-001-F-2002.pdf

 

Fase II: en esta fase se realizaron los ensayos a la base tipo 1A, valores que permitieron cambiar la composici�n de esta base, por la 1B, cumpliendo en cada caso con los valores establecidos por las normas para estructuras viales.

Para el ensayo de granulometr�a se emplearon las normas ASTM C-136, las mismas que fueron comprobadas mediante el ensayo INEN 696 y 697 (AASHTO T-11 y T 27) que se relaciona con la tabla 1, de los l�mites granulom�tricos para las Base Tipo 1A y 1B, demostr�ndose que todos los valores cumplen con los porcientos en peso que pasa a trav�s de los tamices de malla cuadrada.

Se realiz� el ensayo de desgaste de agregado, a trav�s de la m�quina de los �ngeles, seg�n los establecido por norma ASSTHO T-96, el desgate del material investigado fue del 34.14 %, valor que cumple con las especificaciones en raz�n que esta establece un valor m�ximo del 40 %.

 

 

Figura 2: Ensayo de desgaste de agregado

Fuente: investigador

 

El ensayo de Humedad Natural, como los establece la norma ASSHTO T 265-93 ASTM D 2216, fue realizado al material que se investiga, teniendo un promedio de muestra del 10,23 %, cumpliendo con los porcientos requerido para su uso en estructuras viales.

Para los ensayos de determinaci�n del L�mite L�quido, L�mite Pl�stico e �ndice de Plasticidad de la base que se estudia, se emplearon las normas INEN 691-1982, INEN 692-1982, ASTM D 4318-95, AASHTO T 89-94 y AASHTO T 90-94, valores que se detallan en las siguientes tablas.

 

Figura 3: Ensayos del l�mite l�quido

Fuente: investigador

 

Figura 4: Ensayo de L�mite de plasticidad

Fuente: investigador

 

Para el ensayo del l�mite de plasticidad se recurri�, a la clasificaci�n Seg�n Carta de Plasticidad de Casagrande, valor que se muestra en el gr�fico 1.

 

 

 

 

 

 

 

Fuente: investigador

Figura 5: �ndice de plasticidad

 

El material granular de base clase 1B tiene un l�mite l�quido de 24,00 %, un l�mite pl�stico de 18,90 % y un �ndice de plasticidad de 5,2 %, cumpliendo con las especificaciones para material granular de bases y sub bases.

Adicionalmente se realiz� el ensayo para la determinaci�n de la Relaci�n Humedad-Densidad de Suelo y curva de compactaci�n, a trav�s de proctor (Modificado), aplicando para ello las normas ASTM D 698-91, ASTM D 1557-91, AASHTO T 99-94, AASHTO T 180-93, AASHTO T-134; de la cuales se obtuvieron los siguientes resultados:

 

Fuente: investigador

 

Figura 6: Relaci�n Humedad-Densidad de suelo y curva de compactaci�n

 

Con relaci�n a los ensayos de compactaci�n, ejecutados con la energ�a del ensayo del Proctor Modificado, se encontr� una densidad m�xima de 1.89 g/cm3 y una humedad optima correspondiente de 13,21 %.

El ensayo California Bearing Ratio (CBR) por sus siglas en ingl�s, muestra las gr�ficas de penetraci�n y de densidad seca.

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Fuente: investigador

Figura 7: Ensayos de CBR

 

El gr�fico 3, muestra los resultados de la resistencia a CBR efectuadas a los materiales sin estabilizar con cemento., cumpliendo con las especificaciones del Ministerio de Transporte y Obras P�blicas (MTOP), que indica que la resistencia para este tipo de ensayo, debe ser mayor al 80,00 % y los materiales granulares para base clase 1B de la cantera a investigar, el CBR es del 97,5 % al 100 % de la m�xima densidad.

Fase III: en esta fase, se ejecut� el modelo propuesto para la investigaci�n, empleando probetas de 15 x 30 cm, realizando tres dosificaciones diferentes que est�n conformadas de la siguiente manera:

�         Probeta con el 5 % de material estabilizador compuesta por 600 g de cemento de 11 400 g de material de base clase 1B y 582 ml de agua m�s el 2 % debido a la absorci�n del cemento 592 ml total.

�         Probeta con el 6% de material estabilizador compuesta por 720 g de cemento 11 280 g de material de base clase 1B y 582 ml de agua m�s el 2 % debido a la absorci�n del cemento 592 ml total.

Fase IV: para determinar la resistencia de los modelos creados se sometieron las probetas al ensayo a compresi�n obteni�ndose un promedio entre ellas (P), alcanzando los siguientes resultados:

 

Figura 8: Resistencia a la compresi�n a 7 y 14 d�as de curado

Fuente: investigador

 

Los resultados de los ensayos a los 7 d�as de curado, muestran que, los valores con la sustituci�n del 7 % de cemento cumplen con resistencia mayores de 30 kg/cm2, valores superiores a lo establecido en las especificaciones t�cnicas del MTOP, donde se indica que se deber�n efectuar ensayos de compresi�n simple para comprobar que esta resistencia no sea inferior a 25 kg/cm2.

En el mismo ensayo realizado a los 14 d�as, muestran que, las adiciones del 5,6 y 7 % de cemento, los valores de resistencia a compresi�n se ubican por encima de los 25 Kg/cm2 que establece las especificaciones MTOP.

 

Fuente: investigador

Figura 9: Resistencia a la compresi�n a los 7 y 14 d�as de curado

 

 

Conclusiones

�         En la presente investigaci�n se evidencia a trav�s de los ensayos que los materiales procedentes de la cantera objeto de estudio, satisfacen las especificaciones de dureza, granulom�tricas, limites l�quido y pl�stico, desgaste (abrasi�n) y CBR para bases clase 1B para estructuras de pavimentos, adem�s de presentar dentro del rango establecido por el Ministerio de Transporte y Obras P�blicas los �ndices de plasticidad.

�         La incorporaci�n de cemento de uso general a la base tipo 1A, en los porcentajes del 5, 6 y 7%, mejor� la resistencia a la edad de 14 d�as de curado, obteni�ndose valores de resistencias mayores al 25 Kg/cm2, tal como lo establece las especificaciones t�cnicas del MTOP.

�         La alternativa de mejorar estos materiales adicionando cemento brinda la posibilidad de favorecer el comportamiento de las bases clase 1A, por otra de tipo 1B, porque permite mejorar las propiedades tales como sensibilidad a los cambios de humedad, mayor capacidad de soporte.

 

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� 2022 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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