determinación de los parámetros de resistencia de rcd para
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Determinación de los parámetros de resistencia de RCD para el
aprovechamiento en obras civiles
Angie Carolina Bolívar Rojas
Danny Liliana Coronado Moreno
Universidad de Ibagué
Facultad de Ingeniería civil
Ibagué, Tolima
2018
Determinación de los parámetros de resistencia de RCD para el
aprovechamiento en obras civiles
Angie Carolina Bolívar Rojas
Danny Liliana Coronado Moreno
Director académico
Ing. Isabel Cristina Rojas Rodríguez
Universidad de Ibagué
Facultad de Ingeniería civil
Ibagué, Tolima
2018
Agradecimientos
En primera instancia, queremos agradecer profundamente a nuestros familiares y amigos,
quienes, con mucho empeño han contribuido de todas las formas a este sueño que comenzó
hace algún tiempo, especialmente nos han brindado ánimo y esperanzas con el fin de
culminar esta etapa que con el tiempo nos ha ofrecido un sinnúmero de eventualidades,
buenas y en muchas ocasiones malas, pero que nos han formado como personas y de ahora
en adelante como profesionales.
De igual forma, a todos los docentes que asistieron nuestra educación y se convirtieron en
modelos que en varias ocasiones no pretendíamos seguir. A pesar de esto, gracias a ellos
hemos adquirido muchos conocimientos y nos hemos fortalecido. Gracias por cada
sufrimiento y felicidad, gracias por acompañarnos y enseñarnos el camino que cada una
deseaba seguir, por ustedes seremos mejores profesionales. De forma especial, agradecemos
a nuestra directora de grado la ingeniera Isabel Cristina Rojas, al ingeniero Ricardo Plata y
al ingeniero Francisco Giraldo por guiarnos en este trabajo de grado, aconsejarnos, darnos
soluciones y finalmente porque gracias a ellos pudimos dar fin a este trabajo.
Carolina y Danny
Resumen
El sector de la construcción en Colombia ha crecido de forma constante, al mismo tiempo, la
generación de residuos de construcción, lo que resulta como una problemática mundial. La
reutilización de residuos, se ha convertido en una práctica que se ha generalizado en algunos
países que buscan disminuir el impacto ambiental por contaminación y extracción de
agregados.
El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo determinar los parámetros de
resistencia de un material proveniente de residuos de construcción y demolición por medio
de ensayos triaxiales de carga estática. Lo anterior, se llevó a cabo con la caracterización del
material mediante algunos ensayos establecidos por las normas INVIAS 2013.
Como resultado de cada ensayo se estableció que es posible considerar el comportamiento
del suelo como un material granular compuesto por partículas finas como limos, los cuales
presentaron propiedades físicas y mecánicas aceptables. Así mismo, se logró comparar cada
resultado con los obtenidos en diferentes ensayos garantizando su veracidad.
En conclusión, se obtuvo que el material presenta características similares a los de origen
natural y, conforme a esto se sugirieron como agregados con los cuales podría conformarse
terraplenes, estructuras de drenaje y rellenos artificiales. De igual forma, como posibles
bases, sub-bases y agregados en mezclas de concreto, siempre y cuando se disminuyera el
contenido de mampostería y mortero e incrementara el de los residuos de concreto.
Palabras clave: Consolidación, corte, ensayos triaxiales, residuos de construcción y
demolición (RCD), reutilización.
Abstract
The construction sector has been growing constantly in Colombia and worldwide, yet the
contemporaneous production of construction debris and its final disposition has become an
important issue. These residues reuse has become a widespread practice in certain countries
which aims to diminishthe environmental impact due to contamination and aggregates
extraction.
The aim of this research work was to determine the resistance parameters of construction and
demolishing debris material. This is achieved through the execution of static triaxial tests,
performed on reconstituted samples. All the laboratory campaign presented in this
documented was carried out according to the INVIAS 2013 standards.
In order to reduce the level of uncertainty, for one given test condition, several tests were
performed, From the results, it was concluded that the behavior of the reuse material is similar
to that of a granular material with presence of non-plastic fines, silts.
In conclusion, the waste material shows similar characteristics to those of natural origin and
accordingly, they were suggested as possible aggregates useful for embankments, drainage
structures and artificial backfill. Also, as possible base, substratum and aggregates in concrete
mixture, if the masonry and mortar content decreased while the concrete residues increased.
Key words: Consolidation, elevation, triaxial tests, construction and demolition residues
(RCD), reuse.
Tabla de contenido 1. Introducción .................................................................................................................. 12
2. Objetivos ....................................................................................................................... 14
General .............................................................................................................................. 14
Específicos ........................................................................................................................ 14
3. Entregables .................................................................................................................... 15
4. Descripción del problema.............................................................................................. 16
5. Justificación ................................................................................................................... 19
6. Alcance .......................................................................................................................... 21
7. Estado del arte ............................................................................................................... 22
8. Marco teórico ................................................................................................................ 33
8.1. Generación de Residuos de Construcción y Demolición – RCD .......................... 33
8.1.1. Clasificación de los Residuos de Construcción y Demolición – RCD. .......... 33
8.1.2. Aprovechamiento y disposición final de los escombros. ............................... 35
8.2. Parámetros físicos y mecánicos de suelos y agregados ......................................... 37
8.2.1. Gravedad específica, densidad y peso unitario seco de los agregados ........... 37
8.2.2. Saturación ....................................................................................................... 40
8.2.3. Consolidación ................................................................................................. 41
8.2.4. Parámetros de resistencia................................................................................ 41
8.2.5. Estado crítico del suelo ................................................................................... 43
8.3. Usos de agregados en obras civiles ........................................................................ 45
8.3.1. Mezclas de concreto ....................................................................................... 45
8.3.2. Rellenos artificiales ........................................................................................ 47
8.3.3. Material para la construcción de un Terraplén ............................................... 48
8.3.4. Estabilidad de Taludes .................................................................................... 54
8.3.5. Filtros en presas de tierra ................................................................................ 55
8.3.6. Material para sub-base granular ..................................................................... 57
8.3.7. Material para base granular ............................................................................ 58
8.3.8. Material granular para mejoramiento de sub rasante...................................... 59
9. Metodología .................................................................................................................. 61
9.1. Gravedad específica ............................................................................................... 62
9.2. Resistencia al desgaste de los agregados por medio de la máquina de los Ángeles
63
9.3. Resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión por el aparato Micro -
Deval 63
9.4. Proctor modificado................................................................................................. 64
9.5. Ensayo triaxial ....................................................................................................... 64
9.5.1. Consolidación ................................................................................................. 66
9.5.2. Proceso de corte .............................................................................................. 68
9.5.3. Determinación de los parámetros de resistencia............................................. 69
10. Análisis de resultados ................................................................................................ 71
10.1. Curvas granulométricas ...................................................................................... 71
10.1.1. Curva granulométrica tipo a ....................................................................... 71
10.1.2. Curva granulométrica b............................................................................... 73
10.2. Gravedad especifica ........................................................................................... 74
10.3. Resistencia al desgaste ....................................................................................... 76
10.3.1. Resistencia al desgaste por medio de la máquina de los Ángeles ............... 76
10.3.2. Resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión por el aparato
Micro-Deval .................................................................................................................. 77
10.4. Proctor modificado ............................................................................................. 78
10.5. Ensayo triaxial .................................................................................................... 79
10.5.1. Etapa de saturación ..................................................................................... 79
10.5.2. Etapa de consolidación ............................................................................... 80
10.5.3. Etapa de Corte ............................................................................................. 85
11. Conclusiones .............................................................................................................. 95
12. Referencias ............................................................................................................... 98
Lista de tablas
Tabla 1. Propiedades de las mezclas de RC/RM ensayadas. ................................................ 23
Tabla 2. Propiedades del granito fresco y el agregado de concreto reciclado. ..................... 25
Tabla 3. Parámetros de sustitución de agregados finos y gruesos reciclado para mezclas de
concreto hidráulico ............................................................................................................... 31
Tabla 4. Propiedades físicas complementares del RCD ....................................................... 32
Tabla 5. Clasificación de los Residuos de Construcción y Demolición (RCD) ................... 34
Tabla 6. Usos de RCD .......................................................................................................... 36
Tabla 7. Valores típicos de la gravedad especifica de partículas ......................................... 38
Tabla 8. Valores típicos de Gs en suelos .............................................................................. 38
Tabla 9. Valores típicos de densidades para algunos tipos de suelos ................................... 38
Tabla 10. Máximas y mínimas densidades para suelos granulares ...................................... 39
Tabla 11. General guide to selection of soils on basis of anticipated Embankmet .............. 39
Tabla 12. Relación de vacíos, contenido de humedad natural y peso unitario seco para
algunos suelos. ...................................................................................................................... 40
Tabla 13: Valores teóricos del parámetro B ......................................................................... 40
Tabla 14. Resultados típicos de ensayos de consolidación sobre muestras remoldeadas .... 41
Tabla 15. Valores del ángulo de fricción para arenas y limos .............................................. 42
Tabla 16. Valores de cohesión y ángulos de fricción ........................................................... 42
Tabla 17. Valores representativos de ángulos internos de fricción ...................................... 42
Tabla 18. Relación entre la densidad relativa y ángulo de fricción en suelos sin cohesión . 43
Tabla 19. Limite granulométrico del agregado fino ............................................................. 46
Tabla 20. Limites granulométricos del agregado grueso ...................................................... 46
Tabla 21. Requisitos de dureza para material de recebo ...................................................... 48
Tabla 22. Características de materiales usados en terraplenes ............................................. 50
Tabla 23. Requisitos de dureza de agregados para material granular filtrante ..................... 50
Tabla 24. Tipo de suelo para conformación de terraplenes .................................................. 52
Tabla 25. Tipo de suelo para conformación de terraplenes .................................................. 53
Tabla 26. Requisitos de dureza de agregados para material granular filtrante ..................... 55
Tabla 27. Franjas granulométricas del material de sub-base granular ................................. 57
Tabla 28. Requisitos de los agregados para bases granulares .............................................. 58
Tabla 29. Verificaciones periódicas de calidad de los materiales ........................................ 60
Tabla 30. Número de ensayo según el esfuerzo de confinamiento ...................................... 67
Tabla 31. Porcentaje de partículas que pasan los tamices. ................................................... 72
Tabla 32. Coeficientes de uniformidad y curvatura para granulometría a ........................... 72
Tabla 33. Porcentaje de partículas que pasan los tamices. ................................................... 73
Tabla 34. Coeficientes de uniformidad y curvatura para granulometría b ........................... 74
Tabla 35. Resultados de gravedad específica para el ensayo 1 ............................................ 75
Tabla 36. Resultados de gravedad específica para el ensayo 1 ............................................ 75
Tabla 37. Granulometría usada y resultados de desgate en la máquina de los ángeles. ....... 76
Tabla 38. Porcentajes de desgaste obtenidos de RCD .......................................................... 76
Tabla 39. Granulometría usada y resultados de desgate en el Micro - Deval ...................... 77
Tabla 40. Porcentajes de desgaste obtenidos de RCD .......................................................... 77
Tabla 41. Resultados del ensayo de proctor modificado ...................................................... 78
Tabla 42. Tiempos de saturación y valores de Skempton alcanzados en las muestras ........ 80
Tabla 43. Resultados de coeficiente de consolidación ......................................................... 85
Tabla 44. Esfuerzos normales efectivos y esfuerzos cortantes obtenidos. ........................... 90
Tabla 45. Valores del ángulo de fricción y cohesión obtenidos .......................................... 90
Lista de ilustraciones
Ilustración 1. Reemplazo de las fracciones gruesas por Residuos de Concreto (Inc. 20%
fracciones finas). Fuente: (Soutsos, Tang, & Millard, 2011). .............................................. 27
Ilustración 2. Reemplazo de la fracción fina por Residuos de Concreto (Inc. 60% fracciones
gruesas). Fuente: (Soutsos, Tang, & Millard, 2011). ........................................................... 27
Ilustración 3. Reemplazo de las fracciones gruesas por Residuos de Mampostería. Fuente:
(Soutsos, Tang, & Millard, 2011). ........................................................................................ 27
Ilustración 4. Reemplazo de los agregados finos por Residuos de Mampostería (Inc. 20%
fracciones finas). Fuente: (Soutsos, Tang, & Millard, 2011). .............................................. 27
Ilustración 5: Resistencia a la compresión y a la tracción para bloques con diferentes
porcentajes de agregados fino reciclados. Fuente: (Juan Camilo, 2011).............................. 29
Ilustración 6: Resistencia a la compresión y a la tracción para bloques con diferentes
porcentajes de agregados gruesos reciclados. Fuente: (Juan Camilo, 2011) ........................ 29
Ilustración 7. Módulo de Resiliencia de los RCD. Fuente: (Gómez & Farias, 2012) .......... 32
Ilustración 8: Línea de estado crítico en el espacio p’ – q’ – v. Fuente: (Mateos & Estaire,
1996) ..................................................................................................................................... 43
Ilustración 9: Resultados de ensayos triaxiales estáticos realizados con suelos granulares.
Fuente: (Mateos & Estaire, 1996)......................................................................................... 44
Ilustración 10. Evolución de los ensayos triaxiales estáticos realizados con suelos granulares.
Fuente: (Mateos & Estaire, 1996)......................................................................................... 44
Ilustración 11: Principales componentes de un terraplén sobre suelos blandos. Fuente:
(Morales y Monroy).............................................................................................................. 49
Ilustración 12: Estructura típica del terraplén. Fuente: (Villalaz, 2004) .............................. 51
Ilustración 13. Estructura de una presa de tierra. Fuente: (Berrones & Colin , 2005) ......... 56
Ilustración 14: Trituración de los residuos de construcción y demolición. Fuente: El autor 61
Ilustración 15:Clasificación del material por el tamaño de sus partículas. Fuente: El autor 62
Ilustración 16: Ensayo de Proctor Modificado. Fuente: El autor ......................................... 64
Ilustración 17: Material de ensayo una granulometría no definida ...................................... 65
Ilustración 18: Saturación de la muestra. Fuente: El autor ................................................... 66
Ilustración 19: Falla de la muestra. Fuente: El autor. ........................................................... 68
Ilustración 20: Descarga de la muestra. Fuente: El autor. .................................................... 69
Ilustración 21: Diagrama p – q. Fuente: (Lambe & Whitman, Soil Mechanics, 1969) ........ 70
Lista de gráficos
|Gráfico 1. Composición de residuos sólidos en Colombia. Fuente: (Ministerio de Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial, 2008) .............................. ¡Error! Marcador no definido.
Gráfico 2. Curva granulométrica tipo a. Fuente: El Autor. .................................................. 72
Gráfico 3. Curva granulométrica tipo b. Fuente: El Autor. .................................................. 73
Gráfico 4. Humedad óptima del material. Fuente: El Autor. ............................................... 78
Gráfico 5. Curva de consolidación para ensayos con una presión de confinamiento de 300
kPa (granulometría no definida). Fuente: El Autor. ............................................................. 81
Gráfico 6. Curva de consolidación para ensayos con una presión de confinamiento de 300
kPa (granulometría no tipo a). Fuente: El Autor. ................................................................. 82
Gráfico 7. Curva de consolidación para ensayos con una presión de confinamiento de 300
kPa (granulometría no tipo b). Fuente: El Autor. ................................................................. 82
Gráfico 8. Consolidación por el método de Taylor, granulometría no definida. Fuente: El
Autor. .................................................................................................................................... 83
Gráfico 9. Consolidación por el método de Taylor, granulometría tipo a. Fuente: El Autor.
.............................................................................................................................................. 84
Gráfico 10. Consolidación por el método de Taylor, granulometría tipo b. Fuente: El Autor.
.............................................................................................................................................. 84
Gráfico 11. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica no
definida, con una presión de confinamiento de 300 kPa. Fuente: El Autor. ........................ 86
Gráfico 12. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica a,
con una presión de confinamiento de 300 kPa. Fuente: El Autor. ....................................... 86
Gráfico 13. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica b,
con una presión de confinamiento de 300 kPa. Fuente: El Autor. ....................................... 87
Gráfico 14. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica no
definida. Fuente: El Autor. ................................................................................................... 88
Gráfico 15. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica a.
Fuente: El Autor. .................................................................................................................. 88
Gráfico 16. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva curva
granulométrica b. Fuente: El Autor. ..................................................................................... 89
Gráfico 17. Trayectoria p-q para una granulometría no definida. Fuente: El Autor. ........... 91
Gráfico 18. Trayectoria p-q para una granulometría tipo a. Fuente: El Autor. .................... 91
Gráfico 19. Trayectoria p-q para una granulometría tipo b. Fuente: El Autor. .................... 92
Gráfico 20. Esfuerzos efectivos vs deformación con presiones de confinamiento de 150 kPa,
300 kPa y 500 kPa (granulometría no definida). Fuente: El Autor. ..................................... 93
Gráfico 21. Esfuerzos efectivos vs deformación con presiones de confinamiento de 150 kPa,
300 kPa y 500 kPa (granulometría a). Fuente: El Autor. ..................................................... 93
Gráfico 22. Esfuerzos efectivos vs deformación con presiones de confinamiento de 150 kPa,
300 kPa y 500 kPa (granulometría b). Fuente: El Autor. ..................................................... 94
12 Introducción
1. Introducción
Los residuos de construcción y demolición son materiales (RCD) de desecho provenientes
de actividades de la industria de la construcción. Los diferentes procesos, los avances
técnicos y el crecimiento demográfico, han aumentado estas actividades buscando satisfacer
las necesidades de la sociedad causando el aumento en la generación de residuos y
explotación de agregados pétreos
Sin embargo, la generación de residuos y la explotación de recursos naturales afecta el sector
ambiental, económico y social., en muchos países se han realizado investigaciones sobre
RCD con el fin de establecer las características físicas y mecánicas de estos materiales,
relacionándolas con las de los diferentes suelos y agregados usados en obras civiles.
Este trabajo de investigación tiene como objeto determinar y evaluar los parámetros de
resistencia de RCD mediante ensayos triaxiales a fin de sugerir usos del material en
estructuras y procesos constructivos. Para lo cual primero, se recolecta un material tipo
residuos de construcción en la ciudad de Ibagué sin previa clasificación, siendo triturado
mediante el uso de una maceta. Con estos, se realizan ensayos de caracterización y evaluación
de propiedades físicas y mecánicas. Específicamente: Proctor modificado, gravedad
específica, desgaste por medio de la máquina de Los Ángeles y del aparato Micro-Deval y
ensayos de compresión triaxial. Los cuales fueron regidos por la norma INVIAS 2013.
El presente trabajo está compuesto en general por cinco capítulos, el primero contiene
aspectos e información relevante, encontrados por medio de una indagación de artículos y
libros sobre la generación de residuos sólidos y su disposición final, así mismo, plantea las
investigaciones y estudios realizados en diferentes lugares sobre la reutilización de RCD. Por
13 Introducción
otra parte, en el capítulo siguiente se conforma un marco de referencia, en el cual se establece
el comportamiento teórico de los materiales usados generalmente en la construcción de
estructuras como pavimentos, terraplenes, presas, entre otros, así como el de mejoramiento
de sub-rasantes, estabilidad de taludes, rellenos artificiales y agregados en mezclas de
concreto. Además, se plantean los valores típicos de los agregados respecto a características
físicas y mecánicas señaladas por algunos autores, así como los requisitos fijados por la
normatividad colombiana para su uso.
En los capítulos a seguir, se presenta la metodología usada con sus respectivos ensayos y
justificaciones de algunas decisiones tomadas. Esto con el fin de dar paso al siguiente
capítulo, en el cual se encuentran de forma ordenada los resultados y su respectivo análisis,
cada uno se presenta por medio de tablas, gráficos e ilustraciones que facilitaran el
entendimiento de los mismo. Finalmente, las conclusiones establecidas a partir de los
resultados de cada ensayo. En este último capítulo, se sugieren algunas alternativas de usos
que podrían tener los RCD dentro de algunos procesos de las obras civiles que contribuyan
al daño ambiental causado por la generación de residuos y explotación de materiales,
acercando al sector de la construcción a prácticas sostenibles y sustentables.
14 Objetivos
2. Objetivos
General
Evaluar los parámetros de resistencia de los residuos de construcción y demolición mediante
ensayos triaxiales con el fin de sugerir posibles usos en procesos constructivos.
Específicos
1. Identificar las características físicas y mecánicas de los residuos de construcción, por
medio de los ensayos respectivos.
2. Determinar los parámetros de resistencia del material RCD por medio del equipo
Triaxial.
15 Entregables
3. Entregables
Por medio de la elaboración del presente trabajo de grado, se entregan como resultado los
siguientes productos que permiten complementar y definir el alcance de la investigación
realizada:
Informe con el procedimiento realizado para la investigación.
Articulo para la publicación en la revista de la Universidad de Ibagué
Guía de uso del equipo Triaxial
16 Descripción del problema
4. Descripción del problema
El Banco Mundial estima que la generación de residuos en el planeta podría aumentar en el
año 2050 a 3.400 millones de toneladas, un incremento del 70%, los cuales son gestionados
en vertederos abiertos o quema de los mismos (Kaza, Yao, & Van Woerden, 2018). En
Colombia, se generan alrededor de 22 millones de toneladas de residuos de construcción solo
en las ciudades principales del país (Bogotá, Medellín, Santiago de Cali, Manizales,
Cartagena, Pereira, Ibagué, Pasto, Barranquilla, Neiva, Valledupar y San Andrés) (Ministerio
de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2011)
A pesar de la problemática que representa la inadecuada disposición de dichos residuos, el
sector de la construcción en Colombia sigue presentado alzas representativas. La presidenta
de la Cámara de la Construcción CAMACOL, Sandra Forero Ramírez, indicó que se tiene la
expectativa de un aumento del 4.6% en la construcción respecto al año anterior (Portafolio,
2017). A través de ello, se espera de forma continua la producción de grandes volúmenes de
residuos de construcción y demolición.
El Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible por medio de la resolución No. 0472
reglamenta la gestión integral de RCD debido al incremento presentado en las ciudades
principales del país, el cual corresponde a 22.270.338 toneladas. La gestión adecuada abarca
la recolección y transporte, el almacenamiento, disposición final y el aprovechamiento de los
mismos (Resolución 0472, 2017).
A pesar de las resoluciones y guías para la gestión de RCD, las empresas constructoras o
personas naturales acopian los residuos evitando su separación y clasificación, impidiendo
17 Descripción del problema
así la reutilización y disminución de volúmenes. La producción de RCD y su inadecuada
disposición afecta directamente el sector ambiental, económico y social.
El vertimiento de estos residuos en escombreras altera las propiedades del suelo, afectando
su productividad y apartando la microfauna que habita en este (lombrices, bacterias, hongos
y demás), de igual forma, la flora incrementando la presencia de plagas y animales que
ocasionan proliferación de enfermedades. Lo anterior desarrolla el proceso de desertificación
evitando la recuperación del ecosistema (Ministerio de Ambiente de Peru, 2017).
De igual forma, los RCD alteran la composición química de los recursos hídricos, pueden
producir taponamiento y represamiento de caudales, deterioro ambiental, amenazas en la
flora y fauna, entre otros. Asimismo, transformaciones al aire debido al polvo, al ruido, las
emisiones de CO2 y destrucción celular. La constante disposición de desechos expuestos
deteriora el paisaje afectando radicalmente la fauna, flora y salud humana generando estrés,
problemas sicológicos, trastornos de atención, disminución de la eficiencia laboral y mal
humor (Ministerio de Ambiente de Peru, 2017).
Finalmente, uno de los problemas más relevantes corresponde al incremento en la demanda
de los agregados, ya que según el estudio “World Construction Aggregates” de The
Freedonia Group citado por Yanik, afirma que para el año 2019 se estima una demanda de
51 mil millones de toneladas métricas en el mercado mundial de agregados, por ende, se
incrementaría la explotación de los recursos naturales en las minerías legales e ilegales
(Yanik, 2016).
La alta demanda de recursos minerales por parte del aumento de las obras civiles, ocasionan
el agotamiento de los recursos naturales y tienen un importante efecto negativo sobre el
18 Descripción del problema
medio ambiente. Tales recursos son considerados de tipo no renovable, puesto que su
generación es dada por procesos geológicos de la tierra que conlleva millones de años.
19 Justificación
5. Justificación
Como se expone en la sección anterior, la explotación desmedida de minerales para
agregados en obras civiles, la contaminación producida por los residuos de construcción y
demolición ocasionados por el crecimiento de la industria y, la necesidad de gestionar
adecuadamente los residuos sólidos, han generado la búsqueda de soluciones o alternativas
que satisfagan la demanda de agregados y al mismo tiempo disminuyan el volumen de
residuos sólidos generados.
A lo largo de los años se han realizado muchos estudios e investigaciones por medio de
ensayos que buscan relacionar las características de los agregados provenientes de residuos
de construcción y demolición, con los de origen natural que compensen las necesidades
anteriormente presentadas. Con lo anterior, se han establecido algunas de las propiedades
físicas y mecánicas de los agregados de RCD como densidad, granulometría, entre otros, los
cuales permiten valorar sus resultados con las normas establecidas o características comunes
de los agregados pétreos, como se presenta en la sección del estado del arte.
La resistencia de los agregados representa una de las propiedades mecánicas más importantes
en la industria de la construcción, ésta influye directamente en el comportamiento de las
diferentes estructuras fundadas, por ello resulta ser sumamente relevante garantizar que los
agregados provenientes de RCD cumplan con los requerimientos establecidos por la
normatividad colombiana vigente (Das, 2010).
Para ello, el estudio pretende determinar los parámetros de resistencia de los agregados de
RCD por medio del ensayo triaxial, el cual es considerado uno de los procedimientos más
20 Justificación
satisfactorios para medir la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo, midiendo las
deformaciones que sufre a partir de la aplicación de cargas axiales y cortantes.
Teniendo en cuenta lo anterior, se determinarán los parámetros de resistencia de agregados
provenientes de residuos de construcción y demolición con el fin de evaluar sus
características y encontrar posibles usos dentro de diferentes obras civiles. Lo anterior, podría
contribuir, complementar estudios y buscar el modo de implementar dichos agregados,
disminuyendo el volumen de residuos y encontrando una alternativa para reducir la
explotación de agregados naturales.
A partir de esto, se pretende encontrar opciones que satisfagan la demanda de agregados y
conlleven el sector de la construcción a prácticas adecuadas, sostenibles y sustentables, que
relacionen la calidad y vida útil de las diferentes estructuras preservando el medio ambiente
y sus recursos naturales.
21 Alcance
6. Alcance
Por medio de la presente investigación se espera determinar los parámetros de resistencia de
RCD por medio de ensayos triaxiales. Además, se evaluará el comportamiento físico y
mecánico de los RCD para identificar y sugerir posibles usos del material en procesos
constructivos de obras civiles.
Lo anterior, se llevará a cabo por medio de ensayos de laboratorio regidos por las Normas
Técnicas Colombianas e INVIAS como: La determinación de la gravedad específica,
resistencia al desgaste por medio de máquina de los Ángeles y el Micro-Deval y Proctor
modificado.
22 Estado del arte
7. Estado del arte
La contaminación ambiental, los problemas generados en la sociedad por los Residuos de
Construcción y Demolición (RCD) y la escasez de recursos naturales han ocasionado la
intervención de diferentes países que han realizado estudios para analizar el comportamiento
del material y así determinar los parámetros físicos y mecánicos de los RCD. Por medio de
los cuales, se busca establecer los posibles usos del material en obras civiles.
En Egipto se expone que el desecho de RCD en áreas no autorizadas para verterlos, es una
gran problemática ambiental y social; a causa de esto se iniciaron estudios con Residuos de
Concreto (RC) y con Residuos de Mampostería (RM) arrojados a los lados de las carreteras
y en los canales de las ciudades. Los materiales que se recogieron para los ensayos fueron
triturados y mezclados con proporciones de mezclas de RC/RM como se describen en los
siguientes porcentajes: 100/0, 90/10, 80/20, 70/30, 55/45, 40/60, 20/80 y 0/100% (Ali Arisha,
Alaa Gabr, Sherif El-Badawy, & Sayed Shwally, 2016).
Los materiales anteriormente descritos con los diferentes porcentajes de mezcla establecidos
fueron objeto de ensayos de laboratorio basados en los parámetros o estándares estipulados
en la AASHTO con el fin de determinar y analizar sus principales características. A partir de
estos se obtuvieron los datos presentados en la tabla 1 y con los cuales se estableció que: el
material cumplió con las especificaciones para ser usado como material granular; las
resistencias al corte no varió significativamente ante las diferentes proporciones de mezcla
del material de RC/RM; el módulo resiliente disminuyó a medida que se aumentó el
porcentaje de RCD en la mezcla y; que a partir de los resultados del CBR, del módulo elástico
y de la resistencia a la abrasión, se obtiene que una mezcla con el 100% de agregados
23 Estado del arte
reciclados de concreto se puede utilizar como material de base, de igual forma, que con un
porcentaje entre el 10% y el 100% de RM en la mezcla, puede ser usado como material de
sub-base (Ali Arisha, Alaa Gabr, Sherif El-Badawy, & Sayed Shwally, 2016).
Tabla 1. Propiedades de las mezclas de RC/RM ensayadas.
Propiedades Resultados
RC/RM 100/0 90/10 80/20 70/30 55/45 40/60 20/80 0/100
Contenido de humedad óptima (%) 12.7 14.4 13.5 14.3 11.5 12.4 10.1 10.8
Máxima densidad seca (t/m3) 1.86 1.84 1.82 1.82 1.84 1.84 1.78 1.75
Limite liquido (%) 25 -- -- -- -- -- -- 26
Índice de plasticidad (%) NP* -- -- -- -- -- -- NP*
Clasificación por la AASHTO A-1-a A-1-a
CBR (%) 152.9 128.7 114.5 114.5 119.4 114.5 69.5 76.6
LAA (%) 47.5 -- -- -- -- -- -- 83.8
pH 9.1 -- -- -- -- -- -- 8.8
K (m/sec) 1.8E-08 -- -- -- 7.7e-09 1.5e-07
Absorción de agua (%) 0.8 -- -- -- -- -- -- 7.2
Gravedad específica (Gs) 2.30 -- -- -- -- -- -- 2.03
Cohesión aparente C (kPa) 12.4 25.8 56.8 89.2 80.3 24.0 50.9 43.1
Ángulo de fricción (φ, º) 58.4 55.6 52.7 48.8 53.2 59.7 50.4 52.7
Data del Módulo Resiliente
K1 2.29 1.85 1.62 1.50 2.31 1.34 1.15 1.45
K2 0.49 0.53 0.59 0.57 0.48 0.19 0.37 0.57
K3 -0.134 -0.09 -0.099 -0.056 -0.124 1.073 0.548 -0.194
R2 0.974 0.981 0.976 0.975 0.975 0.96 0.972 0.981
NP*: No Plástico
Nota: Tomado de Using Blends of Construction & Demolition Waste Materials and Recycled Clay Masonry
Brick in Pavement. (Ali Arisha, Alaa Gabr, Sherif El-Badawy, & Sayed Shwally, 2016)
Por otra parte, Leite-Gembus, Motta, Vasconcelos y Bernucci en su artículo de investigación
“Laboratory evaluation of recycled construction and demolition waste for pavements”
presentaron que en Brasil la disposición final ilegal de RCD se ha convertido en una gran
problemática debido a su alta producción y a que solo un tercio de estos residuos son vertidos
en escombreras legales; convirtiendo así este material en objeto de estudio.
24 Estado del arte
Teniendo en cuenta esto, se realizaron los siguientes ensayos con el fin de determinar sus
principales características: absorción de agua, curva granulométrica, forma de las partículas,
CBR, módulo elástico, caracterización, deformación, capacidad de carga y pruebas triaxiales
de carga repetida.
Durante los ensayos realizados a los residuos, concluyeron que la composición del material
y el esfuerzo de compactación son aspectos de gran importancia que influyen en los
parámetros físicos, ya que durante el proceso de compactación se generó rotura en las
partículas, cambiando así su distribución. Al presentarse la rotura en las partículas, éstas se
reorganizaron, mejorando así la densidad del material, e incrementando la capacidad de
carga, el modulo elástico y en la resistencia (Leite-Gembus, Motta, Vasconcelos, & Bernucci,
2011).
Con estos resultados, Leite-Gembus, Motta, Vasconcelos y Bernucci establecieron que los
RCD se puede reutilizar como base o sub-base para carreteras con flujo vehicular de bajo
volumen, debido a su alta resistencia y a que su comportamiento no es expansivo. Por otra
parte, compararon el comportamiento de una piedra triturada bien gradada con el material de
investigación, donde se observó que el comportamiento entre las dos muestras es muy similar
a excepción que el desplazamiento elástico en la muestra de RCD es menor en un 10 o 20%.
De igual forma, resaltan que la composición del material es un factor importante porque de
ella depende el porcentaje de absorción de agua y el tamaño de las partículas (Leite-Gembus,
Motta, Vasconcelos, & Bernucci, 2011).
Por otra parte, en el artículo “Physical Properties of Demolition Waste Material” publicado
por Iordanis Chidiroglou, Andrew K Goodwin, Elizabeth Laycock y Fin O'Flaherty, expone
25 Estado del arte
que la investigación fue realizada con dos procesos de tamizado para analizar con mayor
amplitud el comportamiento de las muestras.
Con el mismo propósito, uno de los procesos fue realizado con muestra húmeda y el otro,
con residuos en seco durante un tiempo aproximado de 15 minutos para garantizar una mayor
precisión en el tamaño de las partículas tamizadas, razón por la cual, se estableció que el
método de tamizado en seco es aceptable para obtener una curva granulométrica más precisa.
Como resultado de los ensayos, se concluyó que se obtienen mejores resultados en las
propiedades del material cuando se trabaja con un tamaño de partículas menor, ya que se
reduce su flacidez e incrementa su densidad, algunos datos obtenidos de esta investigación
se pueden analizar en la tabla 2 ( Iordanis Chidiroglou, Andrew K Goodwin, Elizabeth
Laycock, & Fin O'Flaherty, 2007).
Tabla 2. Propiedades del granito fresco y el agregado de concreto reciclado.
Properties of fresh granite and recycled concrete aggregate
Property
Fresh crushed granite
aggregate
Recycled concrete aggregate of maximum size
10mm 20mm 40mm
Max size of aggregate
Derived from
parent concrete of
compressive
strength
Derived from
parent concrete of
compressive
strength
Derived from
parent concrete of
compressive
strength
10mm 20mm 40mm 35M
Pa
49M
Pa
56M
Pa
37M
Pa
50M
Pa
58M
Pa
31M
Pa
45M
Pa
52M
Pa
Physical properties
Specific gravity 2,80 2,80 2,80 2,46 2,40 2,38 2,52 2,51 2,48 2,56 2,53 2,52
Water absorption 0,30 0,30 0,30 4,60 4,80 5,00 3,65 4,10 4,86 2,20 2,50 2,80
Bulk Loose 1408 1462 1406 1338 1327 1324 1432 1421 1394 1341 1334 1329
Density
(kg/m3) Rodded 1561 1625 1590 1468 1438 1427 1568 1536 1498 1480 1474 1470
Percenta
ge of
voids
Loose 50 48 49 46 45 44 43 43 44 48 47 47
Rodded 44 42 43 40 40 40 38 39 40 42 42 42
Mechanical properties
Crushing value (%) 25 22 - 32 30 30 26 25 23 - - -
Impact value (%) 18 17 38 32 31 25 24 21 - - -
Abrasion value (%) 29 26 26 48 46 46 38 35 33 30 29 29
Fuente: Tomado de ( Iordanis Chidiroglou, Andrew K Goodwin, Elizabeth Laycock, & Fin O'Flaherty, 2007)
26 Estado del arte
De igual forma, Marios N. Soutsos, Kangkang Tang y Stephen G. Millard realizaron una
investigación de la cual se publicó el artículo “The use of recycled demolition aggregate in
precast concrete products - Phase III: Concrete pavement flags”. La investigación se realizó
con el fin de observar el comportamiento del hormigón al reemplazar un porcentaje de
agregado por residuos derivados del concreto.
Para esto, realizaron probetas de concreto con diferentes porcentajes de agregados reciclados;
así por ejemplo, una mezcla a la que se le reemplazó un 60% de fracciones gruesas o un 40%
de fracciones finas por agregados reciclados, alcanzó la resistencia a la flexión media buscada
a los 28 días (5.0 N/mm2) (4) (Soutsos, Tang, & Millard, 2011).
También se observó que al incorporar a la mezcla Residuos de Mampostería (RM) como
agregados finos, el comportamiento de la probeta no era el deseado puesto que no alcanzaba
la resistencia media buscada; pero, al reemplazar el agregado grueso por RM en un 70% el
resultado fue satisfactorio y conservador. Por lo cual, Marios N. Soutsos, Kangkang Tang y
Stephen G. Millard proponen que al reemplazar en un 60% la fracción gruesa por
mampostería solo se puede reemplazar en un 15% o máximo en un 30% las fracciones finas
también por RM. En las siguientes ilustraciones se observa el comportamiento de la
resistencia a la flexión del hormigón (todas las mezclas tenían 320 kg/m3 de cemento) al
reemplazar diferentes porcentajes de agregado natural por reciclado:
27 Estado del arte
Ilustración 1. Reemplazo de las fracciones gruesas
por Residuos de Concreto (Inc. 20% fracciones
finas). Fuente: (Soutsos, Tang, & Millard, 2011).
Ilustración 2. Reemplazo de la fracción fina por
Residuos de Concreto (Inc. 60% fracciones
gruesas). Fuente: (Soutsos, Tang, & Millard, 2011).
Ilustración 3. Reemplazo de las fracciones gruesas
por Residuos de Mampostería. Fuente: (Soutsos,
Tang, & Millard, 2011).
Ilustración 4. Reemplazo de los agregados finos
por Residuos de Mampostería (Inc. 20%
fracciones finas). Fuente: (Soutsos, Tang, &
Millard, 2011).
Con el fin de fallar las probetas de concreto, se utilizó una fuerza de compresión de 12 N/mm2
durante 15s aproximadamente, esta fuerza es muy similar a la utilizada en las fábricas de hormigón
(10-12 N/mm2). Además, se fundieron probetas de concreto hidráulico para analizar su
28 Estado del arte
comportamiento, de las cuales se observó que es muy similar al hormigón ya que la resistencia a
flexión requerida a los 28 días se obtuvo al reemplazar en un 60% el agregado grueso o en un 40%
el agregado fino por residuos de concreto.
De forma semejante, al reemplazar los agregados por residuos de mampostería se obtuvo la
resistencia deseada con un reemplazo máximo de un 60% de fracciones gruesas y del 15% de
agregado fino. Finalmente, se obtuvieron altos valores de absorción de agua en el concreto
hidráulico, lo que según Marios N. Soutsos, Kangkang Tang y Stephen G. Millard es un buen
indicador de durabilidad (Soutsos, Tang, & Millard, 2011).
Por otra parte, la Universidad Javeriana de Colombia realizó un estudio para el aprovechamiento
de los RCD en Bogotá, en los cuales se observaron que el agregado reciclado tiene un alto nivel
de porosidad debido a que en las partículas de los residuos de mampostería se adhiere una gran
cantidad de mortero, esto genera en el agregado reciclado un alto porcentaje de absorción de agua
y por ende un bajo peso específico a comparación del agregado natural.
Por lo anterior, Juan Camilo Escandón recomienda mantener saturado el material para que las
partículas del agregado no absorban el porcentaje de agua que se requiere añadir a la mezcla para
obtener la resistencia requerida. A partir de esto, se utilizaron aditivos plastificantes para disminuir
la porosidad del agregado reciclado y mejorar la manejabilidad del material. En la investigación
se tuvieron como base los siguientes gráficos donde se pueden analizar las resistencias del concreto
a tracción y a compresión con el reemplazo de agregados tanto finos como gruesos (Juan Camilo,
2011):
29 Estado del arte
Ilustración 5: Resistencia a la compresión y a la tracción para bloques con diferentes porcentajes de agregados fino
reciclados. Fuente: (Juan Camilo, 2011)
Ilustración 6: Resistencia a la compresión y a la tracción para bloques con diferentes porcentajes de agregados
gruesos reciclados. Fuente: (Juan Camilo, 2011)
En Australia se realizaron ensayos de laboratorio con ladrillos de arcilla cocida, en los cuales se
pretendía determinar la resistencia y características principales del material para la implementación
30 Estado del arte
en sub-bases. En el estudio se realizaron ensayos de resistencia a la abrasión por máquina de Los
Ángeles, ensayos triaxiales estáticos y de carga repetida, CBR (California bearing ratio),
granulometría, compactación de Proctor modificado, densidad, absorción de agua, pH y contenido
de materia orgánica.
De los ensayos resulto que el material alcanzó el 65% de resistencia en el ensayo de CBR de carga
cíclica, con lo cual clasifico para el uso en la sub-bases de un pavimento, pero la resistencia a la
abrasión alcanzo el limite permisible y la resistencia al corte se redujo más que los límites
aceptables, razón por la cual se entiende que los residuos provenientes de ladrillos de arcilla cocida
pueden ser usados en la estructura del pavimento siempre y cuando se mejoren su durabilidad con
otros materiales áridos de construcción (Arulrajah, Piratheepan, Aatheesan, & Bo, 2011).
A su vez, el estudio “Feasible use of recycled concrete aggregates and crushed clay brick as
unbound road sub-base” realizado en la universidad politécnica de Hong Kong, consistió en la
determinación del CBR de la mezcla del concreto reciclado y la arcillada cocida para investigar la
posibilidad de su uso en sub-bases, se obtuvo que el CBR alcanzado por la mezcla de los residuos
de construcción fue de un 30%, siendo este el mínimo valor aceptado en Colombia para sub-bases
granulares Clase B y C. Además, se determinó que la inclusión del concreto reciclado disminuyó
considerablemente la densidad seca e incrementó el contenido de humedad optima, debido a que
el ladrillo tiene baja densidad y alta absorción de agua (Poon & Chan, 2006).
En conclusión, se establece que el agregado natural puede ser sustituido por los RC y/o RM, ya
que logran cumplir con las resistencias y especificaciones requeridas. Específicamente, los autores
recomiendan el uso del material en la estructura de las carreteras de bajo tráfico o para vías
peatonales. En la tabla 3 se especifican las normas que en algunos países describen los parámetros
para la sustitución de agregados finos o gruesos en el concreto hidráulico (Juan Camilo, 2011).
31 Estado del arte
Tabla 3. Parámetros de sustitución de agregados finos y gruesos reciclado para mezclas de concreto hidráulico
Parámetros de sustitución de agregados finos y gruesos reciclado para mezclas de concreto hidráulico
Pais Norma Restricción % de agregado grueso
reciclado
%de agregado fino
reciclado
RILEM 1998 0-100 -
Bélgica 0-100 -
Brasil Draft NBR - 0-20 0-20
China WBTC 12/2002 - 0-20 -
Dinamarca 0-100 0-20
Alemania DIN 4226-100 No prestress 0-45 -
Holanda NEN 5950 - 0-100 0-20
Hong Kong Specific use 0-100 -
Italia DM 14/01/2008 0-100 -
Japón JIS A 502/3 Specific use 0-100 -
España Draft EHE - 0-20 -
Reino unido BS 6543 BRE 433 - 0-20 -
Estados unidos ACI 555R-01 - 0-100 0-100
Fuente: Tomado de Breccolotti & Materazzi, 2010, citado por (Juan Camilo, 2011)
Así mismo, la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica A.C. realizó la investigación para
analizar el comportamiento físico-mecánico de residuos de construcción y demolición en la
estructura de un pavimento. Para la cual realizaron ensayos convencionales (absorción de agua,
tamaño y distribución de las partículas, índice de forma, relación de soporte California (CBR),
módulo de resiliencia (MR)) y ensayos triaxiales cíclicos.
Como resultado, se obtuvieron que los valores del peso unitario seco máximo fueron de 16.5
kN/m3 para la energía normal, 17.5 kN/m3 en la energía intermedia y 18.5 kN/m3 en la
modificada. Por otra parte, la humedad óptima (ωopt) utilizada para los ensayos fue del 13% y se
observó que con un porcentaje de humedad optima menor al 9% no permitió la compacidad del
material y que mayor al 16% la muestra está saturada. En la tabla 4 se observan los datos que se
obtuvieron en el laboratorio y junto con los que se tenían de referencia para la investigación
realizada (Gómez & Farias, 2012).
32 Estado del arte
Tabla 4. Propiedades físicas complementares del RCD
Propiedades físicas complementares del RCD
Propiedad Valor obtenido Valor de referencia
Coeficiente de uniformidad (Cu) 61 >10
% pasa en tamiz N°40 15 10 - 40
% de materiales contaminantes 0,56 <3
Límite liquido 32 <25
Índice de plasticidad NP <6
Equivalente de arena >70 >30
Durabilidad en sulfato de magnesio 30% 6% - 11%
Abrasión a los Ángeles 35% - 38% <55%
Fuente: (Gómez & Farias, 2012)
Además, en la ilustración 8 se observa el Modulo Resiliente del material, que las mínimas
magnitudes obtenidas en el triaxial cíclico se encuentran entre 70 y 250 MPa y las máximas entre
300 y 600 MPa. A partir de los resultados obtenidos, Alejandra Gómez y Márcio Farias observaron
que las características físicas del agregado reciclado son muy similares al agregado natural y, que
durante el proceso de compactación se observa rotura de partículas en espacial cuando la muestra
está más cerca de la rama seca, al contrario de cuando se encuentra en la rama húmeda. Por lo
tanto, concluyeron que la energía de compactación es un factor importante para el comportamiento
mecánico de los RCD y que se puede emplear en la construcción de vías (Gómez & Farias, 2012).
Ilustración 7. Módulo de Resiliencia de los RCD. Fuente: (Gómez & Farias, 2012)
33 Marco teórico
8. Marco teórico
8.1. Generación de Residuos de Construcción y Demolición – RCD
El Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MADS), define los Residuos de Construcción
y Demolición (RCD) como “residuos peligrosos resultantes de las actividades de construcción,
demolición, reparación o mejoras locativas de las obras civiles o de otras actividades conexas,
complementarias o análogas” (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2017).
El crecimiento económico y social del país genera que en las principales ciudades se realicen
procesos de expansión urbana, lo que conlleva a actividades de construcción y obras civiles,
incrementando el volumen de escombros o RCD. Así por ejemplo, un estudio realizado en la
capital del país en el año 2011, analizó que en el sector de la construcción se generan
aproximadamente 13 millones de toneladas/anuales de RCD (Guarín Cortés, Montenegro Roa,
Walteros Galarza, & Reyes Gómez, 2011).
Por otra parte, el MADS también elaboró un estudio basado en la producción de RCD en el año
2011, en el cual se obtuvo que para ese año se generaron 22.270.338 toneladas de RCD en las
ciudades de Bogotá, Medellín, Santiago de Cali, Manizales, Cartagena, Pereira, Ibagué, Pasto,
Barranquilla, Neiva, Valledupar y San Andrés (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible,
2017).
8.1.1. Clasificación de los Residuos de Construcción y Demolición – RCD.
La Secretaría Distrital de Ambiente (SDA) de Bogotá D.C. clasifica en la guía para la elaboración
del Plan de Gestión Integral de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) en obra, los RCD
en dos categorías como se plantea en la tabla 5.
34 Marco teórico
Tabla 5. Clasificación de los Residuos de Construcción y Demolición (RCD)
Categoría Grupo Clase Componentes
A. RCD
aprovechables
A. Residuos
comunes inertes
mezclados
1. Residuos
pétreos
Concretos, cerámicos, ladrillos, arenas, gravas,
cantos, bloques, o fragmentos de roca, baldosín,
mortero y materiales inertes que no sobrepasen
el tamiz #200 de granulometría.
B. Residuos
comunes inertes de
material fino
1. Residuos
finos no
expansivos
Arcillas (caolín), limos y residuos inertes, poco
o no plásticos y expansivos que sobrepasen el
tamiz #200de granulometría.
2. Residuos
finos
expansivos
Arcillas (montmorillonitas) y lodos inertes con
gran cantidad de finos altamente plásticos y
expansivos que sobrepasen el tamiz #200 de
granulometría.
C. Residuos
comunes no inertes
1. Residuos
no pétreos
Plásticos, PVC, maderas, cartones, papel,
siliconas, vidrios, cauchos.
D. Residuos
metálicos
1. Residuos de
carácter
metálico
Acero, hierro, cobre, aluminio, estaño y zinc.
E. Residuos
orgánicos
1. Residuos de
pedones Residuos de tierra negra.
2. Residuos de
cespedones Residuos vegetales y otras especies bióticas.
B. RCD no
aprovechables
VI. Residuos
contaminantes
1. Residuos
peligrosos
Desechos de productos químicos, emulsiones,
alquitrán pinturas, disolventes orgánicos,
aceites, asfaltos, resinas, plastificantes, tintas,
betunes, barnices, tejas de asbesto, escorias,
plomo, cenizas volcánicas, luminarias
convencionales y fluorescentes, desechos
explosivos, y otros elementos peligrosos.
2. Residuos
especiales
Poliestireno-Icopor, cartón-yeso (drywall),
lodos residuales de compuestos.
3. Residuos
contaminados
Materiales pertenecientes a los grupos
anteriores que se encuentren contaminados con
residuos peligrosos y especiales.
Fuente: Guía para la elaboración del Plan de Gestión Integral de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) en
obra.
35 Marco teórico
8.1.2. Aprovechamiento y disposición final de los escombros.
La inadecuada cultura y educación de la población, así como la falta de atención por parte de
organismos de control, ocasionan la incorrecta recolección y eliminación de RCD, esto representa
una problemática importante que afecta diferentes sectores del país.
Por consiguiente, el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, establece la resolución 472
del 2017, en la que se reglamenta la gestión integral de los RCD. La norma establece los
lineamientos de las cinco actividades de gestión, los cuales son: prevención y reducción,
recolección y transporte, almacenamiento, aprovechamiento y disposición final (Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible, 2017).
La generación de RCD se ha convertido en una problemática ambiental y social, debido a que estos
son procesos habituales en el sector de la construcción, se han expedido leyes, resoluciones y
decretos para regular los métodos de producción y disposiciones finales de los RCD (Ley 1259 de
2008, resolución 541, decreto 1076 de 2015, entre otras). A pesar de esto, son mínimos los planes
de calidad que cumplen con las normativas vigentes. Razones por las cuales las escombreras no
autorizadas se encuentran en aumento (Pacheco Bustos, Fuentes Pumarejo, Sánchez Cotte, &
Rondón Quintana, 2017).
Por otra parte, la escasez de materia prima convierte la obtención de agregados naturales en una
problemática presente en la Unión Europea (UE), razón por la cual, algunos de los países que la
conforman han considerado el estudio del material buscando su reutilización y planteando políticas
de gestión de residuos, como lo son impuestos para depositar los RCD y los procesos de trituración
de materiales selectivos.
36 Marco teórico
Un análisis realizado por la UE presento que Holanda ocupa el primer puesto de los países en
reciclar este tipo de residuos con un 90%, seguido de Bélgica con un 87% y de Dinamarca con un
81%. Así mismo, se tiene que los países con menos porcentaje de reutilización de RCD son España,
Portugal, Grecia e Irlanda quienes aprovechan menos del 5% de los residuos generados. Por otra
parte, Alemania siendo uno de los países que más impulsa y promueve la reutilización de RCD,
solo recicla el 17% de los residuos ya que el país cuenta con aproximadamente 1000 triturados
operativas con una capacidad de 120.000 t/año (Barroso Domínguez, 2013).
La Secretaría Distrital de Ambiente plantea las diferentes alternativas de uso que se le pueden
realizar a los RCD según sea el tipo de residuo (Tabla 6).
Tabla 6. Usos de RCD
Residuo Alternativa de uso
Concretos
Reutilizar como masa para rellenos.
Reutilizar como suelos en carreteras.
Reciclar como grava suelta.
Reciclar como producción de morteros y cemento.
Reciclar como granulado.
Cerámicos
Reciclar como adoquín.
Reciclar como fachada.
Reciclar como acabados.
Asfalto Reutilizar como masa para rellenos.
Reciclar como asfalto.
Metales Reutilizar para aplicación en otros productos.
Reciclar como aleación.
Madera Reutilizar para casetones, vallados y linderos.
Reciclar para tableros y aglomerados.
Vidrio Reciclaje para vidrio.
Pétreos Reutilizar como áridos finos y gruesos.
Plásticos Reciclar como plásticos.
Tejas, bloques, entre otros Reciclar como bases para nuevos productos.
Tierra de excavación Reutilizar como relleno y recuperación de talud.
Estabilización de suelos.
Elementos arquitectónicos Reutilizar como nuevos productos.
Fuente: Guía para la elaboración del Plan de Gestión Integral de Residuos de Construcción y Demolición (RCD) en
obra (Secretaría Distrital de Ambiente, 2014).
37 Marco teórico
8.2. Parámetros físicos y mecánicos de suelos y agregados
Los agregados son materiales granulares de origen natural o artificial (trituración de rocas). Estos
se pueden clasificar según su origen (agregados ígneos, sedimentarios o metamórficos) o por el
tamaño de sus partículas (finos o gruesos), los cuales se consideran como uno de los componentes
más relevantes en la elaboración de obras civiles.
Específicamente, los materiales usados en obras civiles deben cumplir requisitos establecidos en
cuanto a sus propiedades físicas, químicas, mecánicas y morfológicas con el fin de ser aceptados
en las diferentes obras civiles. En cuanto a las propiedades, los materiales en Colombia se
encuentran regidos por las Normas Técnicas Colombianas y las normas INV E, con ellas se
establecen sus características mínimas.
A lo largo de los años se han realizado un sinnúmero de ensayos de laboratorio, los cuales han
determinado valores típicos de los agregados naturales y tipos de suelos, estos han permitido la
caracterización de los mismos, así como presentar una idea base para estudios posteriores.Las
propiedades físicas y mecánicas más representativas de los agregados corresponden a la gravedad
específica, el tamaño de las partículas y su distribución, la resistencia a la fragmentación, la
densidad y absorción de partículas, la limpieza y la durabilidad del material.
8.2.1. Gravedad específica, densidad y peso unitario seco de los agregados
La gravedad específica del material representa la relación que existe entre la densidad de un suelo
respecto a la del agua. Las tablas 7 y 8 presentan valores típicos de Gs para diferentes tipos de
suelo o materiales.
38 Marco teórico
Tabla 7. Valores típicos de la gravedad especifica de partículas
Valores típicos de la gravedad especifica de las partículas
Tipo de suelo Gs
Grava, arena y limo 2.65
Arcilla inorgánica 2.70
Arcilla orgánica 2.60
Turba amorfa 2.00
Turba fibrosa 1.50
Fuente: (Berry & Reid, 1993)
Tabla 8. Valores típicos de Gs en suelos
Soils Gs
Gravel 2.65 – 2.68
Sand 2.65 - 2.68
Silt, inorganic 2.62 – 2.68
Clay, organic 2.58 – 2.65
Clay inorganic 2.68 – 2.75
Fuente: (Bowles, 1997)
Por otra parte, la densidad del material representa la masa que ocupa un suelo en un volumen
determinado, este, evidencia el estado del suelo (suelto o denso) y se encuentra directamente
relacionado con la resistencia y capacidad de carga del mismo; a continuación, se encuentran
algunos valores establecidos por autores sobre la densidad de algunos suelos.
Tabla 9. Valores típicos de densidades para algunos tipos de suelos
Soil Type Density (Mg/m3)
ρsat ρd ρ’
Sands and gravels 1.9-2.4 1.5-2.3 1.0-1.3
Silts and clays 1.4-2.1 0.6-1.8 0.4-1.1
Glacial tills 2.1-2.4 1.7-2.3 1.1-1.4
Crushed rock 1.9-2.2 1.5-2.0 0.9-1.2
Peats 1.0-1.1 0.1-0.3 0.0-0.1
Organic silts and clays 1.3-1.8 0.5-1.5 0.3-0.8
Fuente: (Holtz & Kovacs, 1981)
39 Marco teórico
Tabla 10. Máximas y mínimas densidades para suelos granulares
Description Void Ratio Porosity (%) Dry Unit Weight (lb/ft3)
emax emin nmax nmin ɤd min ɤd max
Uniform spheres 0.92 0.35 47.6 26.0 - -
Standard Ottawa sand 0.80 0.50 44 33 92 110
Clean Uniform sand 1.00 0.40 50 29 83 118
Uniform inorganic silt’ 1.10 0.40 52 29 80 118
Silty sand 0.90 0.30 47 23 87 127
Fine to coarse sand 0.95 0.20 49 17 85 138
Micaceous sand 1.20 0.40 55 29 76 120
Silty sand and gravel 0.85 0.14 46 12 89 146
Fuente: (Lambe & Whitman, Soil Mechanics, 1969)
Tabla 11. General guide to selection of soils on basis of anticipated Embankmet
AASHTO
Classification Visual description
Maximum Dry Unit
Weight Range
(lb/ft3)
Optimum
Moisture
Range (%)
Anticipated
Embankment
Performance A-1-a Granular material 115 – 142 7 – 15 Good to excellent
A-1-b
A-2-4
Granular material with
soil 110 – 135 9 – 18 Fair to excellent
A-2-5
A-2-6
A-2-7
A-3 Fine sand and sand 110 - 115 9 – 15 Fair to good
A-4 Sand silts and silts 95 – 130 10 – 20 Poor to good
A-5 Elastic silts and clays 85 – 100 20 – 35 Unsatisfactory
A-6 Silt – Clay 95 – 120 10 – 30 Poor to good
A-7-5 Elastic silty clay 85 – 100 20 – 35 Unsatisfactory
A-7-6 Clay 90 - 115 15 – 30 Poor to fair
Fuente: (Liu & Evett, 2008)
El peso unitario seco del material representa el peso de las partículas sólidas del mismo que se
encuentran en un volumen establecido. Braja M. Das propuso valores de pesos unitarios (tabla 12)
con sus relaciones de vacíos y contenido de humedad según el tipo de suelo.
40 Marco teórico
Tabla 12. Relación de vacíos, contenido de humedad natural y peso unitario seco para algunos suelos.
Tipo de suelo Relación de
vacíos (e)
Contenido natural de
humedad en estado
saturado (%)
Peso unitario se γd
(kN/m3)
Arena uniforme floja 0.8 30 14.5
Arena uniforme densa 0.45 16 18
Arena limosa angular de grano flojo 0.65 25 16
Arena angular de grano denso 0.4 15 19
Arcilla dura 0.6 21 17
Arcilla dura 0.9 – 1.4 30 – 50 11.5 – 14.5
Loess 0.9 25 13.5
Arcilla orgánica suave 2.5 – 3.2 90 – 120 6 – 8
Cajón glacial 0.3 10 21
Fuente: (M. Das, 2013)
8.2.2. Saturación
La saturación de un suelo consiste en el llenado de los vacíos presentes en el material con agua.
La etapa de saturación de la muestra en el ensayo triaxial se realiza por medio de la aplicación de
contra presión o backpressure durante un tiempo hasta lograr que los vacíos existentes en la
muestra se encuentren ocupados por agua. Este proceso se lleva a cabo hasta alcanzar el parámetro
B de Skempton con un valor cercano a 1, el cual corresponde a la relación entre el aumento de
contra presión respecto a la presión de confinamiento.
Los tiempos de saturación y los valores del parámetro B dependen del tipo de suelo. En la tabla 13
se encuentran algunos valores teóricos del parámetro B según el tipo de suelo.
Tabla 13: Valores teóricos del parámetro B
Tipo de suelo Valores teóricos Arena blanda normalmente consolidada 0.9998
Arenas blandas ligeramente sobre consolidadas y limos 0.9988
Arcillas duras sobreconsolidadas y arenas 0.9877
Arenas muy densas y arcillas muy duras a altas presión de confinamiento. 0.9130
Fuente: (Black & Lee, 1973)
41 Marco teórico
8.2.3. Consolidación
La consolidación de un material establece el cambio de volumen de una muestra expuesta a
esfuerzos durante un tiempo produciendo así un asentamiento (M. Das, 2013). Los datos obtenidos
a partir del ensayo pueden usarse para estimar el comportamiento del suelo al ser sometido como
fundación para edificaciones y demás cargas definidas sobre él a través del tiempo.
A partir de la consolidación, se puede establecer el coeficiente de consolidación, este permite
determinar el tiempo en el que se realiza la consolidación de un material. En la tabla 14 se definen
valores de coeficiente de consolidación para algunos suelos
Tabla 14. Resultados típicos de ensayos de consolidación sobre muestras remoldeadas
Initial void ratio e0 Cc Cv Classification
(SUCS) Reference
Remolded samples
1.06 – 1.08 0.06 – 0.13 - SP – SW Mittal and Morgenstern 1975
0.95 0.13 1x10-1 - 5x10-2 SM Mittal and Morgenstern 1976
1.1 – 1.50 0.10 – 0.25 1x10-1 - 1x10-3 ML
1.22 0.30 - ML Mabes 1977
0.7 – 0.85 0.06 – 0.13 1x10-2 SP Nelson 1977
0.75 0.05 - ML Matyas 1984
1.38 – 1.5 0.20 – 0.22 - SP
- 0.54 6x10-3 ML Chen 1988
- 0.12 1x10-2 SM
0.56 – 0.80 0.05 – 0.13 2.8x10-3 - 5x10-3 ML Aubertin 1996
0.50 – 1.60 0.056 – 0.094 7.1x10-3 – 3.3x10-2 SM Qiu and Sego 2001
0.50 – 1.60 0.083 – 0.156 4.3x10-3 – 2.6x10-2 ML
Fuente: (Bussiere, 2007)
8.2.4. Parámetros de resistencia
El ángulo de fricción y la cohesión permiten establecer la resistencia interna del material a la
combinación de esfuerzos normales y cortantes. La determinación de los parámetros de resistencia
42 Marco teórico
puede definirse a partir de ensayos de corte directo o ensayos en la maquina triaxial. En las tablas
15, 16, 17 y 18 se presentan valores típicos de algunos autores sobre estos parámetros.
Tabla 15. Valores del ángulo de fricción para arenas y limos
Valores representativos de φ para arenas y limos
Materiales Grados
Suelto Denso
Arena, granos redondos, uniformes 27.5 34
Arena, granos angulares, bien graduados 33 45
Gravas arenosas 35 50
Arena limosa 27-33 30-34
Limo inorgánico 27-30 30-35
Fuente: (Terzaghi & Peck, 1973)
Tabla 16. Valores de cohesión y ángulos de fricción
Soil Type Cohesion Friction angle
° lb/ft2
Predominantly granular 0 Table 11.3
Predominantly clayey 100-500 Roughly equal to φ for NC soil
Fuente: (Lambe & Whitman, Soil Mechanics, 1969)
Tabla 17. Valores representativos de ángulos internos de fricción
Representative values for angle of internal friction φ
Soil
Type of test
Unconsolidated-undrained Consolidated-undrained Consolidates-drained
U CU CD
Gravel
Medium size 40-55° - 40-55°
Sandy 35-50° 35-50°
Sand
Loose dry 28-34°
Loose saturated 28-34° -
Dense dry 35-46° 43-50°
Dense saturated 1-2° less than dense dry 43-50°
Silt or silty sand
Loose 20-22° - 27-30°
Dense 25-30° 30-35°
Clay 0° if saturated 3-20° 20-42°
Fuente: (Bowles, 1997)
43 Marco teórico
Tabla 18. Relación entre la densidad relativa y ángulo de fricción en suelos sin cohesión
Estado de empaquetamiento Densidad relativa (%) Ángulo de fricción φ’ (grados)
Muy suelto < 20 < 30
Suelto 20-40 30-35
Compacto 40-60 35-40
Denso 60-80 40-45
Muy denso > 80 > 45
Fuente: (M. Das, 2013)
8.2.5. Estado crítico del suelo
El estado crítico de un suelo se cuándo el suelo es sometido de forma constante a un corte y la
muestra continúa deformándose sin presentar cambios en el volumen (v = 1 + e) o en los esfuerzos
efectivos (p’ y q’). Este estado se representa por medio de una línea (Línea de estado crítico CSL)
en donde el suelo fluye y no se presentan cambios en las variables anteriormente presentadas. El
estado crítico de un suelo es usado para identificar las condiciones en las cuales un suelo puede o
no ser susceptible a la licuación (Mateos & Estaire, 1996).
Ilustración 8: Línea de estado crítico en el espacio p’ – q’ – v. Fuente: (Mateos & Estaire, 1996)
44 Marco teórico
El comportamiento de los suelos granulares también depende del estado en el que se encuentren
(suelto o denso), teniendo así que los suelos densos presentan una mayor resistencia a la de los
sueltos. A pesar de esto, esta resistencia alcanza un pico y una caída posterior, lo que hace que la
muestra continúe deformándose como la muestra suelta (ilustración 8).
Ilustración 9: Resultados de ensayos triaxiales estáticos realizados con suelos granulares. Fuente: (Mateos &
Estaire, 1996)
Ilustración 10. Evolución de los ensayos triaxiales estáticos realizados con suelos granulares. Fuente: (Mateos &
Estaire, 1996)
Respecto al cambio de volumen, la arena densa presenta un aumento durante el proceso de corte,
mientras que la suelta sufre contracción (fenómeno en el que el suelo disminuye el volumen
durante la aplicación de cargas e incrementa en la descarga). Por otra parte, cuando en los suelos
45 Marco teórico
se presentan deformaciones plásticas se representan los esfuerzos tensionales (p’ y q) y de densidad
(k) por medio de la Línea del Estado Crítico (LEC). Además, la pendiente de la LEC permite
determinar el rango de tensiones en los cuales se puede concluir si el suelo aumenta o disminuye
su volumen (Mateos & Estaire, 1996).
8.3. Usos de agregados en obras civiles
Los agregados representan uno de los componentes más importantes en la construcción de obras
civiles. En la industria, los agregados son usados generalmente en la producción de morteros,
concretos, bases, sub-bases, relleno, entre otros. Estos constituyen un factor determinante en la
economía, durabilidad y estabilidad de las obras, representando un volumen significativo en sus
componentes.
8.3.1. Mezclas de concreto
Usualmente, el concreto se encuentra compuesto por un 70% de volumen de agregados, estos,
afectan directamente las propiedades del concreto en estado fresco y endurecido, así como en las
proporciones de mezcla que representan la economía de su producción. En Colombia, las
características de los componentes de concreto son establecidas por las Normas Técnicas
Colombianas (NTC) y la Norma Sismo Resistente (NSR-10). En estas, se establecen los requisitos
y las propiedades químicas, físicas y mecánicas de los materiales.
La producción de concreto hace uso de dos tipos de agregados. La NTC 174 establece los requisitos
o intervalos en los que se debe encontrar la composición de tamaños de agregados finos o arenas
(tabla 19) y agregados gruesos o gravas (tabla 20) para ser aceptados y usados en las mezclas de
concreto.
46 Marco teórico
Tabla 19. Limite granulométrico del agregado fino
Tamiz NTC (ASTM E 11) Porcentaje que pasa
9.5mm 100
4.75mm 95 a 100
2.36mm 80 a 100
1.18mm 50 a 85
600≠m 25 a 60
300≠m 10 a 30
150≠m 2 a10
Fuente: (NTC 174, pág. 5)
Tabla 20. Limites granulométricos del agregado grueso
N° del
tamaño de
agregado
Tamaño
nominal
Material que pasa uno de los tamices
(Porcentaje en masa)
(mm) 100 90 75 63 50 37.5 25 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18
1 90 a 37.5 100 90-
100 -
25
60 -
0 -
15 - - - - - - -
2 63 a 37.5 - - 100
90
-
100
35
-70
0 -
15 - 0-5 - - - - -
3 50 a 25.0 - - - 100 90-
100
35-
70 - 0-5 - - - - -
357 50 a 4.75 - - - 100 95-
100 -
35-
70 -
10-
30 - 0-5 - -
4 37.5 a 19 - - - - 100 90-
100
20-
55
0-
15 - 0-5 - - -
467 37.5 a 4.75 - - - - 100 95-
100 -
35-
70 -
10-
30 0-5 - -
5 25 a 12.5 - - - - - 100 90-
100
20-
55
0-
10 0-5 - - -
56 25 a 9.5 - - - - - 100 90-
100
40-
85
10-
40
0-
15 0-5 - -
57 25 a 4.75 - - - - - 100 95-
100 -
25-
60 -
0-
10 0-5 -
6 19 a 9.5 - - - - - - 100 90-
100
20-
55
0-
15 0-5 - -
67 19 a 4.75 - - - - - - 100 90-
100 -
20-
55
0-
10 0-5 -
7 12.5 a 4.75 - - - - - - - 100 90-
100
40-
70
0-
15 0-5 -
8 9.5 a
2.361 - - - - - - - - 100
85-
100
10-
30
0-
10 0-5
Fuente: (NTC 174, pág. 6)
47 Marco teórico
Por otra parte, El libro “Design and Control of Concrete Mixture” establece las características
típicas de los agregados usadas en mezclas de concreto. Señala los agregados naturales presentan
densidades que varían entre 2400kg/m3 y 2900kg/m3, con contenido de absorción de 2% al 6%.
Finalmente, respecto a la resistencia y contracción, los niveles de esfuerzos de los agregados, la
resistencia a tensión de los agregados varía entre 2 a 15MPa, mientras que la resistencia a la
compresión se encuentra entre 65 y 270MPa (Kosmatka, Kerkhoff, Panarese, & Tanes, 2004).
Finalmente, la Norma de Construcción del Gobierno de la Región Administrativa Especial de
Hong Kong basada en las Normas Internacionales ASTM, establecen que las características
mecánicas del material representan la durabilidad de la mezcla, por ello la resistencia a la abrasión
por medio de la máquina de los ángeles no deberá tener un porcentaje mayor al 30% de desgaste.
8.3.2. Rellenos artificiales
En la mayoría de las obras se requiere de material para realizar rellenos superficiales, nivelaciones,
mejoramiento de suelos y demás actividades. Sin embargo, en ocasiones se presenta que el suelo
adquirido para las actividades presenta cambios de volumen y asentamientos no previstos que
perjudican las obras que se realizan sobre él. Por ello, se deben hacer estudios y diseños de los
elementos estructurales, considerar el tipo de material, la granulometría, el grado de compactación,
el espesor y, demás factores importantes que garanticen que el suelo sea capaz de soportar las
cargas previstas.
Es necesario realizar el ensayo de Proctor, debido a que con este se determina la relación entre la
humedad y el peso unitario seco. De igual forma, se logra establecer el grado de compactación
mínima del material y el contenido de humedad optimo del suelo; a pesar de esto, la relación
humedad-densidad obtenida en campo puede variar respecto a la del laboratorio, puesto que la
48 Marco teórico
energía de compactación es mayor en campo. Por medio, de la curva de compactación se determina
el contenido de humedad óptimo y así obtener la densidad especifica deseada en el campo. La
densidad húmeda y seca del suelo remoldeado, se determinan en campo por medio de los métodos
de cono de arena o globo volumétrico y, en el caso de tener un suelo no alterado se miden por
medio de un Densímetro Nuclear. Se realizan las pruebas por cada 350 - 900m3 de relleno. (Capote
Abreu, s.f).
A continuación, se presentan los requisitos mínimos respecto a la dureza establecidas por la norma
INVIAS que deben cumplir los materiales usados en rellenos artificiales.
Tabla 21. Requisitos de dureza para material de recebo
Requisitos para material de recebo
Característica Norma de ensayo
INV Requisito
Dureza (O) Recebo tipo
1
Recebo tipo
2
Desgaste en la máquina de los Ángeles (Gradación A)
máximo % E-2018 50 65
500 revoluciones (%)
Fuente: Capitulo 6: Rellenos para estructuras. (INVIAS, 2013)
8.3.3. Material para la construcción de un Terraplén
La estabilidad del terraplén depende del tipo de suelo que conforma la cimentación de la estructura
y de su compresibilidad. Si el suelo donde se encuentra el cuerpo del terraplén es blando, este solo
será capaz de resistir el proceso constructivo de la estructura, pero con el tiempo presentará
hundimientos y deformaciones debido a la compresibilidad del material afectando la estabilidad
del terraplén, dicho fenómeno persistirá hasta que el suelo sea removido o el espesor de la capa
sea insignificante (Morales y Monroy).
49 Marco teórico
Ilustración 11: Principales componentes de un terraplén sobre suelos blandos. Fuente: (Morales y Monroy)
Los suelos de bajas características pueden producir empujes hidrostáticos debido a la retención y
acumulación de agua. Éstos, pueden llegar a superar el doble de los empujes que actúan debido a
la tierra y a la sobrecarga, ocasionando el 92% de las fallas en los terraplenes y taludes. Estas
estructuras deben ser diseñadas con drenaje libre y se deben construir sobre suelos incompresibles
que tengan una adecuada capacidad de carga, además deben ser construidas con material granular
(arenas gruesas, no finas o gravas sin finos).
De igual forma, para evitar presiones hidrostáticas se deben construir sistemas de drenaje y sub-
drenaje (cunetas, drenes de chimenea, drenes de penetración, entre otros). Cuando no se utilice
material granular (arenas o gravas) para la construcción de las estructuras, el tipo de suelo deber
ser friccionante, sin finos, con baja plasticidad y cohesión, ya que los suelos cohesivos se
consolidan bajo el efecto de la sobrecarga (Morales y Monroy).
De igual forma, se debe analizar el material en condiciones de drenaje para observar el
comportamiento y la estabilidad del suelo cuando se disipan las presiones en los poros. Además,
se debe tener en cuenta que las partículas no deben tener un tamaño mayor a 1 ½”, el porcentaje
de desgaste no debe ser mayor al 50% y la densidad no debe ser menor al 95% de la densidad
obtenida en el laboratorio por medio del Proctor modificado. Por otra parte, se debe garantizar que
50 Marco teórico
el material utilizado en la construcción del terraplén no tenga características expansivas ni
colapsables, por lo cual el suelo a utilizar debe ser autorizado por el interventor de la obra.
De igual forma, el suelo debe estar libre de materia orgánica o cualquier sustancia deletérea
(INVIAS, 2013). El suelo debe tener una capacidad portante adecuada con densidades máximas
mayores a 1400 kg/m3 y una expansividad mayor al 4% (INVIAS, 2013). En las tablas 22 y 23 se
presentan las características mínimas que deben tener los materiales usados en terraplenes,
asimismo las normas de ensayo que deben realizarse para obtener sus propiedades.
Tabla 22. Características de materiales usados en terraplenes
Características Norma de
ensayo INV
Suelos
seleccionados
Suelos
adecuados
Suelos
tolerables
Zona de aplicación en un
terraplén
Corona
Núcleo
Cimiento
Corona
Núcleo
Cimiento
Núcleo
Cimiento
Tamaño máximo E-123 75mm 100mm 150mm
Porcentaje que pasa por el
tamiz N°10 E-123 <80% en peso <80% en peso
Porcentaje que pasa por el
tamiz N°200 E-123 <25% en peso <35% en peso <35% en peso
Fuente: (INVIAS, 2013)
Tabla 23. Requisitos de dureza de agregados para material granular filtrante
Requisitos para material granular filtrante
Característica Norma de
ensayo INV Requisito
Dureza (O)
Desgaste en la máquina de los Ángeles (Gradación A) máximo % E-2018 50
500 revoluciones (%)
Fuente: (INVIAS, 2013)
Según, Villalaz la estructura del terraplén está constituida por un núcleo y una cubierta exterior, el
núcleo debe estar compuesto por un material impermeable y la cubierta con un material permeable
51 Marco teórico
que permita que el agua fluya libremente. Así mismo, el autor plantea que “las cubiertas exteriores
deberán actuar como filtros con material grueso en la superficie y graduado hasta material muy
fino en la parte adyacente al núcleo” (Villalaz, 2004). Propone además, que si se usa un material
arcilloso en el núcleo (material con baja fricción interna en condiciones húmedas), la cubierta
exterior del terraplén debe estar conformada por arenas o materiales más gruesos para brindarle
estabilidad a la estructura (Villalaz, 2004).
Con respecto a lo anterior, en la ilustración 12 se presenta la estructura típica de un terraplén, la
cual está compuesta por un perfil homogéneo, el núcleo, la zona intermedia y la zona exterior. A
partir de esto, en las tablas 24 y 25 se establece la aptitud de diferentes materiales (Suelos de grano
grueso y suelos de grano fino) para conformar alguna de las partes anteriormente presentadas según
sus características.
Ilustración 12: Estructura típica del terraplén. Fuente: (Villalaz, 2004)
52 Marco teórico
Tabla 24. Tipo de suelo para conformación de terraplenes
Tipo de
suelo Descripción
Variaciones
de volumen Permeabilidad
Aptitud relativa para cortinas de tierra
Perfil
homogéneo Núcleo
Zona
intermedia
Zona
exterior
Gravas
y suelos
con
gravas
Mezcla bien
proporcionada de
grava y arena con
ligante arcillosos
excelente
Muy
pequeñas Impermeable 1 1 - -
Gravas bien graduadas
o mezcladas bien
proporcionadas de
grava y arena. Poco o
nada de materiales
finos (GW)
Casi nulas Permeable - - 1 1
Gravas o mezclas de
grava y arena de mala
granulometría. Poco o
nada de materiales
finos. (GP)
Casi nulas Muy permeable - - - 2
Grava con mucho limo,
mezcla de grava, arena
y limo mal
proporcionadas, (GM)
Casi nulas
De
semipermeable
a impermeable
2 2 2 -
Grava Arcillosa,
mezclas de grava,
arena y arcilla, mal
proporcionadas (GC)
Muy
pequeñas Impermeable 3 3 - -
Arenas
y suelos
arenosos
Arena bien gradad con
un ligante arcilloso
excelente.
Muy
pequeñas Impermeable 4 4 - -
Arenas bien graduadas,
con o sin gravas. Poco
o nada de finos (SW)
Casi nulas Permeable o
semipermeable - - 3 3
Arenas mal graduadas,
con o sin gravas, poco
o nada de finos. (SP)
Casi nulas Permeable - - 4 4
Arenas limosas, mal
graduadas, mezclas de
arena y limo. (SM)
Casi nulas Semipermeable
o impermeable 6 7 5 -
Arenas arcillosas, mal
graduadas. Mezcla de
arena y arcilla. (SC)
regulares Impermeable 5 5 - -
Fuente: (Villalaz, 2004)
53 Marco teórico
Tabla 25. Tipo de suelo para conformación de terraplenes
Tipo de
suelo Descripción
Variaciones
de volumen
Permeabilida
d
Aptitud relativa para cortinas de tierra
Perfil
homogéne
o
Núcleo Zona
intermedia
Zona
exterio
r
Suelos de
grano
fino, de
compresi
bilidad
media o
pequeña
Limos inorgánicos
y arenas muy finas;
arenas limosas o
arcillosas con
ligera plasticidad.
(ML)
Ligeras a
regulares
Semipermeable
o impermeable 8 8 6 -
Arcillas
inorgánicas de
plasticidad media o
pequeña; arcillas
arenosas; arcillas
limosas. (CL)
Regulares Impermeable 7 6 - -
Limos orgánicos y
mezcla de arcilla y
limo con cierto
contenido en
materia orgánica.
Plasticidad baja.
(OL)
De regulares
a grandes
Semipermeable
o impermeable 9 9 - -
Suelos de
grano
fino de
alta
compresi
bilidad
Suelos limosos o
de arena fina, con
mica o diatomeas.
Limos elásticos.
(MH)
Grandes Semipermeable
o impermeable 11 11 - -
Arcillas
inorgánicas de
gran plasticidad.
(CH)
Grandes impermeable 10 10 - -
Arcillas de
plasticidad media o
elevada con
materia orgánica.
(OH)
Grandes Impermeable 12 12 - -
Turba y otros
suelos constituidos
predominantement
e por materia
orgánica
Muy grandes - Inaceptables
Fuente: (Villalaz, 2004)
54 Marco teórico
8.3.4. Estabilidad de Taludes
El tipo de material que conforma el talud es uno de los factores más relevantes que influyen a la
hora de ocasionarse un deslizamiento. La movilización del material se puede presentar por
problemas mecánicos (Disgregación granular, fragmentación de las partículas, entre otros) o
químicos (Meteorización salina y la acción bioquímica de los suelos).
Las fallas presentadas en taludes pueden atribuirse a diferentes causas, estas se presentan
generalmente se presentan de forma simultanea desencadenando la falla de la estructura. En 1978,
Varnes clasifico los tipos de deslizamientos presentados en taludes respecto a dos factores. El
primero corresponde al tipo de material y el segundo al tipo de movimiento (Varnes, 1978). Dentro
de la clasificación se encuentran fallas como caídas por desprendimiento y volcamiento,
deslizamientos rotacionales y translacionales, expansiones laterales, flujos de fragmentación de
roca, de arena o limo, avalanchas de detritos o flujos lentos de tierra (Servicio Geológico de Minas,
2017).
Algunas de las fallas presentadas en taludes, pueden presentarse por la disminución de la
resistencia al corte del material debido al incremento de la presión de poros por agua subterránea
o filtración de agua, agrietamiento, hinchazón al contacto con agua, cizallamiento en diferentes
planos, carga cíclica, entre otros.
Por otra parte, algunas otras se presentan por aumento del esfuerzo cortante debido a sobrecargas
en la parte superior del talud, presencia de agua, excavaciones en la cresta o en el pie del talud,
movimientos sísmicos de la tierra, entre otros (Duncan, G. Wright, & L. Brandon, 2014).
El diseño para la conformación de taludes debe garantizar la seguridad y estabilidad del talud por
medio de pendientes adecuadas para el suelo, las cuales están directamente relacionadas con el
55 Marco teórico
ángulo de fricción interno del mismo, construcción de bermas, remoción de material para reducir
la altura del talud, obras de contención, manejo de aguas y protección de la superficie con
vegetación evitando la meteorización del suelo.
La presencia de niveles freáticos dentro del suelo que conforma los taludes requiere pendientes
suaves dentro de la estructura o sistemas de sub-drenaje interno elaborado antes de la realización
del corte. La tabla 26 presenta los requisitos dados por la norma INVIAS para materiales granulares
drenantes.
Tabla 26. Requisitos de dureza de agregados para material granular filtrante
Requisitos para material granular filtrante
Característica Norma de
ensayo INV Requisito
Dureza (O)
Desgaste en la máquina de los Ángeles E-219 <40
Fuente: (INVIAS, 2013)
Es importante mencionar, además, la colocación de contra peso con el fin de incrementar la
resistencia al movimiento, especialmente deslizamientos rotacionales, para ello se hace necesario
la implementación de contrapesos con sistemas de drenaje para evitar el aumento de presión de
poros. Estos materiales deben tener características favorables en el drenaje y de mayor resistencia.
A partir de esto, se debe tener en cuenta que el material no debe exceder la capacidad portante del
suelo, especialmente en arcillas blandas o limos (Suarez, 2009).
8.3.5. Filtros en presas de tierra
Las presas son obras de ingeniería civil de gran importancia, se construyen con el objeto de
almacenar agua para realizar diferentes actividades productivas y así contribuir al desarrollo y al
56 Marco teórico
bienestar social. En la ilustración 13 se detalla la estructura de la presa de tierra, donde se observa
que el núcleo y la cimentación de la estructura están protegidos por filtros y drenes.
Ilustración 13. Estructura de una presa de tierra. Fuente: (Berrones & Colin , 2005)
Los filtros tienen como función proteger las partículas de suelo del núcleo para que no se
sedimenten cuando fluya el agua, por esto, el filtro debe estar compuesto por un suelo más
permeable que el del núcleo para que el agua pueda fluir rápidamente y no se estanque creando
presiones hidrostáticas que puedan desestabilizar la estructura. Por lo anterior, es de gran
importancia el diseño de filtros, ya que tienen como función prevenir fallas ocasionadas por
erosiones internas, controlar las presiones hidrostáticas, mejorar la resistencia de la estructura ante
diferentes tipos de cargas que se puedan presentar (gravedad, sísmicas, entre otras) (Morales y
Monroy).
Una de las principales causas de las fallas en las presas de tierra es la presencia de grandes grietas,
por lo que es necesario el diseño de filtros que permitan el drenaje libre y eviten la filtración del
agua al corazón de la presa y, sobre todo en la cimentación de la estructura. Este fenómeno causa
aproximadamente el 50% de las fallas, debido a que el flujo del agua remueve las partículas del
57 Marco teórico
suelo sobrepasando las fuerzas de gravedad y de cohesión que mantienen adheridas las partículas
entre sí (Morales y Monroy).
8.3.6. Material para sub-base granular
Las sub-base granulare es una de las capas del pavimento que proporciona resistencia, drenaje,
disminuye las deformaciones del pavimento y reduce los costos dentro de la construcción de la
estructura de un pavimento rígido o flexible. La norma INVIAS presenta las especificaciones
técnicas mínimas que deben cumplir los materiales usados como sub-bases.
Existen dos clases de sub-bases SBG-50 y SBG-38. Para cada tipo se establecen límites en la
granulometría, en la tabla 27 se puede observar los intervalos en los cuales se debe encontrar la
granulometría de un material para ser considerado como sub-base.
Tabla 27. Franjas granulométricas del material de sub-base granular
Tipo de
gradación
Tamiz (mm/US. Standard)
50.0
2”
37.5
1 1/2"
25.0
1”
12.5
1/2"
9.5
3/8”
4.75
No. 4
2.00
No. 10
0.425
N.40
0.075
No.200
% que pasa
SBG -50 100 70-95 60-90 45-75 40-70 25-55 15-40 6-25 2-15
SBG-38 - 100 75-95 55-85 45-75 30-60 20-45 8-30 2-15
Tolerancias en
producción
sobre la
formulación de
trabajo
0% 7% 6% 3%
Fuente: (INVIAS, 2013)
De igual manera, las sub-bases las divide según el nivel de transito con el cual se pretende diseñar
(clase A, B o C), estableciendo así los requisitos mínimos de cada tipo. En la tabla 320 del capítulo
3 se encuentran valores mínimos de dureza, durabilidad, limpieza y resistencia al material. La
dureza del material medida por el desgaste dado en la máquina de los Ángeles ensayado por medio
58 Marco teórico
de la norma INV E-218 muestra que este porcentaje en ninguna de las 3 clases debe exceder el
50%. Por otra parte, la degradación por abrasión en el equipo micro-deval no establece un valor
de desgaste para la clase de sub-base C, a pesar de esto, para las clase A y B se encuentran los
valores máximos de desgaste de 30 y 35% respectivamente (INVIAS, 2013).
8.3.7. Material para base granular
La base granular corresponde a una capa de la estructura de un pavimento rígido o flexible, esta se
encarga de proporcionar alta resistencia, disminuye las deformaciones, mejora las propiedades de
la subrasante, provee apoyo a la estructura, entre otros. La base granular es un material grueso
compuesto por triturados, arena y material fino.
Al igual que la sub-base, se presentan 3 clases de bases. Clase A, B y C, las cuales están definas
por franjas granulométricas y deberán cumplir con los requisitos de calidad dadas por la norma
INVIAS. La dureza del material está establecida por medio del desgaste a la máquina de los
Ángeles y a la abrasión en el equipo Micro-Deval.
Tabla 28. Requisitos de los agregados para bases granulares
Característica Norma de
ensayo INV
Base granular
Clase C Clase B Clase A
Dureza (O)
Desgaste en la máquina de los Ángeles.
Máximo (%) E-218 40 40 35
Degradación por abrasión en el equipo Micro-deval.
Máximo (%) E-238 - 30 25
Fuente: (INVIAS, 2013)
Además de características de dureza, la norma presenta requisitos para durabilidad, limpieza,
geometría de partículas y resistencia al material por medio del porcentaje de CBR, capítulo 3
(Afirmados, sub-bases y bases). La compactación del material es uno de los procesos más
59 Marco teórico
relevantes durante la ejecución de la obra, puesto que, de este depende el comportamiento del
material.
Para garantizar que el material presente una compactación adecuada, no solo es necesario el
método para compactar, sino que además la curva granulométrica del agregado afecta directamente
este proceso. Para ello, la norma ha presentado unas granjas granulométricas de dos bases de
gradación gruesa y dos de gradación fina (INVIAS, 2013).
8.3.8. Material granular para mejoramiento de sub rasante
Se hace necesario realizar un mejoramiento de sub rasante cuando se encuentra que el suelo del
sitio donde se proyectó la construcción de una estructura de pavimento, corresponde a un suelo
blando. Ya que, al realizar un diseño sobre un suelo de características pobres, requerirá que las
capas de la estructura sean de mayor espesor (sub-base y/o base granular) debido a que los suelos
blandos presentan grandes cambios volumétricos y deformaciones, lo que representa un mayor
costo en la construcción de la vía.
El mejoramiento de la rasante se realiza colocando material de grava, fragmentos de roca y otro
material relativamente fino en capas no mayores a 15 cm, emparejadas y compactadas. El material
utilizado para el mejoramiento debe tener cumplir con los siguientes requisitos en su
granulometría: el tamaño máximo de las partículas debe ser menor a 15 cm, las partículas que
pasen por el tamiz de 1” de abertura y el tamiz N°200 serán menores al 30% y al 15% del peso,
respectivamente. Por otra parte, se deberá realizar ensayos de desgate al material, el cual no deberá
presentar un desgaste en la máquina de los Ángeles más del 50% y se debe garantizar que el
material para mejoramiento debe estar en libre de materia orgánica o elementos que perjudiquen
las características del suelo (FONADE, S.F).
60 Marco teórico
Por otra parte, antes de la colocación del material de mejoramiento se deben realizar las actividades
de desmonte, limpieza, retiro de material inadecuado y demás actividades previstas en el proyecto.
Es necesario que durante la colocación del material se realice en capas de poco espesor, para
garantizar que se reduzcan los vacíos y que la capa quede con la densificación adecuada.
Tabla 29. Verificaciones periódicas de calidad de los materiales
Ensayo Norma de ensayo
INV Frecuencia
Granulometría E-123 1 vez por jornada
Desgaste en la máquina de los ángeles E-219 1 vez al mes
Fuente: (FONADE, S.F)
61 Metodología
9. Metodología
El proceso de determinación de los parámetros de resistencia de los residuos de construcción y
demolición (RCD), parte de la obtención y caracterización visual del material, con esto, se realizó
la trituración de forma manual por medio de una maceta. El material triturado compuesto por
concreto, mampostería y mortero fue tamizado y separado, con el objeto de establecer las
distribuciones de los diferentes tamaños a usar en los diferentes ensayos.
Ilustración 14: Trituración de los residuos de construcción y demolición. Fuente: El autor
Continuo a esto, se llevan a cabo los ensayos de caracterización del material, gravedad específica,
Proctor Modificado y ensayos para determinar el desgaste del material y, en último lugar, la
determinación de los parámetros de resistencia por medio del ensayo triaxial. A continuación, se
presenta el procedimiento realizado para cada uno de los ensayos.
62 Metodología
Ilustración 15:Clasificación del material por el tamaño de sus partículas. Fuente: El autor
9.1. Gravedad específica
Según el tamaño de partículas ensayadas, la gravedad específica fue determinada a partir de la
norma INV E – 223 para tamaños contenidos entre los tamices de 1/2" hasta 3/4”. Primero, se
tomaron dos muestras con la cantidad mínima establecida por la norma con un tamaño máximo
nominal de agregado de 3/4" hasta completar 3000g, a partir de esto, la muestra se dejó en remojo
durante 12 horas.
Pasado el tiempo, se secó cada partícula con un paño seco, seguidamente, se dispuso la muestra
sobre la canastilla de metal la cual fue sumergida dentro de un recipiente con agua. Finalmente, se
drenó el material y se procedió a secar la muestra en el horno hasta alcanzar una masa constante.
Por medio de ensayo de gravedad especifica se determinó la gravedad especifica Bulk, gravedad
especifica Bulk SSS, gravedad especifica aparente y el porcentaje de absorción de las partículas.
63 Metodología
9.2. Resistencia al desgaste de los agregados por medio de la máquina de los Ángeles
El presente ensayo se realizó con el fin de determinar la resistencia al desgaste de los agregados
por medio de una carga abrasiva con lo establecido por la norma INV E-218. Primero, se tomó una
muestra de 5000g la cual fue depositada en el tabor de la máquina junto con los 2500g de esferas
de acero, con esto, se hace girar el cilindro hasta completar 500 revoluciones. Al finalizar este
proceso, se retiró el material del cilindro y se pasó por el tamiz N°12 separando y lavando las
partículas gruesas, por último, se secó la muestra hasta alcanzar una masa constante y se determinó
el porcentaje de desgaste que alcanzo la muestra.
9.3. Resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión por el aparato Micro
- Deval
El ensayo Micro-Deval se empleó para determinar la resistencia a la abrasión de los agregados en
presencia del agua, el ensayo se elaboró a partir de la norma INV E-238. En primer lugar, se
prepararon 1500g de muestra con la granulometría establecida en la norma, luego, se sumergió la
muestra durante al menos 1 hora en agua, y continuó a esto, se dispuso la muestra junto con el
agua dentro del recipiente con 5000g de esferas metálicas.
La máquina se programó para que rotara durante 2 horas, terminado esto, se lavó el material sobre
los tamices N°4 y N°16 hasta que el agua que fluía era limpia. Finalmente, se retiraron las esferas
de acero del material de ensayo y se llevó al horno hasta alcanzar una masa constante. Con el
presente ensayo se determinó el porcentaje de desgaste del material a la abrasión.
64 Metodología
9.4. Proctor modificado
El Proctor modificado se emplea para determinar peso unitario seca, la humedad de equilibrio y la
densidad máxima de la muestra del material. El ensayo de Proctor modificado se realizó con las
especificaciones establecidas en la INV E-142 con una muestra de material sin granulometría
definida. A partir de esto, se llevó a cabo el procedimiento con un molde de 6” de diámetro.
Primero, se establecieron 4 porcentajes de humedades (3, 6, 9 y 12%), se prepararon las muestras
con cada contenido de humedad y se compactaron en 5 capas con 56 golpes cada una y, finalmente,
se determinó la masa después de compactar cada muestra. A partir de esto, se determinó el
contenido de humedad óptimo con el cual se obtiene la densidad máxima del material al ser
compactado.
Ilustración 16: Ensayo de Proctor Modificado. Fuente: El autor
9.5. Ensayo triaxial
La prueba triaxial es uno de los métodos más confiables disponibles para la determinación de los
parámetros de resistencia cortante. Esta proporciona información del comportamiento de esfuerzo
65 Metodología
– deformación, la cual no es dada por los ensayos de corte directo, condiciones de esfuerzo más
uniformes debido a la concentración de esfuerzos a lo largo de la falla y más flexibilidad en la
trayectoria de carga (M. Das, 2013).
El presente ensayo se enfoca en los parámetros de cohesión y fricción interna por medio de un
ensayo consolidado drenado (CD). Los ensayos elaborados por medio de la maquina triaxial se
llevaron a cabo con tres tipos de muestra, la primera con una granulometría no definida, la segunda
con una granulometría tipo a (menor contenido de finos, grafico 2). y la tercera con una
granulometría tipo b (mayor contenido de finos, grafico 3).
Ilustración 17: Material de ensayo una granulometría no definida
El ensayo triaxial se realizó con una muestra remoldeada. Con el Proctor Modificado, se determinó
la humedad optima del material y la cantidad de muestra necesaria para conformar las probetas del
ensayo. Se utilizó un molde cilíndrico de 50mm de diámetro por 100mm de largo. A partir de esto,
se conformó la muestra dentro de una membrana de látex con la humedad optima determinada,
compactando el material en capas. Continuo a esto, se dispuso la muestra dentro de la cámara
triaxial y se saturó hasta alcanzar un valor aproximado del coeficiente de Skempton de 0.97.
66 Metodología
El valor del parámetro B de Skempton fue escogido debido a la rápida saturación que se espera en
materiales granulares, los valores presentados en la tabla 13 fueron establecidos por Lee y Black,
en donde se presenta que esta etapa en materiales granulares alcanza el 100% de la saturación con
valores mayores a 0.99.
Se realizaron en total 14 ensayos traxiales según las granulometrías especificadas con anterioridad:
5 ensayos para la granulometría no definida: 3 ensayos con una presión de confinamiento de
300kPa y los dos restantes con 150 y 500kPa, 5 para el tipo a: 3 ensayos con una presión de
confinamiento de 300kPa y los dos restantes con 150 y 500kPa, y 4 para el tipo b: 2 ensayos con
una presión de confinamiento de 300kPa y los dos restantes con 150 y 500kPa, Partiendo de la
preparación y saturación de la muestra se procede a realizar la consolidación de la misma.
Ilustración 18: Saturación de la muestra. Fuente: El autor
9.5.1. Consolidación
La consolidación de un material se refiere al proceso mecánico en el cuál el comportamiento de
un suelo saturado, en términos de esfuerzos y deformación es altamente dependiente del tiempo.
67 Metodología
Dado, que la respuesta del suelo depende de la facilidad con que el agua atrapada en los poros
puede ser expulsado de los mismos. En el ensayo triaxial esto proceso da lugar a una deformación
volumétrica acompañada por la expulsión de agua de la muestra (M. Das, 2013).
En la tabla 30 se establece el número de ensayo según la presión de confinamiento para cada
granulometría. La consolidación se realiza por medio de software TestLab en la cual se utilizan
las presiones dentro de la cámara y las de confinamiento previamente establecidas. Esta etapa
finaliza cuando la deformación que presenta la muestra con el tiempo se vuelve constante. A partir
de la consolidación se determinarán los tiempos de consolidación de la muestra (tv) y los
coeficientes de consolidación (Cv).
Tabla 30. Número de ensayo según el esfuerzo de confinamiento
Ensayos Esfuerzo de confinamiento (kPa)
Granulometría no definida
1 300
2 300
3 300
4 150
5 500
Granulometría tipo a
1 (a) 300
2 (a) 300
3 (a) 300
4 (a) 150
5 (a) 500
Granulometría tipo b
1 (b) 300
2 (b) 300
3 (b) 150
4 (b) 500
Fuente: El Autor
68 Metodología
9.5.2. Proceso de corte
El proceso de falla del material consiste en la resistencia interna que presenta un material al ser
sometido a esfuerzos axiales y cortantes, produciendo la falla o un deslizamiento en cualquier
plano del material (M. Das, 2013).
El proceso de corte, parte de la consolidación de la muestra. Por medio del software TestLab se
define el método de corte a realizar. La presente investigación dio uso del método consolidado
drenado (CD) debido a que tiene como finalidad obtener parámetros del suelo y establecer la
relación entre el esfuerzo y la deformación que sufre la muestra.
Ilustración 19: Falla de la muestra. Fuente: El autor.
De igual forma, porque se desea controlar el drenaje y medir las presiones de poros, además de
esto, se estableció puesto que para los materiales granulares resulta ser una prueba rápida. El
proceso de corte finaliza cuando la deformación de la muestra se vuelve constante con el tiempo.
69 Metodología
Ilustración 20: Descarga de la muestra. Fuente: El autor.
9.5.3. Determinación de los parámetros de resistencia
Por medio de la etapa de corte en la máquina triaxial se determinó los parámetros de resistencia de
material (Cohesión del suelo y ángulo de fricción interna) por medio del criterio de esfuerzos p –
q (ilustración 21). Donde p representa la presión isotrópica o volumétrica y q el esfuerzo desviador,
estos se determinan a partir de:
𝑝′ =𝜎′1 + 𝜎3
2
𝑞′ =𝜎′1 − 𝜎3
2
Donde 𝜎1 es el esfuerzo axial más el esfuerzo de confinamiento, estos menos la presión de poros
(u) y 𝜎3 el esfuerzo de confinamiento menos, la presión de poros (u). A partir de esto, se genera la
relación p’ – q’ (ilustración 21) en el cual se representa la envolvente de falla k.
70 Metodología
Ilustración 21: Diagrama p – q. Fuente: (Lambe & Whitman, Soil Mechanics, 1969)
Con la representación de la envolvente de falla k, se logró determinar los parámetros de resistencia
(ángulo de fricción interna ɸ y cohesión del suelo c) por medio de:
ɸ = 𝑠𝑒𝑛−1(tan 𝑎′)
𝑐 =𝑎
𝑐𝑜𝑠ɸ
Con los resultados obtenidos durante el ensayo, se realizó una hoja de cálculo para graficar los
datos (Diagrama p – q y trayectoria de esfuerzos), con el fin de analizar mejor el comportamiento
del material en cada ensayo.
71 Análisis de resultados
10. Análisis de resultados
10.1. Curvas granulométricas
La distribución de partículas de un suelo influye directamente en las características mecánicas del
material, la cual está definida por la gradación y discontinuidad de tamaños. Con esto, se espera
que un suelo con una curva granulométrica bien gradada alcance valores de resistencia mayores a
los mal gradados o discontinuos (Gangopadhyay, 2013).
Con el fin de analizar el comportamiento del material, se fijaron dos tipos de curvas
granulométricas: granulometría tipo a (gráfico 1) y tipo b (gráfico 2). La granulometría tipo a
presenta una mayor discontinuidad en la distribución de tamaños y un menor porcentaje de finos
(8%) respecto al tipo b, el cual está distribuido en un amplio rango de partículas con mayor
porcentaje de finos (20%).
10.1.1. Curva granulométrica tipo a
La granulometría tipo a corresponde a una distribución de suelo discontinuo puesto que existen
algunas brechas entre los tamaños de sus partículas. Esta, se encuentra compuesta por un mayor
porcentaje de partículas retenidas en el tamiz N°10 (44%) y posee un porcentaje bajo de finos
(8%).
72 Análisis de resultados
Grafico 1. Curva granulométrica tipo a. Fuente: El Autor.
Tabla 31. Porcentaje de partículas que pasan los tamices.
Tamiz Peso retenido (g) % Retenido % Reten. acumulado % Pasa
3/8" 0 0 0 100
No. 4 10 4 4 96
No. 10 110 44 48 52
No. 40 30 12 60 40
No. 200 80 32 92 8
Fondo 20 8 100 0
TOTAL 250
Fuente: El Autor
Tabla 32. Coeficientes de uniformidad y curvatura para granulometría a
Tipo a
D60 2.6 mm
D30 0.27 mm
D10 0.12 mm
Cu 21.67
Cc 0.23
Fuente: El Autor
73 Análisis de resultados
10.1.2. Curva granulométrica b
La granulometría tipo b corresponde a una distribución de suelo con un amplio rango de tamaños
puesto que no existen brechas significativas entre los tamaños de sus partículas. Esta, se encuentra
compuesta por un mayor porcentaje de partículas finas (20%) respecto a la granulometría tipo a.
Gráfico 1. Curva granulométrica tipo b. Fuente: El Autor.
Tabla 33. Porcentaje de partículas que pasan los tamices.
Tamiz Peso retenido (g) % Retenido % Reten acumulado % Pasa
3/8" 0 0 0 100
No. 4 50 20 20 80
No. 10 50 20 40 60
No. 40 50 20 60 40
No. 200 50 20 80 20
Fondo 50 20 100 0
TOTAL 250
Fuente: El Autor
74 Análisis de resultados
Tabla 34. Coeficientes de uniformidad y curvatura para granulometría b
Tipo b
D60 2 mm
D30 0.19 mm
D10 0.075 mm
Cu 26.67
Cc -
Fuente: El Autor
Las curvas granulométricas tipo a y b tienen un porcentaje de partículas que pasan el tamiz N°200
de 8 y 20%, respectivamente. A pesar de esto, es importante resaltar que el porcentaje de partículas
finas presentes en la curva granulométrica no definida, fue inferior respecto a las anteriores.
La clasificación SUCS especifica que los valores del coeficiente de uniformidad mayores a 6 y
valores del coeficiente de curvatura mayores a 1 y menores a 3 representan suelos bien gradados.
Respecto a lo anterior, la relación de los coeficientes de uniformidad y curvatura que se obtuvieron
a partir de las gráficas, arrojan que el material con las granulometrías definidas (granulometría tipo
a y tipo b), representan suelos mal gradados y sus valores podrían compararse con el de arenas mal
gradadas o arenas con grava con poco o nada de finos (Lambe & Whitman, Soil Mechanics, 1969).
10.2. Gravedad especifica
Con la determinación de la gravedad específica para el tamaño de partículas mayores a 3/4" se
obtuvo una gravedad especifica Bulk de 2.06, una gravedad especifica sss de 2.253 y una gravedad
aparente de 2.55, con un porcentaje de absorción de 9.33% (tablas 35 y 36).
75 Análisis de resultados
Tabla 35. Resultados de gravedad específica para el ensayo 1
Ensayo 1
Masa inicial de la muestra A 2933 g
Masa saturada con superficie seca B 3198 g
Masa sumergida en agua C 1776 g
Gravedad especifica bulk Gsb 2,063 adm
Gs bulk sss Gsbsss 2,249 adm
Gravedad especifica aparente Gsa 2,535 adm
% de absorción % 9,035 %
Fuente: El Autor
Tabla 36. Resultados de gravedad específica para el ensayo 1
Ensayo 2
Masa inicial de la muestra A 2927 g
Masa saturada con superficie seca B 3209 g
Masa sumergida en agua C 1787 g
Gravedad especifica Bulk Gsb 2,058 adm
Gs Bulk sss Gsbsss 2,257 adm
Gravedad especifica aparente Gsa 2,568 adm
% de absorción % 9,634 %
Fuente: El Autor
Al comparar los valores de la gravedad especifica aparente del agregado proveniente de RCD con
valores típicos de algunos suelos (tablas 7 y 8), este, podría relacionarse con un material fino. Por
otra parte, se puede vincular el valor de gravedad especifica determinada con los obtenidos en el
estudio elaborado en Egipto sobre el uso de RCD en pavimentos (tabla 1) y con las propiedades
de agregados reciclados determinadas por el estudio “Physical Properties of Demolition Waste
Material” (tabla 2), en las cuales se observa que para diferentes mezclas de los componentes de
agregados de RCD los valores de Gs se encuentran entre 2.0 y 2.8. De donde resulta, que los
resultados podrían considerarse apropiados.
76 Análisis de resultados
Finalmente, al relacionar los valores de absorción obtenidos, se tiene que el porcentaje supera de
forma considerable los de los estudios presentados anteriormente, ya que estos tienen valores
máximos de 7%.
10.3. Resistencia al desgaste
La resistencia al desgaste del material se realizó por medio de la Máquina de los Ángeles y el
Micro-Deval con el fin de estimar la resistencia de la muestra a una carga abrasiva y abrasión en
presencia del agua, respectivamente.
10.3.1. Resistencia al desgaste por medio de la máquina de los Ángeles
Tabla 37. Granulometría usada y resultados de desgate en la máquina de los ángeles.
Granulometría Método A
Pasa Tamiz Retenido en Tamiz Masa (g)
1 1/2" 1" 0
1" 3/4" 1250 ± 25
3/4" 1/2" 1250 ± 25
1/2" 3/8" 1250 ± 10
3/8" 1/4" 1250 ± 10
1/4" No. 4 0
No. 4 No. 8 0
Fuente: (INVIAS, 2013)
Tabla 38. Porcentajes de desgaste obtenidos de RCD
Ensayo 1
Total muestra inicial (g) Muestra seca retenida tamiz 12 (g) % Pérdidas
5000 1974 60,5%
Ensayo 2
Total muestra inicial (g) Muestra seca retenida tamiz 12 (g) % Pérdidas
5000 1587 68,3%
Fuente: El Autor
77 Análisis de resultados
10.3.2. Resistencia del agregado grueso al desgaste por abrasión por el aparato Micro-Deval
Tabla 39. Granulometría usada y resultados de desgate en el Micro - Deval
Granulometría Método A
Pasa Tamiz Retenido en Tamiz Masa (g)
3/4" 5/8" 375
5/8" 1/2" 375
1/2" 3/8" 750
Fuente: (INVIAS, 2013)
Tabla 40. Porcentajes de desgaste obtenidos de RCD
Ensayo 1
Total muestra inicial (g) Muestra seca retenida tamiz 16 (g) % Pérdidas
1500 622 58,5%
Ensayo 2
Total muestra inicial (g) Muestra seca retenida tamiz 16 (g) % Pérdidas
5000 1903,2 61,9%
Fuente: El Autor
Por medio de los ensayos se obtuvo un promedio de desgaste del 64,39% para el desgaste a la
Máquina de los Ángeles y del 60,23% para el Micro – Deval. El material ensayado presentó una
pérdida significativa debido a que la muestra estaba compuesta por un alto contenido de
mampostería y mortero, en consecuencia, a que no se llevó a cabo una clasificación de los
compuestos (mampostería, concreto y mortero).
78 Análisis de resultados
10.4. Proctor modificado
El ensayo de Proctor modificado se realizó con una energía de compactación de 56 golpes en 5
capas y con 4 porcentajes de humedad (3%, 6%, 9% y 12%) con esto, se obtuvo un peso unitario
de 18.36kN/m3.
Tabla 41. Resultados del ensayo de proctor modificado
Ensayo 1 Ensayo 2 Ensayo 3 Ensayo 4
No. De capas adm 5 5 5 5
No. De golpes por capa adm 56 56 56 56
Peso del molde g 5195 5195 5195 5195
Peso del molde más muestra compactada g 9058 9091 9112 9055
Peso de muestra húmeda compactada g 3863 3896 3917 3860
Volumen del molde cm3 2074,09 2074,09 2074,09 2074,09
factor k adm 1,00 1,00 1,00 1,00
Densidad húmeda g/cm3 1,86250 1,87841 1,88854 1,86105
factor k1 m/s2 9,81 9,81 9,81 9,81
Densidad seca de laboratorio g/cm3 1,861233 1,876767 1,886416 1,858409
Peso unitario seco kN/m3 18,25 18,40 18,50 18,22
Peso tara g 5 5 6 6
Peso tara más muestra húmeda g 303 303 303 303
Peso tara más muestra seca g 284 279 273 266
Humedad % 7% 9% 11% 14%
Fuente: El Autor
Gráfico 2. Humedad óptima del material. Fuente: El Autor.
1,855
1,860
1,865
1,870
1,875
1,880
1,885
1,890
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16%
Den
sid
ad
sec
a (
g/c
m3)
Humedad, w (%)
Humedad óptima
79 Análisis de resultados
Como resultado del ensayo se graficó la curva de compactación en la cual se determinó que la
humedad optima y la densidad máxima del material corresponden a 10.85% y 1,887g/cm3,
respectivamente. Estos valores se pueden corroborar con los estudios realizados en Egipto (tabla
1) en los cuales el contenido de humedad de RCD presenta valores de 10% a 14% y la densidad
seca máxima determinada se encuentra entre 1.75 a 1.86ton/m3. De igual forma, los valores de
peso unitario puesto que en la investigación de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica se
determinaron valores máximos de 18.5kN/m3.
A partir de las densidades planteadas por diferentes autores en las tablas 9, 10, y 11, se puede
establecer que con los valores obtenidos en el ensayo de Proctor el material se puede comparar
con: una arena con finos o un material granular con suelo. Por otra parte, en la tabla 12 se relaciona
el tipo de suelo a partir del peso unitario del material respecto a los valores obtenidos en el
laboratorio, donde se tiene que esta propiedad del material proveniente de RCD tiene similitud a
la de una arena uniforme densa.
10.5. Ensayo triaxial
Como se mencionó en la sección de metodología, se realizaron en total 14 ensayos Triaxiales con
las granulometrías plantadas (granulometría indefinida, tipo a y tipo b). A continuación, se
presentan los resultados para cada una de las etapas y su análisis respectivo.
10.5.1. Etapa de saturación
El proceso de saturación se realiza con el objeto de disminuir el error en el cambio volumétrico y
en la presión intersticial (presión del agua en los vacíos del material) que presentará el espécimen
durante todo el ensayo. Para esta etapa se programó un coeficiente de Skempton de 0.97 y, se
80 Análisis de resultados
manejaron secuencias de 15s debido a que se esperaba que la muestra presentara una saturación
rápida por su composición granular.
Tabla 42. Tiempos de saturación y valores de Skempton alcanzados en las muestras
Ensayo Tiempo de saturación (s) Valor de Skempton B (adm)
Granulometría no definida
Ensayo 1 34 0,998
Ensayo 2 34 1,082
Ensayo 3 34 0,995
Ensayo 4 35 1.124
Ensayo 5 45 0,934
Granulometría a
Ensayo 1 124 1,009
Ensayo 2 94 0,995
Ensayo 3 64 0.980
Ensayo 4 94 1.066
Ensayo 5 15 0.822
Granulometría b
Ensayo 1 64 0,97
Ensayo 2 34 0,987
Ensayo 3 34 1.074
Ensayo 4 34 0.986
Fuente: El Autor
De lo anterior, resulto que la saturación de los diferentes especímenes se llevó a cabo en tiempos
cortos, así como era esperado según las teorías de los diferentes autores. Asimismo, que las
diferentes muestras alcanzaran valores del parámetro B de Skempton mayores a 0.97, presentando
los mayores tiempos en la granulometría b, en la cual podría existir un porcentaje mayor de vacíos
respecto a las demás granulometrías por su discontinuidad.
10.5.2. Etapa de consolidación
En esta etapa, se realizaron tres ensayos de consolidación para cada granulometría con una misma
presión de confinamiento (300kPa), con el fin de analizar el comportamiento del material de forma
81 Análisis de resultados
adecuada y corroborar los procesos que se llevaron a cabo. En los gráficos 5, 6 y 7 se presentan
las deformaciones obtenidas para cada ensayo, donde se puede analizar que los ensayos con una
curva granulométrica no definida alcanzaron menores deformaciones respecto a las muestras con
granulometría de tipo a y b.
Gráfico 3. Curva de consolidación para ensayos con una presión de confinamiento de 300 kPa (granulometría no
definida). Fuente: El Autor.
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
1,13 1,33 1,53
Def
orm
aci
ón
, m
m
Raíz del tiempo, min
Consolidación método de Taylor (Granulomtría no definida)
Ensayo 1
Ensayo 2
Ensayo 3
82 Análisis de resultados
Gráfico 4. Curva de consolidación para ensayos con una presión de confinamiento de 300 kPa (granulometría no
tipo a). Fuente: El Autor.
Gráfico 5. Curva de consolidación para ensayos con una presión de confinamiento de 300 kPa (granulometría no
tipo b). Fuente: El Autor.
En cuanto a los gráficos 5, 6 y 7, se evidencia las deformaciones obtenidas en los ensayos
realizados en muestras de material con cada granulometría para diferentes presiones de
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
1,13 1,33 1,53 1,73 1,93 2,13 2,33
Def
orm
aci
ón
,mm
Raíz del tiempo, min
Consolidación método de Taylor (Granulometría tipo a)
Ensayo 1 (a)
Ensayo 2 (a)
Ensayo 3 (a)
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0,090
0,100
1,13 1,33 1,53 1,73 1,93 2,13
Def
orm
aci
ón
, m
m
Raíz del tiempo, min
Consolidación método de Taylor (Granulometría tipo b)
Ensayo 1 (b)
Ensayo 2 (b)
83 Análisis de resultados
confinamiento (150, 300 y 500 kPa). Como resultado, se tiene que en los ensayos con
granulometría no definida y tipo a con presión de confinamiento de 150 kPa, presentaron las
menores deformaciones y los de 500 kPa, las mayores. Por el contrario, en los ensayos con
granulometría tipo b con presión de confinamiento de 150 kPa se dieron mayores deformaciones
y los de 500 kPa, menores.
Considerando lo anterior, en los ensayos de granulometría tipo b se presentaron menores
deformaciones con la mayor presión de confinamiento debido a que se considera que las muestras
al tener una granulometría mejor gradada, se reacomodan llenando los vacíos mejorando así la
densidad de la muestra y, por consiguiente, alcanzando una mayor resistencia a la deformación.
En contraste a lo anterior, los ensayos con granulometría no definida y tipo a (los cuales estaban
compuestos con partículas de mayor tamaño) requirieron que se presentara fractura en las
partículas para lograr una reacomodación y llenar los vacíos existentes en la muestra, por lo cual
se considera que necesitaron una mayor presión de confinamiento presentando mayores
deformaciones.
Gráfico 6. Consolidación por el método de Taylor, granulometría no definida. Fuente: El Autor.
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
1,13 1,33 1,53 1,73 1,93
Def
orm
ació
n,
mm
Raíz del tiempo, min
Consolidación método de Taylor (Granulometría no definida)
300kPa
150kPa
500kPa
84 Análisis de resultados
Gráfico 7. Consolidación por el método de Taylor, granulometría tipo a. Fuente: El Autor.
Gráfico 8. Consolidación por el método de Taylor, granulometría tipo b. Fuente: El Autor.
Con los gráficos elaborados para cada uno de los ensayos, se determinó los coeficientes de
consolidación para cada granulometría. En la tabla 43, se logra observar que los valores del
coeficiente de consolidación oscilan entre 0.001 y 0.003cm2/s, donde los mayores valores se
encuentran dentro de la granulometría tipo a con valores entre 0.0294 y 0.00313cm2/s.
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
1,13 1,33 1,53 1,73 1,93 2,13 2,33
Def
orm
ació
n,m
mRaíz del tiempo, min
Consolidación método de Taylor (Granulometría a)
300kPa
150kPa
500kPa
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
1,132 1,332 1,532 1,732 1,932 2,132
Def
orm
ació
n,
mm
Raíz del tiempo, min
Consolidación método de Taylor (Granulometría b)
300kPa
150kPa
500kPa
85 Análisis de resultados
De igual forma, al comparar los tiempos de consolidación para las granulometrías tipo a y no
definida con diferentes presiones de confinamiento, se tiene que la consolidación más rápida se
presentó con una presión de 150kPa y la más lenta con 500kPa. Contrario a esto, la granulometría
tipo b presento una consolidación rápida con 500kPa y más lenta con 150kPa.
Tabla 43. Resultados de coeficiente de consolidación
Ensayo Presión de confinamiento (kPa) Coeficiente de consolidación (cm2/s)
Curva granulométrica no definida
1 300 0,002780436
2 300 0,002658094
3 300 0,002902291
4 150 0,001238748
5 500 0,002926102
Curva granulométrica tipo a
1 (a) 300 0,003131806
2 (a) 300 0,00317736
3 (a) 300 0,00299998
4 (a) 150 0,002941293
5 (a) 500 0,003064188
Curva granulométrica tipo b
1 (b) 300 0,002874508
2 (b) 300 0,002758963
3 (b) 150 0,003043747
4 (b) 500 0,002387004
Fuente: El Autor
Bussiére, establece algunos valores de coeficientes de consolidación (Cv) para algunos suelos
según la clasificación SUCS (tabla 14) en el cual se observa que los valores determinados en los
ensayos de consolidación podrían relacionarse con materiales granulares con contenidos de finos.
10.5.3. Etapa de Corte
Se realizaron 3 ensayos de compresión triaxial para cada curva granulométrica con el mismo
esfuerzo de confinamiento (300 kPa), dado que de esta forma se podría analizar y evaluar el
comportamiento de las muestras bajo las mismas condiciones. En los gráficos 11, 12 y 13 se
86 Análisis de resultados
presentan las trayectorias de esfuerzos, donde se observa que no se presenta una variación
representativa de los valores de p y q. De modo que, con esto, se determinó que los ensayos más
críticos fueron: 2, 2 (a) y 2 (b).
Gráfico 9. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica no definida, con una presión
de confinamiento de 300 kPa. Fuente: El Autor.
Gráfico 10. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica a, con una presión de
confinamiento de 300 kPa. Fuente: El Autor.
87 Análisis de resultados
Gráfico 11. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica b, con una presión de
confinamiento de 300 kPa. Fuente: El Autor.
A partir de los 3 ensayos seleccionados como los más críticos de cada curva granulométrica para
una presión de confinamiento de 300 kPa, se grafican las trayectorias de esfuerzos con las
presiones de confinamiento que se plantearon inicialmente (150, 300 y 500 kPa), los cuales se
representan en los gráficos 14, 15 y 16.
88 Análisis de resultados
Gráfico 12. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica no definida. Fuente: El
Autor.
Gráfico 13. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva granulométrica a. Fuente: El Autor.
89 Análisis de resultados
Gráfico 14. Trayectoria de esfuerzos para ensayos triaxiales con la curva curva granulométrica b. Fuente: El Autor.
Por medio de las trayectorias, se establecen las magnitudes de p y q (tabla 44) que representen las
fallas de las muestras en cada ensayo, donde se seleccionaron los valores en los cuales se observa
un cambio en la pendiente en las trayectorias. Obteniendo así, que los valores máximos de p y q
fueron alcanzados por las muestras con una curva granulométrica no definida, la cual tenía el
menor porcentaje de partículas finas. De igual forma, se observa que los valores alcanzados por la
curva granulométrica a son mayores a los de la curva b, donde se tiene que la primera tiene un
menor porcentaje de partículas finas.
90 Análisis de resultados
Tabla 44. Esfuerzos normales efectivos y esfuerzos cortantes obtenidos.
Ensayo Esfuerzo de confinamiento p’ q'
kPa kPa kPa Curva granulométrica no definida
2 300 504.17 302.16
4 150 262.33 123.11
5 500 799.33 454.82
Curva granulométrica a
1 (a) 300 467.91 249.66
4 (a) 150 233.69 123.24
5 (a) 500 759.89 400.00
Curva granulométrica b
2 (b) 300 431.14 234.82
3 (b) 150 211.34 102.38
4 (b) 500 770.40 447.17
Fuente: El Autor
Con respecto a los valores de p y q que se presentan en la tabla 44 se traza la envolvente con la
que se determinan el ángulo α’ y el coeficiente a para cada curva granulométrica (gráficos 17, 18
y 19). A partir de estos, se determinan los parámetros de resistencia donde se tiene que los RCD
corresponden a un material no cohesivo con valores del ángulo de fricción entre 32° y 38°. Por lo
cual se puede evidenciar que según los valores típicos de ángulos de fricción establecidos por
Terzaghi, Peck y Bowles (tablas 15, 16 y 17), se establece que los RCD tienen un comportamiento
similar al de una arena limosa densa.
Tabla 45. Valores del ángulo de fricción y cohesión obtenidos
Curva granulométrica
Α Ángulo de fricción a Cohesión
(°) φ (°) kPa kPa
No definida 32 38 -27.14 -34.39
1 (a) 28 32 1.62 1.91
2 (b) 32 38 -29.37 -37.34
Fuente: El Autor
91 Análisis de resultados
Gráfico 15. Trayectoria p-q para una granulometría no definida. Fuente: El Autor.
Gráfico 16. Trayectoria p-q para una granulometría tipo a. Fuente: El Autor.
y = 0,6141x - 27,144
R² = 0,9894
0
100
200
300
400
500
0 100 200 300 400 500 600 700 800
q (
kP
a)
p (kPa)
Diagrma p - q (granulometria no definida)
y = 0,5255x + 1,623
R² = 0,9998
0
100
200
300
400
500
0 100 200 300 400 500 600 700 800
q (
kP
a)
p (kPa)
Diagrma p - q (granulometria tipo a)
92 Análisis de resultados
Gráfico 17. Trayectoria p-q para una granulometría tipo b. Fuente: El Autor.
Por otra parte, en los gráficos 20, 21 y 22 se comparan las deformaciones alcanzadas por la muestra
con las diferentes presiones de confinamiento establecidas. En los cuales se observa que hay un
cambio de pendiente alrededor del 0.8% de la altura del espécimen ensayado. De igual forma, se
considera que las muestras con granulometría no definida alcanzan mayores esfuerzos efectivos
antes de presentar un cambio en la pendiente de la gráfica, al igual que los ensayos con la curva
granulométrica a al compararlos con la curva b.
y = 0,6175x - 29,368
R² = 0,9999
0
100
200
300
400
500
0 100 200 300 400 500 600 700 800
q (
kP
a)
p (kPa)
Diagrma p - q (granulometria tipo b)
93 Análisis de resultados
Gráfico 18. Esfuerzos efectivos vs deformación con presiones de confinamiento de 150 kPa, 300 kPa y 500 kPa
(granulometría no definida). Fuente: El Autor.
Gráfico 19. Esfuerzos efectivos vs deformación con presiones de confinamiento de 150 kPa, 300 kPa y 500 kPa
(granulometría a). Fuente: El Autor.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 1 2 3 4 5 6
Esf
uer
zos
efec
tiv
os
σ' 1
(kP
a)
Deformación (mm)
Esfuerzo vs deformación (granulometría no definida)
Ensayo 2
Ensayo 4
Ensayo 5
100
300
500
700
900
1100
1300
1500
1700
0 1 2 3 4 5 6 7
Esf
uer
zos
efec
tivos
σ' 1
(k
Pa)
Deformación (mm)
Esfuerzo vs deformación (granulometría a)
Ensayo 2 (a)
Ensayo 4 (a)
Ensayo 5 (a)
94 Análisis de resultados
Gráfico 20. Esfuerzos efectivos vs deformación con presiones de confinamiento de 150 kPa, 300 kPa y 500 kPa
(granulometría b). Fuente: El Autor.
Al analizar el comportamiento de los RCD con los resultados obtenidos, se tiene que corresponden
a un material friccionante o granular, ya que durante los ensayos se obtuvo que los periodos para
alcanzar una saturación igual o mayor al 97% de las muestras fueron muy cortos (tabla 42). De
igual forma, en el proceso de consolidación se obtuvo que la presión de poros en todos los ensayos
se disipó rápidamente alcanzando el material una consolidación en un periodo corto, razón por la
cual puede ser asociado a valores de permeabilidad alta en este tipo de material.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 1 2 3 4 5 6 7
Esf
uer
zos
efec
tivos
σ' 1
(kP
a)
Deformación (mm)
Esfuerzo vs deformación (granulometría b)
Ensayo 2 (b)
Ensayo 3 (b)
Ensayo 4 (b)
95 Conclusiones
11. Conclusiones
Como resultado de las características físicas y mecánicas del material proveniente de residuos de
construcción y, de los parámetros de resistencia determinados, podría plantearse que el
comportamiento del material es análogo a los de un suelo compuesto por arena y limos.
En la mayoría de los ensayos realizados, el proceso de consolidación finalizó en lapsos de tiempos
entre 1 y 2min, debido a que en la gráfica trazada por el software TestLab durante el proceso se
observó que la deformación presentada respecto a la raíz del tiempo se tornaba constante, lo que
significaba que este proceso había culminado. Lo anterior, podría compararse con el
comportamiento de un suelo granular, ya que estos se caracterizan por tener una consolidación
rápida. Podría concluirse que, a pesar de no determinar la permeabilidad del material, resulta
probable suponer que este tiene un alto drenaje debido a su rápida saturación y consolidación.
Con esto, podría pensarse que el material tendría la permeabilidad adecuada para servir como
filtros en presas o drenes y contrapesos en estructuras como taludes, de igual forma, si se mejoran
las características de resistencia, en bases y sub-bases. Ya que, según Morales y Monroy para estas
estructuras se deben utilizar materiales que permitan un drenaje libre.
Por otra parte, al establecer las relaciones entre las características del material con los diferentes
usos de suelos y agregados de origen pétreo en obras civiles y, al analizar otros estudios
relacionados a la investigación, podría concluirse que:
Respecto al uso en mezclas de concreto, el agregado no cumple los requerimientos definidos
en la sección 7.3.1., debido al alto porcentaje de absorción de agua y al desgaste de sus
partículas, esto podría darse como resultado del alto contenido de mampostería y mortero en
la muestra.
96 Conclusiones
De igual forma, se observa que la muestra de material ensayada supera los límites establecidos
por la norma INVIAS en cuanto a dureza (desgaste por medio de la máquina de los Ángeles y
a desgaste a la abrasión por el Micro-Deval). Por lo anterior, no podría ser usado como material
para sub-bases, bases o rellenos puesto que estos porcentajes se encuentran establecidos entre
un 30% y 50%. A pesar de esto, el material podría ser considerado como relleno artificial
debido a que el requisito máximo establecido en la norma para recebo tipo 2, corresponde a un
desgaste de 65% y como sub-base tipo C ya que no se especifica su porcentaje.
En el caso de los terraplenes, el material de RCD cumple con la densidad maxima expuesta
por la norma INVIAS (1.4g/cm3). A partir de esto, es problable pensar que tendria una
capacidad portante adecuada y, que con la versatilidad del material en cuanto a su distribución
de particulas, este podria ser usado en las diferentes partes del terraplen, según sus
caracteristicas de resistencia y permeabilidad presentadas en las tablas 24 y 25.
Por otra parte, respecto a los parámetros de resistencia alcanzados en los diferentes ensayos, se
obtuvo que el ángulo de fricción para la granulometría indefinida y la tipo b fue de 38°, lo cual se
puede relacionar con un suelo en estado compacto. Por otra parte, el ángulo de fricción obtenido
para los ensayos con una granulometría tipo a fue de 32°, el cual, según M. Das se asemeja al
comportamiento de un suelo suelto.
Con los parámetros de resistencia obtenidos en la investigación, se sugiere de igual forma, la
reutilización de los RCD en bases granulares, conformación de terraplenes y mejoramiento de
taludes, ya que al tener ángulos de fricción entre 32° y 38°, se espera que el material facilite el
diseño de las estructuras debido a que sus parámetros de resistencia se relacionan con los de los
suelos usados frecuentemente en estas estructuras. Al igual, se sugiere la utilización del material
97 Conclusiones
en filtros de presas de tierra, ya que al tener una cohesión aproximada a cero, se espera que éste
tenga un comportamiento similar al de un material granular y por ende, una buena permeabilidad.
A partir de los resultados obtenidos de los ensayos triaxiales, representados en los diagramas de
p’- q’, se establece que la granulometría que presentó un mejor comportamiento fue la no definida
resistiendo mayores esfuerzos. Con lo anterior se considera que en la granulometría no definida,
las partículas de mayor tamaño correspondían a residuos de concreto, las cuales junto con las
partículas de mampostería en el proceso de compactación, se fracturaron permitiendo su
reacomodación mejorando así la densidad del material y, por ende, su resistencia. Por el contrario,
para los otros dos tipos de granulometría, se considera que las partículas finas correspondían a
residuos de mampostería y mortero. Con esto se puede concluir, que tanto la composición del
material como su compactación son aspectos que influyen en la resistencia del mismo.
Teniendo en cuenta lo anterior, podría considerarse mejorar las propiedades del material
disminuyendo la composición de mampostería y mortero por medio de una clasificación y así este
podría ser usado en mezclas de concreto, bases, sub-bases, rellenos, conformación de terraplenes,
filtros de presas de tierra y mejoramiento de taludes, como lo proponen Ali Arisha, Alaa Gabr,
Sherif El-Badawy y Sayed Shwally en su articulo de investigacion, para la reutilizacion de RCD
en bases y subbases.
98 Referencias
12. Referencias
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Black, & Lee. (1973).
Bowles, J. (1997). Foundation analysis and design Fifth edition. The McGraw-Hill Companies,
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102 Anexos
13. Anexos
Anexo 1
Manual de uso del equipo triaxial (Anexo 1).
Anexo 2
Artículo de publicación: Determinación de los parámetros de resistencia de RCD para el
aprovechamiento en obras civiles (Anexo 2).