evaluación del comportamiento mecánico de una subrasante

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería

5-24-2021

Evaluación del comportamiento mecánico de una subrasante Evaluación del comportamiento mecánico de una subrasante

mejorada con rajón de concreto reciclado, mediante una mejorada con rajón de concreto reciclado, mediante una

modelación a escala física y numérica, caso de estudio vías modelación a escala física y numérica, caso de estudio vías

Samarkanda, Funza Cundinamarca Samarkanda, Funza Cundinamarca

Francy Kateryne Oviedo Pineda Universidad de La Salle, Bogotá, [email protected]

Jeisson Andrés Cárdenas Ramírez Universidad de La Salle, Bogotá, [email protected]

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Citación recomendada Citación recomendada Oviedo Pineda, F. K., & Cárdenas Ramírez, J. A. (2021). Evaluación del comportamiento mecánico de una subrasante mejorada con rajón de concreto reciclado, mediante una modelación a escala física y numérica, caso de estudio vías Samarkanda, Funza Cundinamarca. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/913

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1

Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con Rajón

de Concreto Reciclado, mediante una Modelación a Escala Física y Numérica,

Caso de estudio Vías Samarkanda, Funza Cundinamarca

Francy Kateryne Oviedo Pineda

Jeisson Andrés Cárdenas Ramírez

Universidad de La Salle

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Civil

Bogotá, D.C. 2021

2

Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con

Rajón de Concreto Reciclado, mediante una Modelación a Escala Física y

Numérica, Caso de estudio Vías Samarkanda, Funza Cundinamarca

Francy Kateryne Oviedo Pineda

Jeisson Andrés Cárdenas Ramírez

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de:

Ingeniero Civil

Director de proyecto

IC – MIC - PhD Orlando Rincón Arango

Universidad de La Salle



Bogotá, D.C. 2021

3

Agradecimientos

A Dios por permitirnos llegar a este punto de nuestras vidas, por darnos sabiduría,

conocimiento, discernimiento y salud en esta época de pandemia.

A nuestras familias por ser fuentes de inspiración y brindarnos apoyo incondicional.

Al Ing. Orlando Rincón, nuestro director de tesis, por su acompañamiento y apoyo

durante la realización de esta investigación.

4

Contenido

Resumen ............................................................................................................................. 13

Introducción ....................................................................................................................... 14

Antecedentes ...................................................................................................................... 16

Conceptos Generales .......................................................................................................... 21

Rajón de Concreto Reciclado (RCR) .............................................................................. 21

Rajón de Concreto Reciclado escalado (RCRe) ............................................................. 21

Residuos de construcción y demolición (RCD) .............................................................. 21

Reutilización ................................................................................................................... 21

Subrasante ....................................................................................................................... 21

Mejoramiento de la subrasante ....................................................................................... 22

Escalas ............................................................................................................................ 22

Morfometría de partículas de RCR Y RCRe .................................................................. 22

Módulo Resiliente ........................................................................................................... 23

Metodología Ivanov ........................................................................................................ 23

Ensayo de placa con carga estática ................................................................................. 24

Módulo de reacción ........................................................................................................ 24

Modelación ..................................................................................................................... 25

Comportamiento mecánico ............................................................................................. 25

Aspectos Generales ............................................................................................................ 26

Localización .................................................................................................................... 26

Descripción Geológica .................................................................................................... 28

Metodología ....................................................................................................................... 30

5

Caracterización de Partículas RCR y RCRe ................................................................... 30

Metodología de Escalamiento ..................................................................................... 30

Morfometría de las partículas ...................................................................................... 33

Ensayos de Laboratorio ............................................................................................... 36

Caracterización del Subsuelo .......................................................................................... 39

Investigación del Subsuelo .......................................................................................... 39

Ensayos de Laboratorio ............................................................................................... 43

Clasificación SUCS y AASHTO ................................................................................. 46

CBR Inalterado ............................................................................................................ 47

Perfil Estratigráfico General ........................................................................................ 47

Verificación de Condiciones del Mejoramiento de la Subrasante .................................. 50

Mejoramiento con RCR .............................................................................................. 50

Ajustes para Modelación del Mejoramiento con RCRe .............................................. 51

Módulo Resiliente ....................................................................................................... 56

Relación de Poisson .................................................................................................... 57

Método Ivanov ............................................................................................................ 58

Modelación ..................................................................................................................... 60

Propiedades de los Materiales y Geometría ................................................................ 60

Condiciones de Borde ................................................................................................. 60

Resultados y Análisis ......................................................................................................... 67

Caracterización de Partículas RCR y RCRe ................................................................... 67

Caracterización del Subsuelo .......................................................................................... 76

6

Mejoramiento Aplicado a Modelos Físicos .................................................................... 83

Mejoramiento Aplicado a los Modelos Virtuales ........................................................... 85

Relación Beneficio Costo ............................................................................................... 95

Conclusiones ...................................................................................................................... 98

Recomendaciones ............................................................................................................. 100

Bibliografía ....................................................................................................................... 101

7

Lista de Tablas

Tabla 1 Requisitos del material para ser usado como rajón. ......................................................... 30

Tabla 2 Especificaciones tecnicas del equipo ensayo placa de carga estática .............................. 31

Tabla 3 Volumen disponible para el mejoramiento en el caso de estudio .................................... 50

Tabla 4 Trazabilidad de materiales proporcionado por la obra ..................................................... 50

Tabla 5 Módulo elástico de los suelos ........................................................................................... 57

Tabla 6 Módulo de elasticidad equivalente .................................................................................. 59

Tabla 7 Parámetros utilizados en el programa Sigma para cada Modelo ..................................... 60

Tabla 8 Esfericidad por el método de Krumblein, partículas RCR ............................................... 67

Tabla 9 Esfericidad por el método de Riley, partículas RCR ....................................................... 68

Tabla 10 Redondez por el método de Wentworth, partículas RCR. ............................................. 68

Tabla 11 Esfericidad por el método de Krumblein, partículas RCRe. .......................................... 69

Tabla 12 Esfericidad por el método de Riley, partículas RCRe. ................................................... 70

Tabla 13 Redondez por el método de Wentworth, partículas RCRe. ............................................ 71

Tabla 14 Densidad de las partículas de RCRe. ............................................................................. 75

Tabla 15 Densidad de las partículas de RCR ................................................................................ 75

Tabla 16 Desgaste por abrasión en la Máquina de los Ángeles. ................................................... 76

Tabla 17 Clasificación de arcillas mediante la superficie especifica. ........................................... 80

Tabla 18 Resumen ensayos de laboratorio y clasificación de las muestras. ................................. 81

Tabla 19 Resultados del ensayo CBR ........................................................................................... 83

Tabla 20 Módulo de reacción ........................................................................................................ 85

Tabla 21 Módulo de reacción de los modelos virtuales ................................................................ 93

Tabla 22 Modulo de reaccion del modelo de placa de carga a escala real .................................... 94

Tabla 23 Relación Beneficio-Costo del Tramo 1 del caso de estudio ........................................... 97

8

Lista de Figuras

Figura 1 Ubicacion del municipio de Funza ................................................................................ 26

Figura 2 Tramos intervenidos ...................................................................................................... 27

Figura 3 Disposición del Rajón de Concreto Reciclado .............................................................. 27

Figura 4 Estructura de pavimento ................................................................................................ 28

Figura 5 Ubicación geológica de Funza Cundinamarca .............................................................. 29

Figura 6 Relación de similitud placas de carga y pistón CBR ..................................................... 31

Figura 7 Trituración de Rajón de concreto reciclado (RCR) ........................................................ 32

Figura 8 a) Partícula de rajón de concreto reciclado. b) Partícula de rajón de concreto reciclado a

escala reducida. .............................................................................................................................. 33

Figura 9 Carta de comparación visual para redondez y esfericidad de Powers, 1953. ................ 34

Figura 10 a) Esfericidad de la partícula N° 3 b) Esfericidad de la partícula N°5 ........................ 34

Figura 11 a) Redondez de la partícula N°9 b) Redondez de la partícula N°10 ............................ 35

Figura 12 a) Esfericidad de la partícula N° 2 b) Esfericidad de la partícula N°14 ...................... 35

Figura 13 a) Redondez de la partícula N° 4 b) Redondez de la partícula N°14 ......................... 36

Figura 14 a) Alargamiento b) Aplanamiento c) Partícula con 1 cara fracturada d) Partículas con

2 o más caras fracturadas ............................................................................................................... 37

Figura 15 Partículas SSS .............................................................................................................. 38

Figura 16 Densidad de partículas de RCR ................................................................................... 38

Figura 17 Ubicación del Predio .................................................................................................... 39

Figura 18 Ubicación De Apiques ................................................................................................. 40

Figura 19 a) Apiques 1 b) Apique 2. ............................................................................................ 41

Figura 20 a) Apiques 3 b) Apique 4. c) Apique 5. ....................................................................... 41

9

Figura 21 a) Hincado de moldes en subrasante de apique 1. b) Hincado de moldes en subrasante

de apique 2. .................................................................................................................................... 42

Figura 22 a) Extracción de muestra de apique 1 b) Extracción de muestra de apique 2. ............ 42

Figura 23 Muestras alteradas e inalteradas .................................................................................. 43

Figura 24 a) Lavado por tamiz N°200 b) Granulometría por tamiz N°4,10, 16, 30, 40,100 y 200.

........................................................................................................................................................ 44

Figura 25 Hidrometría y gravedad especifica de muestras inalteradas. ....................................... 44

Figura 26 a) Límite líquido. b) Muestras de límite líquido y limite plástico. .............................. 45

Figura 27 a) Resultado de coloración AP-4 M1. b) Resultado de coloración AP-3. M2 c) Azul

de metileno. .................................................................................................................................... 45

Figura 28 Carta de plasticidad sistema SUCS.............................................................................. 46

Figura 29 a) Ensayo CBR inalterado Apique 5 b) Ensayo CBR inalterado Apique 1 ................. 47

Figura 30 Perfil estratigráfico longitudinal de la zona de estudio ............................................... 48

Figura 31 Modelo físico a escala reducida ................................................................................... 52

Figura 32 AP-2 Mejoramiento de RCRe 60 %. a) Masa de las partículas 575g, b) Molde de la

muestra de suelo, c) Molde del suelo con el mejoramiento aplicado, d) Penetración de la muestra

con la Maquina Universal, e)Daño visual de la muestra posterior a la penetración, f)Muestra de

suelo extraída del molde. ................................................................................................................ 54

Figura 33 AP-3 Mejoramiento de RCRe 70 % a) Masa de las partículas 670 g., b) Molde de la

muestra de suelo, c) Molde del suelo con el mejoramiento aplicado, d) Penetración de la muestra

con la Maquina Universal, e)Daño visual de la muestra posterior a la penetración, f)Muestra de

suelo extraída del molde. ................................................................................................................ 55

Figura 34 AP-4 Mejoramiento de RCRe 80 % % a)Masa de las partículas 766.1 g., b) Molde de

la muestra de suelo, c) Molde del suelo con el mejoramiento aplicado, d) Penetración de la

10

muestra con la Maquina Universal, e)Daño visual de la muestra posterior a la penetración,

f)Muestra de suelo extraída del molde. .......................................................................................... 56

Figura 35 Rangos de valores de Modulo elástico para suelos ..................................................... 57

Figura 36 Rangos de valores de coeficiente de Poisson para suelos ............................................. 58

Figura 37 Modelo 1, Sin mejoramiento ....................................................................................... 61

Figura 38 Modelo 2, mejoramiento del 60% de RCRe ................................................................ 62



Figura 41 Modelo a escala real, sin mejoramiento ..................................................................... 65

Figura 42 Modelo a escala real, con mejoramiento del 70% de RCR ........................................ 66

Figura 43 Intervalo de Confiabilidad de Esfericidad ................................................................... 72

Figura 44 Intervalo de Confiabilidad de Redondez ..................................................................... 72

Figura 45 Curva Granulométrica de partículas RCRe ................................................................. 73

Figura 46 Tipos de curva de distribución de tamaño de partículas ............................................... 74

Figura 47 Variación de humedad, limite líquido y límite plastico con la profundidad ................ 77

Figura 48 Variación del valor de azul de metileno con la profundidad ....................................... 78

Figura 49 Variación del porcentaje pasa 200 con la profundidad ................................................. 79

Figura 50 Esfuerzo vs deformación CBR inalterado y sumergido Apique 5 ............................... 82

Figura 51 Esfuerzo vs deformación CBR inalterado y sumergido Apique 1 ............................... 82

Figura 52 Curva cargas y asientos del ensayo Placa de carga estática ........................................ 84

Figura 53 Esfuerzo vs Deformación de los modelos fisicos ........................................................ 84

Figura 54 Distribución de esfuerzos totales verticales, Modelo 1 ............................................... 86


Figura 56 Distribución de esfuerzos totales verticales, Modelo 3 .............................................. 87

11


Figura 58 Distribución de esfuerzos totales verticales, Modelo a escala real sin mejoramiento. 88

Figura 59 Distribución de esfuerzos totales verticales, Modelo a escala real con mejoramiento

del 70% de RCR. ............................................................................................................................ 89

Figura 60 Distribución de deformaciones unitarias verticales, Modelo 1 ................................... 89




Figura 64 Distribución de deformaciones unitarias verticales, Modelo a escala real sin

mejoramiento .................................................................................................................................. 91

Figura 65 Distribución de deformaciones unitarias verticales, Modelo a escala real con

mejoramiento del 70% ................................................................................................................... 92

Figura 66 Esfuerzo vs Deformación de los modelos virtuales ..................................................... 92

Figura 67 Comparación graficas de módulo de reacción Ks ....................................................... 93

Figura 68 Esfuerzo vs Deformacion del modelo de placa de carga ............................................. 94

Figura 69 Correlación aproximada entre la clasificacion de los suelos y los diferentes ensayos

........................................................................................................................................................ 95

Figura 70 Tendencia de costos y modulos para los mejoramientos ............................................. 96

Figura 71 Histograma de Beneficios y Costos ............................................................................. 97

12

Lista de Apéndices

Apéndice A Ensayos de laboratorio a las partículas de RCR y RCRe ........................................ 106

Apéndice B Ensayos de laboratorio de la muestra de suelo ........................................................ 111

Apéndice C Ensayos de penetración a escala reducida ............................................................... 129

Apéndice D Datos del modelo virtual ......................................................................................... 132

13

Resumen

La implementación de residuos de concreto hidráulico en nuevas construcciones de obras

civiles es una forma sostenible de aprovechar los recursos, uno de los usos posibles es en el

mejoramiento de subrasantes que tienen baja capacidad de soporte.

El objetivo de este proyecto es simular el comportamiento mecánico de una subrasante

mejorada con rajón de concreto reciclado mediante una modelación a escala reducida, con el fin de

encontrar la viabilidad de su aplicación, es decir, se espera encontrar mediante la adición de los

parámetros que definen un suelo, una predicción del comportamiento mecánico que tendrá

posterior a la aplicación de un mejoramiento de rajón de concreto reciclado; se evalúan las

relaciones de similitud entre el ensayo de prueba de placa y penetraciones a escala reducida a nivel

de laboratorio. Se evalúan 4 modelos físicos y virtuales, uno sin mejoramiento y tres con

mejoramientos del 60%, 70% y 80% de rajón de concreto reciclado escalado (RCRe)

respectivamente aplicados sobre la capa de la subrasante de tres muestras inalteradas, los modelos

son sometidos a penetraciones con un pistón de 5 cm de diámetro. De las gráficas esfuerzo vs

deformación se encuentra el módulo de reacción, una vez se tienen los parámetros que caracteriza

el suelo y el mejoramiento se modela en SIGMA para obtener el comportamiento mecánico de la

subrasante mejorada, finalmente se evalúa la relación beneficio-costo de los tres escenarios

planteados.

Palabras Clave: Mejoramiento de subrasantes, Rajón de concreto reciclado (RCR),

Modelación a escala, Comportamiento mecánico.

14

Introducción

El reciclaje de residuos de construcción y demolición (RCD) como agregados es una

práctica, relativamente difundida en los países desarrollados, para prevenir la contaminación

ambiental y disminuir el impacto de la extracción de agregados vírgenes. En Colombia, es un

objetivo novedoso que se han venido trazando las entidades públicas encargadas de gestionar la

construcción y el medio ambiente. (Castaño et al. 2013, p.122)

El volumen de estos residuos generado en la industria de la construcción está aumentando

progresivamente, la búsqueda de usos aprovechables para los RCD es un reto y un compromiso

para reducir el impacto ambiental. En la actualidad se ha generado una tendencia del uso de los

Residuos de construcción y demolición debida a su potencial de reutilización que según se

especifica en la Resolución 0472 de 2017 es “la prolongación de la vida útil de los RCD

recuperados que se utilizan nuevamente, sin que para ello se requiera un proceso de

transformación”.

Durante la rehabilitación y mejoramiento vial que se realizó en la construcción de vías

Samarkanda, Funza Cundinamarca, se generaron residuos de concreto hidráulico los cuales se

usaron para sustituir el rajón usado convencionalmente en el mejoramiento de la subrasante, al

someter a trituración la placa de concreto se obtiene partículas con dimensiones apropiadas para

la implementación en actividades de construcción usando el rajón de concreto reciclado como

sustituto del agregado grueso; esta aplicación se realizó con el objetivo de disminuir el impacto

ambiental que se genera por la inadecuada disposición de este tipo de residuos y aprovechando su

potencial constructivo.

Existen pocos estudios acerca del comportamiento mecánico de una subrasante mejorada

con rajón de concreto reciclado (RCR) a partir de modelos numéricos y los ensayos requeridos

para tal investigación tienen costos elevados, por lo tanto, se presenta una limitante de carácter

15

económica para esta área de investigación y se crea la necesidad de validar la viabilidad de

estudiar la subrasante de una manera simplificada mediante una modelación a escala. “Una de las

herramientas más utilizadas en el mundo para intentar predecir el comportamiento que

experimentan estructuras geotécnicas bajo diferentes condiciones de carga y de frontera, es la

simulación computacional empleando Programas de Elementos Finitos (FEM).” (Ruge et al.,

2014, p.172)

En este proyecto se evaluó la viabilidad de simular el comportamiento mecánico de una

subrasante mejorada con rajón de concreto reciclado mediante una modelación a escala física a

nivel de laboratorio y numérica con el programa Sigma en el caso de estudio vías Samarcanda,

Funza Cundinamarca.

16

Antecedentes

De acuerdo al enfoque de la investigación es posible mencionar los siguientes artículos:

En primer lugar, Ochoa y Bizarreta (2020), en su investigación titulada Experimental

Study on Stabilization of Soft Subgrade Soil with Concrete Fine Fraction Waste, estudiaron el

uso de mezclas de suelo y RCD-C fino para mejorar la capacidad de soporte en subrasantes de

pavimentos en Foz do Iguaçu, en la cual se concluye que los límites de Atterberg muestran que el

suelo es plástico y el RCD-C fino no tiene plasticidad, por lo que, al agregar el residuo reciclado

(RCD-C fino) en el suelo, la mezcla reduce su plasticidad hasta perderla completamente como es

el caso de la muestra con 60% de RCD-C fino. Al adicionar RCD-C fino, la expansión después

de 7 días sumergidos disminuye con relación al suelo (1,23% expansión) con un porcentaje

óptimo de residuo agregado con 60% de RCD-C fino (0% expansión). La disminución de la

expansión puede ser ocasionada por una acción química del residuo de concreto, por la existencia

de minerales remanentes en el mismo, que al ser hidratados endurecieron la muestra reduciendo

su expansión. En el ensayo de CBR se observó un incremento en la capacidad de soporte del

material al ingresar residuo de concreto, posiblemente por procesos conjuntos de estabilización

mecánica (compactación) y química (minerales de cemento). Las adiciones de 40 y 60%

cumplieron con los requisitos normativos para camadas de subrasante (CBR ≥ 12). La capacidad

de soporte se amplió 17,56 veces referente al suelo, con un porcentaje de 60% de RCD-C fino.

Asimismo, Callejas (2020), en la investigación titulada, Evaluación entre dos mecanismos

de mejoramiento aplicada al diseño de pavimento de una vía ubicada en la ciudad de Bogotá, de

la localidad de Teusaquillo calle 47 entre carrera 14 y carrera 14ª, utilizando materiales de

cantera y geo-sintéticos realizó un análisis de los comportamientos mecánicos que aportan el

empleo de materiales de cantera, y geo sintéticos para realizar el mejoramiento de subrasantes en

un estudio de caso, e identificó los beneficios y desventajas con el medio ambiente y costo en

17

obra al momento de usar estos materiales. Con el estudio se determinó que el comportamiento

mecánico de una estructura de pavimento con Rajón, al aplicar una carga en la superficie,

distribuye los esfuerzos hacia el fondo y de forma lateral desplazando el material fuera del área

de carga, de igual manera existe un beneficio medioambiental dado que la estructura de

pavimento va a necesitar de menor excavación, empleo de materiales de menor especificación

(estructura de mejoramiento) y menor transporte, por lo que se tiene; menos emisiones de CO2 en

el ambiente, por consecuente menos explotación de material pétreo.

Chibuzor et al. (2019) mediante la investigación, Experimental assessment of subgrade

stiffness of lateritic soils treated with crushed waste plastics and ceramics for pavement

foundation, evaluaron la rigidez de la subrasante de cuatro suelos de prueba tratados con

cerámica de desecho triturada (CWC) y plásticos de desecho triturados (CWP). El objetivo de

este trabajo fue evaluar el comportamiento de los suelos de prueba comúnmente utilizados como

materiales de subrasante y tratarlos con geo materiales basados en desechos sólidos seleccionados

para mejorar su capacidad de soportar cargas dinámicas y cíclicas. Los resultados de las pruebas

preliminares mostraron que los suelos de prueba se clasificaron como A-2-7, A-2-6, A-7 y A-7-5,

respectivamente, de acuerdo con el sistema de clasificación AASHTO y suelos pobremente

clasificados según USCS. También se clasificaron como suelos altamente plásticos y expansivos

con índices de plasticidad superiores al 17%. El protocolo de tratamiento mostró que el CBR,

módulo resiliente y el valor r mejoró consistentemente con un aumento de CWC y CWP. La

deformación lateral observada a partir de la compresión triaxial modificada también se redujo

consistentemente con proporciones aumentadas de CWC y CWP. Es novedoso haber logrado

características mejoradas de relación de soporte de California, módulo resiliente, valor de

resistencia y propiedades de deformación lateral de los suelos de prueba con un geo material

basado en desechos sólidos.

18

Kianimehr et al. (2019) en su artículo titulado, Utilization of Recycled Concrete

Aggregates for Light-stabilization of Clay Soils, realizaron un estudio acerca del uso de los RCD

en la estabilización de subrasantes, en el cual concluye que los agregados de hormigón reciclado

son un reemplazo sostenible del cemento en la estabilización de suelos arcillosos, además reduce

la deformabilidad y los asentamientos. El suelo arcilloso modificado con 15% de [RCD] es lo

suficientemente fuerte como para soportar cargas cuando se usa como material de subbase /

subrasante en pavimentos rígidos. Este hallazgo es particularmente atractivo para los diseñadores,

ya que demuestra que el [RCD] (…) puede implementarse en lugar de cemento para la

estabilización de suelos arcillosos. La justificación económica de incorporar [RCD] como

reemplazo del cemento sería diferente para cada región / país.

Salamanca y Abril (2017) en su artículo titulado, Modelamiento físico a escala de pilotes

individuales, de cabeza libre, sometidos a carga lateral en suelos cohesivos, concluyeron que los

modelos físicos a escala han cobrado importancia en el campo de la geotecnia, permitiendo

conocer el comportamiento ante las solicitaciones que el proyecto tenga en su vida útil,

propiciando óptimos diseños, bajo los criterios fundamentales en ingeniería: seguridad,

funcionalidad y economía. […] Aunque, de alguna forma, el factor escala puede estar

influenciando los resultados, la comparación del comportamiento de los pilotes

modelados experimentalmente con las predicciones de los análisis teóricos fue útil para

identificar deficiencias y fortalezas de los métodos analíticos.

Hajiannia, et al. (2017) en su investigación titulada, Correlación entre los resultados de las

pruebas PLT y CBR para determinar el módulo de elasticidad, determinaron un módulo elástico a

partir de los ensayos de Prueba de Carga de Placa (PLT) y California Bearing Ratio (CBR),

aplicando la metodología de Elementos finitos (FEM), usando el software ABAQUS en un suelo

especifico. La prueba de carga en placa, entre las pocas pruebas de campo disponibles, es una que

19

produce resultados más realistas para la determinación de los parámetros elásticos del

suelo. Dado que la PLT es difícil y costosa, encontrar una correlación entre esta y otras pruebas

de laboratorio de mecanismo similar es bastante beneficioso. Las conclusiones de esta

investigación son resultados coherentes con las características físicas y mecánicas del suelo

estudiado, comparando con resultados de módulos elásticos determinados por otras metodologías

empíricas y/o mecánicas.

Ruge et al. (2014) realizó una investigación titulada, Simulación de pruebas de carga en

pilotes usando un modelo constitutivo hipoplástico, la cual tuvo por objetivo simular mediante el

empleo de un programa basado en el método de elementos finitos, los resultados obtenidos de

pruebas de carga en pilotes individuales fundados en arcillas porosas de Brasilia DF (Brasil), las

cuales poseen características metaestables. Para las simulaciones se empleó la ecuación

constitutiva hipoplástica. Los parámetros del suelo fueron obtenidos por medio de ensayos de

laboratorio que permitieron estimar propiedades geotécnicas del suelo, así como parámetros de

resistencia, deformabilidad e identificación estratigráfica. Como conclusión general se reporta

que la predicción aportada por el modelo hipoplástico en relación a las pruebas de carga en el

tramo antes de la ruptura es aceptable, sin embargo, debido a la pérdida de adhesión en la

interface suelo-pilote en el momento de la prueba, se nota la incapacidad del modelo para simular

este efecto de manera adecuada, ya que existen condiciones de metaestabilidad y de parcial

saturación presentes en el problema geotécnico.

Raddatz et al. (2014) en la investigación titulada, Resultados y modelación numérica de

ensayos de carga usando una celda de Osterberg en Concón, Chile, usaron el software Plaxis 2D

®, programa computacional de elementos finitos para el análisis de estabilidad y deformaciones

en problemas geotécnicos. Se realizaron dos modelos: 1) se modeló el ensayo de celda de

Osterberg con una carga ascendente y otra descendente en la punta del pilote, usando los datos

20

medidos en terreno en el ensayo de carga de Osterberg como datos de calibración y 2) se modeló

el caso del ensayo tradicional de manera de comparar con la curva equivalente que se obtiene con

los datos del ensayo O-cell. La calibración del modelo permite extrapolar la respuesta del pilote

para cargas más altas que las medidas en terreno. Para el ensayo de carga tradicional se obtienen

buenos resultados hasta los 15 MN. Las diferencias se pueden explicar en que la discretización

usada en el modelo no fue representativa, lo cual significa que un mayor número de estratos sería

necesario en la modelación.

Rodríguez, (2005) mediante su investigación titulada, Análisis de interacción suelo o

estructura para refuerzo de suelos fisurados, analizó mediante un modelo de elementos finitos el

comportamiento de una estabilización y un refuerzo del suelo mediante inclusiones de suelo con

cemento y cal. Se evaluó el efecto de las inclusiones sobre la capacidad portante y las

deformaciones, teniendo en cuenta la presencia de grietas abiertas y fisuras presentes en el suelo

debido a desecación. Los resultados de los análisis permiten entender el funcionamiento del

sistema y su efecto sobre el comportamiento de los suelos, a partir de lo cual se pueden tomar

decisiones de ingeniería para diseño y para construcción, sin embargo, no presenta los resultados

del modelo e indica que se debe hacer un seguimiento para validar los resultados.

Vásquez, (2003) mediante su investigación titulada, Modelación Numérica en Hidráulica

realizó una modelación numérica en hidráulica de canales, en la cual hace énfasis en que la

dinámica del movimiento puede llegar a ser extremadamente compleja, lo que ha llevado durante

muchos años a la necesidad de construir modelos físicos a escala como única herramienta posible

para el estudio y diseño adecuado de estructuras hidráulicas. Sin embargo, en los últimos años el

extraordinario incremento en las capacidades de cálculo de las computadoras, así como la mejora

en los algoritmos computacionales ha llevado a un importante desarrollo de modelos numéricos

de simulación.

21

Conceptos Generales

A continuación, se presentan los conceptos teóricos necesarios para comprender el

proyecto.

Rajón de Concreto Reciclado (RCR)

El RCR corresponde a un material reciclado producto de la demolición de losas de

concreto hidráulica in situ, que logra tener un tamaño máximo de 30 cm o el equivalente a los dos

tercios (2/3) del espesor de la capa de mejoramiento, siempre y cuando no supere los 30 cm; que

no contiene acero y no está contaminado (Especificación 413-18 IDU, p.3).

Rajón de Concreto Reciclado escalado (RCRe)

El RCRe corresponde a una porción de RCR sometido a trituración, para ser usado en

modelos físicos manejando una escala de reducción. Estas partículas se caracterizan mediante

ensayos de laboratorio con el fin de encontrar similitudes y diferencias que puede tener con

respecto al RCR después de ser sometido al proceso de trituración.

Residuos de construcción y demolición (RCD)

Todo residuo sólido sobrante de las actividades de demolición, excavación, construcción

y/o reparación de las obras civiles o de otras actividades conexas. (Resolución 1115, 2012)

Reutilización

Es la prolongación de la vida útil de los escombros recuperados que se utilizan

nuevamente, sin que para ello se requieran procesos adicionales de transformación. (Resolución

1115, 2012)

Subrasante

La subrasante es el terreno natural, nivelado y compactado, sobre el que se construye el

pavimento. La preparación de la subrasante incluye compactación del suelo con contenidos de

humedad y densidades que asegurarán un soporte uniforme y estable del pavimento. Cuando las

22

condiciones de la subrasante no son razonablemente uniformes, la corrección se logra de manera

más económica y efectiva mediante técnicas adecuadas de preparación de la subrasante.

(American Concrete Pavement Association, 1995, p.3)

Mejoramiento de la subrasante

El mejoramiento con reemplazo de una capa del suelo por rajón es una manera tradicional

de mejorar la capacidad portante del suelo. El aumento en la resistencia del suelo una vez

incluida la capa del material de rajón es producido por la fricción entre sus partículas. La

capacidad portante equivalente de la subrasante mejorada con rajón se determina con el método

Ivanov. (Callejas, 2020)

Escalas

La escala puede ser definida como “la relación entre la medida lineal representada en el

dibujo de un determinado objeto y la medida lineal de este mismo objeto en la realidad, medidos

en las mismas unidades” (Serrano, p.2). En este proyecto se usó una escala de reducción para

hallar una relación entre la placa de carga y el pistón de penetración del CBR.

Morfometría de partículas de RCR Y RCRe

La morfometría es el análisis cuantitativo del tamaño y la forma de las partículas, en esta

investigación se usa para encontrar la similitud entre la forma, esfericidad y redondez de las

partículas de RCR y RCRe.

La forma es una medida de la relación entre las tres dimensiones de un objeto, y así, las

partículas pueden clasificarse cuantitativamente como compactas (o equidimensionales),

alargadas (o en forma de varilla) y laminar (o en forma de disco), con varias categorías

intermedias, trazando las dimensiones en un gráfico triangular. La esfericidad es una propiedad

cuya definición es simple, pero que puede medirse en numerosas formas muy diferentes.

23

Establece cuantitativamente cuán casi iguales son las tres dimensiones de un objeto. C. K.

Wentworth realizó el primer estudio cuantitativo de formas. La redondez fue medida

cuantitativamente por primera vez por Wentworth, que utilizó la curvatura de la esquina más

aguda. Más tarde, Waddell lo definió como el radio promedio de curvatura de todas las esquinas

dividida por el radio del círculo inscrito más grande. Sin embargo, no es práctico medirlo, y ahora

los valores de redondez se obtienen por comparación con gráficos fotográficos para granos de

arena (Powers). (Folk, 1980, p.8)

Módulo Resiliente

El módulo resiliente es el parámetro utilizado con el fin de representar las propiedades de

los suelos de la subrasante en el diseño de pavimentos flexibles. Normalmente resulta complicado

realizar el ensayo de módulo resiliente puesto que se requiere de un equipo de laboratorio

especial, el cual está constituido por una cámara triaxial para ensayos cíclicos, un marco de carga

con un actuador dinámico servo controlado que nos sirve para producir una onda senosoidal

media en un período y frecuencia determinados; un panel de control y de mediciones de presiones

de cámara, de poros y efectiva, y una unidad de adquisición de datos con software de

procesamiento. En este sentido, la “Guía de diseño AASTHO 93” ha propuesto correlaciones que

determinan el mantenimiento rutinario (MR) a partir de ensayos de CBR. (Herrera, 2014)

En la ecuación 1 se presenta la correlación establecida por Heukelom y Klomp, aplicable

a suelos finos con CBR saturado menor a 10%.

𝑀𝑅(psi) = 1500 ∗ CBR (1)

Metodología Ivanov

“La metodología Ivanov consiste en realizar un mejoramiento físico de la subrasante para

mejorar su capacidad estructural, se determinará un espesor cuyo módulo junto con el de la

24

subrasante genere un módulo equivalente característico de suelos que no necesitan estabilización”

(Castañeda, 2016).

Ensayo de placa con carga estática

Este ensayo se usa para la evaluación y el diseño de estructuras de pavimento, los ensayos

con carga estática no repetida se realizan sobre suelos para determinar el módulo de reacción de la

subrasante o una medida de la resistencia al corte de las capas del pavimento. (INV E 168-13)

La carga con placa estática, es un método de ensayo normalizado que permite determinar

las características de resistencia, deformación de un suelo, componentes de asfaltos flexibles para

uso en evaluación y diseño de pavimentos para aeropuertos y carreteras, a partir de este ensayo se

determina los datos de la capacidad de carga del suelo para un asentamiento determinado,

determinación del módulo de reacción K y obtención del coeficiente de elasticidad del suelo,

entre otros. (Salazar, 2008)

Las placas de carga deben tener diámetros entre 152 y 762 mm (6 y 30”). En este proyecto

se usa para conocer la aplicación y validar la similitud con penetraciones a escala reducida.

Módulo de reacción

El módulo de reacción de subrasante k [F/L3], se define como:

k = σ / δ (2)

En donde σ = esfuerzo normal y δ = deformación en la dirección de σ.

El objetivo de este parámetro es el de reemplazar una masa de suelo por resortes elásticos

equivalentes, con una constante k por unidad de área, lo que realmente es una conveniencia

matemática que facilita los cálculos de esfuerzos y deformaciones en las interfaces estructura

suelo, puesto que las deformaciones se hacen directamente proporcionales a los esfuerzos

aplicados.

25

El concepto fue introducido por Winkler, y posteriormente desarrollado, discutido y

usado por la profesión. Dado que este parámetro no es una propiedad intrínseca del suelo, hay

múltiples modelos para su evaluación y no es posible determinarlo unívocamente con ensayos

normalizados. (González, 1993)

Modelación

El modelamiento y la simulación consisten en el trabajo con el computador y, más

específicamente, en el trabajo con o el desarrollo de software para, justamente, modelar y simular

[…] cuando la finalidad es anticipar productos o procesos con una finalidad eminentemente

práctica, lo importante entonces es la precisión o el rigor del modelamiento o la simulación.

(Maldonado & Gómez, 2010, p.p 7-9)

Comportamiento mecánico

“Comportamiento que manifiesta el material al ser sometido a la acción de distintas

cargas exteriores de cualquier tipo y naturaleza. Ante una acción exterior los materiales

reaccionan deformándose para contrarrestar la perturbación aplicada” (Serrano, p.1)

26

Aspectos Generales

Localización

El municipio de Funza Cundinamarca forma parte de la provincia de sabana de Occidente,

está ubicado a 15 Km de la ciudad de Bogotá (Figura 1), tiene una extensión urbana de 4 𝑘𝑚2, y

una extensión rural de 66 𝑘𝑚2, para un total de 70 𝑘𝑚2. Su altura sobre el nivel del mar es de

2,548 m. La superficie del municipio es plana, presentando las características de las altiplanicies

cundinamarqueses con pendientes hasta del 3 %, con una población de 79,545 habitantes.

Figura 1

Ubicación del municipio de Funza

Nota. Tomada y adaptada de Emaze, 2021.

El caso de estudio hace parte de una obra pública de infraestructura vial, ejecutada en el

municipio de Funza, en el cual se realizó la intervención de 6 tramos viales del barrio

Samarkanda (Figura 2), el proceso constructivo que abarcó la obra principalmente fue la

demolición de la capa de concreto hidráulico, posteriormente se realizó la excavación de una caja

de 90 cm de profundidad para construir la nueva estructura de pavimento diseñada, la cual

27

comprendía una capa de 30cm de mejoramiento de subrasante con rajón natural y RCD (Figura

3), un sello de 10 cm de SBG-B (Sub base granular tipo B), una capa de 20 cm de SBG-B, una

capa de 20 cm de BG-B y como capa de rodadura asfalto con grano de caucho reciclado de 10 cm

de espesor, tal como se muestra en la Figura 4.

Figura 2

Tramos intervenidos

Nota. Imagen elaborada a partir de Google Earth [Fotografía],2021.

Figura 3

Disposición del Rajón de Concreto Reciclado

Carrera 4a

28

Figura 4

Estructura de pavimento

Nota. Adaptado de diseños de Consorcio Vía Funza IP

Descripción Geológica

De acuerdo al Servicio Geológico Colombiano (SGC), Cundinamarca se encuentra

localizada en la parte central de la cordillera oriental la cual está conformada por rocas

sedimentarias de edad cretácea y terciaria, que se encuentra suprayaciendo a un basamento

formado por rocas paleozoicas, de bajo grado de metamorfismo.

El Municipio de Funza está ubicado sobre el estrato denominado “Formación Sabana”,

perteneciente, según Hubach, Burg y Vander Hammen en su estudio sobre la Sabana de Bogotá y

sus alrededores, a la zona de materiales depositados en un medio fluviolacustre.

En la parte superior de la “Formación Sabana” (Q1sa) dominan las arcillas y en la parte

inferior las arenas, apareciendo en ocasiones turbas, que demuestran que la laguna en ciertos

intervalos se convirtió parcialmente en pantano. Puntualmente, la zona centro del Municipio de

Funza se encuentra ubicada en esta formación Sabana (Q1sa), predominando en la parte

29

superficial del subsuelo las capas de arcillas limosas y limos arcillosos de consistencia media a

baja, y presencia de arenas limosas, debido a la influencia de la formación Labor tierna (K2t),

descrita localmente por el servicio Geológico Colombiano como arcillas, turbas y arcillas

arenosas con niveles delgados de gravas (Figura 5).

Figura 5

Ubicación geológica de Funza Cundinamarca

Nota. Tomado de Geo portal del Servicio Geológico Colombiano, 2021.

30

Metodología

Caracterización de Partículas RCR y RCRe

Metodología de Escalamiento

La especificación técnica del mejoramiento de la subrasante con rajón del Instituto de

Desarrollo Urbano (IDU) indica las condiciones que debe tener el material (Tabla 1).

Tabla 1

Requisitos del material para ser usado como rajón.

Requisitos del rajón

o El tamaño máximo estará controlado por el valor menor que se obtenga al comparar los dos

tercios (2/3) del espesor de la capa compactada ó treinta centímetros (30 cm.).

o El porcentaje en peso de partículas menores al tamiz de 25,0 mm (1”), será inferior al treinta por

ciento (30%)

o El porcentaje en peso de partículas que pasen el tamiz de 75 µm (No.200), será inferior al quince

por ciento (15 %.).

o El material utilizado como rajón no presentará un desgaste en máquina de los Ángeles (ensayo

INV-E-219-07) superior al 50%.

Nota. Adaptado de Resolución 321-11 IDU (https://www.idu.gov.co/web/content/7604/321-11.pdf)

Bajo la hipótesis de la relación de similitud existente entre el ensayo placa de carga

estática y las penetraciones con el pistón del CBR, se procede a establecer la escala de reducción;

inicialmente se buscaron las dimensiones comerciales de las placas y se utilizó la Placa 3 de 610

mm de diámetro (Tabla 2) y se relacionó con las dimensiones del pistón de penetración del

ensayo de CBR, cuyo diámetro es de 50 mm, tal como se muestra en la Figura 6.

https://www.idu.gov.co/web/content/7604/321-11.pdf

31

Tabla 2

Especificaciones técnicas del equipo Ensayo placa de carga estática.

Placas en acero para

aplicación de carga Especificaciones Técnicas

Placa 1 Ø 305 mm de 1” de espesor




Nota. Adaptado de (https://rcingtec.com/product/equipo-para-ensayo-de-placa/)

A partir de la ecuación 3 correspondiente a la fórmula general de la escala, se halló una

escala de 1:12, de esta manera se obtuvo la relación más favorable para realizar la trituración del

rajón y para obtener la mayor área de influencia posible (Figura 7).

𝐸𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎

𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛=

610 𝑚𝑚

50 𝑚𝑚= 12.2 ≅ 12

(3)

Figura 6

Relación de similitud placas de carga y pistón CBR

https://rcingtec.com/product/equipo-para-ensayo-de-placa/

32

La escala manejada es 1: 12, por lo tanto, las partículas se trituraron de tal forma que su

mayor dimensión fuera 2.5 cm que equivalen a 30 cm, la cual es la máxima dimensión que puede

tener una partícula de rajón como se muestra en la ecuación 4.

𝑥

30𝑐𝑚=

1

12

(4)

𝑥 = 30𝑐𝑚

12= 2.5 𝑐𝑚

Las partículas se someten a un proceso de trituración para obtener las dimensiones

planteadas (Figura 7), se busca que conserven su estructura y se asemejen con la mayor parte de

factores de similitud posibles para que sean comparables.

Figura 7

Trituración de Rajón de concreto reciclado (RCR)

Nota. El proceso de trituración se realizó de manera manual.

33

Figura 8

a) Partícula de rajón de concreto reciclado. b) Partícula de rajón de concreto reciclado a escala

reducida.

Nota. Se muestran las partículas de rajón en tamaño real y a escala.

Morfometría de las partículas

Se compara la forma, esfericidad y redondez de las partículas de rajón de concreto

reciclado (RCR) y de las partículas de rajón de concreto reciclado escaladas (RCRe). Para el

estudio se tomaron 10 partículas de RCR y 20 partículas de RCRe, con el fin de encontrar las

diferencias o similitudes que se pueden presentar en este aspecto debido a la escala de reducción.

La esfericidad se halló mediante el método de Krumblein y el método de Rilley para tener una

aproximación más exacta, la redondez se calculó con el Método de Wentworth. Para la aplicación

de los métodos se tomaron fotografías a las partículas de RCR y RCRe desde una altura definida,

con un fondo cuadriculado de 10cm x 10cm y 1cm x 1cm respectivamente (Figura 8).

En la carta de comparación visual para redondez y esfericidad (Figura 9), se observa que

las partículas se pueden clasificar como muy anguloso hasta bien redondeado, mediante la

aplicación del método de Wentworth se clasifican todas las partículas como muy angulosas, es

lógico al manejar un agregado de concreto reciclado sometido a trituración.

a) b)

34

Figura 9

Carta de comparación visual para redondez y esfericidad de Powers, 1953.

Nota. Adaptado de Stow, 2003

Partículas de rajón de concreto reciclado (RCR). Para la esfericidad del rajón de

concreto reciclado (RCR) se estudiaron 10 partículas de las cuales 2 se muestran como ejemplo

(Figura 10), correspondiente a la partícula N° 3 y N° 5.

Figura 10

a) Esfericidad de la partícula N° 3 b) Esfericidad de la partícula N°5

Nota. Elaboración en AutoCAD. Cuadrícula y dimensiones en centímetros.

a) b)

35

Para la redondez del rajón de concreto reciclado (RCR) se estudiaron 10 partículas de las

cuales 2 se muestran como ejemplo (Figura 11), correspondiente a la partícula N° 9 y N°10.

Figura 11

a) Redondez de la partícula N°9 b) Redondez de la partícula N°10


Partículas de Rajón de Concreto Reciclado a Escala Reducida (RCRe). Para la

esfericidad del rajón de concreto reciclado escalado (RCRe) se estudiaron 20 partículas de las

cuales 2 se muestran como ejemplo (Figura 12), correspondiente a la partícula N° 2 y N°14.

Figura 12

a) Esfericidad de la partícula N° 2 b) Esfericidad de la partícula N°14


a) b)

a) b)

36

Para la redondez del rajón de concreto reciclado escalado (RCRe) se estudiaron 20

partículas de las cuales 2 se muestran como ejemplo (Figura 13), correspondiente a la partícula N°

4 y N°14.

Figura 13

a) Redondez de la partícula N° 4 b) Redondez de la partícula y N°14


Ensayos de Laboratorio

Mediante las especificaciones de la Norma INV E 2013 se realizó la caracterización del

agregado, el cual corresponde a rajón de concreto reciclado triturado. Para una muestra

representativa de RCRe se realizaron los ensayos de granulometría, alargamiento y aplanamiento

y caras fracturadas como de muestra en la Figura 14.

a) b)

37

Figura 14

a) Alargamiento b) Aplanamiento c) Partícula con 1 cara fracturada d) Partículas con 2 o más

caras fracturadas

Para una muestra de RCRe, se tomó el peso seco al horno, el peso saturado

superficialmente seco y el peso sumergido para determinar las densidades de la muestra

representativa de las partículas en estudio (Figura 15).

a) b)

c) d)

38

Figura 15

Partículas SSS

Nota. Secado de partículas de RCRe

En la Figura 16 se observa cómo se obtuvo la densidad de las partículas de RCR teniendo

en cuenta el principio de Arquímedes. Primero se calcula el volumen sumergiendo las partículas

en un tanque de vidrio graduado registrando el volumen antes y después de sumergirlas,

posteriormente se halla el peso SSS a cada partícula para finalmente calcular la densidad y

absorción a cada partícula.

Figura 16

Densidad de partículas de RCR

Nota. Aplicación Principio de Arquímedes para hallar volumen de una partícula

39

Caracterización del Subsuelo

Investigación del Subsuelo

Para evaluar las características geotécnicas de la subrasante donde se construyeron las

vías, se realizaron cinco (5) apiques en la zona del proyecto, de los cuales tres (3) coincidieron

con la vía y dos (2) se realizaron en la parte posterior del predio; este se localiza en la carrera 4

con calle 18ª del barrio Samarkanda del municipio de Funza, como se indica en la Figura 17 y 18.

Figura 17

Ubicación del Predio

Nota. Imagen elaborada a partir de Esri Map

40

Figura 18

Ubicación de Apiques

Cada uno de los cinco apiques tuvieron una profundidad de 90 cm desde la superficie del

terreno, teniendo en cuenta que la excavación para la estructura de la vía se realizó con la misma

profundidad, encontrando la subrasante de la estructura de pavimento a los 90 cm.

Por cada apique realizado, se tomaron 3 muestras a 0.30m, 0.60m y 1.0m

respectivamente, (Figura 23) para sus posteriores ensayos de laboratorio, finalmente se hincó un

molde de 6” de diámetro a 90 cm de profundidad por cada apique (Figura 19, 20, 21 y 22) con el

fin de obtener las muestras inalteradas de la subrasante, a dos de las cuales se le realizaron ensayo

de CBR (Inalterado y Sumergido) y a las tres muestras restantes las correspondientes

modificaciones con RCRe.

41

Figura 19

a) Apique 1. b) Apique 2.

Figura 20

a) Apique 3. b) Apique 4. c) Apique 5.

a) b)

a) b) c)

42

Figura 21

a) Hincado del molde en la subrasante del Apique 1 b) Hincado del molde en la subrasante del

Apique 2.

Figura 22

a) Extracción de muestra del Apique 1. b) Extracción de muestra del Apique 2.

a) b)

a) b)

43

Figura 23

Muestras alteradas e inalteradas

Nota. En la imagen se muestran las 3 muestras alteradas a 0,3m, 0.6, y 1m que se obtuvieron de cada

apique junto la muestra inalterada en el molde obtenida a 0.9 m.

Ensayos de Laboratorio

Sobre una cantidad representativa de las tres muestras de cada apique, se realizaron las

pruebas de laboratorio con el objetivo de determinar las propiedades físicas y mecánicas de los

suelos según la norma INVIAS 2013. Se realizó granulometría por tamizado (Figura 24),

granulometría por Hidrómetro (Figura 25), límites de consistencia (Figura 26) y azul de metileno

(Figura 27).

44

Figura 24

a) Lavado por tamiz N°200 b) Granulometría por tamiz N°4,10, 16, 30, 40,100 y 200.

Figura 25

Hidrometría y gravedad específica de muestras inalteradas.

a)

b)

45

Figura 26

a) Límite líquido. b) Muestras de límite líquido y limite plástico.

Figura 27

a) Resultado de coloración AP-4 M1. b) Resultado de coloración AP-3. M2 c) Azul de metileno

a) b)

a) c)

b)

46

Clasificación SUCS y AASHTO

Se llevó a cabo la clasificación del suelo con el sistema de clasificación unificada de

suelos (SUCS) y el sistema de clasificación de la AASHTO, ya que son los sistemas más usados.

Según el sistema de clasificación de la AASHTO, las muestras clasificaron dentro del grupo A-7-

5 Y A-7-6, los cuales se denominan materiales limo-arcillosos. Según el SUCS, en la carta de

plasticidad (Figura 28), las muestras dos (M-2) de los Apiques 3,4 y 5, y la muestra uno (M-1)

del Apique 3 clasificaron como limo de alta plasticidad (MH), la muestra tres (M-3) del Apique 2

como limo de baja plasticidad (ML), y las muestras tres (M-3) de los Apiques 3,4 y 5 como

arcillas de alta plasticidad (CH), tal como se muestra en la Figura 30, las siete muestras restantes

se describieron visualmente ya que no presentaron límites de consistencia.

Figura 28

Carta de plasticidad sistema SUCS.

Nota. Imagen elaborada a partir de la carta de plasticidad de Casagrande.

47

CBR Inalterado

Para determinar la resistencia de la subrasante se realizaron dos ensayos de Relación de

Soporte CBR, en estado natural y sumergido (Correspondiente a la Norma I.N.V.E 148 del

INVIAS) mediante la toma de muestras en cilindros de 6" de diámetro tomados en campo, para

los Apiques 1 y 5 y su posterior ensayo en el laboratorio (Figura 29).

Figura 29

a) Ensayo CBR inalterado Apique 5 b) Ensayo CBR inalterado Apique 1

Perfil Estratigráfico General

Revisando en detalle los resultados de los trabajos de campo y laboratorio, todos los

suelos reportados superficialmente en los cinco (5) apiques realizados corresponden a materiales

limo arcillosos, dispuestos sobre la formación Sabana (Q1sa). Formación compuesta básicamente

de limos orgánicos y limos arcillosos arenosos, color caramelo oscuro, con raíces finas y

a) b)

48

consistencia blanda, lo que permite identificar que el suelo es de mala calidad para trabajarlo

como subrasante.

El perfil estratigráfico típico se puede observar en detalle en el siguiente perfil

estratigráfico longitudinal:

Figura 30

Perfil estratigráfico longitudinal de la zona de estudio

Muestra

No. Muestra Profundidad (m) USCS AASHTO

M-3 0.20 - 0.30

Limo café oscuro; vetas de óxidos,

humedad alta;plasticidad baja, Olor

ninguno, Materia orgànica sin indicios,

Compacidad blando.

63.9 - -

M-2 0.50 - 0.60

Limo café, humedad muy alta,

plasticidad baja, Olor ninguno, Materia

orgànica sin indicios, Compacidad

blando.

121.1 - -

M-1 0.90 - 1.00

Limo café oscuro, humedad muy alta,

plasticidad baja, olor ninguno, Materia


blando.

119.3 - -

M-1 0.20 - 0.30

Limo café oscuro; vetas de óxidos,

humedad alta, plasticidad baja, Olor

ninguno, Materia orgànica sin indicios,

Compacidad blando.

66.2 - -

M-2 0.50 - 0.60

Limo café, humedad muy alta;plasticidad

baja, Olor ninguno, Materia orgànica sin

indicios, Compacidad blando.

116.7 - -

M-3 0.90 - 1.00

Limo café, humedad muy alta,



blando.

101.8 ML A-7-5 (14)

M-1 0.20 - 0.30

Limo café oscuro; humedad alta,



blando.

70.3 MH A-7-5 (21)

M-2 0.50 - 0.60

Limo café claro, humedad muy alta,



blando.

127.7 MH A-7-5 (12)

M-3 0.90 - 1.00Arcilla amarillo claro, humedad alta,

plasticidad alta, consistencia blanda.56.9 CH A-7-5 (52)

AP-3

Ilustracion Descripcion Wn( %)Clasificacion

AP-1

AP-2

Apique

49

Nota. Las ilustraciones fueron tomadas del registro fotográfico perteneciente a cada apique.

M-1 0.20 - 0.30

Limo café oscuro; humedad

alta;plasticidad baja, Olor ninguno,

Materia orgànica sin indicios,

Compacidad blando.

73.9 - -

M-2 0.50 - 0.60

Limo café claro, humedad muy alta,



blando.

118.6 MH A-7-5 (20)

M-3 0.90 - 1.00Arcilla amarilla; humedad alta,


M-1 0.20 - 0.30

Limo café oscuro; humedad alta,



blando.

73.3 - -

M-2 0.50 - 0.60

Limo café claro, humedad muy

alta;plasticidad baja, Olor ninguno,

Materia orgànica sin indicios,

Compacidad blando.

123.7 MH A-7-5 (18)

M-3 0.90 - 1.00Arcilla amarilla y blanca; humedad alta,


AP-4

AP-5

50

Verificación de Condiciones del Mejoramiento de la Subrasante

Mejoramiento con RCR

En la Tabla 3 se calculó el volumen total del mejoramiento del caso de estudio teniendo

en cuenta la longitud de los tramos, el espesor y el ancho de la vía.

Tabla 3

Volumen disponible para el mejoramiento en el caso de estudio

En la trazabilidad de materiales se encuentra el volumen de RCR reportado en la obra:

Tabla 4

Trazabilidad de materiales proporcionado por la Obra

Nota. Adaptado de Consorcio Vía Funza

En el Apéndice A se encuentra la densidad de las partículas de RCR obtenida en

laboratorio, en promedio la densidad es 2100 kg/m3, se obtiene el peso en kg del material

mediante un despeje de la fórmula de densidad, ecuación 5:

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝑚𝑎𝑠𝑎

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

(5)

Tramo Longitud (m) Ancho (m) Espesor (m) Volumen (m3)

1 317.6 7.08 0.3 674.6

2 460 7.35 0.3 1014.3

3 175 8.2 0.3 430.5

4 112.85 7.06 0.3 239

5 65.63 9.01 0.3 177.4

6 163.4 8.12 0.3 398

7 110 8.04 0.3 265.3

3199.2Volumen disponible para mejoramiento (m3)

51

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜 = 3134.88 𝑚2

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝐶𝑅 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 2100 𝑘𝑔

𝑚3

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝐶𝑅 = 6,583,248 𝑘𝑔

De acuerdo con la revisión de la trazabilidad de materiales del estudio de caso se encontró

el volumen de RCR reportado en la ejecución de la obra, pero el peso del RCR usado fue

calculado mediante la suma del peso registrado en los vales de entrega de material.

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝐶𝑅 = 4,845,270.5 𝑘𝑔

Por lo tanto, el volumen real del mejoramiento es aproximadamente el 72.1 % del

volumen disponible para el mejoramiento.

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑅𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 2307.27 𝑚2

Ajustes para Modelación del Mejoramiento con RCRe

Para el modelo se manejaron tres porcentajes diferentes variando el 10% respecto al

mejoramiento real, por lo tanto, se usó un mejoramiento del 60%, 70% y 80% para evaluar el

incremento de la capacidad de soporte del suelo y posteriormente la relación beneficio-costo con

los tres escenarios.

Teniendo en cuenta el diámetro del molde y el espesor del mejoramiento se calculó el

volumen total de la capa de mejoramiento compacto, ecuación 6.

𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 = 15.24 𝑐𝑚

𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 = 2.5 𝑐𝑚

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑜 =𝜋 ∗ 15.242

4∗ 2.5 = 456.03 𝑐𝑚3 (6)

En la Figura 31 se observa el modelo físico típico que se realizó por cada mejoramiento.

52

Figura 31

Modelo físico a escala reducida

Nota. Se muestra el prototipo del modelo con una muestra de suelo inalterada y una capa de mejoramiento de RCRe.

Basados en el volumen total se calcularon los volúmenes correspondientes para cada

mejoramiento.

𝑀𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 60% 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 273.6 𝑐𝑚3



En el apéndice A, se presenta la densidad del RCRe, obtenida en laboratorio la cual

corresponde a 2.1 g/cm3, mediante esta se encontró la masa correspondiente para cada porcentaje

despejando esta variable en la fórmula de densidad.

53

𝑀𝑒𝑗𝑜𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 60% 𝑀𝑎𝑠𝑎 = 273.6 𝑐𝑚3 ∗ 2.1 𝑔

𝑐𝑚3 = 574.5 𝑔


𝑐𝑚3 = 670.3 𝑔


𝑐𝑚3 = 766.1 𝑔

A continuación se presenta el procedimiento para realizar los mejoramientos, inicialmente

se pesó la masa que le corresponde a cada porcentaje, se enrasó 2.5 cm para quitar el suelo

contaminado y darle espacio al RCRe, se colocaron cuidadosamente las partículas sobre la

muestra de suelo de manera que se acomodaran lo más parejas posibles, se llevaron a la Máquina

Universal para aplicar una fuerza con el pistón de penetración, se retiraron las partículas con el

fin de observar el daño provocado en el suelo y se extrajo la muestra para conocer el suelo y

medir el espesor de las capas. Como se observa en las Figuras 32, 33 y 34.

a

)

54

Figura 32

AP-2 Mejoramiento de RCRe 60 %. a) Masa de las partículas 575g, b) Molde de la muestra de

suelo, c) Molde del suelo con el mejoramiento aplicado, d) Penetración de la muestra con la Maquina

Universal, e) Daño visual de la muestra posterior a la penetración, f) Muestra de suelo extraída del

molde.

a)

c

) b

)

b) c)

d) f) e)

55

Figura 33

AP-3 Mejoramiento de RCRe 70 % a) Masa de las partículas 670 g., b) Molde de la muestra de

suelo, c) Molde del suelo con el mejoramiento aplicado, d) Penetración de la muestra con la Maquina

Universal, e) Daño visual de la muestra posterior a la penetración, f) Muestra de suelo extraída del

molde.

a

)

a)

d) e)

c) b)

f)

56

Figura 34

AP-4 Mejoramiento de RCRe 80 % % a) Masa de las partículas 766.1 g., b) Molde de la muestra

de suelo, c) Molde del suelo con el mejoramiento aplicado, d) Penetración de la muestra con la Maquina

Universal, e) Daño visual de la muestra posterior a la penetración, f) Muestra de suelo extraída

del molde.

Módulo Resiliente

El módulo resiliente, parámetro necesario para el modelamiento de elementos finitos, se

calcula a partir del porcentaje de CBR obtenido de los ensayos en un escenario inalterado y

sumergido, expresado en Mpa y Psi, como se muestra en la Tabla 5.

𝑀𝑅 = 10 ∗ 𝐶𝐵𝑅 [𝑀𝑃𝑎] (7)

𝑀𝑅 = 1500 ∗ 𝐶𝐵𝑅 [𝑃𝑠𝑖] (8)

f

)

e

)

a) c) b)

d) e) f)

57

Tabla 5

Módulo elástico de los suelos

De acuerdo con los valores obtenidos de módulo resiliente se valida la clasificación del

suelo de los Apiques 1 y 5, los cuales clasifican como limo y arcilla respectivamente (Figura 35).

Figura 35

Rangos de valores de Modulo elástico para suelos

Nota. Tomado de Foundation Analysis and Design, Bowles, p. 125

Relación de Poisson

La relación de Poisson o coeficiente de Poisson es un parámetro necesario al igual que el

módulo de elasticidad para el modelamiento de elementos finitos, de acuerdo con la clasificación

Muestra CBR (%) E (Mpa) E (Psi)

AP-5 inalterado

(Arcilla)1.7 17 2550

AP-5 Sumergido

(Arcilla)1 10 1500

AP-1 inalterado

(Limo)0.9 9 1350

AP-1 Sumergido

(Limo)1 10 1500

58

del suelo en el Apique 1 como limo de alta plasticidad (MH) y del Apique 5 como arcilla de alta

plasticidad (CH), para la arcilla se toma una relación de Poisson de 0.45 y para el limo una relación

de Poisson de 0.325 (Figura 36).

Figura 36

Rangos de valores de coeficiente de Poisson para suelos

Nota. Tomado de Foundation Analysis and Design, Bowles, p.123.

Método Ivanov

Para determinar el módulo elástico equivalente entre la subrasante existente y el material

de mejoramiento de RCRe, se utilizará la ecuación de IVANOV. El mejoramiento se determina

considerando como hipótesis que el material de mejoramiento, es decir, el RCRe tendrá un CBR

como mínimo del 6% para el modelo 2, 8% para el modelo 3 y 10% para el modelo 4. Esta

hipótesis se realiza en base a una relación lineal donde se considera que el CBR aumenta en

proporción al mejoramiento.

Mediante el uso de la ecuación 9 y 10, se muestra cómo se obtiene el módulo de

elasticidad equivalente para el modelo 2. En la Tabla 6 se indican los módulos de elasticidad

equivalente para cada modelo.

59

(9)

(10)

Módulo Elástico de la subrasante Esb = 1.2 *10 = 12 Mpa = 122.4 kg/cm2

Módulo Elástico del mejoramiento Emej = 6 * 10= 60 Mpa = 612 kg/cm2

Espesor del mejoramiento hmej = 30 cm

Radio del área de carga = 15 cm

𝑛 = √612

122.4

2.5

= 1.90

𝐸𝑒𝑞 =122.4

1 −2𝜋 (1 −

11.903.5) tan−1 (1.90

302 ∗ 15

)= 321.6

𝑘𝑔𝑐𝑚2⁄

Tabla 6

Módulo de elasticidad equivalente

a (cm) Esub (kg/cm2) Emej (kg/cm

2) n h (cm) Eeq (kg/cm

2) Eeq (kPa)

Modelo 2 15 122.4 612 1.90 30 321.6 31536.2

Modelo 3 15 122.4 816 2.14 30 371.6 36438.9

Modelo 4 15 122.4 1020 2.34 30 413.9 40590.7

60

Modelación

Una vez establecidos todos los parámetros experimentalmente, se procede a calibrar el

modelo virtual con los escenarios planteados utilizando el software Sigma de GeoStudio 2021

versión estudiantil.

Propiedades de los Materiales y Geometría

Teniendo en cuenta las dimensiones de los modelos físicos, como diámetro, altura del

molde y el espesor del suelo y del mejoramiento, se calibran 4 modelos virtuales (Tabla 7), en la

definición de materiales se usa un módulo de elasticidad equivalente para el mejoramiento de

RCRe y el limo, para la arcilla se utiliza el módulo elástico calculado a partir del ensayo CBR.

Tabla 7

Parámetros utilizados en el programa Sigma para cada Modelo

Condiciones de Borde

Se establecen las condiciones de borde en la geometría de cada modelo limitando la

deformación en sus fronteras. Para la aplicación del esfuerzo, se utilizó las condiciones de borde

en la categoría de esfuerzo normal teniendo en cuenta el diámetro del pistón de la maquina

universal y la magnitud aplicada en los ensayos.

Peso Unitario

(g/cm3)

Peso Unitario

(KN/m3)

Relación

de

Poisson

Módulo de

Elasticidad

(kPa)

Modelo 1

(0%)Limo 1.34 13.15 0.325 12000

RCRe 2.1 20.60 0.15 60000

Limo 1.34 13.15 0.325 12000

RCRe 2.1 20.60 0.15 80000

Limo 1.34 13.15 0.325 12000

Arcilla 1.74 17.07 0.45 17000

RCRe 2.1 20.60 0.15 100000

Limo 1.34 13.15 0.325 12000

Arcilla 1.74 17.07 0.45 17000

12000

Modelo 2

(60%)31536

Modelo 3

(70%)

36439

17000

Modelo 4

(80%)

40591

17000

MejoramientoMódulo de elasticidad

Equivalente (Kpa)

61

En las Figuras 37, 38, 39 40 y 41, se muestran los esquemas de los modelos definidos.

Figura 37

Modelo 1, Sin mejoramiento

62

Figura 38

Modelo 2, mejoramiento del 60% de RCRe

63

Figura 39


64

Figura 40


65

Figura 41

Modelo a escala real, sin mejoramiento

66

Figura 42

Modelo a escala real, con mejoramiento del 70% de RCR

67

Resultados y Análisis

De acuerdo con los objetivos planteados se desarrolló la metodología para caracterizar los

materiales involucrados en el modelo físico propuesto, de esta manera se obtienen resultados

experimentales que permiten calibrar un modelo virtual con los escenarios previamente

determinados. A continuación, se presentan los resultados de los ensayos de caracterización:

Caracterización de Partículas RCR y RCRe

Según los resultados obtenidos por el método de Krumblein y Riley, la esfericidad de las

partículas de RCR se encuentran dentro de un rango de 0.56-0.88 y en promedio un valor de 0.74

que indica que las partículas son equidimensionales o ecuantes (Tabla 8 y 9), es decir tienden a

ser esféricas.

Tabla 8

Esfericidad por el método de Krumblein, partículas RCR

N° L (cm) I (cm) S (cm)

1 24 16 13 0.71 Sub-Equidimensional


3 21 20 15 0.88 Muy equidimensional


5 30 20 15 0.69 Forma intermedia


7 19 12 8 0.64 Sub-alargado

8 25 14 11 0.63 Alargado

9 30 18 9 0.56 Muy alargado


Clasificación

68

Tabla 9

Esfericidad por el método de Riley, partículas RCR

La redondez de las partículas de RCR tiende a ser muy baja, las partículas se clasifican

como angulosas según los resultados obtenidos (Tabla 10), esto debido a que son partículas de

concreto fracturados en campo.

Tabla 10

Redondez por el método de Wentworth, partículas RCR.

La esfericidad de las partículas de RCRe es muy equidimensional (Tabla 11 y 12) es decir

que todas las dimensiones de sus lados son aparentemente iguales, similar a las partículas de RCR,

por lo tanto, existe similitud en la esfericidad después de un proceso de trituración al escalar.

N°Diámetro

Inscrito (Di)

Diámetro

Circunscrito

(Dc)

Diámetro

Inscrito (Di)

Diámetro

Circunscrito

(Dc)

E1 E2

1 9.9 18.05 11.88 20 0.74 0.78 0.76 Equidimensional

2 10.02 30.7 20.01 31 0.57 0.8 0.68 Forma Intermedia

3 10.19 25.47 13.65 26 0.63 0.72 0.68 Forma Intermedia


5 15.09 25.24 13.84 25 0.77 0.75 0.76 Muy equidimensional






Clasificación

N° A B r A B r R1 R2

1 16.93 10.56 0.69 18.7 13.16 0.87 0.1 0.11 Anguloso

2 30.56 10 0.82 31.2 21.82 0.69 0.08 0.05 Anguloso

3 25.6 9.5 0.5 25.4 14.2 0.52 0.06 0.05 Anguloso

4 19.84 9.87 0.28 19.5 14.14 0.27 0.04 0.03 Anguloso

5 24.67 15.56 0.45 24.6 14.81 0.53 0.04 0.05 Anguloso

6 34.03 17.88 0.46 33 22.74 0.45 0.04 0.03 Anguloso

7 22.38 16.11 0.33 22.1 20.2 0.47 0.03 0.04 Anguloso

8 21.3 18.96 0.6 23.8 19.29 0.34 0.06 0.03 Anguloso

9 24 16.44 0.3 23 16.72 0.45 0.03 0.05 Anguloso

10 26.13 14.57 0.34 24.1 16.33 0.6 0.03 0.06 Anguloso0.05

Clasificación

0.03

0.05

0.03

0.04

0.05

0.04

0.1

0.07

0.05

69

Tabla 11

Esfericidad por el método de Krumblein, partículas RCRe.

N° Partícula L (cm) I (cm) S (cm)

1 2.6 2.5 1.8 0.87 Muy equidimensional



4 2.5 2 1.7 0.82 Muy equidimensional





9 2.5 1.6 1.5 0.73 Equidimensional



12 2.6 2.1 2 0.85 Muy equidimensional

13 2.5 1.7 1.5 0.74 Equidimensional


15 2.6 2.5 2 0.9 Muy equidimensional




19 2.7 2 1.5 0.74 Equidimensional


Clasificación

70

Tabla 12

Esfericidad por el método de Riley, partículas RCRe

Las partículas de RCRe son muy angulosas según los resultados (Tabla 13), por ende, su

redondez es muy baja, similar a las partículas sin escalar por lo tanto existe similitud en la

redondez después de un proceso de trituración al escalar las partículas.

N° PartículaDiámetro

Circunscrito (Dc)

1 2.12 2.85 0.86 Muy equidimensional




















Diámetro

Inscrito (Di)Clasificación

71

Tabla 13

Redondez por el método de Wentworth, partículas RCRe

En la Figura 43 y 44 se observa el rango de confiabilidad entre el límite superior y el

límite inferior, definido por dos desviaciones estándar a partir de la media, este intervalo indica

que la mayoría de las partículas RCR y RCRe son semejantes, por lo tanto, se asume que se van a

comportar de manera similar en la aplicación del mejoramiento a escala reducida.

N° Partícula B r

1 2.08 0.04 0.03 Muy anguloso

2 1.91 0.14 0.11 Muy anguloso

3 2.26 0.04 0.03 Muy anguloso

4 2.34 0.17 0.13 Muy anguloso

5 2.17 0.07 0.05 Muy anguloso

6 2.43 0.09 0.07 Muy anguloso

7 2.14 0.05 0.04 Muy anguloso

8 2.06 0.13 0.1 Muy anguloso

9 2.19 0.05 0.04 Muy anguloso

10 1.77 0.08 0.07 Muy anguloso

11 2.04 0.05 0.04 Muy anguloso

12 1.76 0.07 0.06 Muy anguloso

13 2.11 0.08 0.07 Muy anguloso

14 1.86 0.07 0.06 Muy anguloso

15 2.54 0.08 0.06 Muy anguloso

16 2.63 0.1 0.07 Muy anguloso

17 2.17 0.11 0.09 Muy anguloso

18 2.42 0.08 0.06 Muy anguloso

19 2.01 0.09 0.08 Muy anguloso

20 1.8 0.07 0.06 Muy anguloso

2.88

2.48

2.48

2.74

3.01

3.01

2.98

3.12

2.84

2.98

2.73

3

2.6

2.9

3.24

2.61

2.36

2.88

A Clasificación

2.79

2.76

72

Figura 43

Intervalo de Confiabilidad de Esfericidad

Figura 44

Intervalo de Confiabilidad de Redondez

Según el análisis granulométrico de las partículas, de acuerdo a las ecuaciones 11 y 12 del

coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura calculado, la muestra de RCRe es mal

73

gradada ya que el Cu debe ser mayor a 4 para las gravas. Según la Figura 46, la curva se asemeja

al tipo I que representa un tipo de suelo en el que la mayoría de los granos son del mismo

tamaño.

La gradación de la muestra no es relevante ya que no hay ninguna especificación en la cual se

indique la distribución de partículas necesaria para un mejoramiento de subrasante, el tamaño de

estas partículas solo está regulado por el IDU. (Tabla 1)

Figura 45

Curva Granulométrica de partículas RCRe

𝐶𝑐 = 𝐷302

𝐷60 ∗ 𝐷10 (11)

𝐶𝑐 = 16𝑚𝑚2

18𝑚𝑚 ∗ 12𝑚𝑚= 1.18

𝐶𝑢 = 𝐷60

𝐷10

(12)

74

𝐶𝑢 = 18 𝑚𝑚

12𝑚𝑚= 1.5

Figura 46

Tipos de curva de distribución de tamaño de partículas

Nota. Tomado de Fundamentos de ingeniería Geotécnica, por B. M Das, 2015. p. 41

El Índice de alargamiento global es 10.2 y el índice de aplanamiento global es 9.3, lo cual

indica que las partículas son más alargadas que aplanadas y a la vez son poco alargadas y

aplanadas ya que la tendencia de su forma es más redondeada o equidimensional. El 98.9 % de

las partículas tiene dos o más caras fracturadas, esto es debido a que todas las partículas en

estudio fueron previamente trituradas, por lo tanto, el 100% de las partículas tenía 1 o más caras

fracturadas. En comparación al RCR existe una relación de similitud, ya que después de la

trituración todas las caras de las partículas se encuentran fracturadas (ver Apéndice A)

La porción tomada de las partículas de RCRe, tienen una densidad aparente de 2.54 g/cm3,

una densidad saturada superficialmente seca de 2.27 g/cm3 y una densidad seca al horno de 2.10

g/cm3, con una absorción del 8.2%, como se muestra en la Tabla 14, mientras que para las partículas

de RCR se determinó una densidad (SSS) de 2.1 g/cm3 y una absorción promedio de 2.5 %. (Tabla

15)

75

Al comparar las densidades de las partículas de RCRe y RCR, son muy similares ya que

la densidad promedio del RCRe, solamente aumenta un 8% respecto a la del RCR, por otra parte,

la absorción de las partículas de RCRe es 3 veces la absorción de las partículas de RCR, esto

hipotéticamente debido al proceso de trituración de las partículas.

Tabla 14

Densidad de las partículas de RCRe.

Tabla 15

Densidad de las partículas de RCR

En la Tabla 16 se presentan los desgastes por abrasión, el desgaste en las partículas RCRe

es 36%, mientras el desgaste de las partículas RCR es de 49%, esto se debe a que al agregado de

concreto reciclado ser triturado su composición tendrá mayor volumen de agregado natural.

N°Volumen

real (cm3)

Masa seca

(g)

Masa sss

(g)

Densidad

(g/cm3)

Absorción

(%)

1 1579.5 3391 3462 2.15 2.1

2 1654.7 3264 3332 1.97 2.1

3 2181.2 4212 4436 1.93 5.3

4 1805.1 3819 3900 2.12 2.1

5 3535 7580 7761 2.14 2.4

6 1429.1 2767 2822 1.94 2

7 902.6 1932 1983 2.14 2.6

8 1316.2 2925 2983 2.22 2

9 1880.3 4103 4189 2.18 2.1

10 902.6 1970 2014 2.18 2.2

Promedio 2.1 2.5

76

En la Sección 321-11 del IDU se encuentra que el desgaste máximo permitido es del 50%

para un material de mejoramiento, de esta manera se valida que el RCR y RCRe cumplen este

requisito.

Tabla 16

Desgaste por abrasión en la Máquina de los Ángeles.

Caracterización del Subsuelo

En la Figura 47 se muestra la variación de la humedad con la profundidad, el Apique 1 y

2 presentan un comportamiento similar donde la humedad es constante entre 0.6 y 1m de

profundidad, en los Apiques 3, 4 y 5 la humedad se incrementa a una profundidad de 0.6 m y

disminuye a una profundidad de 1 m. El comportamiento de cada muestra respecto al límite

líquido y límite plástico es similar, se observa que a 1m de profundidad la mayor parte de las

muestras presentaron límites, mientras que a una profundidad de 0.3m solo el AP-3 presenta

límites. El AP-3 M-3 presentó límite líquido mayor a la humedad natural por lo tanto se

encuentra en estado plástico, por el contrario, la humedad natural de las demás muestras es mayor

al límite líquido por consiguiente se encuentran en estado líquido.

RCRe 5029 3216 19 (3/4")

RCR 10140 5137 50 (2")

A

1

36

49

Material Ws (g) Ws N°200 (g) TMN Tipo de granulometría Desgaste (%)

77

Figura 47

Variación de humedad, limite líquido y limite plástico con la profundidad

En la Figura 48 se muestra la variación del valor de azul de metileno con la profundidad;

el Apique 1 y 2 presentan valores menores y constantes, el Apique 3 presenta un valor elevado a

una profundidad de 1 m, lo cual indica que tiene superficie especifica alta, por ende, una alta

presencia de arcilla, el Apique 4 y 5 presentan valores constantes hasta 0.6 m y más altos a 1m,

indicando también una superficie especifica alta con presencia de arcillas. Se observa que la

subrasante es similar ya que en cada profundidad los valores no presentan variaciones

significativas.

78

Figura 48

Variación del valor de azul de metileno con la profundidad

En la Figura 49 se muestra la variación del porcentaje pasa tamiz N°200 con la

profundidad; en todos los apiques se encontró un porcentaje de finos entre el 85% y 98%, lo cual

indica que el suelo está compuesto por partículas menores a 0.075 mm, es decir corresponden a

limos y arcillas.

79

Figura 49

Variación del porcentaje pasa tamiz N° 200 con la profundidad

En la granulometría por tamizado se lavó el material sobre el tamiz N° 200 ya que la

muestra contaba con muchos finos, al realizar el lavado se encontró que más del 80 % del

material era fino. Por lo tanto, se completó la curva mediante la granulometría por hidrómetro y

se obtuvo que el suelo es limoso y arcilloso. De acuerdo con la INV E 123 -13 los limos son

partículas cuyos diámetros están entre 0.075 y 0.005 mm y las arcillas entre 0.005 mm y 0.001

mm.

La determinación del límite líquido, el límite plástico y el índice de plasticidad son usadas

en los sistemas de clasificación ya que contribuye a la caracterización de la fracción fina del

suelo, en la Tabla 19 se identifican estos valores para cada muestra de suelo. (Ver apéndice A)

La superficie específica se calculó mediante el valor del Azul de metileno, de esta manera

fue posible caracterizar cada muestra para conocer a qué tipo de arcilla corresponde. (Tabla 17)

80

Tabla 17

Clasificación de arcillas mediante la superficie especifica.

Nota. La arcilla se puede clasificar en Caolinita (15 m2/g), Illita (50 m2/g), Montmorillonita (80 a 900 m2/g)

y halloysita (60 m2/g).

El resumen de las diferentes propiedades geotécnicas obtenidas de los ensayos de

laboratorio, junto con su clasificación (AASHTO Y SUCS) se puede observar en la Tabla 18.

81

Tabla 18

Resumen ensayos de laboratorio y clasificación de las muestras.

Los resultados del ensayo CBR presentaron una capacidad de soporte para el Apique 5 en

condición natural entre 1.7 % y 1.9% y en condición sumergida entre 1.0% y 1.2%, para el

Apique 1 en condición natural de 1 % y 1.4% y en condición sumergida el 1.2% y 1.6%. Los

valores de estos resultados de capacidad de soporte en los dos ensayos realizados son menores

que 3%, lo que indica que es necesario realizar un mejoramiento a la subrasante o reforzarla con

el fin de lograr una plataforma más estable según las especificaciones del INVIAS, este valor de

CBR es típico de los suelos lacustres de la Formación Sabana. En la Figura 50 y 51, se muestra

las gráficas de esfuerzo vs deformación de los Apiques 5 y 1.

No. MuestraProfundidad

(m)Wn (%) LL LP IP Wn/LP No 4 No 10 No 40

No

200USCS AASHTO

índice de

Grupo

M-3 0.20 - 0.30 63.9 NL NP NL-NP - 100 100 99 86 - - 0

AP-1 M-2 0.50 - 0.60 121.1 NL NP NL-NP - 100 100 99 95 - - 0

M-1 0.90 – 1.00 119.3 NL NP NL-NP - 100 100 98 91 - - 0

M-1 0.20 - 0.30 66.2 NL NP NL-NP - 100 100 98 89 - - 0

AP-2 M-2 0.50 - 0.60 116.7 NL NP NL-NP - 100 100 99 97 - - 0

M-3 0.90 – 1.00 101.8 49 40 9 2.5 100 100 99 94 ML A-7-5 14

M-1 0.20 - 0.30 70.3 60 45 15 1.6 100 100 99 92 MH A-7-5 21

AP-3 M-2 0.50 - 0.60 127.7 53 49 4 2.6 100 100 100 98 MH A-7-5 12

M-3 0.90 – 1.00 56.9 75 31 44 1.8 100 100 100 99 CH A-7-5 52

M-1 0.20 - 0.30 73.9 NL NP NL-NP - 100 100 99 94 - - 0

AP-4 M-2 0.50 - 0.60 118.6 58 45 13 2.6 100 100 100 96 MH A-7-5 20

M-3 0.90 – 1.00 56.4 53 26 27 2.2 100 100 100 98 CH A-7-6 31

M-1 0.20 - 0.30 73.3 NL NP NL-NP - 100 100 99 89 - - 0

AP-5 M-2 0.50 - 0.60 123.7 55 44 11 2.8 100 100 99 96 MH A-7-5 18

M-3 0.90 – 1.00 54.3 51 22 29 2.5 100 100 99 98 CH A-7-6 32

Apique Plasticidad Granulometría (% Pasa) Clasificación

82

Figura 50

Esfuerzo vs deformación CBR inalterado y sumergido Apique 5

Figura 51

Esfuerzo vs deformación CBR inalterado y sumergido Apique 1

En la Tabla 19 se presentan los CBR críticos y la expansión medida después de un

período de inmersión de 96 horas. La expansión del Apique 1 resulta negativa, caso particular

que se atribuye a que el suelo se compactó al ser hidratado y se puede evidenciar ya que la

83

capacidad de soporte es mayor en estado sumergido, comportamiento típico de suelos colapsables

que son geotécnicamente inestables.

Tabla 19

Resultados del ensayo CBR

Mejoramiento Aplicado a Modelos Físicos

Durante el ensayo de placa de carga estática se realizan cargas y descargas permitiendo

registrar las deformaciones en ambos casos (Figura 52), por lo tanto, la similitud con las

penetraciones hechas a escala reducida en la máquina universal es baja, ya que este equipo no

permite registrar deformaciones en las descargas, limitando el análisis de sus gráficas de

esfuerzo-deformación para la obtención de parámetros.

Con los resultados obtenidos al ensayar los modelos físicos con penetraciones en la

máquina universal, se grafica esfuerzo vs deformación de acuerdo a las gráficas que se obtienen

del ensayo placa de carga estática.

Al comparar las gráficas de los modelos físicos (Figura 53), se observa que los modelos

que cuentan con un mejoramiento de RCRe, requieren de un mayor esfuerzo para alcanzar una

deformación establecida de 13mm; el esfuerzo del modelo 2 aumentó un 135% con respecto al

esfuerzo del modelo 1, el esfuerzo del modelo 3 aumentó un 270% y el esfuerzo del modelo 4

aumentó un 500% para llegar a la deformación establecida.

Expansión (%)

Inalterado 1

Sumergido 1.2

Inalterado 1.7

Sumergido 1.2

CBR (%)

AP-1 -0.86

AP-5 6.87

84

Figura 52

Curva cargas y asientos del ensayo Placa de carga estática

Nota. Imagen tomada de norma NTL-357/98(pág. 7)

Figura 53

Esfuerzo vs Deformación de los modelos físicos

85

De las Curvas de Esfuerzo vs Deformación para cada mejoramiento se obtienen los

valores del Módulo de reacción en base al documento de la norma NLT 357/98, donde se indica

la fórmula para determinar el módulo de reacción, teniendo en cuenta el esfuerzo máximo a una

deformación predeterminada. (Tabla 20)

𝐾𝑠 =𝜎0

𝑠 (MN/𝑚3)

(13)

Tabla 20

Módulo de reacción

Mejoramiento Aplicado a los Modelos Virtuales

Al observar las gráficas de distribución de esfuerzos y deformaciones unitarias (Figuras

54-65) se puede analizar que el esfuerzo en el fondo del molde se disipa un 69% con respecto a la

superficie. Cuando se aplica un mejoramiento del 60% las deformaciones en la interface se

disipan un 17% respecto a la superficie, para un mejoramiento de 70% las deformaciones se

disipan 19% y 52% en la primera y segunda interface respectivamente y para un mejoramiento

del 80% las deformaciones se disipan 18% y 64% en la primera y segunda interface

respectivamente.

Al comparar las gráficas de los modelos Virtuales (Figura 66), se observa que los

modelos que cuentan con un mejoramiento de RCRe, requieren de un mayor esfuerzo para

alcanzar una deformación establecida de 13mm; el esfuerzo del modelo 2 aumentó un 140% con

Modelo Fisico Esfuerzo (Mpa) Deformacion (m) Ks(MN/m3)

M1 (0%) 0.168 0.0136 12.4

M2 (60%) 0.4 0.0136 29.4

M3 (70%) 0.68 0.0136 50.0

M4 (80%) 1.05 0.0136 77.2

86

respecto al esfuerzo del modelo 1, el esfuerzo del modelo 3 aumentó un 204% y el esfuerzo del

modelo 4 aumentó un 249% para llegar a la deformación establecida.

Figura 54

Distribución de esfuerzos totales verticales, Modelo 1

87

Figura 55


Figura 56


88

Figura 57


Figura 58

Distribución de esfuerzos totales verticales, Modelo a escala real sin mejoramiento

89

Figura 59

Distribución de esfuerzos totales verticales, Modelo a escala real con mejoramiento del 70% de RCR

Figura 60

Distribución de deformaciones unitarias verticales, Modelo 1

90

Figura 61


Figura 62


91

Figura 63


Figura 64

Distribución de deformaciones unitarias verticales, Modelo a escala real sin mejoramiento

92

Figura 65

Distribución de deformaciones unitarias verticales, Modelo a escala real con mejoramiento del 70%

Figura 66

Esfuerzo vs Deformación de los modelos virtuales

93

De las Curvas de Esfuerzo vs Deformación para cada mejoramiento se obtienen los

valores del Módulo de reacción (Tabla 21).

Tabla 21

Módulo de reacción de los modelos virtuales

Generalmente los modelos físicos presentan un módulo de reacción 20% mayor respecto a

los modelos virtuales, sin embargo, el modelo físico 4 presentó un aumento del 60% respecto al

modelo virtual 4, y el modelo 2 presenta un comportamiento contrario con un 10% de módulo de

reacción mayor en el modelo virtual. En la Figura 67 se presenta la variación del módulo de

reacción para el modelo físico y el modelo virtual de cada mejoramiento.

Figura 67

Comparación del módulo de reacción Ks

Modelo Virtual Esfuerzo (Mpa) Deformacion (m) Ks(MN/m3)

M1 (0%) 0.14 0.0136 10.3

M2 (60%) 0.446 0.0136 32.8

M3 (70%) 0.565 0.0136 41.5

M4 (80%) 0.65 0.0136 47.8

94

Se realizó un modelo a escala real del ensayo de placa de carga, utilizando un

mejoramiento de 70% de RCR, en la Figura 68 se observa la curva esfuerzo vs deformación con

la cual se obtuvo un módulo de reacción de 57.1 MN/m3 para el modelo sin mejoramiento, y de

160 MN/m3 para el modelo con mejoramiento del 70% de RCR (Tabla 22). El módulo de

reacción del ensayo de placa a escala real aumentó 3 veces con respecto al modelo virtual a

escala reducida.

Figura 68

Esfuerzo vs Deformación del modelo de Placa de Carga a escala real

Tabla 22

Módulo de reacción del modelo de Placa de Carga a escala real

Modelo Virtual a

Escala Real

Esfuerzo

(Mpa)

Deformacion

(m)Ks(MN/m3)

Sin mejoramiento 0,04 0,0007 57,1

70% RCR 0,04 0,00025 160,0

95

Relación Beneficio Costo

Se analizó la relación beneficio costo del tramo 1 del caso de estudio, donde el precio por

metro cúbico de mejoramiento de RCR según el análisis de precios unitarios manejado en la obra

cuesta $72.131, dicho tramo tiene una longitud total de 318 m, ancho promedio de 7.08 m y

espesor de mejoramiento de 0.3 m. El beneficio se calculó a partir del módulo de reacción

obtenido de los modelos físicos a escala reducida.

La relación beneficio-costo se calculó a partir del escenario requerido mediante una

correlación entre el CBR de diseño usado en el caso de estudio (4.7%) y el módulo de reacción

que corresponde a 37 MPa/m según la Figura 69.

Figura 69

Correlación aproximada entre la clasificación de los suelos y los diferentes ensayos

Nota. Imagen tomada de Manual Centroamericano para Diseño de Pavimentos, Cap. 4.

A partir del módulo de reacción establecido se encuentra un porcentaje del 66% de RCR

para el mejoramiento de la subrasante, el cual presenta un coste de 32.1 millones (Figura 70).

96

Figura 70

Tendencia de costos y módulos para los mejoramientos.

Los resultados obtenidos (Tabla 23) indican que la relación beneficio-costo para el

Escenario 2 es menor a 1, por lo tanto, los costos son mayores a los beneficios y no se debe

considerar. Los Escenarios 3 y 4 presentan una relación mayor a 1, por lo tanto, los beneficios

son mayores a los costos, sin embargo, en este último el mejoramiento sobrepasa la capacidad de

soporte que debe tener una subrasante convirtiéndola en una capa equivalente a una subbase. La

mejor relación beneficio-costo la presenta el mejoramiento del 70%, convirtiéndose en el mejor

escenario a considerar, ya que el módulo de reacción es de 50 Mpa/m que equivale a un CBR de

8%. En la Figura 71 se puede observar la variación de los porcentajes de costo y beneficio para

cada escenario.

97

Tabla 23

Relación Beneficio-Costo del Tramo 1 del caso de estudio

Figura 71

Histograma de Beneficios y Costos

EscenarioMódulo de

Reacción (Mpa/m)

Volumen de

RCR (m3) Costo ($)

Beneficio

(%)

Costo

(%)B/C

Escenario 1 (0%RCR) 12.4 0 $0 33 0 0

Escenario 2 (60% RCR) 29.4 404.7 $29,194,982 79 91 0.37

Escenario Req (66% RCR) 37.0 445.2 $32,114,480 100 100 1

Escenario 3 (70% RCR) 50.0 472.2 $34,060,812 135 106 1.10

Escenario 3 (80% RCR) 77.2 539.7 $38,926,642 209 121 1.87

98

Conclusiones

De acuerdo con los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio y la modelación de

elementos finitos se puede concluir lo siguiente:

Existe una alta similitud en cuanto a la morfometría de las partículas de RCR y RCRe, ya

que después de un proceso de escalamiento y trituración las partículas conservan las

características en forma, esfericidad y redondez.

Los resultados de los ensayos de laboratorio aplicados a las partículas de RCRe

demuestran la existencia de similitud con las partículas de RCR en parámetros como la densidad,

en características físicas como caras fracturadas, alargamiento y aplanamiento; por otra parte,

existe disimilitud en parámetros como absorción y desgaste por abrasión.

Los resultados de los ensayos realizados a las muestras de suelo, fueron útiles para

obtener los parámetros requeridos en el programa Sigma de Geo Studio versión estudiantil, que

permitió realizar un modelo calibrado con precisión en base a los modelos físicos.

Las penetraciones realizadas a los modelos físicos con el pistón en la máquina universal

no permiten tomar deformaciones en la descarga, por lo tanto, no existe similitud directa con la

prueba de placa. Sin embargo, con los datos obtenidos en la primera carga es posible encontrar el

módulo de reacción de la subrasante mejorada.

Se encontró un módulo de reacción de la subrasante para cada modelo virtual obtenido de

las curvas esfuerzo vs deformación. Al comparar estos resultados con los modelos físicos se

encontró en tres escenarios una variabilidad menor al 20% en el módulo de reacción, para el

ultimo escenario se presentó una diferencia del 60% donde el mayor valor se obtiene en el

modelo físico. Lo expuesto anteriormente permite concluir que no es factible estudiar el

comportamiento mecánico de una subrasante mejorada con RCRe a partir de un modelo virtual,

99

ya que la variabilidad en promedio es mayor al 25 % lo cual no permite obtener resultados

confiables.

Para dar respuesta a la pregunta de investigación se concluye que es viable simular el

comportamiento mecánico de una subrasante mejorada en modelos físicos a escala reducida, ya

que hubo comportamientos similares a los encontrados en una prueba de carga estática y se logró

obtener el módulo de reacción. Sin embargo, no es viable simular este comportamiento mediante

un modelo virtual a escala reducida y a escala real porque los valores del módulo de reacción

obtenidos difieren considerablemente y los datos generados por el programa no son tan precisos y

no permiten generar un módulo de reacción confiable.

La mejor relación beneficio-costo se obtuvo en el Escenario 3 con 70% de RCR, este

mejoramiento aplicado genera un CBR de 8% aproximadamente, teniendo en cuenta que la

norma establece un CBR mínimo de 3% vemos que cumple con los parámetros mínimos exigidos

haciéndolo el escenario más viable. Cualquier volumen de RCR aplicado mayor al 66% va a

generar un mejoramiento válido ya que aportará un módulo de reacción mayor al requerido, sin

embargo, no es recomendable aplicar un mejoramiento mayor al 70% ya que al exceder la

capacidad de soporte que se requiere para una subrasante se crean costos muy elevados e

innecesarios.

Se puede concluir que en el caso de estudio se utilizó apropiadamente el porcentaje de

RCR para el mejoramiento del tramo 1.

100

Recomendaciones

Se recomienda para futuras investigaciones, realizar una modificación al pistón de la

maquina universal para que sea posible tomar deformaciones en las descargas, con el fin de

realizar un mejor análisis a las gráficas de esfuerzo vs deformación para la obtención de

parámetros como módulo de reacción y rigidez.

Para la continuación de esta investigación en una segunda etapa se recomienda realizar el

ensayo de placa de carga estática en campo, para lograr simular el comportamiento en todos los

modelos virtuales a escala real y poder comparar los resultados.

Se invita a la universidad a seguir formando parte de investigaciones de modelación de

elementos finitos en programas similares a GeoStudio en el diseño y construcción de vías, ya que

estas investigaciones son fundamentales en el campo de la ingeniería civil.

101

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105

APÉNDICES

106

Apéndice A Ensayos de laboratorio a las partículas de RCR y RCRe

PartículasPeso de la

muestra

seca (g)

Peso de la

muestra seca y

lavada sobre

Tamiz 12 (g)

TMN Tipo de granulometria % Perdidas

RCRe 5029 3216 19 (3/4") A 36

RCR 10140 5137 50 (2") 1 49

Responsables Katerine Oviedo - Jeisson Cardenas

Norma



Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con Rajón de Concreto

Reciclado, mediante una Modelación a Escala Física y Numérica, Caso de estudio Vías

Samarkanda, Funza Cundinamarca

Resistencia a la degradación de los agregados por medio de la máquina de los Ángeles

INV E 219 -13

Nombre del Ensayo

107

Datos Masa (g) Densidades relativas

A (W s) 3288 Densidad relativa (SH)2.1

B ( W sss) 3559 Densidad relativa (SSS)2.3

C ( W sumergido) 1995 Densidad relativa aparente2.5

Densidades kg/m3 g/cm3 Absorcion (%)

Densidad (SH) 2097.0 2.1

Densidad (SSS) 2269.9 2.3

Densidad aparente 2536.6 2.5

Altura definida del agua

(cm) 15

Ancho (cm) 19.41

Largo (cm) 38.75

Volumen inicial (cm3) 11282.1

N° Altura medida h (cm) Volumen Total (cm3)Volumen real (cm3)Masa seca (g) Masa (sss) Densidad (g/cm3)Absorcion(%)

1 17.1 12861.6 1579.5 3,391 3,462 2.15 2.1

2 17.2 12936.8 1654.7 3,264 3,332 1.97 2.1

3 17.9 13463.3 2181.2 4,212 4,436 1.93 5.3

4 17.4 13087.2 1805.1 3,819 3,900 2.12 2.1

5 19.7 14817.1 3535.0 7,580 7,761 2.14 2.4

6 16.9 12711.1 1429.1 2,767 2,822 1.94 2.0

7 16.2 12184.6 902.6 1,932 1,983 2.14 2.6

8 16.75 12598.3 1316.2 2,925 2,983 2.22 2.0

9 17.5 13162.4 1880.3 4,103 4,189 2.18 2.1

10 16.2 12184.6 902.6 1,970 2,014 2.18 2.2

Promedio 2.10 2.5

8.24

Densidad de las partículas de RCR

Dimensiones tanque

Norma INV E 223 -13


Densidad de las partículas de RCRe






Nombre del Ensayo Densidad, densidad relativa y absorción del agregado grueso.

108

Pasa Retiene

1" 3/4" 2000 57 212 10.6

3/4" 1/2" 1000 29 60 6.0

1/2" 3/8" 500 14 54 10.8

3500 100 326

9.3

Pasa Retiene

1" 3/4" 2000 57 0 0.0

3/4" 1/2" 1000 29 229 22.9

1/2" 3/8" 500 14 127 25.4

3500 100 356

10.2

Totales

IL (Indice de Alargamiento global)

Indice de

Aplanamiento por

Totales

IA (Indice de aplanamiento global)

Alargamiento

Tamiz Masa inicial

de cada

Fracciones entre

tamices(%)

Masa de

particulas

Indice de Alargamiento

por fraccion

Norma INV E 230 -13


Aplanamiento

Tamiz Masa inicial

de cada

Fracciones entre

tamices(%)

Masa de

particulas



Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con

Rajón de Concreto Reciclado, mediante una Modelación a Escala Física y

Numérica, Caso de estudio Vías Samarkanda, Funza Cundinamarca

Nombre del Ensayo Índice de alargamiento y aplanamiento de los agregados para carreteras

109

Peso inicial (g) 10000

Tamiz Tamaño (mm)Peso retenido (g) % RetenidoPeso retenido

acumulado (g)% Retenido acumulado % Pasa

1 1/2" 37.5 0 0 0 0 100

1" 25 129 1 129 1 99

3/4" 19 3125 31 3254 33 67

1/2" 12.5 5226 52 8480 85 15

3/8" 9.5 715 7 9195 92 8

N°4 4.75 424 4 9619 96 4

380 4 9999 100 0

9999 100

Fondo

Sumatoria

Modulo de finura 4.1

Tamaño maximo nominal del agregado 3/4"

Porcentaje de desperdicio -0.01

Norma INV E 213 -13




Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con Rajón

de Concreto Reciclado, mediante una Modelación a Escala Física y Numérica, Caso

de estudio Vías Samarkanda, Funza Cundinamarca

Nombre del Ensayo Análisis granulométrico de los agregados grueso y fino

110

Peso total de las particulas (g) 1500

PartIculas con 2 o mas caras fracturadas(g) 1483

Particulas con 1 o menos caras fracturadas(g) 17

98.9

Tamaño maximo nominal 19 (3/4")

Caras fracturadas por masa

Porcentaje de particulas con 2 o mas caras

Norma INV E 227 -13




Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con Rajón de

Concreto Reciclado, mediante una Modelación a Escala Física y Numérica, Caso de

estudio Vías Samarkanda, Funza Cundinamarca

Nombre del Ensayo Porcentaje de partículas fracturadas en un agregado grueso

111

Apéndice B Ensayos de laboratorio de la muestra de suelo

10

319.87

6.023E+23

1.300000000E-14

Cantidad (ml) Peso (g)

17 30 5.67 138710.8 13.87 Caolinita

27 35 7.71 188833.2 18.88 Illita

17 33 5.15 126100.8 12.61 Caolinita

31 32 9.69 237134.3 23.71 Illita

22 33 6.67 163189.2 16.32 Illita

44 35 12.57 307728.2 30.77 Illita

15 35 4.29 104907.4 10.49 Caolinita

37 32 11.56 283031.3 28.30 Illita

132 30 44.00 1077048.8 107.70 Montmorillonita

27 33 8.18 200277.7 20.03 Illita

29 30 9.67 236624.4 23.66 Illita

67 30 22.33 546683.9 54.67 Hayoisita

29 32 9.06 221835.3 22.18 Illita

34 30 11.33 277421.7 27.74 Illita

58 30 19.33 473248.7 47.32 Illita

1 atomo de azul (m2)

Norma INV E 235 - 13


Datos

Concentracion g/l

1 mol (g)

N° de Avogadro

Azul de metilenoVaf Area Especifica (cm2/g)

𝑚

Area Especifica (m2/g)

𝑚

Clasificacion




Reciclado, mediante una Modelación a Escala Física y Numérica, Caso de estudio Vías Samarkanda,

Funza Cundinamarca

Nombre del Ensayo Valor de Azul de metileno en agregados finos.

112

MUESTRA

N° Muestra Profundidad (m) Recipiente Peso humedo Peso seco Wn (%)

3 0.3 52 730 465.76 63.9

2 0.6 65 473 249.5 121.1

1 1 54 509 261.44 119.3

1 0.3 84 589 387.77 66.2

2 0.6 79 549 295.84 116.7

3 1 53 586 317.16 101.8

1 0.3 54 537 337.63 70.3

2 0.6 123.25 689.01 371.77 127.7

3 1 115.92 655.67 459.88 56.9

1 0.3 125.54 744.32 481.32 73.9

2 0.6 135.94 660.19 375.72 118.6

3 1 130.58 608.26 435.99 56.4

1 0.3 127.87 743.2 482.93 73.3

2 0.6 111.02 697.55 373.27 123.7

3 1 131.34 576.32 419.64 54.3

2

3

4

5

Norma INV E 122-13


APIQUE Humedad natural

1






Nombre del Ensayo

Determinación en laboratorio del contenido de humedad de muestras de suelo, roca y muestra de

suelo-agregado.

113

N° Muestra

3 35.67 159.4 658.49 679.65 2.46

2 33.65 150.11 648.93 669.27 2.53

1 33.12 157.03 656.13 676.25 2.55

1 34.78 153.71 648.31 668.64 2.41

2 33.49 159.4 658.36 678.72 2.55

3 36.02 157.03 656.52 677.15 2.34

1 35.91 150.19 648.79 670.43 2.52

2 34.69 156.38 655.46 675.92 2.44

3 35.85 156.73 655.45 676.21 2.38

1 34.8 185.1 685.16 705.27 2.37

2 35.06 156.38 655.03 675.2 2.35

3 35.15 157.2 657.07 677.62 2.41

1 33.12 156.73 655.5 674.65 2.37

2 35.12 152.25 651.19 671.19 2.32

3 35.37 150.11 648.71 668.98 2.34

4

5

Peso material

seco (g)

Norma INVE E 128-13


APIQUE Peso

picnometro (g)

Peso picnometro +

agua (g)

Peso picnometro +

agua + muestra (g)

Gravedad

especifica

1

2

3



Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con Rajón de Concreto Reciclado,

mediante una Modelación a Escala Física y Numérica, Caso de estudio Vías Samarkanda, Funza Cundinamarca

Nombre del Ensayo Determinación de la gravedad especifica de las partículas sólidas de los suelos, empleado un picnómetro con agua.

114

Masa inicial

(g)413 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0.17 7.20 0.17 0.04 99.96

16 1.18 1.11 47.03 1.28 0.31 99.69

30 0.6 2.06 87.29 3.34 0.81 99.19

40 0.425 1.33 56.36 4.67 1.13 98.87

50 0.3 1.66 70.34 6.33 1.54 98.46

100 0.15 8.57 363.14 14.9 3.61 96.39

200 0.075 42.56 1803.39 57.46 13.94 86.06

Fondo 354.72 15030.51 412.18 100.00 0.00

total 412.18

%perdidas 0.20

Masa inicial

(g)409 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0 0.00 0 0.00 100.00

16 1.18 0.34 14.41 0.34 0.08 99.92

30 0.6 0.35 14.83 0.69 0.17 99.83

40 0.425 2.51 106.36 3.2 0.78 99.22

50 0.3 1.25 52.97 4.45 1.09 98.91

100 0.15 2.79 118.22 7.24 1.77 98.23

200 0.075 14.37 608.90 21.61 5.29 94.71

Fondo 386.98 16397.46 408.59 100.00 0.00

total 408.59

%perdidas 0.10

Masa inicial

(g)371 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0.85 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0.52 22.03 0.52 0.14 99.86

16 1.18 1.51 63.98 2.03 0.55 99.45

30 0.6 3.06 129.66 5.09 1.38 98.62

40 0.425 2.98 126.27 8.07 2.18 97.82

50 0.3 1.9 80.51 9.97 2.69 97.31

100 0.15 5.01 212.29 14.98 4.05 95.95

200 0.075 18.02 763.56 33 8.92 91.08

Fondo 337.07 14282.63 370.07 100.00 0.00

total 370.92

%perdidas 0.02

Ap

iqu

e 1

3

2

1

Norma

Responsables

Granulometria por tamizado

INVE E 123-13

Katerine Oviedo - Jeisson Cardenas

Nombre del Ensayo





Funza Cundinamarca

Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos.

115

Masa inicial

(g)356 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0 0.00 0 0.00 100.00

16 1.18 1.01 42.80 1.01 0.28 99.72

30 0.6 1.05 44.49 2.06 0.58 99.42

40 0.425 3.98 168.64 6.04 1.70 98.30

50 0.3 0 0.00 6.04 1.70 98.30

100 0.15 0 0.00 6.04 1.70 98.30

200 0.075 32.43 1374.15 38.47 10.83 89.17

Fondo 316.87 13426.69 355.34 100.00 0.00

total 355.34

%perdidas 0.19

Masa inicial

(g)322 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0.31 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0.52 22.03 0.52 0.16 99.84

16 1.18 0.54 22.88 1.06 0.33 99.67

30 0.6 1.01 42.80 2.07 0.64 99.36

40 0.425 0.49 20.76 2.56 0.80 99.20

50 0.3 0.3 12.71 2.86 0.89 99.11

100 0.15 0.72 30.51 3.58 1.11 98.89

200 0.075 7.23 306.36 10.81 3.36 96.64

Fondo 310.7 13165.25 321.51 100.00 0.00

total 321.82

%perdidas 0.06

Masa inicial

(g)457 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 6.01 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 1.1 46.61 1.1 0.24 99.76

16 1.18 1.2 50.85 2.3 0.51 99.49

30 0.6 0.92 38.98 3.22 0.71 99.29

40 0.425 2 84.75 5.22 1.16 98.84

50 0.3 0.5 21.19 5.72 1.27 98.73

100 0.15 3.98 168.64 9.7 2.15 97.85

200 0.075 17.04 722.03 26.74 5.94 94.06

Fondo 423.75 17955.51 450.49 100.00 0.00

total 456.5

%perdidas 0.11

Ap

iqu

e 2

1

2

3

116

Masa inicial

(g)392 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0.53 22.46 0.53 0.14 99.86

16 1.18 1.02 43.22 1.55 0.40 99.60

30 0.6 2.99 126.69 4.54 1.16 98.84

40 0.425 0.8 33.90 5.34 1.36 98.64

50 0.3 0.5 21.19 5.84 1.49 98.51

100 0.15 4.02 170.34 9.86 2.52 97.48

200 0.075 21.8 923.73 31.66 8.09 91.91

Fondo 359.8 15245.76 391.46 100.00 0.00

total 391.46

%perdidas 0.14

Masa inicial

(g)390.24 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0 0.00 0 0.00 100.00

16 1.18 0 0.00 0 0.00 100.00

30 0.6 0.21 8.90 0.21 0.05 99.95

40 0.425 0.73 30.93 0.94 0.24 99.76

50 0.3 0.32 13.56 1.26 0.32 99.68

100 0.15 0 0.00 1.26 0.32 99.68

200 0.075 6.12 259.32 7.38 1.89 98.11

Fondo 382.74 16217.80 390.12 100.00 0.00

total 390.12

%perdidas 0.03

Masa inicial (g) 152.45 Tamiz (mm) Peso retenido% RetenidoPeso retenido acumulado (g)% Retenido acum % Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0 0.00 0 0.00 100.00

16 1.18 0 0.00 0 0.00 100.00

30 0.6 0 0.00 0 0.00 100.00

40 0.425 0 0.00 0 0.00 100.00

50 0.3 0 0.00 0 0.00 100.00

100 0.15 0 0.00 0 0.00 100.00

200 0.075 2.05 86.86 2.05 1.34 98.66

Fondo 150.4 6372.88 152.45 100.00 0.00

total 152.45

%perdidas 0.00

Ap

iqu

e 3

1

2

3

117

Masa inicial


Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 1.01 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 1.26 53.39 1.26 0.41 99.59

16 1.18 0.71 30.08 1.97 0.65 99.35

30 0.6 0.95 40.25 2.92 0.96 99.04

40 0.425 0.32 13.56 3.24 1.07 98.93

50 0.3 0 0.00 3.24 1.07 98.93

100 0.15 2.1 88.98 5.34 1.76 98.24

200 0.075 12.98 550.00 18.32 6.03 93.97

Fondo 285.36 12091.53 303.68 100.00 0.00

total 304.69

%perdidas 0.06

Masa inicial


Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0 0.00 0 0.00 100.00

16 1.18 0 0.00 0 0.00 100.00

30 0.6 0 0.00 0 0.00 100.00

40 0.425 0.8 33.90 0.8 0.27 99.73

50 0.3 0.3 12.71 1.1 0.38 99.62

100 0.15 1.2 50.85 2.3 0.79 99.21

200 0.075 8 338.98 10.3 3.54 96.46

Fondo 280.7 11894.07 291 100.00 0.00

total 291

%perdidas 0.29

Masa inicial


Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0.03 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0.12 5.08 0.12 0.08 99.92

16 1.18 0.1 4.24 0.22 0.14 99.86

30 0.6 0.22 9.32 0.44 0.28 99.72

40 0.425 0.05 2.12 0.49 0.31 99.69

50 0.3 0.06 2.54 0.55 0.35 99.65

100 0.15 0.47 19.92 1.02 0.65 99.35

200 0.075 1.55 65.68 2.57 1.64 98.36

Fondo 154.21 6534.32 156.78 100.00 0.00

total 156.81

%perdidas 0.39

Ap

iqu

e 4

1

2

3

118

Masa inicial


Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0.18 7.63 0.18 0.05 99.95

16 1.18 0.36 15.25 0.54 0.15 99.85

30 0.6 1.14 48.31 1.68 0.46 99.54

40 0.425 0.82 34.75 2.5 0.69 99.31

50 0.3 0.5 21.19 3 0.83 99.17

100 0.15 4.1 173.73 7.1 1.96 98.04

200 0.075 32.77 1388.56 39.87 10.99 89.01

Fondo 322.89 13681.78 362.76 100.00 0.00

total 362.76

%perdidas 0.20

Masa inicial

(g)283.5 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0 0.00 0 0.00 100.00

16 1.18 0 0.00 0 0.00 100.00

30 0.6 1.29 54.66 1.29 0.46 99.54

40 0.425 0.58 24.58 1.87 0.66 99.34

50 0.3 0 0.00 1.87 0.66 99.34

100 0.15 2.58 109.32 4.45 1.57 98.43

200 0.075 6.29 266.53 10.74 3.79 96.21

Fondo 272.74 11556.78 283.48 100.00 0.00

total 283.48

%perdidas 0.01

Masa inicial

(g)135.2 Tamiz (mm)

Peso

retenido

%

Retenido

Peso retenido

acumulado (g)

% Retenido

acum% Pasa

4 4.75 0 0.00 0 0.00 100.00

8 2.36 0 0.00 0 0.00 100.00

16 1.18 0.35 14.83 0.35 0.26 99.74

30 0.6 0.44 18.64 0.79 0.58 99.42

40 0.425 0.45 19.07 1.24 0.92 99.08

50 0.3 0.2 8.47 1.44 1.07 98.93

100 0.15 0 0.00 1.44 1.07 98.93

200 0.075 1.79 75.85 3.23 2.39 97.61

Fondo 131.9 5588.98 135.13 100.00 0.00

total 135.13

%perdidas 0.05

Ap

iqu

e 5

1

2

1

119

Menisco 1

Floculante 6

Temperatura 0.875

Tiempo (min) T°R (lectura del

hidrometro) g/L

Rc(Lectura

corregida)

g/L

W (masa

suelo seco)

a (factor de

correccion)P % k

Rc(Lectura

corregida)

g/L

L (Longitud

efectiva)Diametro

2 15.9 12 7 63.32 1.05 11.4 0.0151 13 14.2 0.040

5 15.9 10 5 63.32 1.05 8.1 0.0151 11 14.5 0.026

15 15.9 8 3 63.32 1.05 4.8 0.0151 9 14.8 0.015

30 15.9 7 2 63.32 1.05 3.1 0.0151 8 15 0.011

60 15.9 6 1 63.32 1.05 1.5 0.0151 7 15.2 0.008

250 15.9 6 1 63.32 1.05 1.5 0.0151 7 15.2 0.004

1440 15.9 5 0 63.32 1.05 -0.2 0.0151 6 15.3 0.002

2 15.9 14 9 64.82 1.02 14.0 0.01481 15 13.8 0.039

5 15.9 12 7 64.82 1.02 10.8 0.01481 13 14.2 0.025

15 15.9 11 6 64.82 1.02 9.2 0.01481 12 14.3 0.014

30 15.9 8 3 64.82 1.02 4.5 0.01481 9 14.8 0.010

60 15.9 7 2 64.82 1.02 3.0 0.01481 8 15 0.007

250 15.9 5 0 64.82 1.02 -0.2 0.01481 6 15.3 0.004

1440 15.9 5 0 64.82 1.02 -0.2 0.01481 6 15.3 0.002

2 15.9 16 11 64.55 1.02 17.2 0.01481 17 13.5 0.038

5 15.9 14 9 64.55 1.02 14.0 0.01481 15 13.8 0.025

15 15.9 10 5 64.55 1.02 7.7 0.01481 11 14.5 0.015

30 15.9 9 4 64.55 1.02 6.1 0.01481 10 14.7 0.010

60 15.9 7 2 64.55 1.02 3.0 0.01481 8 15 0.007

250 15.9 6 1 64.55 1.02 1.4 0.01481 7 15.2 0.004

1440 15.9 5 0 64.55 1.02 -0.2 0.01481 6 15.3 0.002

Correcciones

AP

1 -

M1

INVE E 123-13


Granulometría por Hidrómetro

AP

1 -

M2

AP

1 -

M3

Norma

Responsables

Nombre del Ensayo



Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con Rajón de Concreto Reciclado, mediante una

Modelación a Escala Física y Numérica, Caso de estudio Vías Samarkanda, Funza Cundinamarca

Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos.

120


hidrometro) g/L

Rc(Lectura

corregida)

g/L

W (masa

suelo seco)

a (factor de

correccion)P % k

Rc(Lectura

corregida)

g/L

L (Longitud

efectiva)Diametro

2 15.9 11 6 64.46 1.05 9.6 0.0151 12 14.3 0.040

5 15.9 9 4 64.46 1.05 6.3 0.0151 10 14.7 0.026

15 15.9 8 3 64.46 1.05 4.7 0.0151 9 14.8 0.015

30 15.9 7 2 64.46 1.05 3.1 0.0151 8 15 0.011

60 15.9 6 1 64.46 1.05 1.4 0.0151 7 15.2 0.008

250 15.9 5 0 64.46 1.05 -0.2 0.0151 6 15.3 0.004

1440 15.9 5 0 64.46 1.05 -0.2 0.0151 6 15.3 0.002

2 15.9 15 10 61.14 1.02 16.5 0.01481 16 13.7 0.039

5 15.9 13 8 61.14 1.02 13.1 0.01481 14 14 0.025

15 15.9 10 5 61.14 1.02 8.1 0.01481 11 14.5 0.015

30 15.9 10 5 61.14 1.02 8.1 0.01481 11 14.5 0.010

60 15.9 8 3 61.14 1.02 4.8 0.01481 9 14.8 0.007

250 15.9 7 2 61.14 1.02 3.1 0.01481 8 15 0.004

1440 15.9 7 2 61.14 1.02 3.1 0.01481 8 15 0.002

2 15.9 8 3 60.18 1.05 5.0 0.0151 9 14.8 0.041

5 15.9 6 1 60.18 1.05 1.5 0.0151 7 15.2 0.026

15 15.9 5 0 60.18 1.05 -0.2 0.0151 6 15.3 0.015

30 15.9 4 -1 60.18 1.05 -2.0 0.0151 5 15.5 0.011

60 15.9 4 -1 60.18 1.05 -2.0 0.0151 5 15.5 0.008

250 15.9 4 -1 60.18 1.05 -2.0 0.0151 5 15.5 0.004

1440 15.9 4 -1 60.18 1.05 -2.0 0.0151 5 15.5 0.002

AP

2 -

M1

AP

2 -

M2

AP

2 -

M3

121


hidrometro) g/L

Rc(Lectura

corregida)

g/L

W (masa

suelo seco)

a (factor de

correccion)P % k

Rc(Lectura

corregida)

g/L

L (Longitud

efectiva)Diametro

2 15.9 11 6 61.15 1.03 9.9 0.01505 12 14.3 0.040

5 15.9 10 5 61.15 1.03 8.2 0.01505 11 14.5 0.026

15 15.9 9 4 61.15 1.03 6.5 0.01505 10 14.7 0.015

30 15.9 9 4 61.15 1.03 6.5 0.01505 10 14.7 0.011

60 15.9 8 3 61.15 1.03 4.8 0.01505 9 14.8 0.007

250 15.9 7 2 61.15 1.03 3.2 0.01505 8 15 0.004

1440 15.9 6 1 61.15 1.03 1.5 0.01505 7 15.2 0.002

2 15.9 11 6 60.46 1.05 10.2 0.0151 12 14.3 0.040

5 15.9 10 5 60.46 1.05 8.5 0.0151 11 14.5 0.026

15 15.9 8 3 60.46 1.05 5.0 0.0151 9 14.8 0.015

30 15.9 7 2 60.46 1.05 3.3 0.0151 8 15 0.011

60 15.9 6 1 60.46 1.05 1.5 0.0151 7 15.2 0.008

250 15.9 5 0 60.46 1.05 -0.2 0.0151 6 15.3 0.004

1440 15.9 5 0 60.46 1.05 -0.2 0.0151 6 15.3 0.002

2 15.9 49 44 62.38 1.05 73.9 0.0151 50 8.1 0.030

5 15.9 49 44 62.38 1.05 73.9 0.0151 50 8.1 0.019

15 15.9 48 43 62.38 1.05 72.2 0.0151 49 8.3 0.011

30 15.9 47 42 62.38 1.05 70.5 0.0151 48 8.4 0.008

60 15.9 45 40 62.38 1.05 67.1 0.0151 46 8.8 0.006

250 15.9 43 38 62.38 1.05 63.8 0.0151 44 9.1 0.003

1440 15.9 40 35 62.38 1.05 58.7 0.0151 41 9.6 0.001

AP

3 -

M3

AP

3 -

M1

AP

3 -

M2

122


hidrometro) g/L

Rc(Lectura

corregida)

g/L

W (masa

suelo seco)

a (factor de

correccion)P % k

Rc(Lectura

corregida)

g/L

L (Longitud

efectiva)Diametro

2 15.9 15 10 63.7 1.05 16.3 0.0151 16 13.7 0.040

5 15.9 13 8 63.7 1.05 13.0 0.0151 14 14 0.025

15 15.9 10 5 63.7 1.05 8.0 0.0151 11 14.5 0.015

30 15.9 8 3 63.7 1.05 4.7 0.0151 9 14.8 0.011

60 15.9 7 2 63.7 1.05 3.1 0.0151 8 15 0.008

250 15.9 6 1 63.7 1.05 1.4 0.0151 7 15.2 0.004

1440 15.9 6 1 63.7 1.05 1.4 0.0151 7 15.2 0.002

2 15.9 15 10 61.59 1.05 16.8 0.0151 16 13.7 0.040

5 15.9 13 8 61.59 1.05 13.4 0.0151 14 14 0.025

15 15.9 12 7 61.59 1.05 11.7 0.0151 13 14.2 0.015

30 15.9 10 5 61.59 1.05 8.3 0.0151 11 14.5 0.010

60 15.9 9 4 61.59 1.05 6.6 0.0151 10 14.7 0.007

250 15.9 7 2 61.59 1.05 3.2 0.0151 8 15 0.004

1440 15.9 6 1 61.59 1.05 1.5 0.0151 7 15.2 0.002

2 15.9 22 17 64.78 1.05 27.4 0.0151 23 12.5 0.038

5 15.9 20 15 64.78 1.05 24.1 0.0151 21 12.9 0.024

15 15.9 17 12 64.78 1.05 19.2 0.0151 18 13.3 0.014

30 15.9 15 10 64.78 1.05 16.0 0.0151 16 13.7 0.010

60 15.9 12 7 64.78 1.05 11.1 0.0151 13 14.2 0.007

250 15.9 10 5 64.78 1.05 7.9 0.0151 11 14.5 0.004

1440 15.9 8 3 64.78 1.05 4.7 0.0151 9 14.8 0.002

AP

4 -

M1

AP

4 -

M2

AP

4 -

M3

123


hidrometro) g/L

Rc(Lectura

corregida)

g/L

W (masa

suelo seco)

a (factor de

correccion)P % k

Rc(Lectura

corregida)

g/L

L (Longitud

efectiva)Diametro

2 15.9 22 17 64.12 1.05 27.6 0.0151 23 12.5 0.038

5 15.9 18 13 64.12 1.05 21.1 0.0151 19 13.2 0.025

15 15.9 13 8 64.12 1.05 12.9 0.0151 14 14 0.015

30 15.9 11 6 64.12 1.05 9.6 0.0151 12 14.3 0.010

60 15.9 9 4 64.12 1.05 6.3 0.0151 10 14.7 0.007

250 15.9 8 3 64.12 1.05 4.7 0.0151 9 14.8 0.004

1440 15.9 8 3 64.12 1.05 4.7 0.0151 9 14.8 0.002

2 15.9 22 17 61.89 1.05 28.6 0.0151 23 12.5 0.038

5 15.9 18 13 61.89 1.05 21.8 0.0151 19 13.2 0.025

15 15.9 15 10 61.89 1.05 16.8 0.0151 16 13.7 0.014

30 15.9 13 8 61.89 1.05 13.4 0.0151 14 14 0.010

60 15.9 10 5 61.89 1.05 8.3 0.0151 11 14.5 0.007

250 15.9 9 4 61.89 1.05 6.6 0.0151 10 14.7 0.004

1440 15.9 9 4 61.89 1.05 6.6 0.0151 10 14.7 0.002

2 15.9 22 17 64.49 1.05 27.5 0.0151 23 12.5 0.038

5 15.9 21 16 64.49 1.05 25.8 0.0151 22 12.7 0.024

15 15.9 20 15 64.49 1.05 24.2 0.0151 21 12.9 0.014

30 15.9 19 14 64.49 1.05 22.6 0.0151 20 13 0.010

60 15.9 19 14 64.49 1.05 22.6 0.0151 20 13 0.007

250 15.9 18 13 64.49 1.05 21.0 0.0151 19 13.2 0.003

1440 15.9 16 11 64.49 1.05 17.7 0.0151 17 13.5 0.001

AP

5 -

M3

AP

5 -

M1

AP

5 -

M2

124

30 23 15 LL(%) 49

16.23 18.45 14.78 26.94 26.56 LP(%) 40

13.28 14.52 11.94 24.86 24.4 IP (%) 9

6.83 6.6 6.64 19.6 19.17

45.74 49.62 53.58 39.54 41.30

35 22 15 LL(%) 60

16.74 15.21 19.3 26.27 27.08 LP(%) 45

13.04 11.94 14.45 24.09 24.84 IP (%) 15

6.79 6.55 6.51 19.18 19.88

59.20 60.67 61.08 44.40 45.16

30 20 15 LL(%) 53

16.63 16.9 18.3 27.74 27.34 LP(%) 49

13.17 13.26 14.2 25.18 24.54 IP (%) 4

6.53 6.63 6.31 19.99 18.85

52.11 54.90 51.96 49.33 49.21

25 20 15 LL(%) 75

20.5 18.4 18.82 27.38 29.18 LP(%) 31

14.51 13.23 13.34 25.59 27 IP (%) 44

6.56 6.79 6.77 19.84 20

75.35 80.28 83.41 31.13 31.14

Peso material Húmedo +Recipiente

Peso material Seco +Recipiente

Peso Recipiente

Contenido de Humedad

Número de golpes

AP3-M2 Límite Líquido Límite Plástico

Número de golpes



Peso Recipiente



Límite Líquido Límite Plástico

Número de golpes





Peso Recipiente


Norma

Responsables

Número de golpes

AP2-M3

Peso Recipiente


INV E 125-13/INVE E 126-13



Nombre del Ensayo



Evaluación del Comportamiento Mecánico de una Subrasante Mejorada con Rajón de Concreto Reciclado,

mediante una Modelación a Escala Física y Numérica, Caso de estudio Vías Samarkanda, Funza

Cundinamarca

Determinación del límite Líquido, Límite Plástico e indice de plasticidad dde los suelos

10

45.00 50.00 55.00

N°

golp

es

Humedad (%)

10

59.00 60.00 61.00 62.00

N°

de

golp

es

Humedad (%)

10

50.00 52.00 54.00 56.00

N°

de

golp

esHumedad (%)

10

70.00 75.00 80.00 85.00

N°

de

golp

es

Humedad (%)

125

35 20 15 LL(%) 58

16.15 14.73 18.71 27.01 27.58 LP(%) 45

12.74 11.53 14.25 24.81 25.29 IP (%) 13

6.58 6.22 6.61 20.02 20.12

55.36 60.26 58.38 45.93 44.29

35 20 15 LL(%) 53

25.26 18.91 24.67 17.68 27.58 LP(%) 26

18.8 14.52 17.87 16.33 26.07 IP (%) 27

6.37 6.45 6.26 11.46 19.85

51.97 54.40 58.57 27.72 24.28

30 23 15 LL(%) 55

17.56 19.22 21.21 27.64 17.29 LP(%) 44

13.65 14.83 15.83 24.93 15.43 IP (%) 11

6.62 6.8 6.81 18.93 11.13

55.62 54.67 59.65 45.17 43.26

35 20 15 LL(%) 51

24.12 23.39 26.87 28.1 18.12 LP(%) 22

18.47 17.81 19.93 26.16 17.3 IP (%) 29

6.89 6.78 6.69 19.62 11.48

48.79 50.59 52.42 29.66 14.09

Límite Plástico

Número de golpes



Peso Recipiente

Límite Líquido




Peso Recipiente


AP5-M3

Número de golpes


Número de golpes



Peso Recipiente



Límite Plástico

Número de golpes



Peso Recipiente

Límite Líquido


AP4-M2

10

54.00 56.00 58.00 60.00 62.00

N°

de

golp

es

Humedad (%)

10

50.00 55.00 60.00

N°

de

golp

es

Humedad (%)

10

54.00 56.00 58.00 60.00

N°

de

golp

es

Humedad (%)

10

48.00 50.00 52.00 54.00

N°

de

golp

es

Humedad (%)

126

Penetracion (pulg) Carga (kn) Carga (lb) Esfuerzo (psi)

0 0 Area de piston (pulg2) 3.04

0.025 0.065 14.61 4.81 Peso del recipiente (g) 131.34

0.05 0.13 29.23 9.61 Peso recipiente + suelo humedo (g) 576.32

0.075 0.19 42.71 14.05 Peso recipiente + suelo seco (g) 419.64

0.1 0.225 50.58 16.64 Humedad de penetracion (%) 54.35

0.125 0.26 58.45 19.23 CBR a 0.1" 1.7

0.15 0.295 66.32 21.82 CBR a 0.2" 2.8

0.175 0.345 77.56 25.51

0.2 0.38 85.43 28.10

0.3 0.485 109.03 35.87

0.4 0.59 132.64 43.63

0.5 0.625 140.51 46.22

Penetracion (pulg) Carga (kn) Carga (lb) Esfuerzo (psi) Area de piston (Pul2) 3.04

0 0 Peso del recipiente (g) 131.34

0.025 0.1 22.48 7.40 Peso recipiente + suelo humedo (g) 756.78



0.1 0.165 37.09 12.20 CBR a 0.1" 1.2

0.125 0.18 40.47 13.31 CBR a 0.2" 1.6

0.15 0.195 43.84 14.42

0.175 0.2 44.96 14.79

0.2 0.21 47.21 15.53

0.3 0.235 52.83 17.38

0.4 0.255 57.33 18.86

0.5 0.27 60.70 19.97

CBR Sumergido

CBR APIQUE 5 - ARCILLA

CBR Inalterado

Norma INV E 148-13






Funza Cundinamarca

Nombre del Ensayo CBR sobre muestra inalterada.

127


0 0

0.025 0.045 10.12 3.33

0.05 0.075 16.86 5.55 Area de piston (pulg2) 3.04

0.075 0.105 23.61 7.76 Peso del recipiente (g) 54

0.1 0.125 28.10 9.24 Peso recipiente + suelo humedo (g) 509



0.175 0.18 40.47 13.31 CBR a 0.1" 1

0.2 0.19 42.71 14.05 CBR a 0.2" 1.4

0.3 0.24 53.95 17.75

0.4 0.285 64.07 21.08

0.5 0.33 74.19 24.40


0 0

0.025 0.02 4.50 1.48

0.05 0.065 14.61 4.81 Area de piston (pulg2) 3.04

0.075 0.1 22.48 7.40 Peso del recipiente (g) 58

0.1 0.135 30.35 9.98 12 Peso recipiente + suelo humedo (g) 120.47



0.175 0.2 44.96 14.79 CBR a 0.1" 1.2

0.2 0.21 47.21 15.53 16 CBR a 0.2" 1.6

0.3 0.25 56.20 18.49

0.4 0.275 61.82 20.34

0.5 0.285 64.07 21.08

CBR Inalterado

CBR Sumergido

CBR APIQUE 1 - LIMO

128

Sin sumergir Sumergido

8663 8682

4860 4860

3803 3822

volumen de la muestra 2188.97 2293.6

Peso unitario de a muestra 1.74 1.67

Sin sumergir Sumergido

Peso muestra humeda + molde 9262 10680

peso del molde 6195 8755

Peso muestra humeda 3067 1925

volumen de la muestra 2293.61 1529.07

Peso unitario de a muestra 1.34 1.26

Lectura Inicial Lectura Final % Expansión

APIQUE 5 75 83 6.87

APIQUE 1 55.5 54.5 -0.86

PESO UNITARIO

Condicion de la muestra

EXPANSIÓN

Condicion de la muestra

Peso muestra humeda + molde

peso del molde

Peso muestra humeda

APIQUE 1

APIQUE 5

129

Apéndice C Ensayos de penetración a escala reducida

Tiempo

(seg)

Penetracion

(mm)Penetracion (in) Fuerza (N) Fuerza (lbf) Esfuerzo (psi) Esfuerzo (kPas)

1 0 0 0 0 0 0 0

2 0,1 0,0 0,00 -12,4 -2,8 -0,9 -6,3

3 2,4 0,3 0,01 27,7 6,2 2,0 14,1

4 11,0 0,3 0,01 -21,0 -4,7 -1,6 -10,7

5 57,7 0,6 0,02 44,0 9,9 3,2 22,4

6 125,4 1,6 0,06 107,1 24,1 7,9 54,5

7 160,7 2,4 0,09 172,1 38,7 12,7 87,7

8 184,9 3,0 0,12 243,8 54,8 18,0 124,2

9 206,9 3,6 0,14 307,0 69,0 22,7 156,3

10 234,3 4,5 0,18 374,9 84,3 27,7 190,9

11 265,6 5,6 0,22 441,8 99,3 32,6 225,0

12 274,4 6,0 0,24 372,0 83,6 27,5 189,4

13 278,5 6,1 0,24 436,1 98,0 32,2 222,1

14 306,9 7,3 0,29 500,1 112,4 36,9 254,7

15 328,7 8,3 0,33 571,8 128,6 42,2 291,2

16 359,0 9,8 0,39 647,4 145,5 47,8 329,7

17 396,8 11,8 0,46 719,1 161,7 53,1 366,2

18 420,6 13,1 0,52 782,2 175,8 57,8 398,4

19 424,4 13,4 0,53 794,6 178,6 58,7 404,7

20 426,2 13,5 0,53 779,3 175,2 57,6 396,9

Modelo 2 (60% de RCRe)

Norma No aplica







Nombre del Ensayo Penetración a escala reducida (Maquina universal)

130

Tiempo

(seg)

Penetracion

(mm)Penetracion (in) Fuerza (N) Fuerza (lbf) Esfuerzo (psi) Esfuerzo (kPas)

1 0 0 0 0 0 0 0

2 0,1 0,0 0,00 -25,8 -5,8 -1,9 -13,1

3 1,7 0,2 0,01 23,0 5,2 1,7 11,7

4 13,3 0,2 0,01 -23,0 -5,2 -1,7 -11,7

5 43,3 0,4 0,01 35,4 8,0 2,6 18,0

6 85,5 0,8 0,03 97,5 21,9 7,2 49,7

7 115,4 1,3 0,05 163,5 36,8 12,1 83,3

8 157,0 2,1 0,08 222,8 50,1 16,5 113,5

9 171,3 2,4 0,10 289,7 65,1 21,4 147,6

10 180,3 2,7 0,11 208,5 46,9 15,4 106,2

11 180,7 2,7 0,11 137,7 31,0 10,2 70,1

12 189,9 2,9 0,12 196,0 44,1 14,5 99,8

13 195,9 3,1 0,12 257,2 57,8 19,0 131,0

14 205,5 3,4 0,13 317,5 71,4 23,5 161,7

15 220,1 3,8 0,15 375,8 84,5 27,8 191,4

16 228,0 4,1 0,16 437,0 98,2 32,3 222,6

17 238,0 4,4 0,17 497,3 111,8 36,7 253,2

18 250,5 4,8 0,19 558,5 125,5 41,3 284,4

19 264,1 5,3 0,21 615,8 138,4 45,5 313,6

20 274,4 5,7 0,22 674,2 151,6 49,8 343,3

21 288,6 6,2 0,24 740,1 166,4 54,7 376,9

22 297,7 6,5 0,26 801,3 180,1 59,2 408,1

23 304,1 6,7 0,27 858,7 193,0 63,4 437,3

24 314,8 7,1 0,28 917,0 206,2 67,7 467,0

25 326,7 7,6 0,30 977,3 219,7 72,2 497,7

26 337,3 8,0 0,32 1036,6 233,0 76,6 527,9

27 343,3 8,3 0,33 971,6 218,4 71,8 494,8

28 346,4 8,4 0,33 1031,8 232,0 76,2 525,5

29 353,8 8,7 0,34 1094,0 245,9 80,8 557,1

30 363,6 9,1 0,36 1156,1 259,9 85,4 588,8

31 395,3 10,5 0,41 1220,2 274,3 90,1 621,4

32 397,6 10,6 0,42 1161,8 261,2 85,8 591,7

33 401,2 10,8 0,43 1221,1 274,5 90,2 621,9

34 408,5 11,2 0,44 1281,4 288,1 94,7 652,6

35 417,4 11,6 0,46 1340,7 301,4 99,0 682,8

36 417,9 11,6 0,46 1355,0 304,6 100,1 690,1

37 418,8 11,7 0,46 1281,4 288,1 94,7 652,6

38 429,8 12,2 0,48 1209,7 271,9 89,4 616,1

39 430,4 12,2 0,48 1148,5 258,2 84,8 584,9

40 431,1 12,3 0,48 1070,0 240,6 79,0 545,0

41 432,5 12,4 0,49 1127,4 253,5 83,3 574,2

42 440,9 12,8 0,50 1185,8 266,6 87,6 603,9

43 443,4 13,0 0,51 1244,1 279,7 91,9 633,6

44 444,5 13,0 0,51 1241,2 279,0 91,7 632,1

No aplica









Norma

131

Tiempo

(seg)

Penetracion

(mm)Penetracion (in) Fuerza ( N) Fuerza (lbf)

Esfuerzo

(psi)

Esfuerzo

(kPas)

1 0 0 0 0 0 0 0

2 0,1 0,0 0,00 -10,5 -2,4 -0,8 -5,4

3 1,0 0,0 0,00 56,4 12,7 4,2 28,7

4 38,3 0,2 0,01 125,3 28,2 9,3 63,8

5 74,1 0,5 0,02 190,3 42,8 14,1 96,9

6 97,7 0,8 0,03 255,3 57,4 18,9 130,0

7 123,9 1,2 0,05 322,3 72,4 23,8 164,1

8 160,1 1,8 0,07 394,0 88,6 29,1 200,7

9 204,6 3,0 0,12 467,6 105,1 34,5 238,2

10 211,2 3,1 0,12 543,2 122,1 40,1 276,6

11 228,8 3,6 0,14 614,9 138,2 45,4 313,2

12 237,9 3,9 0,15 682,8 153,5 50,4 347,7

13 247,8 4,2 0,17 755,4 169,8 55,8 384,7

14 262,5 4,7 0,18 820,5 184,4 60,6 417,9

15 269,8 4,9 0,19 886,4 199,3 65,5 451,5

16 279,4 5,2 0,20 955,3 214,8 70,6 486,5

17 297,9 5,8 0,23 1023,2 230,0 75,6 521,1

18 314,4 6,4 0,25 1093,0 245,7 80,7 556,7

19 321,8 6,7 0,26 1159,0 260,5 85,6 590,3

20 325,3 6,8 0,27 1076,7 242,1 79,5 548,4

21 337,8 7,3 0,29 1143,7 257,1 84,5 582,5

22 340,6 7,4 0,29 1208,7 271,7 89,3 615,6

23 348,5 7,7 0,30 1287,1 289,4 95,1 655,5

24 352,6 7,8 0,31 1356,9 305,0 100,2 691,1

25 360,6 8,1 0,32 1422,9 319,9 105,1 724,7

26 368,0 8,4 0,33 1341,6 301,6 99,1 683,3

27 368,3 8,4 0,33 1269,9 285,5 93,8 646,8

28 370,2 8,5 0,34 1334,9 300,1 98,6 679,9

29 391,7 9,4 0,37 1403,8 315,6 103,7 714,9

30 406,3 10,1 0,40 1473,6 331,3 108,9 750,5

31 415,2 10,5 0,41 1542,4 346,8 113,9 785,6

32 419,0 10,7 0,42 1610,3 362,0 119,0 820,1

33 424,9 10,9 0,43 1676,3 376,8 123,8 853,7

34 438,6 11,5 0,45 1741,3 391,5 128,6 886,9

35 445,4 11,8 0,47 1814,0 407,8 134,0 923,9

36 452,6 12,2 0,48 1880,9 422,9 138,9 958,0

37 460,0 12,5 0,49 1946,0 437,5 143,7 991,1

38 466,6 12,8 0,50 2014,8 452,9 148,8 1026,1

39 468,5 12,9 0,51 1939,3 436,0 143,2 987,7

40 471,7 13,1 0,51 2005,3 450,8 148,1 1021,3

41 475,5 13,2 0,52 2066,5 464,6 152,6 1052,4

42 475,5 13,2 0,52 2066,5 464,6 152,6 1052,4









Norma No aplica

Responsables

132

Apéndice D Datos del modelo virtual

Deformación(m) Deformación(mm) Esfuerzo( kpa)

0 0 0

0,0051 5,12 89,41

0,0051 5,14 89,25

0,0052 5,18 89,46

0,0052 5,22 89,75

0,0053 5,27 90,17

0,0053 5,34 90,77

0,0054 5,43 91,63

0,0055 5,55 92,81

0,0057 5,71 94,43

0,0059 5,92 96,60

0,0062 6,19 99,49

0,0065 6,55 103,29

0,0070 7,00 108,25

0,0076 7,58 114,70

0,0083 8,30 123,03

0,0092 9,20 133,74

0,0103 10,29 147,39

0,0116 11,59 164,63

0,0130 13,03 185,88

0,0144 14,42 210,76

0,0152 15,17 236,07

M1 (Sin mejoramiento)

Nombre del Ensayo Datos de los modelos virtuales

Norma No aplica







133


0 0 0

0,0041 4,1 187,00

0,0041 4,1 186,69

0,0041 4,1 187,34

0,0042 4,2 188,16

0,0042 4,2 189,28

0,0043 4,3 190,82

0,0044 4,4 192,95

0,0045 4,5 195,82

0,0046 4,6 199,68

0,0048 4,8 204,79

0,0050 5,0 211,49

0,0053 5,3 220,20

0,0057 5,7 231,45

0,0062 6,2 245,90

0,0068 6,8 264,25

0,0075 7,5 287,51

0,0084 8,4 316,78

0,0093 9,3 352,91

0,0103 10,3 396,12

0,0130 13,0 445,92

0,0151 15,1 497,94

0,0154 15,4 534,11

M2 (60% de RCRe)


Norma No aplica







134


0 0 0

0,0029 2,93 188,91951

0,0033 3,27 186,61547

0,0033 3,34 187,00254

0,0034 3,40 187,46396

0,0035 3,50 188,09524

0,0035 3,52 188,98362

0,0036 3,57 190,22151

0,0036 3,58 191,91068

0,0037 3,65 194,17057

0,0039 3,86 197,14601

0,0041 4,12 201,01698

0,0045 4,45 206,00168

0,0049 4,86 212,36262

0,0054 5,35 220,41876

0,0059 5,94 230,53528

0,0063 6,31 244,88925

0,0065 6,52 266,50118

0,0070 7,03 296,99214

0,0078 7,78 336,18613

0,0086 8,63 382,79577

0,0131 13,09 565,22549

0,0132 13,20 576,84658

Norma No aplica


M3 (70% de RCRe)







135


0 0 0

0,0034 3,44 221,89

0,0035 3,48 219,57

0,0035 3,55 219,97

0,0036 3,61 220,43

0,0037 3,68 221,03

0,0038 3,76 221,87

0,0039 3,86 223,05

0,0040 3,98 224,61

0,0041 4,13 226,64

0,0043 4,32 229,29

0,0046 4,56 232,73

0,0049 4,86 237,11

0,0050 5,01 243,54

0,0051 5,08 253,54

0,0053 5,34 268,15

0,0057 5,75 287,63

0,0063 6,29 312,09

0,0070 6,96 341,98

0,0077 7,74 377,91

0,0086 8,59 420,45

0,0087 8,71 431,79

0,0096 9,63 473,20

0,0107 10,71 522,99

0,0119 11,89 581,93

0,0131 13,09 649,97

0,0140 14,00 667,74

M4 (80% de RCRe)


Norma No aplica







evaluación del comportamiento mecánico de una subrasante

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