Dedico esta Tesis a mi Madre y a la memoria de mi Abuela, las dos personas más importantesen mi vida.

Agradezco a mi Asesor Magíster Ing. Marco Hernández Aguilar por su apoyo incondicional sinel cual no hubiese sido posible el desarrollo de esta tesis.

1

1.1.-OBJETIVOS DEL ESTUDIO.

1.1.1.- Objetivos Generales.-

Los proyectos de ingeniería deben buscar la solución técnica económica más factible, es

decir, cumplir con los requerimientos del proyecto a la vez buscar en el mismo el menor

costo posible en la construcción operación y mantenimiento.

Bajo este concepto es que se desarrolla la presente tesis ya que ente la existencia de

grandes cantidades de depósitos de Escorias y polvo de Baghouse ambos subproductos

de la elaboración de acero de la planta de Aceros Arequipa de pisco y no teniendo estos

algún fin útil definido es que se plantea la utilización de estos derivados como

agregados para fines de cimentación y pavimentación; teniendo en cuenta además la

eliminación de los espacio destinado al almacenamiento de estos derivados.

1.1.2.- Objetivos Específicos.-

La presente tesis ha sido realizada con la finalidad específica de investigar y determinar

las propiedades de las Escorias de la elaboración de acero y el polvo de Baghouse que

se encuentran en la planta de Aceros Arequipa en Pisco, así como determinar cual es el

optimo porcentaje de combinación entre ambos con el cual se obtienen mejores

parámetros para fines de cimentación y pavimentación mediante ensayos de

granulometría, Limites de Consistencia, Proctor, CBR, Equivalente de Arena, Gravedad

Específica y Corte Directo, de manera de poder diseñar estructuras confiables y con el

menor costo posible.

Con los resultados obtenidos se propondrá un diseño de pavimentos que cumpla con las

especificaciones técnicas del Reglamento Nacional de Construcción y del EG 2000

Siendo otro de nuestros objetivos planterar el modelo de estudio de la presente tesis

como referencia para futuras aplicaciones de estabilización de suelos con diferentes

minerales.

1.2.- IMPORTANCIA DEL ESTUDIO.

Con los datos obtenidos mediante los ensayos de laboratorio se obtendrán en una

primera fase los parámetros tanto de las Escorias como del polvo de Baghouse; en unas

segunda etapa se llegará a obtener el porcentaje de Escoria óptimo para ser mezclado

con el polvo de Baghouse y así obtener un nuevo agregado que mejore las

características del suelo aumentando su resistencia para su uso en obras civiles.

2

Su importancia radica que en la zona existe una gran cantidad de Escoria y Polvo de

Baghouse la cual no tiene ningún uso para obras de ingeniería y que al combinarlas en

porcentajes adecuados mejorarían la capacidad portante y la resistencia la penetración

obteniendo así estructuras de menores dimensiones en cimentaciones, como menores

espesores en los diseños de pavimentos flexibles y rígidos, significando esto menores

costos en la construcción de dichas estructuras. Además estos residuos ocupan un

espacio físico que a mediano o largo plazo podría hacer incurrir a la empresa

productora de estos residuos en gastos adicionales para su almacenamiento

1.3.- UBICACIÓN DEL ESTUDIO.-

Los depósitos de Escorias y polvo de Baghouse se encuentran dentro de las propiedades

de La Corporación Aceros Arequipa en el extremo oeste de la planta N º 2 de Pisco

ubicada en el kilómetro 234 de la carretera Panamerica Sur, provincia de Pisco,

departamento de Ica, véase Mapa Nº 1.

MAPA Nº 1: MAPA DE UBICACIÓN

Zona de Estudio

3

1.4.- DESCRIPCIÓN DE LAS ESCORIAS EN ESTUDIO.-

Uno de los residuos industriales más importantes de la Planta Nº 2 de Aceros Arequipa

son las escorias, en función a la cantidad que se produce.

En el proceso de acería, como producto de la oxidación de impurezas, la adición de cal

para formar escorias, introducción al horno de residuos de las materias primas (hierro

esponja, chatarra, etc.), residuos de material refractario, etc.; se constituyen las escorias,

aproximadamente a razón de 144 TMD (143kg/TM de acero). Los componentes

principales son CaO, FeO, MgO y SiO2. La cantidad de escoria que se genera varia de

acuerdo a la materia prima que se utiliza y al grado de mentalización del hierro esponja.

Las escorias contienen porcentajes importantes de FeO y sus densidades alcanzan hasta

3.5 gr/cc pero con bajo valor en su densidad aparente, debido a que el material presenta

bastante porosidad.

La escoria es retirada del proceso de fusión mediante el proceso de desescoreo

(producto del basculamiento del horno eléctrico y el retiro de la escoria por rebose).

Esta escoria sale a una temperatura aproximada de 1590ºC la cual cae a una poza

construida de material refractario elaborado especialmente para resistir altas

temperaturas, pero para darle mayor protección se coloca una cama de escorias frías

que recepciona la escoria que sale

FOTO N º 01: ESCORIA EN ESTADO ORIGINAL

4

Al término de dos o tres colocadas ingresa el cargador frontal y comienza a cargar la

escoria caliente a unas tolvas fabricadas exclusivamente para el traslado de este

material caliente. El traslado de escorias calientes favorece a que la escoria no se

hidrate y se vuelva polvo, lo cual ocasionaría mayor polución en su manejo, por ello su

manejo en caliente es lo establecido. Las escorias actualmente se depositan en el lado

oeste de la planta a 400 m de la nave de Acería aproximadamente.

FOTO N º 02: ACUMULACION DE ESCORIAS

Composición Química

Cao 19.73 % Al2O3 8.78 % SiO2 16.46 % MnO 3.58 % MgO 5.94 % Fe2O3 32.27 % Ag 14.06 ppm Cu 164.20 ppm Cd 2.00 ppm Cr 0.69 ppm Ni 9.00 ppm Fe 22.57 % Pb 781.10 ppm Zn 383.10 ppm Carbono 0.15 %

5

1.5.- DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO.-

Las Escorias en estudio se encuentran depositadas en la planta N º 2 de Pisco de la

Corporación Aceros Arequipa, ubicada en el kilómetro 234 de la carretera Panamerica

Sur. La información estratigráfica de los sondeos practicados es la siguiente: en general

superficialmente se encuentra una arena de grano fino en estado seco y suelto con

presencia de raíces hasta una profundidad de 0.55 m, seguida de arena fina en estado

húmedo y medianamente compacto con presencia de lentes de arena cementada e

intercalada con pequeños estratos de arena con algo de limo hasta la profundidad final

de exploración.

El Nivel freático no fue detectado en el sitio de exploración durante los trabajos de

campo efectuados.

FOTO N º 03: ESTRATIGRAFIA DE LA ZONA EN ESTUDIO

6

Geología

La morfología del sector donde se encuentran depositadas las Escorias y en donde se

realizaran las obras de cimentación y pavimentación corresponde a la unidad

denominada depósitos eólicos y aluviales. Dichas conformaciones geológicas son

acumulaciones de arenas depositadas por el viento en las planicies que conforman la

penillanura costera; en el área en estudio, ocurren como mantos de arena de unos pocos

metros de espesor o como pequeñas dunas aisladas. Las arenas son de grano medio a

grueso y de color gris oscuro por su contenido de minerales ferromagnesianos o arenas

de color más claro y de mayor movilidad correspondiente a la era cenozoica, al sistema

cuaternario de serie reciente.

En la variante, esta unidad se desarrolla como un manto arenoso de considerable

espesor en la planicie que se extiende en la zona de Pisco, y como pequeñas dunas

aisladas que presentan una característica ornamentación (ondulaciones) en las cercanías

de Ihuanco al pie de Cerro Grande

MAPA Nº 2: ZONIFICACIÓN MORFOLOGICA.

7

Sismicidad

De acuerdo al nuevo mapa de zonificación sísmica del Perú (Mapa Nº 3), según la

nueva Norma Sismo Resistente (NTE E-030) y del mapa de Distribución de Máximas

intensidades Sísmicas (Mapa Nº 4) observadas en el Perú (J. Alva Hurtado,1984) el

cual está basado en isosístas de sismos ocurridos en el Perú y datos de intensidades

puntuales de sismos históricos y sismos recientes; se concluye que el área en estudio se

encuentra en la zona de sismicidad alta (Zona 3) , existiendo la posibilidad de que

ocurran sismos de intensidades tan considerables como VIII en la escala de Mercalli

Modificada.

De acuerdo a la nueva Norma Técnica NTE E-030 y el predominio del suelo bajo la

cimentación se recomienda utilizar en los diseños Sismo-Resistentes los Siguientes

Parámetros:

Factor de Zona : Z= 0.40

Factor de amplificación de suelo : S=1.20

Período que define la plataforma del espectro : Tp=0.60

8

MAPA No 3: MAPA DE ZONIFICACIÓN SÍSMICA DEL PERÚ

Zona de Estudio

9

MAPA No4: MAPA DE MÁXIMAS INTENSIDADES SÍSMICAS

Zona de Estudio

10

2.1.- ENSAYOS CON FINES DE PAVIMENTACIÓN Y CIMENTACIÓN.

2.1.1.-Análisis Granulométrico.-

A. Análisis Granulométrico por Tamizado.- El objetivo del siguiente ensayo es

determinar la distribución de las partículas de un suelo de acuerdo a su tamaño. Ésta se

determina mediante el tamizado o paso del agregado por mallas de distinto diámetro

hasta el tamiz Nº 200 (de diámetro 0.074mm). El análisis granulométrico deriva en una

curva granulométrica, donde se plotea: Diámetro de tamiz vs. porcentaje acumulado que

pasa dicha malla. Este ensayo fue el que se utilizó en la presente tesis.

B. Análisis Granulométrico Por Sedimentación.- Cuando se requiere conocer la

susceptibilidad de los suelos finos a la acción de las heladas, es necesario conocer el

porcentaje de material menor a 0.02 mm de diámetro. De igual manera, cuando se

requiera emplear como medio de clasificación de un suelo el diámetro de sus partículas,

se requiere un análisis granulométrico por sedimentación. Éste método tiene por objeto

contar con datos muy aproximados de la composición granulométrica de las partículas

de suelo menos a 0.02 mm aproximadamente (en diámetros mayores las turbulencias

provocadas por las mismas partículas alteran de manera significativa la ley de

sedimentación). El método más usado para hacer la determinación indirecta de los

porcentajes de partículas que pasan la malla Nº 200 es el método del Hidrómetro,

basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido. El hidrómetro

sirve para determinar la variación de la densidad de la suspensión con el transcurso del

tiempo y medir la altura de caída del grano de tamaño más grande correspondiente a la

densidad media.

2.1.2.- Límites de Consistencia.-

La consistencia de un suelo depende de su proporción de agua, dos suelos con la misma

cantidad de agua pueden tener diferentes consistencias, siendo uno plástico y el otro

pulverizable. El investigador sueco A. Attemberg propuso en 1911 cinco estados de

consistencia del suelo. Estos límites de consistencia del suelo están basados en el

contenido de agua y son: Límite Líquido, Límite Plástico, Límite de Contracción,

Límite de Pegajosidad, Límite de Cohesión. Los Límites Líquido, Plástico y de

Contracción son los más conocidos y son utilizados en el campo de la ingeniería civil.

El Límite de Pegajosidad y de cohesión son utilizados con fines agrícolas.

11

El límite de Contracción se define como el porciento de humedad con respecto al peso

de la muestra, con el cual una reducción de agua no ocasiona ya disminución en el

volumen del suelo. La diferencia entre el Límite Plástico y el Límite de Contracción se

llama Índice de Contracción (IC) y señala el rango de humedad para el cual el suelo

tiene una consistencia semi sólida.

Límite Líquido se define como el contenido de humedad expresado como porcentaje con

respecto del peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia de estado líquido al

plástico. De acuerdo con esta definición, los suelos tienen en el Límite Líquido una

resistencia muy pequeña al esfuerzo de corte, siendo la cohesión de un suelo en el

Límite Líquido prácticamente nula.

Límite Plástico se define como el contenido de humedad expresado como porcentaje

con respecto al peso seco de la muestra secada al horno, para el cual los suelos

cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico.

Los ensayos de límite de consistencia que se utilizaron en la presente tesis fueron

Límite Líquido y Límite Plástico.

2.1.3.- % de Abrasión Mediante la Prueba de Los Ángeles

El objetivo de esta prueba es determinar la resistencia a la trituración de los materiales

pétreos empleados en mezclas asfálticas. La prueba consiste en colocar una muestra del

material con características granulométricas especificas dentro de un cilindro giratorio,

en donde es sometida al impacto de esferas metálicas durante un tiempo determinado,

midiendo la variación granulométrica de la muestra como la diferencia entre la masa

que pasa la malla Nº 12 (17mm de abertura), antes y después de haber sido sometida a

este tratamiento

El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones de operación, calibrado,

limpio y completo en todas sus partes. Todos los materiales por emplear seran de alta

calidad, considerando siempre la fecha de su caducidad.

La Maquina de Los Ángeles esta construida por un cilindro de acero, hueco y cerrado en

ambos extremos, con diámetro interior de 710 + o – 5 mm y largo de 510 + o – 5mm

montado sobre dos soportes ubicados al centro de sus caras paralelas que permiten girar

sobre su eje de simetría en posición horizontal con una velocidad angular de 30 a 33

rpm El cilindro tendrá una abertura que permitirá introducir las muestras de prueba y las

esferas metálicas con una tapa de cierre hermético diseñada con la misma curvatura del

cilindro para que la superficie interior del mismo sea continua y uniforme; además

12

tendrá en su parte interior una placa de acero removible de 2.5cm (1”) de espesor que se

proyecte radialmente 8.9 cm en toda la longitud del cilindro y contara con un

dispositivo para registrar el numero de revoluciones que este de.

2.1.4.- Gravedad Específica (Picnómetro) de los suelos Finos.-

Este ensayo consiste en determinar el peso específico de los suelos y del relleno mineral

por medio de un picnómetro (también conocido como fiola). El Peso especifico es la

relación entre el peso en el aire de un cierto volumen de sólidos a una temperatura dada

y el peso en el aire del mismo volumen de agua destilada, a la misma temperatura.

2.1.5.- Ensayo de Equivalente de Arena.-

Este ensayo tiene por objeto determinar el porcentaje de material arenoso en el agregado

fino de una muestra y por consiguiente la proporción relativa del contenido de material

fino, o material limo- arcilloso, en los suelos.

2.1.6.- Relaciones de Humedad Densidad-Proctor.-

Este ensayo de compactación en laboratorio nos permite determinar la humedad óptima

con la cual se obtiene la máxima densidad seca del suelo a compactar, deacuerdo a la

granulometría del suelo, existen diferentes métodos; siendo estos:

Método A: ( % Ret. Acum. Nº 04 <= 20%. )

Descartar el material retenido en el tamiz Nº 4.

Método B: ( % Ret. Acum. Nº 3/8 <= 20% y % Ret. Acum. Nº4 > 20%. )

Pasar el material a través del tamiz de 3”. Descartar el material que sea

retenido en el tamiz de 3”, el material que pasa el tamiz de 3” y es retenido en el tamiz

Nº 3/8, debe ser reemplazado por una por una cantidad igual en peso del material que

pase por el tamiz 3/8 y sea retenido por el tamiz Nº 4. El material para reemplazo debe

tomarse de una porción no usada de la muestra.

Método C: ( % Ret. Acum. Nº 3/4 <= 30% y % Ret. Acum. Nº3/8 > 20%. )

13

Pasar el material a través del tamiz de 3”. Descartar el material que sea

retenido en el tamiz de 3”, el material que pasa el tamiz de 3” y es retenido en el tamiz

de 3/4", debe ser reemplazado por una por una cantidad igual en peso del material que

pase por el tamiz 3/4" y sea retenido por el tamiz 3/8. El material para reemplazo debe

tomarse de una porción no usada de la muestra.

Además en función del suelo a tratar se tiene dos tipos de proctor:

A. Proctor Estándar.- Este ensayo se realiza cuando la falla no es por asentamiento en

otras palabras se utiliza para suelos que no van a soportar directamente las cargas

transmitidas en obras de pavimentación y cimentación.

El equipo para hacer pruebas de compactación en obra es un equipo económico y

sencillo, consistiendo la prueba en:

_ Se toma una muestra representativa de suelo a compactar de humedad conocida.

_ Se toma un cilindro de 4” de diámetro por 4 ½” de altura, se llena tres capas,

aproximadamente iguales con material de prueba.

_ Cada capa se compacta con 25 golpes de martillo de 2.5 Kg. Con un área de contacto

de 20 cm2, el que se deja caer de 35 cm de altura. Todo esto con el objetivo de siempre

dar al material la misma energía de compactación.

_ Se pesa el material y como el volumen es conocido el peso volumétrico húmedo lo

obtenemos simplemente dividiendo el peso del material entre su volumen. Como la

humedad es conocida se resta el peso del agua y se obtiene el peso volumétrico seco

para esta humedad.

_ Se repite la prueba varias veces, variando cada vez el grado de humedad, con la que se

obtienen valores humedad-peso volumétrica.

B. Proctor Modificado.- Este ensayo se realiza cuando la falla es por asentamiento,

utilizándose para suelos que van a soportar directamente las cargas transmitidas en

obras de pavimentación y cimentación. Este ensayo fue el que se realizó en la presente

tesis el cual está desarrollado en forma clara en el capitulo III de la misma.

2.1.7.- Ensayo de CBR (Laboratorio).-

El objetivo de este ensayo es determinar la capacidad de Soporte de los suelos y

agregados compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de

compactación variables. Sirve para evaluar la calidad relativa del suelo.

14

A. Muestras Remoldeadas.- Este ensayo de punzonamiento se utiliza universalmente

para apreciar la resistencia de los suelos, el ensayo consiste en prepara una muestra de

suelo para compactarla en un molde cilíndrico a una energía de compactación y

humedad definidas.

Este método de toma de muestras es el utilizado en la presente tesis.

B. Ensayo de CBR in situ.- es un método adecuado para determinar la capacidad de

soporte de un material en el lugar donde será sometido a las solicitaciones de la

estructura que soportará, deberá realizarse cuando se presentan materiales dudosos y en

movimiento de tierras importantes.

C. Muestras Inalteradas.- Este método determina el CBR de un suelo cohesivo en

estado natural, se diferencia del normal solo en la tomada de muestras, ya que los pasos

para determinar las propiedades expansivas y la resistencia a la penetración son

similares.

2.1.8.- Ensayo de Corte Directo.-

La resistencia al corte de un suelo determina factores tales como la estabilidad de un

talud, la capacidad de carga admisible para una cimentación y el empuje de un suelo

contra un muro de contención, el conocimiento de la resistencia al corte es un requisito

indispensable para cualquier análisis relacionado con la estabilidad de la masa de un

suelo. Una muestra de un suelo a un esfuerzo de corte tiende a producir un

desplazamiento de las partículas entre sí o de una parte de las masas de un suelo con

respecto al resto del mismo.

El desplazamiento de la muestra de suelo sometido a un esfuerzo de corte, encontramos

que la resistencia al esfuerzo cortante no es un valor único, sino que está fuertemente

influenciado in situ por factores ambientales tales como carga, descarga y

particularmente por los cambios en el contenido de agua. En el laboratorio los métodos

de ensayo, la perturbación de la muestra y la velocidad en la aplicación de la carga

(deformación) influencia marcadamente el valor obtenido de la resistencia.

15

2.2.-NORMATIVIDAD SEGÚN ASTM.

Los ensayos utilizados en la presente tesis siguen muy de cerca los procedimientos

estándar de ensayos sugeridos por la Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales

(ASTM). A continuación se dará una lista de los ensayos anteriormente mencionados

con sus respectivas Normas ASTM.

Tipo de Ensayo Referencia Normativa

Análisis Granulométrico

Análisis Granulométrico por tamizado ASTM D421-58

Análisis Granulométrico-Método del Hidrómetro ASTM D422-63

Límites de Consistencia

Límite Líquido ASTM D423-66

Límite Plástico ASTM D424-59

Degradación del Agregado Grueso (Maquina de Los Ángeles) ASTM C131

Gravedad Específica de los Suelos (Picnómetro) de los suelos finos ASTM D854-58

Ensayo de Equivalente de Arena ASTM D2419

Ensayo de Proctor Modificado ASTM D1557-91

Ensayo CBR de los Suelos ASTM D1883-73

Ensayo de Corte Directo ASTM D3080-72

16

3.1.- ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE SUELOS POR TAMIZADO

ASTM D 421-58

3.1.1.- Objetivo.

3.1.1.1.- Este es un ensayo que nos permite cuantificar la distribución tamaños de las

partículas del suelo.

3.1.1.2.- Esta norma describe el método para determinar los porcentajes de suelo que pasan

por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, hasta el de 75µm (N ° 200). 3.1.2. - Equipo Necesario.

3.1.2.1.- Dos balanzas. Una con sensibilidad de 0.01 g para pesar material retenido hasta el

tamiz Nº 4. Otra con sensibilidad 0.1 % del peso de la muestra, para pesar los materiales

retenidos desde el tamiz Nº 8 hasta el tamiz Nº 200 (incluyendo el material que pasa el

tamiz Nº 200).

3.1.2.2.- Tamices de malla cuadrada

Serie Gruesa

76.2 mm (3"), 50.8 mm (2"), 38.1 mm (1-½"), 25.4mm (1"), 19.0 mm (¾"), 9.5 mm (3/8"),

4.76 mm (N ° 4)

Serie Fina

2.3mm (Nº 8), 2.00 mm (N ° 10), 0.84 mm (N ° 20), 0.59mm (Nº 30), 0.42 mm (N ° 40),

0.297mm (Nº 50), 0.25mm (Nº 60), 0.177mm (Nº 80), 0.149mm (Nº 100) ,0.074mm (Nº

200).

3.1.2.3.- Horno, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta de 110 +-5°C

(230 +-9 °F).

3.1.2.4.- Envases, adecuados para el manejo y secado de las muestras.

3.1.2.5.- Cepillo y brocha, para limpiar las mallas de los tamices.

3.1.3.- Procedimiento.

Para realizar el análisis granulométrico por tamizado se procede de dos formas: Por cuarteo

y usando todo el Agregado Grueso, pudiéndose combinar ambos métodos. Al final de

cualquiera de los dos métodos llegamos a determinar la distribución del agregado de

acuerdo al tamaño de sus partículas.

17

a) Por Cuarteo

El cuarteo es el proceso de reducir una muestra representativa a un tamaño conveniente, o

de dividirla en dos o más partes para efectuar ensayos con ellas.

Se realiza sobre todo en muestras cuya grava no es limpia, sino que contiene mucho

material arcilloso que rodea al agregado grueso. Esto ocurre generalmente en afirmado o

en muestras que contienen alto material de diámetro menor al del tamiz Nº 200 (material

arcilloso). Para ello se procede de la siguiente manera:

Se extiende la muestra en una superficie limpia y llana o sobre una lona, y se

mezcla con una pala. Se hace de modo que el material se deposite en forma cónica,

y luego se aplasta el cono con la pala formando una capa circular de espesor

uniforme.

Con una escuadra o tablón rectangular de madera, se divide en 4 partes

aproximadamente iguales, se escogen dos partes opuestas y se unen, desechándose

las otras dos.

Se repite esta operación hasta tener la cantidad de material necesario para el

análisis, más o menos 2 a 3 Kg.

Se seca en horno durante 16 horas a una temperatura de 110 grados centígrados o a

la intemperie si el clima lo permite, hasta que tenga peso constante.

Se disgregan los terrones arcillosos del material. Se pesa la muestra seca sin lavar y

se anota como P1 (Peso de la muestra secada al horno).

Si se pesa la muestra en una bandeja, se descuenta el Peso de la misma:

P1= Peso (bandeja + muestra) – Peso bandeja.

Se lava, vertiendo el agua con material suspendido en el tamiz Nº 200, y se elimina

el material que pasa por dicho tamiz, que vendría a ser la parte de arcilla del

agregado.

Cuando el agregado contiene un material arcilloso, es preferible antes de lavarlo dejarlo en

remojo por unas horas para que se disuelva la arcilla.

Con la finalidad de no maltratar el tamiz Nº 200, se puede lavar la grava separada del fino,

para verter sobre esta malla solo material fino que no la deteriora.

18

Se seca la muestra lavada en horno a 110 grados por 16 horas, hasta que tenga peso

constante. Una manera práctica de observar si el material esta completamente seco,

es colocar un vidrio sobre la muestra, si se empaña es que todavía contiene

humedad, si no se empaña, la muestra está seca.

Se colocan los tamices ordenados en forma descendente en cuanto a su diámetro

para que los diámetros mayores queden arriba, siendo la última en colocar la malla

Nº 200, debajo de la cual se coloca una base.

Se pasa el agregado por los tamices y se agita el tiempo necesario hasta que no pase

muestra al siguiente tamiz o a la base. Para lograr esto en le agregado fino el tiempo

de agitación debe ser aproximadamente 15’. Es preferible realizar por separado el

tamizado del agregado fino y grueso, para lo cual se hace pasar primero el material

por la malla Nº 4.

Se debe contar con otra base o fondo para tamizar por separado cada malla debajo

de la cual se coloca la misma y se tamiza hasta que no pase material a ésta, lo que

pasa se coloca en el tamiz siguiente. El material que queda retenido en el tamiz se

coloca en la base y luego se pesa. En el caso del agregado grueso es fácil colocarlo

en la base, en el agregado fino es necesario usar una escobilla para limpiar la malla

y de este modo no perder material.

Se procede de la misma manera con cada uno de los tamices, anotándose en cada

uno el peso que retiene. También se anota el material que queda en la base de bajo

de la malla Nº 200. Esto nos permite verificar si no hay error: Se puede anotar el

peso seco lavado antes de pasarlo por los tamices, entonces la suma de los pesos

retenidos en los distintos tamices hasta la malla Nº 200 mas el peso que queda en la

base debe coincidir con éste. Sin embargo en la práctica siempre hay una pequeña

diferencia pero debe ser mínima.

b) Considerando Todo el Agregado Grueso.

Cuando la grava está limpia es decir sin mucho material fino impregnado, se puede trabajar

con toda ésta.

Extendemos todo el material y lo dejamos secar por lo menos 24 horas

exponiéndola al sol o en ambiente cerrado seco. Este tiempo puede prolongarse si la

muestra está muy húmeda.

19

Pesamos todo el material (PT).

Tamizamos el material por la malla Nº 4.

Tamizamos la grava por los distintos tamices desde el tamaño mayor hasta la malla

Nº 4, anotando el peso retenido en cada tamiz.

PHOTO Nº 04: GRAVA RETENIDA POR LOS DISTINTOS TAMICES DESDE EL

TAMAÑO MAYOR HASTA LA MALLA N º 4

Tomamos un peso determinado del agregado Fino (que en nuestro caso fue de 1000

gr. a 1500 gr.) lo que se conoce como fracción.

Lavamos la muestra eliminando lo que pasa la malla Nº 200 (Foto Nº 5), de manera

similar al explicado en el método del cuarteo, secamos después la muestra en el

horno a 110ºC hasta que tenga peso constante.

FOTO Nº 05: LAVADO DEL AGREGADO FINO.

20

Tamizamos la porción de agregado fino por los distintos tamices menores a la malla

Nº 4 hasta la Nº 200 y anotamos el peso retenido en cada uno de los tamices, foto

Nº 10.

FOTO No 06: PESOS RETENIDOS EN LOS DISTINTOS TAMICES.

3.1.4.- Cálculos.

a) Para Método del Cuarteo.

La suma de los pesos retenidos en los distintos tamices hasta el tamiz Nº 200 es P2

(Peso de la muestra lavada y secada al horno).

La diferencia entre el peso inicial (P1) y el peso de la muestra lavada y secada al

horno es el material que pasa la malla Nº 200

Material que pasa la malla Nº 200 = P1-P2

Porcentajes retenidos y que pasan cada malla:

% parcial retenido en un tamiz = Peso retenido en el tamiz x 100

P1

% que pasa la malla Nº 200 = (P1-P2) x 100

P1

% Acumulado retenido en un tamiz = Suma de % parciales retenidos hasta dicho

tamiz.

% Acumulado que pasa cada malla = 100 - % acumulado retenido en dicha malla.

21

b) Considerando Todo el agregado.

Peso de la grava : Suma de los pesos retenidos en los distintos tamices

hasta el tamiz Nº 4 (Pg).

Peso de Agregado fino : Diferencia entre el peso total y el peso de grava

Pf = Pt - Pg

% Agregado Grueso = Pg x 100/Pt

% Agregado Fino = Pf x 100/Pt

Porcentajes retenidos en cada malla :

Agregado Grueso:

Desde el tamiz de mayor tamaño hasta el Nº 4:

% parcial retenido en un tamiz = Peso retenido en el tamiz x 100

P1

Agregado Fino:

Para tamices menores de la malla Nº 4:

P2 entre la suma de los pesos retenidos en los distintos tamices hasta el tamiz Nº

200.

Material que pasa la malla Nº 200 = P1 – P2

Peso parcial retenido en un tamiz = Peso retenido en el tamiz x % A.F. x 100

P1

Porcentajes acumulados retenidos en cada malla :

% Acumulado retenido en un tamiz = Suma de % parciales retenidos hasta dicho

tamiz.

% Acumulado que pasa cada malla = 100 - % acumulado retenido en dicha malla.

22

3.1.5- TABLA Nº 1: Características de los materiales granulados para Bases y Sub-

Bases según Clasificación S.U.C.S

23

3.1.6- TABLA Nº 2: Características de los materiales granulados para Bases y Sub-

Bases según Clasificación AASHTO

24

3.1.7- Observaciones.

Las Escorias se dividieron en 11 muestras las cuales fueron analizadas de manera

independiente. Del polvo de Baghouse se analizaron dos muestras; además

posteriormente se analizaron dos muestras de Escorias y una de polvo de Baghouse

para hacer las combinaciones porcentuales de 10%, 15% y 20% de polvo con

Escorias

Para las 11 Muestras se utilizó el método considerando todo el agregado grueso.

Para el agregado fino al igual que el agregado grueso se realizo un ensayo por casa

muestra

De acuerdo a las curvas granulométricas obtenidas en cada una de las muestras

analizadas se les catalogo de acuerdo a la clasificación SUCS Y AASHTO como se

muestra en la tabla No 2 y No 3

TABLA Nº 3: GRUPO SEGÚN CLASIFICACION SUCS Y AASHTO

TABLA 03 Fracción Gruesa

Fracción Fina

Agregado Fino

Agregado Grueso S.U.C.S A.A.S.H.T.O

M 1 95,33 4,67 55,23 44,77 GW A1-a M 2 97,68 2,32 63,14 36,86 GW A1-a M 3 96,70 3,30 61,60 38,40 GW A1-a M 4 96,72 3,28 56,49 43,51 GW A1-a

MUESTRAS M 5 98,32 1,68 59,57 40,43 GW A1-a DE M 6 95,89 4,11 59,48 40,52 GW A1-a

ESCORIAS M 7 95,49 4,51 54,79 45,21 GW A1-a ANALIZADAS M 8 96,26 3,74 55,53 44,47 GW A1-a

M 9 96,90 3,10 39,10 60,90 SP A1-a M 10 95,09 4,91 66,72 33,28 GP A1-a M 11 95,94 4,06 56,45 43,55 GW A1-a

POLVO M 1 5.77 94.23 100,00 0,00 ML A4 BAGHOUSE M 2 6.12 93.88 100,00 0,00 ML A4

25

3.2.- LIMITES DE CONSISTENCIA ASTM D 423.

3.2.1.- Determinación del Límite Líquido ASTM 423-66.

3.2.1.1.- Objetivo.

El límite líquido de un suelo es el contenido de humedad expresado en porcentaje del suelo

secado en el, horno, cuando éste se halla en el límite entre el estado plástico y el estado

liquido.

El valor calculado deberá aproximarse al centésimo.

3.2.1.2.- Equipo.

Cápsula de evaporación. Una vasija de porcelana de 115 mm (4 ½”) de diámetro

aproximadamente.

Espátula. Hoja flexible de 3" de longitud y ¾" de ancho aproximadamente.

Aparato del límite líquido (o de Casagrande).

PHOTO Nº 07: APARATO DE CASAGRANDE

De operación manual. Es un aparato consistente en una taza de bronce con sus

aditamentos.

De operación mecánica. Es un aparato equipado con motor para producir la altura y el

número de golpes

26

Acanalador. Que sirve para hacer una hendidura en el material, existen dos tipos

(ver foto Nº 08):

Bronce: para material arcilloso Laminar: para material no plástico.

FOTO Nº 08: TIPOS DE ACANALADORES

Recipientes. De material resistente a la corrosión, y cuya masa no cambie con

repetidos calentamientos y enfriamientos.

Balanza. Una balanza con sensibilidad de 0.01 gr.

FOTO Nº 09: BALANZA

27

Estufa. Termostáticamente controlado y que pueda conservar temperaturas de

110+-5 °C (230 + - 9 °F) para secar la muestra.

3.2.1.3.- Ajuste del Equipo a Utilizar.

Deberá inspeccionarse el aparato de límite líquido para verificar que se halle en buenas

condiciones del trabajo. El pin que conecta la taza no debe estar tan gastado que tenga

juego lateral, ni el tornillo que la conecta, hallarse tan gastado por el largo uso.

3.2.1.4.- Procedimiento.

3.2.1.4.1. Tomamos una muestra que pese aproximadamente 100 g de una porción de

material completamente mezclado que pase el tamiz de 0.425 mm (N ° 40), como se

muestra la foto Nº 10.

Tabla Nº 4: Dimensiones del Equipo del Equipo de Límite Líquido.

28

FOTO No 10: MATERIAL QUE PASA EL TAMIZ N ª 40.

3.2.1.4.2. Depositamos el material en un tazón y le añadimos agua, envolviendo hasta que

la humedad sea uniforme y le de a la mezcla una consistencia moldeable.

3.2.1.4.3. Trasladamos una porción de la muestra a la cuchara de bronce del casagrande,

llenándola aproximadamente un tercio del total, con la espátula emparejamos el material

dándole la forma de un círculo que tiene una profundidad máxima de 1 cm.

FOTO N º 11: COLOCACIÓN DEL MATERIAL EN LA CUCHARA DE CASAGRANDE

29

Con el acanalador hicimos una hendidura en el centro del círculo formado, de un extremo a

otro, y limpiamos la hendidura con la espátula de modo que esa perfectamente visible,

como se muestra en la foto Nº 12

FOTO Nº 12: HENDIDURA HECHA CON EL ACANALADOR.

3.2.1.4.4. Giramos la manija de la tasa de bronce, a una velocidad de dos (2) revoluciones

por segundo aproximadamente, hasta que las dos mitades de la pasta de suelo se

pongan en contacto en el fondo de la ranura, a lo largo de una distancia de cerca

de 0.5" o 1.27 cm. Anotamos el número de golpes requeridos para cerrar la

ranura.

3.2.1.4.5. Sacamos una tajada de suelo aproximadamente del ancho de la espátula,

Pesamos y anotamos. Colocamos el suelo dentro del envase en el horno a 110 ±

5 °C hasta obtener un peso constante y volvemos a pesar tan pronto como se

haya enfriado pero antes de que pueda haber absorbido humedad higroscópica.

Anotamos el peso de la muestra seca.

30

FOTO N º 13: OBTENCIÓN DE LA MUESTRA PARA SER LLEVADO AL

HORNO.

3.2.1.4.6. Repetimos la operación anterior por lo menos en dos ensayos adicionales, con el

suelo restante en la vasija de porcelana, al que se le hemos agregado agua suficiente para

ponerlo en un estado de mayor fluidez. Nuestro objetivo es obtener muestras de tal

consistencia que al menos una de las determinaciones del número de golpes requeridos para

cerrar la ranura del suelo se halle en cada uno de los siguientes intervalos: 25-35; o valores

comprendidos entre 10 y 40

3.2.1.5.- Cálculos.

3.2.1.5.1.- Calculamos el contenido de humedad del suelo, expresándolo como porcentaje

del peso del suelo secado en el horno, como sigue:

3.2.1.5.2. Preparación de la curva de fluidez. Trazamos una, "curva de fluidez" que

represente la relación entre el contenido de humedad y el correspondiente número de golpes

de la taza de bronce, en un gráfico de papel semilogarítmico. Con el contenido de humedad

como abscisa sobre la escala aritmética, y el número de golpes como ordenada sobre la

31

escala logarítmica. La curva de flujo es una línea recta promedio, que pasa tan cerca como

sea posible a través de los tres o más puntos dibujados.

3.2.1.5.3. Límite liquido. Tomamos el contenido de humedad correspondiente a la

intersección de la curva de flujo con la ordenada de 25 golpes como límite liquido del suelo

(Véase grafico Nº 1).

GRÁFICO No 1: DIAGRAMA DE FLUIDEZ

3.2.2.- Determinación del Límite Plástico e Índice de Plasticidad ASTM D 424-54.

3.2.2.1.- Objetivo.

3.2.2.1.1. Es la determinación en el laboratorio del límite plástico de un suelo, y el cálculo

del índice de plasticidad (I.P.) si se conoce el límite líquido (L.L.) del mismo suelo.

3.2.2.1.2. Se denomina limite plástico (L.P.) a la humedad más baja con la que pueden

formarse barritas de suelo de unos 3 mm de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma

de la mano y una superficie lisa, sin que dichas barritas se desmoronen.

3.2.2.2.- Equipo.

Espátula, de hoja flexible, de unos 3" de longitud por 3/4" de ancho.

N=25

Línea de Flujo

32

Cápsula para evaporación, de porcelana o similar.

Balanza, con aproximación a 0.01 g.

Horno o Estufa, termostáticamente controlado regulable a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F).

Tamiz, de 425 mm (N° 40).

Tazón para depositar y mezclar el material a ensayar.

Recipientes para determinar el contenido de humedad.

Espátula de acero inoxidable, con hoja de aproximadamente 80 x 20 mm, para

mezclar el material con el agua.

Superficie lisa. Comúnmente se utiliza un vidrio grueso esmerilado.

3.2.2.3.- Preparación de la Muestra.

3.2.2.3.1. Tomamos aproximadamente 20 g de la muestra que pase por el tamiz N ° 40,

amasamos con agua hasta que podamos formar con facilidad una esfera con la masa de

suelo. Tomamos una porción de unos 6 g de dicha esfera como muestra para el ensayo.

3.2.2.4.- Procedimiento.

3.2.2.4.1. Moldeamos la mitad de la muestra en forma de elipsoide y, a continuación, se

rueda con los dedos de la mano sobre una superficie lisa, con la presión estrictamente

necesaria para formar cilindros.

FOTO N º 14: FORMACIÓN DE LA MUESTRA CILÍNDRICA DE LÍMITE PLÁSTICO

33

3.2.2.4.2. Si antes de llegar el cilindro a un diámetro de unos 3.2 mm (1/8") no se ha

desmoronado, volvemos a hacer una elipsoide y a repetir el proceso, cuantas veces sea

necesario, hasta que se desmorone aproximadamente con dicho diámetro.

El desmoronamiento puede manifestarse de modo distinto, en los diversos tipos de

suelo:

En suelos muy plásticos, el cilindro queda dividido en trozos de unos 6 mm de longitud,

mientras que en suelos plásticos los trozos son más pequeños.

3.2.2.4.3. Colocamos la porción obtenida en recipientes y pesamos, nosotros como mínimo

usamos tres muestras por ensayo, llevamos las muestras al horno.

3.2.2.4.4. Una vez que las muestras estén secas registramos y anotamos el peso. Con las

tres muestras sacamos un valor promedio de Límite plástico.

3.2.2.5.- Resultados.

El límite plástico es el promedio de las humedades. Se expresa como porcentaje de

humedad, con una cifra decimal y se calcula así:

3.2.2.6.- Cálculo del índice de plasticidad.

Podemos definir el índice de plasticidad de un suelo como la diferencia entre su límite

líquido y su límite plástico.

I.P. = L.L. - L.P

Cuando el límite líquido o el límite plástico no puedan determinarse, el índice de

plasticidad se informará con la abreviatura NP (no plástico).

Si el Limite Plástico es mayor al Limite Liquido, es que realmente ese suelo no

presenta Limite Plástico.

El Limite Liquido siempre es mayor al Limite Plástico

34

3.2.2.7.-Observaciones.

El ensayo de Límite Líquido y Límite Plástico se repitió tres veces para las escorias

sin combinar y combinadas en porcentajes de escoria y polvo de baghouse de (10%,

15%, 20% de polvo del total de la muestra.

3.3.- Gravedad Específica (Picnómetro) de los Suelos Finos ASTM D 854-58.

3.3.1.- Objetivo.

Este método de ensayo se utiliza para determinar el peso específico de los suelos y del

relleno mineral (filler) por medio de un picnómetro. El valor del peso especifico para el

suelo será el promedio ponderado de los dos valores así obtenidos.

3.3.2.- Definición.

Peso especifico. Es la relación entre el peso en el aire de un cierto volumen de sólidos a una

temperatura dada y el peso en el aire del mismo volumen de agua destilada, a la misma

temperatura.

3.3.3.- Equipo.

3.3.3.1 Frasco volumétrico (picnómetro), de 100 a 500 cm3 de capacidad.

3.3.3.2 Bomba de vacío, con tuberías y uniones, o en su defecto un mechero o un

dispositivo para hervir el contenido del picnómetro.

3.3.3.3 Homo o Estufa, capaz de mantener temperaturas uniformes y constantes hasta110 ±

5°C (230 ± 9°F).

3.3.3.4 Balanzas, con sensibilidad de 0.01 g.

3.3.3.5 Pipeta.

3.3.4.- Exposición General.

La gravedad específica Gs de un suelo sin ninguna calificación se toma como el valor

promedio para los granos del suelo. Si en desarrollo de una discusión no se aclara

adecuadamente a qué gravedad específica se refieren algunos valores numéricos dados, la

35

magnitud de dichos valores puede indicar el uso correcto, pues la gravedad específica de

los granos del suelo es siempre bastante mayor que la gravedad específica volumétrica

determinada incluyendo los vacíos de los suelos en el cálculo [bien llenos de aire (secos) o

llenos de agua parcial o totalmente].

El valor de la gravedad específica es necesario para calcular la relación de vacíos de un

suelo. Ocasionalmente el valor de la gravedad específica puede utilizarse en la clasificación

de los minerales del suelo, algunos minerales de hierro tienen un valor de gravedad

específica mayor que los provenientes de sílica.

La gravedad específica de cualquier sustancia se define como el peso unitario del material

en cuestión dividido por el peso unitario del agua destilada a 4º C. Así, si se consideran

solamente los granos del suelo se obtiene Gs como:

Gs = Ws/(W frasco w- W frascosw + Ws)

Donde:

Gs = Peso Específico relativo de Sólidos (Agregado fino).

Ws = Peso seco.

W frasco w = Peso de la fiola.

W frasco sw = Peso de la fiola + Agregado+agua.

A continuación se presenta valores típicos de Gs que pueden ser utilizados como guía para

calibrar los resultados de ensayos de laboratorio:

TABLA No 4

Tipo de Suelo Gs Arena 2.65 - 2.67

Arena limosa 2.67 - 2.70

Arcilla inorgánica 2.70 - 2.80

Suelos con micas o hierro 2.75 - 3.00

Suelos orgánicos Variable, puede ser inferior a 2.00

3.3.5.- Procedimiento.

36

1. Limpiamos cuidadosamente la fiola o picnómetro.

2. Tomamos una muestra de agregado fino y lo vaciamos a la fiola.

3. Agregamos agua convenientemente y agitamos la fiola para eliminar las burbujas.

4. Llevamos la fiola a la estufa (foto Nº 15) por aproximadamente 15 minutos, agitando la

fiola cada 5 minutos para eliminar las burbujas y para evitar que se adhiera suelo en el

fondo del frasco.

FOTO N º 15: ELIMINACIÓN DE LAS BURBUJAS DE AIRE.

5. Retiramos la fiola de la estufa y agregamos agua hasta la marca y dejamos enfriar (en

nuestro caso introdujimos la fiola en un balde con agua para acelerar el proceso de

enfriamiento).

6. Registramos y anotamos el peso de la fiola y su contenido, foto Nº 16.

FOTO N º 16: REGISTRANDO EL PESO DEL PICNÓMETRO Y SU CONTENIDO

37

7. Vaciamos el contenido del frasco volumétrico en un recipiente profundo (Foto Nº 17 y

Nº 18) u otro recipiente simple y llevamos los recipientes al horno a secar. Es necesario

tener mucho cuidado de no perder nada de suelo en este proceso.

FOTOS Nº 17 Y Nº 18: VACIANDO EL CONTENIDO DE LA FIOLA EN UN RECIPIENTE

38

8. Pesar el suelo secado al horno véase foto Nº 19.

FOTO N º 19: SUELO SECADO AL HORNO

39

3.4.- Gravedad Específica de los Sólidos ASTM C 127

3.4.1.- Objetivo.

La finalidad de este ensayo es determinar la absorción de los agregados gruesos expresada

como porcentaje y su gravedad especifica.

El peso seco de la muestra se determina por secado al horno y su volumen utilizando un

recipiente de volumen conocido aplicando el principio de Arquímedes (según el cual un

cuerpo dentro de una masa de agua desplaza un volumen de agua igual al del cuerpo

sumergido)

3.4.2.- Definición.

40

El peso específico de un suelo (γs) se define como el cociente entre el peso al aire de las

partículas sólidas y el peso del agua, considerado igual temperatura y el mismo volumen.

La gravedad específica de un suelo (Gs) se define como el peso unitario del material

dividido por el peso unitario del agua destilada a 4º C. La (Gs) se calcula mediante la

siguiente expresión

G s = γ s / γ w

Donde:

γs = peso específico de los sólidos (g r s / cm3)

γw = peso específico del agua a 4 º C (g r s / cm3)

De esta forma la gravedad específica puede ser calculada utilizando cualquier relación de

peso de suelo (Ws) al peso del agua (Ww). Siempre y cuando se considere los mismos

volúmenes, como se observa en la siguiente expresión:

G s = (W s / V s) / ( (Ww / Vw) * γw) = W s / (Ww * γw)

Donde:

Vs = volumen de sólidos

Vw = volumen d e agua

3.4.3.- Equipo.

-Probeta graduada t tarada de 1000 cm3 de capacidad y 0.1 cm3 de presión

-Estanque con Agua

-Horno de secado con circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantener

en 110º + o – 5ºC

Sifón

Herramientas y accesorios. Recipientes plásticos, poruña y paño

3.4.4.- Procedimiento.

Se toman 1000 gramos de suelo retenido en la malla Nº 4 y se lava en la malla Nº 200 de

modo de eliminar el material fino presente, hasta que el agua salga totalmente limpia. Esta

muestra lavada, se seca en el horno a temperatura constante durante 24 horas

Retirada del horno la muestra se pesa (Ws) y se sumerge inmediatamente durante 48 horas

dentro del estanque de agua.

41

Cumplido el tiempo, se retira la muestra y se seca superficialmente e individualmente con

un paño, evitando durante esta operación la evaporación del agua de las partículas.

Finalmente se pesa la muestra obteniendo el peso saturado superficialmente seco (Wss) y se

determina el porcentaje de absorción (%A).

Para determinar el volumen de la muestra, se debe llenar el sifón con agua hasta que esta se

estabilice (esto ocurre cuando desde el sifón deja de escurrir agua). Inmediatamente, bajo la

descarga de agua del sifón se coloca la probeta seca, graduada y tarada y se vacía la

muestra al interior del sifón. Se espera que el agua deje de caer por la descarga y se

determina el volumen desplazado (Vd).

La determinación del volumen se determina de dos maneras:

- Leyendo directamente el volumen en la probeta graduada (V1)

- Pesando la probeta con el agua desplazada (W1) y descontando el peso de la

probeta (W2). Para efectos de corrección se debe medir la temperatura del agua

(Tº%) por lo que el volumen de agua (V2 ) corresponderá al cociente de peso del

agua y su densidad a Tº %

Se promediaran los dos valores de volúmenes (V1 y V2) y se determina la gravedad

especifica (Gs) de la muestra.

- Cálculos

- Calcular el porcentaje de absorción (%A) de la muestra:

% A = (Wss - Ws) / W s * 100 (%)

Donde:

Ws = peso de la muestra seca (g r s)

Wss = peso de la muestra saturada y superficialmente seca (grs)

- Calcular el volumen desplazado (Vd) por la muestra:

V d = (V1 + (W1 - W2) / D) / 2 (cm3)

Donde:

V1 = volumen desplazado leído directamente en la probeta (cm3)

W1 = peso de la probeta más el agua (g r s)

W2 = peso de la probeta (g r s)

D = peso unitario del agua a T º x (g r s/cm3)

42

- Calcular la gravedad específica saturada (Gh) d e l a muestra:

G h = (Wss / Vd) * (1/γw) (g r s/cm3)

Donde:

γw = peso específico del agua a 4 º C (grs / cm3)

- Calcular el valor de la gravedad específica (Gs) de la muestra:

Gs = Gh / (100 + %A)*100

3.4.5.- Observaciones.

Se realizaron dos ensayos de peso Específico relativo de sólidos para las escorias

así como para las diferentes combinaciones de polvo y escorias en los porcentajes

antes mencionados de (10%, 15%, y 20%) de polvo de baghouse del total de la

muestra

43

3.5.- Equivalente de Arena, Suelos y Agregados Finos. ASTM D-2419.

3.5.1.- Objetivo.

El ensayo de equivalente de arena nos da un índice del porcentaje del material arenoso en

la muestra, y por consiguiente, la cantidad de material arcilloso presente en el mismo.

3.5.2.- Equipo.

3.5.2.1.- Cilindro graduado de plástico, con diámetro interior de 1 ¼" y altura de 17"

aproximadamente, graduado en espacios de 0.1", desde el fondo hasta una altura de15". La

base del cilindro debe ser de plástico transparente de 4" x 4" x ½" bien asegurada al mismo.

3.5.2.2.- Tapón macizo de caucho o goma que ajuste en el cilindro.

3.5.2.3.- Tubo irrigador, de acero inoxidable, de cobre o de bronce, de ¼" de diámetro

exterior, con longitud de 20", con uno de sus extremos cerrado formando una arista. Las

caras laterales del extremo cerrado tienen dos orificios de 1 mm de diámetro (calibre No.

60), cerca a la arista que se forma.

3.5.2.4.- Tubo flexible (de plástico o caucho) de3/16" de diámetro y de 1.20 m de largo,

aproximadamente, con una pinza que permita cortar el paso del liquido a través del mismo.

Este tubo conecta el sifón con el tubo irrigador.

3.5.2.5.- Un botellón de 3.785 1 (1 galón) de capacidad, destinado a contener la solución de

cloruro de calcio; el tapón de este frasco lleva dos orificios, uno para el tubo del sifón y el

otro para entrada de aire. El frasco debe colocarse a 90 cm de altura sobre la mesa de

trabajo.

3.5.2.6.- Dispositivo para tomar lecturas. Un conjunto formado por un disco de

asentamiento, una barra metálica y una sobrecarga cilíndrica. Este dispositivo está

destinado a la toma de lecturas del nivel de arena y tendrá un peso total de 1 kg. La barra

metálica tiene 18" de longitud; en su extremo inferior lleva enroscado un disco metálico de

cara inferior plana perpendicular al eje de la barra; la cara superior de este disco de

asentamiento es de forma cónica. El disco lleva tres tornillos pequeños que sirven para

centrarlo en el interior del cilindro.

3.5.2.7.- Recipiente metálico, de diámetro 57 mm aproximadamente, con una capacidad de

88 ml.

3.5.2.8.- Embudo, de boca ancha, de 4" de diámetro.

44

3.5.2.9.- Reloj o cronómetro, para lecturas de minutos y segundos.

FOTO No 20: EQUIPO DE EQUIVQLENTE DE ARENA

TABLA No 5

45

3.5.3.- Soluciones.

3.5.3.1.- Una solución tipo de cloruro de calcio (Ca CI2), se prepara con los siguientes

materiales:

454 g (1 lb.) de cloruro de calcio anhidro.

2050 g (640 ml) de glicerina pura.

47g (45 ml) de formaldehído (en solución al 40 %, en volumen).

3.5.3.2.- Preparación. Se disuelve la cantidad indicada de cloruro de calcio (Ca, CI2) en1.90

1 (112 galón) de agua destilada. Se deja enfriar esta solución y se pasa por papel de filtro

rápido. A la solución filtrada se agregan los 2050 g de glicerina y la cantidad indicada de

formaldehído. Se mezcla bien y se diluye hasta que la solución llegue a los 3.785 1 (1

galón) de volumen. El agua que se adiciona a esta solución será igualmente destilada.

3.5.3.3.- Solución de trabajo de cloruro de calcio: (CaCI2)' Se obtiene con 88 ml de la

solución tipo, diluida en agua destilada hasta completar 3.785 1 (1 galón).

Nota 3. Se podrá usar agua potable o desmineralizada en lugar de agua destilada, siempre

que no se afecten los resultados del ensayo. El efecto de estas aguas puede determinarse por

comparación de resultados de tres ensayos efectuados utilizando agua destilada y local. Los

seis especimenes de ensayo empleados para esa comparación deben prepararse de la misma

muestra de material secada al horno.

3.5.4.- Preparación de la Muestra

3.5.4.1.- Pesamos 1500 gramos (aproximadamente) de muestra que pase la malla Nº 4.

3.5.4.2.- Depositamos la muestra, debe estar bien mezclada, en el recipiente metálico que

sirve como molde hasta que rebalse y luego enrasamos.

46

3.5.5.- Procedimiento.

3.5.5.1.-Vertimos solución de trabajo de cloruro de calcio en el cilindro graduado, con la

ayuda del sifón, hasta una altura de 4".

FOTO 21: SOLUCIÓN DE TRABAJO VERTIDO EN LAS PROBETAS DE E.A.

3.5.5.2.- Con ayuda del embudo, vertimos la muestra de ensayo en el cilindro graduado.

Golpeamos varias veces el fondo del cilindro con la palma de la mano para liberar las

burbujas de aire y remojar la muestra completamente. Dejamos en reposo durante 10

minutos.

FOTO 22: VIRTIENDO LA MUESTRA CON LA AYUDA DE UN EMBUDO.

47

3.5.5.3.- Después de los 10 minutos, colocamos el tapón a la probeta y agitamos el material

con velocidad de 90 ciclos por minuto, en forma horizontal de izquierda a derecha.

Considerando un ciclo el compuesto por un giro de izquierda a derecha.

3.5.5.4.-Inmediatamente después de la operación de agitación, colocamos el cilindro

verticalmente sobre la mesa de trabajo y quitamos el tapón.

3.5.5.5.- Procedimiento de irrigación.

Colocamos el tubo irrigador en la parte superior del cilindro, aflojamos la pinza de

la manguera y lavamos el material de las paredes del cilindro a medida que baja el

irrigador, el cual debe llegar a través del material, hasta el fondo del cilindro,

aplicando suavemente una acción de presión y giro mientras que la solución de

trabajo fluye por la boca del irrigador. Esto impulsa hacia arriba el material fino que

esté en el fondo y lo pone en suspensión sobre las partículas gruesas de arena.

Continuamos aplicando una acción de presión y giros mientras se lavan los finos,

hasta que el cilindro esté lleno a la altura de 15"; entonces, levantamos el tubo

irrigador suavemente sin que deje de fluir la solución, de tal forma que el nivel del

líquido se mantenga cerca a dicha altura, mientras se extrae el tubo irrigador

Regulamos el flujo justamente antes de que el tubo irrigador sea completamente

sacado, y ajustamos el nivel final a la lectura de 15".

3.5.5.6.- Dejamos el cilindro y el contenido en reposo por 20 min., foto Nº 23.

Comenzamos a medir el tiempo inmediatamente después de retirar el tubo irrigador.

FOTO N 23: REPOSO DEL MATERIAL EN LAS PROBETAS DE E.A.

48

3.5.5.7.- Al finalizar los 20 minutos del periodo de sedimentación, leemos y anotamos el

nivel de la parte superior de la suspensión de finos (arcillas y limos). Este valor se

denomina "lectura de material fino".

3.5.5.8.- Determinación de la lectura de la arena.

Después de tomar la lectura de arcilla, introdujimos dentro del cilindro el conjunto

del disco, la varilla y el sobrepeso, y bajamos suavemente el conjunto hasta que

llegue sobre la arena. Evitamos que el disco indicador de lectura golpee la boca del

cilindro, mientras que bajamos el conjunto. Foto Nº 24

FOTO N º 24: INTRODUCCIÓN DEL DISCO, VARRILLA Y SOBREPESO EN

LAS PROBETAS DE E.A.

Cuando el conjunto toque la arena, leemos y anotamos, esta lectura será "lectura de

arena". Si la lectura se hace con él disco indicador, la "lectura de arena" se obtendrá

restando 10" del nivel indicado por el borde superior del indicador. Foto Nº 25.

FOTO N º 25: LECTURA DE ARENA EN LA PROBETA DE E.A.

49

3.5.6.- Cálculos.

3.5.6.1.- Calculamos el Equivalente de arena de la siguiente forma:

3.5.6.2 Obtenemos el valor promedio de 3 ensayos realizados, como se muestra en la tabla

Nº 6.

TABLA No 6

50

3.6.- Proctor Modificado – Relaciones Humedad Densidad ASTM D 1557.

3.6.1.- Objetivo.

3.6.1.1.- Estos métodos se emplean para determinar la relación entre la humedad y el peso

unitario de, los suelos compactados en un molde de un tamaño dado con un martillo de 10

lb que cae desde una altura de 18". Se han previsto cuatro procedimientos en la siguiente

forma:

Método A. Un molde de diámetro 102 mm (4"): material de suelo que pasa una

malla de 4.75 mm (No. 4).

Método B. Un molde de diámetro 102 mm (4"): material de suelo que pasa una

malla de 4.75 mm (No. 4).

Método C. Un molde de diámetro 152 mm (6"): material que pasa una malla

de19.0 mm (3/4").

Método D. Un molde de diámetro 152 mm (6"): material de suelo que pasa una

malla de 19 mm (3/4").

3.6.1.2.- Se indicará en las especificaciones el método que deberá usarse para el material

que se va a ensayar. Si no se especifica ninguno, regirá el Método C.

3.6.2.- Equipo.

3.6.2.1.- Moldes. Los moldes deberán ser cilíndricos de 6” de diámetro y 4.59” de altura de

paredes sólidas, fabricados con metal. Deberán tener un conjunto de collar ajustable, que

permita la preparación de muestras compactadas de mezclas de suelo con agua de la altura

y volumen deseados. El conjunto del molde y del collar de 2” de altura deben ajustarse

libremente a una base con tornillos de mariposa.

3.6.2.2.- Pisón

Operado manualmente. Un martillo metálico que tenga una cara plana circular

de2.00" de diámetro, y que pese 10.00 lb. El martillo deberá estar provisto de una

guía apropiada que controle la altura de caída del golpe desde una altura libre de

18.0" por encima de la altura del suelo.

51

Operado mecánicamente. Un martillo de metal que esté equipado con un

dispositivo para controlar la altura de caída del golpe hasta una altura libre de 18.0"

por encima del suelo y que distribuya uniformemente los golpes sobre la superficie

de éste. El martillo deberá tener una cara plana circular de 2.0 "; un peso de

fabricación de 10.0 lb. Este el pisón utilizado en nuestros ensayos de laboratorio.

3.6.2.3.- Probeta graduada de por lo menos 500cc.

3.6.2.4.- Balanzas, con precisión del 0.1% del material a trabajar. Para el contenido de

humedad se requiere que la balanza tenga una precisión de 0.1 gr

3.6.2.5.- Horno, termostáticamente controlado, capaz de mantener una temperatura de

110± 5 °C (230 ± 9 °F) para el secado de las muestras.

3.6.2.6.- Regla metálica (escantillón), de acero endurecido, de borde recto y al menos de

10" de largo. Deberá tener un borde biselado y al menos una cara plana en sentido

longitudinal (usada para el corte final del suelo).

3.6.2.7.- Mallas, de 2"; 3/4",3/8" y No. 4.

3.6.2.8.- Herramientas misceláneas para mezclado, tales como cucharas, espátulas,

tazones, o un dispositivo mecánico adecuado para mezclar las muestras de suelo con

diversas cantidades de agua.

3.6.2.9.- Recipientes, para determinar la humedad de las muestras, elaborados en metal u

otro material adecuado, con cierres que ajusten herméticamente para evitar la pérdida de

humedad durante el pesaje.

3.6.3.- Métodos.

3.6.3.1.- Método A.

3.6.3.1.1.- Muestra.

A. Si la muestra de suelo está húmeda cuando se recibe del terreno, deberá secarse

hasta que llegue a hacerse desmenuzable según se vea al introducir en ella una

espátula. El secado puede efectuarse al aire o por medio de aparatos de secado de

manera que la temperatura de la muestra no sobrepase de 60 °C (140 °F). Rómpanse

entonces los terrones del material de una manera tal que se evite reducir el tamaño

natural de las partículas individuales de la muestra.

52

B. Tamícese una cantidad representativa adecuada de suelo, pulverizado sobre el tamiz

de 4.75 mm (No. 4). Si lo hubiere, elimínese el material grueso retenido sobre dicha

malla.

C. Escójase una muestra representativa con un peso aproximado de 3 kg o más, del

suelo preparado como se describe en A y B.

3.6.3.1.2.- Procedimiento.

A. Mézclese perfectamente la muestra representativa escogida, con agua suficiente

para humedecerla hasta aproximadamente 4 puntos de porcentaje por debajo del

contenido óptimo de humedad.

B. Prepárese un espécimen compactando el suelo humedecido en el molde de 4" de

diámetro (con el collar ajustado) en cinco capas aproximadamente iguales y que

den una altura total compactada de alrededor de 5". Compáctese cada capa

mediante 25 golpes uniformemente distribuidos con el pisón de caída libre de 18"

por encima de la altura aproximada del suelo compactado, cuando se usa un

martillo operado manualmente. Durante la compactación, el molde deberá

permanecer firme sobre un soporte denso, uniforme, rígido y estable.

Bases satisfactorias para colocar el molde durante la compactación del suelo

pueden ser: un bloque de concreto, que pese no menos de 91 kg (200 lb), sostenido

por una fundación relativamente estable como un piso sano de concreto, y en el

caso de hacer el ensayo en el campo, superficies como los muros de alcantarillas de

concreto, los puentes y los pavimentos.

Después de la compactación remuévase el collar de extensión, recórtese

cuidadosamente el suelo excedente compactado en la parte superior del molde,

usando la regla con borde recto. Pésese el molde y el suelo húmedo en kilogramos

con aproximación de 5 g.

C. Sáquese la muestra compactada del molde y córtese verticalmente a través del

centro de la misma. Tómese una muestra representativa del material de una de las

caras del corte; pésese inmediatamente y séquese en un horno a 110 ± 5 °C (230 ±

9°F), por un tiempo mínimo de 12 horas o hasta peso constante, para determinar el

contenido de agua. La muestra para humedad no deberá pesar menos de 100 g.

53

D. Rómpase completamente la porción restante de la muestra moldeada hasta cuando

se considere visualmente que pasa por la malla de 4.75 mm (No. 4) y reúnase con la

porción restante de la muestra que se está ensayando. Agréguese agua en cantidad

suficiente para aumentar la humedad del suelo en 1 o 2 puntos de porcentaje y

repítase el procedimiento anterior para cada incremento de agua. Continúese esta

serie de determinaciones, hasta que haya disminución o no haya cambio en el peso

húmedo, f1, en lb/pie3, o kg/m3, del suelo compactado.

Este procedimiento se ha encontrado satisfactorio en la mayoría de las veces. Sin

embargo en algunos casos, en los cuales el suelo es de carácter frágil y se reduce

significativamente en su tamaño debido a la compactación repetida y en casos en

los cuales el suelo está constituido por un material arcilloso de textura grasosa,

dentro del cual es difícil incorporar agua, deberá emplearse una muestra diferente

del mismo material para cada punto del ensayo de compactación. En estos casos,

las diferentes muestras deberán mezclarse perfectamente con cantidades suficientes

de agua para que la humedad de las mismas varíe aproximadamente en 2 puntos de

porcentaje. Los puntos de humedad escogidos deberán encerrar el valor del

contenido optimo de humedad, proporcionando de esta manera muestras que,

cuando se compactan aumentan su-peso hasta el peso unitario máximo deseado y

luego de alcanzado éste, disminuyen. Las muestras de mezclas de suelo con agua

deberán colocarse en recipientes cubiertos y deberá permitírseles que permanezcan

por lo menos 12 horas antes de efectuar la determinación del ensayo de humedad-

peso unitario.

Sin embargo, cuando sea necesario agregar o remover una cantidad predeterminada

de agua, podrán emplearse los siguientes tiempos mínimos de reposo para que la

humedad se distribuya uniformemente, de acuerdo con el tipo de suelo.

TABLA No 7

54

3.6.3.2.- Método B.

3.6.3.2.1.- Muestra.

Escójase la muestra representativa de acuerdo con el numeral 3.6.3.1.1 (Método A),

excepto que deberá tener un peso de aproximadamente 7 Kg. (15 lb.).

3.6.3.2.2.- Procedimiento.

Sígase el mismo procedimiento descrito para el Método A en el numeral. 3.6.3.1.2, excepto

en lo siguiente:

Prepárese una muestra compactando el suelo humedecido en el molde de 6", de diámetro

(con el collar ajustado), en cinco capas aproximadamente iguales de tal manera que

proporcionen una altura total compactada de alrededor de 5", siendo compactada cada capa

por medio de 56 golpes de martillo uniformemente distribuidos.

3.7.3.3.- Método C.

3.7.3.3.1.- Muestra.

A. Si el suelo está húmedo cuando se recibe del campo, secamos hasta que se note

friable al introducir en él una espátula. El secamiento puede efectuarse en el aire, o

mediante el uso de aparatos de secado, siempre que la temperatura no exceda de 60°C

(14,0 °F). Rómpanse luego perfectamente los terrones pero de tal manera que se evite la

reducción del tamaño natural de las partículas individuales

B. Tamizamos una cantidad representativa de suelo pulverizado sobre el tamiz de 19.0

mm (3/4"). Descartamos el material grueso si lo hubiere, retenido sobre dicho tamiz, si

lo hubiere.

C. Pesamos tres muestras representativas de 6 KG cada una proporcional a su

porcentaje de Agregado Grueso y Agregado Fino de la distribución de granulometría.

FOTO Nº 26: PESANDO 6 KG. DE MUESTRA

55

3.7.3.3.2.- Procedimiento.

Mezclamos completamente la muestra representativa seleccionada con suficiente agua de

acuerdo al contenido de humedad inicial (asumimos un óptimo contenido de humedad

probable y mediante cálculos pertinentes obtenemos un volumen de agua), agregamos el

agua en la primera bandeja (primer punto) y se procede a distribuir uniformemente en todo

el suelo como se muestra en la foto Nº 27.

FOTO N º 27: HUMEDECIENDO LA MUESTRA DE 6 KG.

A. Una vez humedecida la primera porción de suelo enrasamos y dividimos en 5 partes

iguales.

B. Al mismo tiempo procedimos a sacar un par de muestras del material humedecido

en recipientes para obtener su contenido de humedad secándolas al horno

C. Luego pesamos el molde a usar, en este caso el modificado de 2129 cc de

capacidad.

D. Colocamos la primera porción de suelo y nivelamos, para empezar a compactar

usando el martillo de 10 lb., de la siguiente forma: 10 golpes laterales por uno central,

56 veces por capa, como se muestra en la foto Nº 28.

56

FOTO N º 28: COMPACTACIÓN DEL SUELO.

Después de la compactación, removemos el collar de extensión, recortamos

cuidadosamente el suelo excedente compactado en la parte superior del molde,

mediante la regla con borde recto (FOTO Nº 29). Los huecos que se hayan

desarrollado en la superficie por la remoción de material grueso los llenamos con

material de tamaño más pequeño. Pesamos el molde y el suelo húmedo (FOTO Nº

30) en kg.

FOTO N º 29: ENRASADO DEL SUELO AL NIVEL DEL BORDE DEL

MOLDE.

57

FOTO Nº 30: PESADO DEL MOLDE MÁS LA MUESTRA.

E. Añadimos agua en cantidad suficiente para aumentar la humedad de la muestra en

uno o dos puntos de porcentaje, y repetimos el procedimiento anterior para cada

incremento de agua.

FOTO N º 31: EQUIPO Y MATERIALES DEL ENSAYO DE PROCTOR

MODIFICADO

58

3.7.3.4.- Método D.

3.7.3.4.1.- Muestra.

Selecciónese la muestra representativa de acuerdo con el numeral 3.6.3.1.2, excepto que

deberá tener un peso de aproximadamente 11 kg.

3.7.3.4.2.- Procedimiento.

Sígase el mismo procedimiento descrito para el Método C, excepto en lo siguiente: fórmese

una muestra compactando el suelo humedecido en el molde de 6" de diámetro (con el collar

ajustado) en cinco capas aproximadamente iguales, que de una altura total compactada

alrededor de 5", compactándose cada capa mediante 56 golpes del martillo distribuidos

uniformemente.

3.7.3.4.3.- Cálculos.

Calculamos la humedad y el peso unitario seco del suelo compactado para cada prueba, así:

Donde:

w = Porcentaje de humedad en la muestra con base en el peso seco del suelo en el horno.

A = Peso del recipiente y del suelo húmedo.

B = Peso del recipiente y del suelo seco.

C = Peso del recipiente.

f = Peso unitario seco, en kg/m3 (lb/pie3) del suelo compactado.

f1 = Peso unitario húmedo de kg/m3 (lb/pie3) del suelo compactado.

59

3.7.4.- Relaciones de Humedad-Peso Unitario.

3.7.4.1.- Los cálculos deberán efectuarse para determinar la humedad y el correspondiente

peso unitario de la muestra del suelo, secado en el horno, en kg/m3. Los pesos unitarios se

dibujarán como ordenadas y las humedades correspondientes como abscisas.

3.7.4.2.- Humedad óptima. Cuando los pesos unitarios y las correspondientes humedades

para el suelo han sido determinados para conformar una curva, el contenido de humedad

que corresponda al pico de la curva, se llamará contenido óptimo de humedad del suelo

bajo la compactación mencionada atrás.

3.7.4.3.- Peso unitario máximo. El peso unitario del suelo secado al horno en kg/m3 o en

lb/pie3, correspondiente al contenido óptimo de humedad, bajo la compactación

mencionada arriba, se llamará peso unitario máximo.

60

TABLA N º 8: PROCTOR ESTANDAR Y PROCTOR MODIFICADO

61

3.7.- CBR de Suelos (Laboratorio) ASTM D-1883.

3.7.1.- Objetivo.

3.7.1.1.- Describir el procedimiento de ensayo para la determinación de un índice de

resistencia de los suelos denominado valor de la relación de soporte, que es muy conocido,

como CBR (California Bearing Ratio). El ensayo se realiza normalmente sobre suelo

preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero

también puede operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno.

3.7.1.2.- Este índice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de

Subrasante y de las capas de base, sub-base y de afirmado.

3.7.2.- Equipos y Materiales.

3.7.2.1.- Prensa similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para forzar la

penetración de un pistón en el espécimen. El pistón se aloja en el cabezal. El

desplazamiento entre la base y el cabezal se debe poder regular a una velocidad uniforme

de 1,27 mm por minuto. La capacidad de la prensa y su sistema para la medida de carga

debe ser de 44.5 kN o más y la precisión mínima en la medida debe ser de 44 N o menos.

3.7.2.2.- Molde, de metal, cilíndrico, de 6” de diámetro interior y de 17.6cm de altura,

provisto de un collar suplementario de 2.0" de altura y una placa de base perforada de 3/8"

de espesor. Las perforaciones de la base no excederán de 1,6 mm de diámetro. La base se

deberá poder ajustar a cualquier extremo del molde.

FOTO No32: MOLDE DE C.B.R.

62

3.7.2.3.- Disco espaciador, circular, de metal, de 150.8 mm de diámetro y de 50.8 mm de

espesor, para insertarlo como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación.

FOTO N º 33: DISCO ESPACIADOR.

3.7.2.4.- Aparato medidor de expansión compuesto por:

Una placa de metal perforada, por cada molde, de 149.2 mm de diámetro, cuyas

perforaciones no excedan de 1,6 mm de diámetro. Estará provista de un vástago en

el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura

Un trípode de cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que lleve

montado y bien sujeto en el centro un dial (deformímetro), cuyo vástago coincida

con el de la placa, de forma que permita controlar la posición de éste y medir la

expansión, con aproximación de 0.025 mm.

FOTO N º 34: TRÍPODE CON DEFORMÍMETRO.

63

3.7.2.5.- Sobrecargas metálicas, unas, dos por cada molde, una anular y la restante

ranurada, con peso de 5 lb. cada una, 149.2 mm de diámetro exterior y la anular con 54

mm de diámetro en el orificio central.

FOTO N º 35: SOBRECARGAS METÁLICAS Y VÁSTAGO.

3.7.2.6.- Pistón de penetración, cilíndrico, metálico, de 49.6 mm de diámetro, área de 19.35

cm2 y con longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración con las sobrecargas

precisas.

3.7.2.7.- Dos diales con recorrido mínimo de 25 mm (1") y divisiones en 0.025 mm

(0.001"), uno de ellos provisto de una pieza que permita su acoplamiento en la prensa para

medir la penetración del pistón en la muestra.

3.7.2.8.- Tanque, con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua.

3.7.2.9.- Estufa, termostáticamente controlado, regulable a 105 5 ºC (230 9 ºF).

3.7.2.10.- Balanzas, con precisión del 0.1% del material a trabajar, para el contenido de

humedad se requiere que la balanza tenga una precisión de 0.1 gr.

3.7.2.11.- Tamices, de 4.75 mm (No. 4) y de 19.0 mm (3/4").

3.7.2.12.- Misceláneos, de uso general como cuarteador, mezclador, cápsulas, probetas,

espátulas, discos de papel de filtro del diámetro del molde, etc.

64

3.7.3.- Procedimiento.

3.7.3.1. Preparación de la muestra. Preparamos una muestra del tamaño de 18 kgs. Esta

muestra deberá secarse al aire o en un horno, a una temperatura menor que 600 oC, hasta

que se vuelva desmenuzable. Además, se deberán disgregar los terrones evitando reducir el

tamaño natural de las partículas.

La muestra a utilizarse, al igual que en el ensayo Proctor, mantienen el mismo porcentaje

de Agrega do Grueso como el del Agregado Fino obtenido de la granulometría. La muestra

de 18 Kg. la dividimos en porciones de 6kg. cada una .Determinamos el contenido de

humedad inicial.

- Compactación de probetas CBR. Normalmente se compactan de tres a cinco probetas en

un rango de 90 a 100% de la Densidad Máxima de Compactación Seca determinada según

el ensayo Proctor. Cada porción de suelo, se debe mezclar con una cierta cantidad de agua

para obtener la humedad óptima, si es necesario curar el suelo, debe colocarse dentro de un

recipiente tapado para lograr una distribución uniforme de la humedad.

3.7.3.2.- Una vez que se haya pesado el molde (Mm) y verificado su volumen (Vm), se

colocamos el disco espaciador sobre la placa base, fijamos el molde con el collarín sobre la

placa y se colocamos un disco de papel filtro sobre el disco espaciador. Dentro del molde lo

compactamos mediante 5 capas cada una de las porciones de suelo húmedo, utilizando para

cada porción una energía de compactación distinta (W de golpes), de manera que la

densidad a la cual se desee determinar el CBR quede comprendida entre las densidades de

dos probetas. Compactamos con 56, 25 y 12 golpes respectivamente.

Tomamos 2 muestras representativas de suelo para calcular el contenido de humedad antes

de ser compactado el suelo. En caso que las muestras no sean sumergidas, la humedad se

determina concluida la penetración.

Finalizada la compactación, se retira el collarín y se enrasa el suelo al nivel del borde del

molde (foto N º 36), rellenando los huecos dejados por la eliminación del material grueso

con material de menor tamaño. Se retiran la placa base perforada, el disco espaciador y se

pesa el molde con el suelo compactado (W1).

65

FOTO N º 36: ENRASADO DEL SUELO AL NIVEL DEL BORDE DEL MOLDE.

3.7.3.3.- Determinación de las propiedades expansivas del suelo. Sobre la placa base

perforada, se coloca un disco de papel filtro grueso y se ajusta el molde con el suelo

compactado en forma invertida, de manera que el espacio formado por el disco espaciador

quede en la parte superior.

En la superficie libre de la muestra, se coloca un disco de papel filtro grueso y sobre éste se

coloca la placa metálica perforada provista de un vástago regulable. Sobre ésta placa se

colocarán las sobrecargas, cuyo número deberá ser especificado o de lo contrario, se usará

una sobrecarga mínima de 4,54 Kg., equivalente al peso de un pavimento de hormigón de 5

pulgadas de espesor.

A continuación se coloca todo el conjunto cuidadosamente dentro del estanque sin agua,

sobre pequeños bloques metálicos o de otro material con el objeto de permitir el libre

acceso del agua por debajo de la muestra. Se monta el trípode y se instala el comparador de

dial de tal modo que su punta palpable quede tocando el vástago.

66

Luego, se llena el estanque con agua (foto N º 37) y se registra la lectura inicial del

comparador de dial (L1). El tiempo de inmersión dependerá del tipo de saturación. Para un

ensayo con saturación normal se deja el molde sumergido durante 96 horas, en cambio para

un ensayo de saturación completa se dejará el tiempo necesario hasta que no haya más

hinchamiento, lo que se comprueba cuando dos lecturas de dial efectuadas con 24 horas de

intervalo difieren en menos de 0,03 mín. Durante todo el tiempo de inmersión el nivel de

agua se debe mantener constante.

Cabe resaltar que el tiempo de saturación esta también de acuerdo al tipo de suelo y a las

condiciones de la Zona de estudio variando entre 12 horas a 96 horas.

FOTO N º 37: SATURACIÓN DE LOS MOLDES DE C.B.R.

Registrada la lectura final del comparador de dial (L2), se retira el trípode y se saca el

molde del agua, para dejarlo drenar durante 15 minutos. Finalmente se retiran las

sobrecargas, los discos de papel filtro y las placas perforadas para determinar el peso del

molde más el suelo compactado y saturado (W2).

3.7.3.4.- Determinación de la resistencia a la penetración. Se lleva la probeta a la máquina

de ensayo (véase foto Nº 38) y se colocan sobre ella, una cantidad tal de cargas para

67

reproducir una sobrecarga igual a la que supuestamente ejercerá el material de base y

pavimento del camino proyectado (pero no menor que 4,54 Kg.), redondeando a múltiplos

de 2,27 Kg. En caso de que la probeta haya sido sumergida, la carga será igual a la aplicada

durante la inmersión.

Se apoya el pistón de penetración con una carga lo más pequeña posible (no debe exceder

de 45 Newton) y se colocan los diales de lectura de tensión y deformación en cero. Esta

carga inicial, se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón, pero debe

considerarse como carga cero para la relación carga-penetración. La velocidad de carga

aplicada al pistón de penetración será de 0,75 mm/min.

FOTO N º 38: MOLDE DE C.B.R. EN LA MÁQUINA DE ENSAYO.

Se anotarán las lecturas de carga, en los siguientes niveles de penetración, ver tabla Nº 10:

68

TABLA Nº 9: ENSAYO DE C.B.R.-LECTURAS DE CARGA.

Finalmente, se retira el total de la muestra de suelo del molde y se determina el contenido

de humedad de la capa superior, con una muestra de 25 mm. de espesor, ver foto Nº 40. Si

se desea determinar la humedad promedio, se deberá extraer una muestra que abarque el

total de la altura del molde.

FOTO No 39: MOLDE DE C.B.R. DESPUES DEL ENSAYO DE PENETRACIÓN.

69

3.7.4.- Cálculos. 3.7.4.1.- Humedad de compactación. El tanto por ciento de agua que hay que añadir al

suelo con su humedad natural para que alcance la humedad prefijada, se calcula como

sigue:

Peso Seco (Ps)= 6000 KG/ (1+ w%/100)

Peso con óptimo contenido de humedad = Ps x (1+ O.C.H. %/100)

Agua a Añadir = Peso con óptimo contenido de Humedad – Peso Seco

Donde:

W% = humedad natural del suelo.

O.C.H = Óptimo contenido de humedad del Proctor Modificado.

3.7.4.2.- Densidad o peso unitario. La densidad se calcula a partir del peso del suelo antes

de sumergirlo y de su humedad. Proctor modificado, para obtener la densidad máxima y la

humedad óptima.

3.7.4.3.- Agua absorbida. El cálculo para el agua absorbida puede efectuarse de las

siguientes maneras: una, a partir de los datos de las humedades antes de la inmersión y

después de ésta; la diferencia entre ambas se toma normalmente como tanto por ciento de

agua absorbida.

3.7.4.4.- Presión de penetración. Se calcula la presión aplicada por el penetrómetro y se

dibuja la curva para obtener las presiones reales de penetración a partir de los datos de

prueba; el punto cero de la curva se ajusta para corregir las irregularidades de la superficie,

que afectan la forma inicial de la curva (véase Grafico Nº 2).

3.7.4.5.- Expansión. La expansión se calcula por la diferencia entre las lecturas del

deformímetro antes y después de la inmersión. Este valor se refiere en tanto por ciento con

respecto a la altura de la muestra en el molde, que es de 5".

70

GRAFICO No 2: CURVA DE PRESIONES REALES DE PENETRACIÓN.

Es decir:

Siendo:

L1 = Lectura inicial en mm.

L2 = Lectura final en mm.

3.7.4.6.- Valor de la relación de soporte (índice resistente CBR). Se llama valor de la

relación de soporte (índice CBR), al tanto por ciento de la presión ejercida por el pistón

sobre el suelo, para una penetración determinada, en relación con la presión

correspondiente a la misma penetración en una muestra patrón.

71

Para calcular el índice CBR se procede como sigue:

Dibujamos una curva que relacione las presiones (ordenadas) y las penetraciones

(abscisas), y se observa si esta curva presenta un punto de inflexión. Si no presenta

punto de inflexión se toman los valores correspondientes a 0,1" y 0,2" de

penetración. Si la curva presenta un punto de inflexión, la tangente en ese punto

cortará el eje de abscisas en otro punto (o corregido), que se toma como nuevo

origen para la determinación de las presiones correspondientes a 0,1" y 0,2".

De la curva corregida tómense los valores de esfuerzo-penetración para los valores

de 0,1" y 0,2" y calcúlense los valores de relación de soporte correspondientes,

dividiendo los esfuerzos corregidos por los esfuerzos de referencia 6.9 MPa

(10001b/pulg.') y 10.3 MPa (1500 lb/plg2) respectivamente, y multiplíquese por

100. La relación de soporte reportada para el suelo es normalmente la de 0.1" de

penetración. Cuando la relación a 0.2" de penetración resulta ser mayor, se repite el

ensayo. Si el ensayo de comprobación da un resultado similar, úsese la relación de

soporte para 0.2" de penetración.

3.7.5- Usos.

El valor de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los

suelos principalmente con fines de utilización con base y sub rasante bajo pavimentos de

carreteras y aeropistas. La siguiente tabla da clasificaciones típicas:

TABLA No 10: CLASIFICACIÓN GENERAL DE USOS DELOS VALORES DE

C.B.R. EN PAVIMENTOS.

Sistema de Clasificación

CBR Clasificación General. Usos SUCS AASHTO

0-3 Muy Pobre Subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7

3-7 Pobre a Regular Subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7

7-20 Regular Sub-Base OL,CL,ML,SC,SM,SP A2,A4,A6,A7

20-50 Bueno Base,Sub-Base GM,GC,SW,SM,SP,GP A1b,A2-5,A3,A2-6

> 50 Excelente Base GW,GM A1a,A2-4,A3

3.7.6.- Observaciones.

72

Se usaron tres moldes de CBR por muestra de; 10%, 15%, 20% de contenido de

polvo de Baghouse en escorias.

El número de golpes por capa (5 Capas) utilizado fueron de 56, 25 y 12 golpes.

El tiempo de saturación de los moldes fue de 24 horas, realizándose dos lecturas,

una inicial y otra a las 24 horas.

En suelos finos o granulares que absorben fácilmente la humedad, se permite un

periodo de inmersión mas corto, pero no menor de 24 horas, ya que se ha

demostrado que con este periodo de tiempo, no se verán afectado los resultados.

Los valores obtenidos son mas altos de los esperados pues en su conjunto superan el

100% del CBR

73

3.8.- Ensayo de Corte Directo.

3.8.1.-Objetivo.

Determinar de forma rápida los parámetros de resistencia (ø y c ) de un suelo.

3.8.2.- Equipo.

3.8.2.1.- Aparato de Corte Directo. Ver foto Nº 40.

FOTO 40: MÁQUINA DE CORTE DIRECTO.

3.8.2.2.- Piedras porosas. Las piedras porosas deben ceñirse a lo siguiente:

Deben ser de carburo de silicio, óxido de aluminio o de un metal que no sea

susceptible a la corrosión por sustancias contenidas en el suelo o la humedad del

mismo.

Dependiendo del tipo de suelo que se va a ensayar, las piedras porosas (foto N º 41)

deben tener la calidad adecuada para desarrollar el contacto necesario con la

muestra y, además, deben evitar la intrusión excesiva de partículas de suelo dentro

de sus poros.

74

FOTO N º 41: PIEDRAS POROSAS.

3.8.2.3.- Dispositivo para la aplicación de la fuerza normal. Debe estar capacitado para

aplicar rápidamente la fuerza especificada sin excederla y para mantenerla durante el

proceso de ensayo.

3.8.2.4.- Dispositivo para la aplicación de la fuerza de corte.

La capacidad depende más que todo del tipo de control: con control de

deformaciones o con control de esfuerzos. Se prefiere generalmente el primero por

la facilidad para determinar, tanto el esfuerzo último, como la carga máxima.

El equipo con control de deformaciones debe tener la capacidad para cortar la

muestra a una velocidad de desplazamiento uniforme, con una desviación de ± 10%

y debe permitir el ajuste de la velocidad de desplazamiento dentro de un rango más

o menos amplio.

La velocidad de aplicación de la carga, depende de las características de

consolidación del suelo. Se logra usualmente por medio de un motor con caja de

transmisión y la fuerza de corte se determina por medio de un indicador de carga.

3.8.2.5.- Balanza. Debe tener una sensibilidad de 0.1 g o 0.1 % del peso de la probeta.

75

3.8.2.6.- Deformímetros o diales. Deben ser adecuados para medir los cambios en el

espesor de la muestra con una sensibilidad de 0.002 mm (0.0001") y la deformación con

sensibilidad de 0.02 mm (0.001").

3.8.2.7.- Estufa u Horno de secado. Capaz de mantenerse a 110 °C ± 5 °C (230 ± 9 °F)

3.8.2.8.- Recipientes para muestras de humedad.

3.8.2.9.- Equipo para el remoldeo o compactación de probetas.

3.8.2.10.- Misceláneos. Incluyen: cronómetro, sierra de alambre, espátula, cuchillos,

enrasadores, agua destilada y demás elementos necesarios.

FOTO N º 42: DIVERSOS ELEMENTOS DEL ENSAYO DE CORTE DIRECTO.

3.8.3.- Exposición General.

El ensayo de corte directo impone sobre un suelo las condiciones idealizadas. Es decir,

induce la ocurrencia de una falla a través de un plano de localización predeterminado.

Sobre este plano actúan dos fuerzas o esfuerzos- un esfuerzo normal debido a una carga

vertical Pv aplicada externamente y un esfuerzo cortante debido a la aplicación de una

carga horizontal Ph. Estos esfuerzos se calculan simplemente como:

= Pv _____ ( 1 )

76

A

= Ph ______ ( 2 ) A Donde A es el área nominal de la muestra (o de la caja de corte) y usualmente no se corrige

para tener en cuenta el cambio de área causada por el desplazamiento lateral de la muestra

Ph. Estos esfuerzos deberían satisfacer la ecuación de Coulomb:

c+tan( 3 )

Como en la ec. ( 3 ) existen dos cantidades desconocidas (c y ) , se requiere obtener los

valores, como mínimo, de esfuerzo cortante y el esfuerzo normal tienen el mismo

significado dado en la construcción del circulo de Mohr, en lugar de resolver una serie de

ecuaciones simultáneas para c y tan, es posible dibujar en un plano de ejes coordenados

los valores de contra para los diferentes ensayos ( generalmente con como ordenada

), dibujar una línea a través del lugar geométrico de los puntos resultantes, o del promedio

del lugar geométrico de los puntos, y establecer la pendiente de la línea como el ángulo y el

intercepto con el eje como la cohesión c . Así se consigue una solución grafica de la

ecuación. (3).

Para materiales no cohesivos, la cohesión debería ser cero por definición y la ecuación. (3)

se convierte en:

tan( 4 )

Las inexactitudes del ensayo y los efectos de tensión superficial de los materiales húmedos

no cohesivos a menudo producen un valor de cohesión aparente, que debería despreciarse a

menos que sea más de 10 a 15 KPa. Si el valor de la cohesión es grande siendo el suelo

material no cohesivo, debería investigarse la razón para haber obtenido dicha cohesión.

77

El ensayo de corte directo se caracteriza por lo siguiente:

1. El tamaño de las muestras hace que efectuar ensayos consolidados –no drenados y

consolidados drenados no requiera demasiado tiempo, pues el tiempo de drenaje es

bastante corto aún para materiales con bajo coeficiente de permeabilidad, debido a

que el camino de drenaje es muy pequeño.

2. Se ha introducido cajas con muestra cuadrada de forma que la reducción de área

durante el ensayo puede fácilmente tenerse en cuenta si se desea.

3. La máquina de corte directo es mucho más adaptable a los equipos electrónicos de

medición, de forma que no se requiere de forma continua de un operario para

efectuar ensayos consolidados-drenados, que pueden durar varios días.

4. Se ha encontrado que los parámetros del suelo c y obtenidos por el método del

corte directo son casi tan confiables como los valores triaxiales (probablemente esto

se debe más a problemas del operador que al hecho de que los equipos tengan igual

capacidad de comportamiento). Lo anterior no quiere indicar que el ensayo triaxial

sea indeseable; si no más bien que, si se desean únicamente los parámetros de

suelos, los valores que brinda el ensayo de corte directo se han encontrado

usualmente bastante aceptables. Hay alguna información como el comportamiento

de presión de poros durante el corte que no puede ser evaluado utilizando este

ensayo de corte directo.

Este ensayo de corte directo puede clasificarse como sigue:

1. Ensayos no consolidados-no drenados o ensayos U. El corte se inicia antes de

consolidar la muestra bajo la carga normal Pv. Si el suelo es cohesivo, y saturado,

se desarrollará exceso de presión de poros. Este ensayo es análogo al ensayo triaxial

no consolidado drenado.

2. Ensayo consolidado-no drenado .Se aplica la fuerza normal, y se observa el

movimiento vertical del deformímetro hasta que pare el asentamiento antes de

aplicar fuerza cortante. Este ensayo puede situarse entre los ensayos triaxiales

consolidado-no drenado y consolidado-drenado.

3. Ensayo consolidado-drenado. La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación

del corte hasta que se halla desarrollado todo el asentamiento; se aplica a

continuación la fuerza cortante tan lento como sea posible para evitar el desarrollo

78

de presiones de poros en la muestra. Este ensayo es análogo al ensayo triaxial

consolidado-drenado.

Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la muestra

saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado rápida.

Para suelos no cohesivos, los parámetros de suelos están marcadamente influidos por el

método del ensayo y por el grado de saturación, y por el hecho de que el material esté

normalmente consolidado o sobreconsolidado. Generalmente, se obtienen para suelos

sobreconsolidados dos conjuntos de parámetros de resistencia. Un conjunto para ensayos

hechos con cargas inferiores a la presión de preconsolidación y un segundo juego para

cargas normales mayores que la presión de preconsolidación. Donde se sospeche la

presencia de esfuerzo de preconsolidación en un suelo cohesivo sería aconsejable hacer seis

o más ensayos para garantizar la obtención de los parámetros adecuados de resistencia al

corte.

TRABAJO DE LABORATORIO

1. Pesamos un plato grande de agregado seco (suelo granular) con suficiente material para

hacer por lo menos tres ensayos a la misma densidad.

2. Ensamblamos cuidadosamente la caja de corte (retroceder cualquier separación existente

entre las partes del a caja y los tornillos de empalme) y fijar la caja en posición.

3. Colocamos cuidadosamente la muestra en la caja de corte hasta cerca de 5 mm del borde

de la superficie del anillo y colocar el pistón de carga (incluyendo la piedra porosa) sobre

la superficie del suelo.

FOTO N º 43: COLOCACIÓN DE LA MUESRA EN LA CAJA DE CORTE

DIRECTO.

79

4. Aplicar la carga normal Pv deseada y colocar el dial para determinar el desplazamiento

vertical (con presión de 0.01 mm por división). Recordar incluir el peso del pistón de carga

y la mitad de superior de la caja de corte como parte del peso Pv.

Para ensayos consolidados, registrar en el dial el desplazamiento vertical y comenzar el

ensayo, solo cuando el asentamiento h aparado. Para suelos no cohesivos esto puede

hacerse a partir de la aplicación de Pv.

5. Separamos dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores que se

encuentran en la parte superior de la caja de corte.

A continuación fijamos el bloque de carga apretando los tornillos de fijación provisto

para tal propósito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Inmediatamente

después separamos los tornillos espaciadores de manera que se libere la parte inferior de

la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja y el

bloque o pistón de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo.

6. Ajustamos el deformímetro de carátula (0.01 mm/división) para medir el

desplazamiento en cortante.

7. Como nuestro ensayo es saturado, saturamos la muestra llenando la caja de corte (foto N

º 43) y permitiendo transcurrir suficiente tiempo (5 minutos), para que tenga lugar la

saturación.

Nos aseguramos de que las piedras porosas que se encuentran en la caja de corte estén

saturadas si el suelo al ensayarse contiene alguna humedad.

80

8. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomamos lectura del deformímetro de carga,

del deformímetro de desplazamiento cortante, y del deformímetro vertical (cambio de

volumen). Véase foto Nº 44.

9. Retiramos la muestra de la caja de corte y repetimos los pasos 1 a 8 sobre por lo menos

dos muestras adicionales respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo.

Usamos un valor diferente de Pv para cada ensayo (En nuestro caso usamos valores de

1KG, 2KG, 4KG).

FOTO N º 44: RETIRANDO LA MUESTRA DE LA CAJA DE CORTE.

3.8.4.- Cálculos.

Los siguientes cálculos son aplicables tanto a suelos cohesivos como a suelos no cohesivos.

1. Calculamos el esfuerzo normal nominal como:

= Pv _____ A

Donde A = área de la sección transversal se la muestra se suelo en la caja de corte

Pυ = carga total normal incluido el peso del bloque de carga y la mitad superior

De la caja de corte.

2. Dibujamos una curva de desplazamiento horizontal δh contra la fuerza cortante

horizontal Ph para obtener el mayor valor de la fuerza cortante última. Para calcular

esfuerzo cortante como:

81

= Ph ______ A 3.8.5.- Observaciones. .

El ensayo que se realizó fue Ensayo Consolidado Drenado, siendo el tipo de suelo,

suelo no cohesivo y el tiempo de saturación fue de 5 minutos aproximadamente.

La velocidad con la que se llevó a cabo el ensayo 0.75 seg/mm.

En nuestro caso como se utilizaron sobrecargas de 4kg., 8kg. Y 16kg. El tiempo de

consolidación aproximada fue de 2´ a 5 ́ (Ya que este tiempo depende de la

sobrecarga utilizada).

82

3.9.-MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR EL CONTENIDO DE

HUMEDAD DE UN SUELO ASTM D 2216.

3.9.1.- Objetivo.

La presente Norma establece el método de ensayo para determinar el contenido de

humedad de un suelo.

3.9.2.- Definiciones.

La humedad o contenido de humedad de un suelo es la relación, expresada como

porcentaje, del peso de agua en una masa dada de suelo, al peso de las partículas sólidas.

3.9.3.- Principio del Método.

Determinamos el peso de agua eliminada, secando el suelo húmedo hasta un peso

constante en un horno controlado a 110 °C más menos 5 °C*. El peso del suelo que

permanece del secado en horno es usado como el peso de las partículas sólidas. La pérdida

de peso debido al secado es considerado como el peso del agua.

3.9.4.-Equipo.

Horno de secado.- Horno de secado termostáticamente controlado, de preferencia

uno del tipo tiro forzado, capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5 °C.

Balanzas.- De capacidad conveniente y con las siguientes aproximaciones: de0.01 g

para muestras de menos de 200 g de 0. 1 g para muestras de más de 2000 g.

Recipientes.- Recipientes apropiados fabricados de material resistente a la

corrosión, y al cambio de peso cuando es sometido a enfriamiento o calentamiento

continuo, exposición a materiales de pH variable, y a limpieza.

Utensilios para manipulación de recipientes.- Se requiere el uso de guantes, tenazas

o un sujetador apropiado para mover y manipular los recipientes calientes después

que se hayan secado.

Otros utensilios.- Se requiere el empleo de cuchillos, espátulas, cucharas, lona para

cuarteo, divisores de muestras, etc.

83

3.9.5.- Procedimiento.

3.9.5.1.- Determinamos y registramos el peso de un recipiente limpio y seco (y su tapa si es

usada).

3.9.5.2.-Seleccionamos muestras de ensayo representativos.

3.9.5.3.- Colocamos la muestra de ensayo húmedo en el recipiente y, si se usa, colocar la

tapa asegurada en su posición. Determinamos el peso del recipiente y material húmedo

usando una balanza. Registrar este valor foto Nº 45.

FOTO Nº 45: DETERMINACIÓN DEL PESO DEL RECIPIENTE Y DEL

MATERIAL HÚMEDO.

Nota 1. Para prevenir la mezcla de especimenes y la obtención de resultados incorrectos,

todos los recipientes, y tapas si se usan, deben ser enumerados y debemos registrar los

números de los recipientes en los formatos de laboratorio. Los números de las tapas

deberían ser consistentes con los de los recipientes para evitar confusiones.

3.9.5.4.- colocamos el recipiente con material húmedo en el horno (foto Nº 46). Secamos el

material hasta alcanzar una masa constante. Mantener el secado en el horno a 110+-5 °C. El

tiempo requerido para obtener peso constante variará dependiendo del tipo de material,

tamaño de espécimen, tipo de horno y capacidad, y otros factores.

84

FOTO Nº 46: COLOCACIÓN DE LOS RECIPIENTES Y DEL MATERIAL

HÚMEDO AL HORNO.

3.9.5.5.-Cuando el material este seco lo retiramos del horno (24 horas aproximadamente)

Determinamos el peso del recipiente y el material secado al homo, registramos este valor.

3.9.6.- Cálculos.

Se calcula el contenido de humedad de la muestra, mediante la siguiente fórmula:

85

En donde:

w = es el contenido de humedad, en porcentaje

Mcws= es el peso del recipiente más el suelo húmedo, en gramos

Mcs = es el peso del contenedor más el suelo secado en horno, en gramos:

Mc = es el peso del recipiente, en gramos

Mw = es el peso del agua, en gramos

Ms = es el peso del suelo seco, en gramos.

3.9.7. - Observaciones.

Se determino las humedades de los materiales en su estado original, tanto para las muestras

de escoria como para las muestras de polvo de Baghouse; además se obtuvieron las

humedades de las diferentes combinaciones de Polvo y Escorias así como los óptimos

contenidos de humedad para los ensayos de Proctor y CBR. Todos estos resultados de

promediar 3 muestras para cada contenido de humedad.

85

4.1.- ESTABILIZACION DE SUELOS.

4.1.1.- Consideraciones Generales.-

Los suelos, mezcla de arena y arcilla, cualquiera que sea la proporción de sus

elementos, cuando tienen una cantidad adecuada de humedad, son estables y pueden

resistir perfectamente un trafico relativamente intensos sobre la arena, material

incoherente.

Sin embargo el terreno natural tiene graves inconvenientes; solamente en momentos

determinados es un firme estable; se convierte en polvo o barro en cuanto la proporción

de humedad varía de la que exige, en cada caso, su naturaleza.

La observación de los hechos indicados y el estudio científico de las propiedades de los

suelos, ha creado una técnica de gran interés, para su estabilización, con un doble fin:

construir caminos de costo reducido, perfectamente aceptables para ciertos limites de

trafico, y cimientos capaces de soportar con la debida permanencia de sus

características, las cargas que transmiten las capas de rodadura de alta calidad. Por

ambos conceptos la trascendencia de esta técnica es grande.

La economía moderna obliga a llegar hasta los más recónditos lugares para poder

utilizar los recursos del país. La red de caminos rurales necesita extenderse cada día mas

y mas; el trafico en mucho de ellos es reducido, pero deben ser transitables en todo

momento; no seria posible, dentro del problema económico en conjunto, dotar a estos

caminos de firmes de calidad, de costo elevado; los de bajo precio, utilizando los

materiales existentes al pie de la obra, son, en muchos casos, una solución excelente.

Por otra parte, mantener la calidad del suelo sobre el que se asientan las capas del

pavimento con unas características aceptables en todo tiempo, es fundamental para el

resultado del firme; por ello , en los últimos años se ha dedicado una preferente

atención al estudio de la estabilización del suelo, cimiento de pavimento de alta calidad;

su empleo permite llegar en muchos casos a espesores mucho mas reducido de las capas

del firme con completa garantía; el conjunto del pavimento resulta mucho mas

económico.

86

TABLA Nº 11: TIPO DE ESTABILIZACIÓN PARA CADA SUELO. TIPO DE SUELO

TIPO DE ESTABILIZACION

Materia Orgánica

Estabilización mecánica. Los demás métodos no son efectivos.

Arenoso

Mecánica, cuando la granulometría es uniforme. Las arenas limpias pueden mejorar sus características con cemento o asfalto.

Limoso con algo de arcilla

En general, el único tratamiento al que son susceptibles es a la compactación.

Limosos poca o ninguna arcilla

No existen tratamientos económicos. Debe evitarse su uso en superficies expuestas por el polvo cuando secan.

Arcillosos plásticos

Responden a la estabilización con cal.

Arcillosos de textura abierta

Responden muy bien a la compactación.

Arcillas suaves

Susceptibles a la estabilización con cal.

Caolín

Estabilización mecánica con arena, cemento o cal.

Montmorillonita

Con cal.

Illita

Con cemento o cal.

4.1.2.- Conceptos Fundamentales de la Estabilización.-

El suelo se deforma bajo la acción de las cargas directas, o a las transmitidas por las

capas del firme de alta calidad, si no tiene la debida resistencia; esta debe tener valores

que no desciendan en ninguna circunstancia de los que exigen las cargas que ha de

soportar. Es sabido que, especialmente en ciertos tipos de suelo, su resistencia varía

ampliamente al cambiar la proporción del agua que contiene. Con la estabilización se

pretende, en primer término lograr, que dentro de unas condiciones normales, el agua

que el suelo pueda contener solamente varié entre límites muy pequeños; Se tendrá así

una resistencia conocida y estable. Para ello se añaden y mezclan con el suelo diferentes

productos hidrófobos, que transmiten esta propiedad al suelo, estabilizando sus

características. Así sucede con los suelos predominantemente arcillosos y con los

limosos, capaces de absorber y retener por absorción proporciones elevadas de agua;

cuando están secos se disgregan y presentan una apreciable resistencia; pero cuando

87

tienen una cierta cantidad de agua se hacen plásticos y deformables llegando incluso a

fluidificarse; el cemento, los productos bituminosos y las diferentes clases de resinas y

plásticos que se emplean en la estabilización, limitan la cantidad de agua que el suelo

pueda contener , estabilizándolo.

Los suelos cohesivos y suelos del tipo granular, que solamente tienen resistencia con un

acierta cantidad de agua, que varía entre límites muy próximos, presentan cohesión

aparente; si se quiere que tengan una cierta resistencia cuando estén secos, hay que

mezclarlos con productos capaces de aglomerarlos, función que pueden cumplir los

productos cohesivos; el material estabilizador tiene una doble función, dar al conjunto

una determinada rigidez y mantener esta característica evitando que la posible absorción

de agua exceda los límites convenientes; pero si la composición granulométrica del

suelo granular no es adecuada, la proporción precisa del producto estabilizado resulta

muy alta y puede resultar antieconómica; por ello, en muchos casos es corriente corregir

el suelo, añadiendo al material granular, si económicamente es posible, el suelo

cohesivo necesario y al conjunto, el producto preciso para cumplir la misión de darle la

debida resistencia y mantener la debida proporción de humedad. Análogamente un suelo

excesivamente plástico puede ser económicamente conveniente corregirlo añadiéndole

una determinada proporción de material granular, previamente al empleo del producto

estabilizador. La estabilización exige el cumplimiento de un aserie de condiciones

comunes, que son las siguientes:

1. El suelo estabilizado deberá tener la resistencia precisa para soportar las cargas a

que ha de estar sometido, bien sean transmitidas por las capas superiores del

pavimento olas directas del tráfico, cuando constituya la capa de rodadura, esta

resistencia mínima habrá de lograrse en las condiciones extremas, de humedad y

acción del hielo, que se han de prever, según las características meteorológicas y de

drenaje.

2. El cumplimiento del la condición anterior obligará a corregir el suelo natural, bien

por la aportación de otros apropiados o por la adición de cemento, betún o diferentes

productos químicos. La conveniencia del empleo de uno u otros, es cuestión

económica.

88

4.1.3.- Tipos de Estabilización.-

Existen diversos tipos de estabilización y mejoramientos de suelos para carreteras, en

donde es importante tener conocimiento de conceptos teóricos, prácticos y

experimentales sobre características y propiedades de los suelos en especial el

comportamiento de los suelos finos, con la finalidad de obtener el método apropiado de

estabilización que puede ser mecánica o química, para un tipo de suelo en especial

teniendo en cuenta consideraciones climatológicas, regionales, criterios técnicos de

resistencia-durabilidad y aspectos económicos.

A. Método Granulométrico o de mezclas.-

Para estabilizar un suelo grueso o fino debemos tener en cuenta la distribución en

tamaño de sus partículas, forma, textura, peso volumétrico, fricción interna y cohesión.

Los suelos utilizables para la construcción de carreteras comúnmente son:

Suelos que proceden de bancos naturales; como depósitos de arena del mar como

arenas uniformes, o depósitos de ríos como gravas, arenas, limos y arcillas.

Suelos procesados; Son aquellos suelos que se requiere procesarlos, ya que los suelos

procedentes de bancos naturales son indeseables para la construcción de carreteras, por

lo tanto necesitamos procesarlos de tal manera de mejorar su granulometría,

proporcionar una alta densidad, buena distribución de tamaños de partículas, forma,

textura para una buena separación de tamaños de partículas y redosificación, con el

objetivo de conseguir buenas compacidades y un mejor efecto de consistencia.

Suelos que proceden de bancos de préstamos; Son suelos utilizables y adecuados para

construcción de carreteras, se extraen de excavaciones cercanas de la obra vial.

Suelos del tipo especial; Son suelos que han sido modificados en sus propiedades

físicas, químicas para obtener resultados adecuados y utilizables para carreteras, por

ejemplo las escorias de altos hornos, cuando ocurre la fundición del fierro.

La resistencia es una característica importante que deben tener los suelos para poder

seleccionarlos, y está influenciada en proporciones de materiales que contengan finos o

agregados gruesos.

Los suelos que contengan pocos finos o sin finos y una buena distribución de tamaños

presentan una importante estabilidad, permeabilidad y no son susceptibles a la acción de

las heladas.

El suelo que contiene suficiente cantidad de finos para llenar todos los vacíos entre

partículas, incrementara su resistencia producto del contacto entre las partículas, donde

la presencia de los finos permitirá una mejor distribución de los esfuerzos que en el

89

caso de suelos que no presenten finos, se obtendrá alto peso volumétrico, baja

permeabilidad y puede ser susceptible a la acción de heladas, este tipo de material

presenta problemas de compactación, pero desde el punto de vista de la estabilidad se

tiene un esfuerzo cortante importante, ya sea para material sin confinar, así como

material confinado.

El suelo que contiene gran cantidad de finos, no tendrá trasmisión de esfuerzos, ya que

no efectuará contacto entre las partículas gruesas, por la que flotaran en el suelo fino,

teniendo como comportamiento un bajo peso volumétrico, es impermeable, disminución

de resistencia y es susceptible a la acción de las heladas.

Estabilización granulométrica con Escoria; La reutilización de residuos en la

ingeniería civil presenta ventajas como la disminución del impacto ambiental del

residuo, los ahorros energéticos como de materias primas así como beneficios

económicos. Por ejemplo las escorias derivadas de las fundiciones, un residuo industrial

que aparece en la refinación de minerales en hornos de alta temperatura. Hasta hace

poco se consideraba un residuo cuyo destino era el vertedero, pero la tendencia actual es

su utilización en las obras civiles y en la construcción.

DEFINICION; La estabilización con escoria es la mezcla homogénea en este caso de

áridos, escoria granulada de alto horno, cal y agua que, convenientemente compactada

se mejora sus parámetros de resistencia y uno de sus mayores usos es en la construcción

de bases y sub. Bases de carreteras.

Condiciones generales; Los áridos procederán del machaqueo y trituración de piedra de

cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable,

exentos de polvo, suciedad, arcilla u otros materiales extraños.

Composición granulométrica; La curva granulométrica estará comprendida, en

general, dentro de los límites indicados en la tabla Nº 12. Cabe resaltar que las medidas

de mallas mencionadas en este cuadro están regidos por las Normas Españolas.

90

TABLA Nº 12: COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA.

TAMICES UNE (mm.)

ACUMULADO QUE PASA (%) GEG 1 GEG 2

25 100 100 20 85-100 85-100 10 40-70 35-65 5 22-46 18-42

2,5 12-32 10-30 1,25 8-24 7-22 0,40 2-13 2-13 0,16 0-8 0-8 0,080 0-4 0-4

Los usos GEG 1 y GEG 2 se utilizarán con porcentajes de escoria granulada, respecto al

peso total de los materiales secos, del quince por ciento (15 %) y del veinte por ciento

(20 %) respectivamente.

Caras de fractura; Los áridos a emplear en grava-escoria, para bases de tráfico pesado

o medio, deberán contener al menos un cincuenta por ciento (50 %) en peso, de la

fracción retenida por el tamiz 5 mm, de elementos machacados que presenten dos (2)

caras o más de fractura.

Calidad; El coeficiente de desgaste, medido por el ensayo de Los Ángeles, será inferior

a treinta (30%) en áridos para bases de tráfico pesado o medio, e inferior a treinta y

cinco (35%) en los restantes casos.

Plasticidad; Los áridos serán no plásticos y su equivalente de arena será superior a

treinta (30%).

Contenido de materia orgánica y otras materias perjudiciales; No se utilizarán aquellos

materiales que presenten una proporción de materia orgánica, expresada en ácido tánico,

superior al cinco por diez mil (0,05 %), de acuerdo con la Norma UNE 7082.( Una

Norma Española)

La proporción de terrones de arcilla no excederá del dos por ciento (2 %) en peso, según

la Norma UNE (Una Norma Española) 7133.

91

Escoria granulada

Definición; Se define como escoria granulada el producto obtenido por enfriamiento

brusco y controlado de la escoria de horno alto, a la salida del mismo.

Procedencia; El Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares o, en su defecto, el

supervisor de las obras, fijará la procedencia de la escoria granulada, proscribiéndose el

empleo de escorias que procedan de acopios siderúrgicos.

Reactividad; El coeficiente de reactividad a, definido por la expresión = (s·f)/1000

deberá ser superior a veinte (20%), siendo: s, la superficie especifica Blaine, y f, el tanto

por ciento (%) en peso de los elementos que pasan por el tamiz 0,080 UNE, obtenidos

en molienda normalizada de la escoria.

Contenido de agua; Los valores máximos del contenido de agua h, respecto al peso seco

de la escoria, en función del correspondiente coeficiente de la escoria serán:

20 < < 40 h < 15 %

40 < < 60 h < 20 %

60 < h < 25 %

Granulometría; La curva granulométrica estará comprendida. En general dentro de los

límites indicados en la Tabla Nº 13. Cabe resaltar que las medidas de mallas

mencionadas en este cuadro están regidos por las Normas Españolas.

TABLA Nº 13: ESTABILIZACIÓN GRANULOMÉTRICA.

TAMIZ UNE (mm.) CERNIDO PONDERAL ACUMULADO (%)

5 95-100 2,5 75-100 1,25 40-85 0,40 13-35 0,16 3-14 0,080 1-10

92

Cal; "Cal aérea", para el tipo I, deberá reunir las características que se indican a

continuación:

Cal apagada; La finura Blaine del material que pasa por el tamiz 0.080 UNE será

superior a siete mil centímetros cuadrados por gramo (7.000 cm2/g), según la Norma

UNE 7144.

El porcentaje de cal libre será superior al cincuenta por ciento (50 %).

Cal viva; Sólo podrá utilizarse en casos excepcionales, con la aprobación del Supervisor

y siempre que se adopten las medidas de seguridad necesarias.

El porcentaje de cal libre deberá ser superior al setenta por ciento (70 %).

Agua; Cumplirá lo especificado en las normas que regulan la calidad de agua para obras

de ingeniería civil.

Tipo y Composición de la Mezcla

El tipo y composición de la mezcla serán los definidos en el Pliego de Prescripciones

Técnicas Particulares.

En general, el porcentaje de escoria granulada será del veinte por ciento (20 %) en peso

de la mezcla total seca. Este porcentaje se reducirá al quince por ciento (15 %) cuando

se empleen áridos calizos de machaqueo.

Cuando el porcentaje de escorias sea del quince por ciento (15 %) la granulometría de

los áridos estará comprendida en el huso GEG 1. Si el porcentaje de escorias es del

veinte por ciento (20 %) la curva granulométrica del árido estará comprendida en el

huso GEG 2.

El contenido de cal será del uno por ciento (1 %) en peso de la mezcla total seca.

El Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares podrá especificar la resistencia

mínima a compresión a los siete días (7 d) de las probetas de grava-escoria, precisando

el método de fabricación y curado de las mismas.

93

Aplicaciones en Ejecución de las Obras

Estudio de la mezcla y obtención de la fórmula de trabajo; La ejecución de la mezcla

no deberá iniciarse hasta que no se haya estudiado y aprobado su correspondiente

fórmula de trabajo.

Dicha fórmula señalará:

Las granulometrías de los áridos y de la escoria por los tamices 25, 20, 10, 5,

2.5, 1.25, 0,4, 0.16 y 0.080 UNE (Una Norma Española).

La proporción de escoria granulada.

La proporción de cal.

El contenido de agua.

El valor mínimo de la densidad a obtener.

Las tolerancias admisibles respecto a la fórmula de trabajo serán las siguientes:

Cernido por tamices superiores al 2,5 UNE: ± 6%

Cernido por tamices comprendidos entre el 2,5 y 0,16 UNE: ± 3%

Cernido por el tamiz 0,080 UNE: ± 1,5 %

Escoria granulada: ± 1%

Cal: ± 0,2 %

Estos porcentajes se refieren al peso total de la mezcla seca.

Durante el transcurso de la obra el Supervisor podrá corregir la fórmula de trabajo con

objeto de mejorar la calidad de la grava-escoria, justificándolo debidamente mediante

un nuevo estudio y los ensayos oportunos.

94

B. Estabilización con Cemento.-

El suelo cemento es una mezcla de suelo pulverizado, con cemento Pórtland y

contenido de agua, que compactado a una humedad óptima y densidad máxima, produce

luego de la hidratación del cemento un material resistente, durable y de bajo costo.

Tiene aplicaciones de gran importancia en el diseño de pavimentos, las cuales podemos

mencionar:

a) Como capa de base para:

Caminos y calles de tránsito liviano.

Superficie de tránsito secundario en aeropuertos.

Playas de estacionamiento.

b) Como capa de sub-base para:

Pavimentos de concreto.

Pavimentos suelo cemento.

Pavimentos flexibles.

c) Como sub rasante tratada.

La estabilización suelo cemento es recomendable para suelos medianamente plásticos,

por permitir lograr mas resistencia.

La estabilización de suelos predominantemente finos con cemento no puede resistir

tensiones horizontales por falta de fricción interna, por lo tanto no es recomendable para

este tipo de suelos.

Este método de Estabilización Suelo-Cemento, es un proceso químico que se utiliza

estabilizar y mejorar suelos, consiste en añadirle al suelo, cemento en seco y para

proporciones de agua, con la finalidad de dar un buen fraguado y una compactación

adecuada esto nos ayuda sobre todo a tener una buena disgregación de suelos finos,

como son los suelos arcillosos fundamentalmente.

Como cada tipo de suelo requiere una cantidad adecuada de cemento para su

estabilización, por lo tanto es importante tener en consideración las características, el

comportamiento, así como las condiciones del terreno. Para suelos arenosos, se requiere

una cantidad del 7 al 10% en volumen de cemento, mientras que, para suelos arcillosos,

se requiere una cantidad de cemento en proporciones del 12 al 16% y aún mas en

algunos casos, los suelos arcillosos requieren mucho mas cemento, que en los suelos

95

arenosos, por lo tanto estabilizar con cemento a un suelo muy arcilloso, es bastante

costoso, sobre todo cuando el material de préstamo se encuentre en distancias muy

grandes del lugar de la obra.

Con respecto a las proporciones de agua, se necesita la cantidad suficiente para hidratar

al cemento y para lograr la compactación adecuada, como cierta parte del agua agregada

al suelo se evapora y se pierde durante las operaciones de mezclado, es necesario

incorporar al suelo una cantidad adicional de alrededor del 3% de agua, para que

durante su compactación se encuentre con el óptimo contenido de humedad. El

cemento, al hidratarse obtiene una mezcla muy dura y de mayor resistencia que la de un

material sin estabilizar. Si en estas condiciones, le añadimos proporciones del 2% al 3%

de cemento, probablemente modifiquen sus propiedades índices del suelo, pero sí las

proporciones fuesen del 5% al 8%, pueden alterar con mayor facilidad sus propiedades.

El cemento al estar en contacto con el agua, produce el hidrato de calcio, donde se libera

los iones de calcio muy ávidos de agua que están pegados a las laminas arcillosas, y

como resultado de este proceso es la disminución de la porosidad, y de la plasticidad,

por lo tanto se origina el aumento de la resistencia y de su durabilidad.

La acción del cemento en los suelos arcillosos resulta complicada, pues produce dos

efectos, en principio ocurre un efecto primario, donde la hidratación del cemento

produce silicatos y aluminatos de calcio hidratados, hidróxido de calcio e iones de

calcio que elevan la concentración de electrolitos del agua intersticial. Luego en

segundo termino, se produce el efecto secundario, el cuál se divide en dos fases. La

primera fase, se produce un intercambio iónico entre los iones de calcio y otros que son

absorbidos por los minerales de la arcilla, proceso que tiende a flocular a la propia

arcilla. En la segunda fase, se da lugar a las reacciones químicas puzolánicas entre la cal

y los elementos que componen los cristales de la arcilla. Los elementos compuestos por

materiales silicosos y alumínicos reaccionan con los compuestos cálcicos para

conformar elementos resistentes y durables. En esta misma segunda fase, el hidróxido

de calcio que se va consumiendo puede reponerse por la cal que se libera durante el

proceso primario de hidratación del cemento.

96

Es importante tener conocimiento de las partículas mineralógicas que contiene un tipo

de suelo arcilloso, porque poseen modificaciones en sus características y propiedades

propias, tal es el caso de los minerales arcillosos que van del orden de la

montmorillonita, a la caolinita y la ilita.

La estabilización de suelos arcillosos, mediante la adición de cemento presenta

dificultad para estabilizarse por lo que son difíciles de pulverizar, puesto que en estado

seco son bastantes duros, y cuando se presenta excesos de humedad se hacen más

pegajosos, de aquí que estos materiales deben humedecerse o dejarse secar para que

posean el grado de humedad que facilite su pulverización, es por ello que muchas veces

se ha pensado en añadirle proporciones del 2% de cal, para dar un mejor fraguado a la

mezcla, trabajabilidad y reducción de los componentes cohesivos de la arcilla cuando se

encuentre en estado seco. Para suelos arcillosos de alto contenido de humedad, es

necesario que contengan un gran porcentaje de cemento para lograr el mejoramiento

deseado del suelo, porque caso contrario, provocaría problemas de pulverización y de

mezclado.

En base, al estudio de montmorillonitas, caolinitas e ilitas, se encontró que en periodo

de curados de hasta siete días, se desarrollan resistencias más altas utilizando cemento

Pórtland tipo 1 que las obtenidas utilizando cemento tipo II, debido probablemente al

mayor contenido en aluminato tricálcico en el Cemento tipo 1. Para la estabilización de

los suelos arenosos, según análisis realizado y obtenido, se ha encontrado que el

cemento tipo III, es el más recomendable ya que generan mayores resistencias al

intemperísmo y a la compresión simple.

En suelos no plásticos o de baja plasticidad, la estabilización con cemento es un método

muy eficaz, porque su rápido fraguado, trabajabilidad y su buena compactación,

incrementa su resistencia y durabilidad a lo largo del tiempo.

En suelos inertes, no habría inconvenientes, en cuanto a tener que estabilizarlos con

adición de cemento, pero tendríamos que tener en cuenta ciertas limitaciones, que

pueden generar problemas de agrietamiento, tal es el caso de las rocas trituradas o

gravas graduadas, es por ello que estabilizarlo con cemento sería innecesario.

97

La Estabilización con Cemento, para suelos orgánicos o con presencia de sales como los

sulfatos, es desfavorable, porque estos tipos de suelos retardan y hasta evitan la

hidratación del suelo con el cemento, esto se debe a que estos tipos de suelos como

sulfatos llegan a absorber iones de calcio, es por ello que se le añade cloruro de calcio o

sal hidratada, con el propósito de satisfacer la necesidad de iones de calcio, y de esta

manera se puede mejorar sus características; este punto lo analizaremos con mas

profundidad y detalle en el acápite del Método de Estabilización con Sales.

Un caso poco común es la presencia de sulfatos de calcio o de magnesio en los suelos,

pero se han encontrado en estos tipos de suelo que al adicionar cemento, se obtiene un

material poco durable y con alto contenido de humedad después del mezclado, esto se

debe a las reacciones de materiales arcillosos del suelo, a la presencia de iones sulfatos

en la cal y exceso de agua, por lo tanto no es el método adecuado de estabilizar con

cemento a los suelos con presencia de sulfatos de calcio o de magnesio, en consecuencia

es importante saber que al estabilizar un suelo con cemento, se debe tener conocimiento

que el suelo de la presencia o ausencia de sulfatos en el suelo, para no tener dificultades

en el momento de la estabilización.

Es importante que a un suelo que se va a estabilizar con cemento se determine

previamente la presencia o ausencia de sulfatos, mediante procedimientos químicos.

Debido a que el efecto de los sulfatos se debe a la presencia de sulfato y arcilla en el

suelo, bajo la adición de iones de calcio y agua en exceso, resulta poco valor el empleo

de cemento Pórtland tipo V o sea los resistentes al ataque de los sulfatos.

Las estabilizaciones de los suelos con cemento tienen como característica aumentar la

resistencia con el tiempo del mezclado, efectos de curado, homogeneidad en la mezcla,

etc., por lo tanto es muy importante tener criterios y fundamentos en la elaboración ideal

de las proporciones del mezclado y de su compactación, con el propósito de obtener

éxito y calidad en la estabilización.

En la Tabla Nº 14, se aprecia la resistencia a la compresión a los 7 y 28 días para

diversos tipos de suelos estabilizados con cemento.

98

TABLA NO 14: AUMENTO EN LA RESISTENCIA A LA COMPRESION

PARA VARIOS TIPOS DE SUELOS

Tipo de suelo Resistencia a la Compresión (kg/cm2)

7 Días 28 Días

Suelos Arenosos y Gravosos

Grupos A-1, A-2, A-3 (AASHTO) 21 - 42 28 - 70

Suelos Limosos

Grupos a-4, A-5 17 - 35 21 - 63

Suelos Arcillosos

Grupos A-6 y A-7 14 - 28 18 - 42

La construcción del suelo cemento para bases de carreteras puede hacerse mediante

varios métodos obteniendo resultados similares. Las diversas operaciones y su

secuencia son las mismas y la diferencia está en el equipo que se utiliza. El proceso para

construir una base o sub-base de suelo cemento por medio de este equipo puede

resumirse en las siguientes operaciones:

Preparación inicial del suelo que se va a estabilizar, pulverización, aplicación del

cemento, mezclado en seco del cemento y el suelo, aplicación del agua y continuación

del mezclado con humedad, compactación, perfilado según los planos, escarificación

superficial, alisado con rodillos lisos de hierro.

Las limitaciones que existen para estabilizar un suelo con adición de cemento:

a) Razones técnicas, tales como dificultades para la pulverización, mezclado y

compactación.

b) Por factores de construcción, como la durabilidad y resistencia que pueden obtenerse

c) Consideraciones económicas, tales como costos de extracción, mezclado,

compactación, transporte, contenido de cemento requerido, costo de aditivos, etc.

99

C. Estabilización con Cal.-

Consiste en mezclar el suelo con cal en un porcentaje de peso, es recomendable su

aplicación a suelos finos arcillosos por reaccionar mejor con este material debido a la

reducción de sus propiedades plásticas.

Las arcillas frecuentemente requieren estabilización con el objeto de incrementar su

resistencia y disminuir su sensibilidad a cambios volumétricos a consecuencia de

cambios en el contenido de agua.

Mediante el tratamiento de suelos arcillosos con cal se logra cambios en las propiedades

Del suelo, obteniéndose así efectos como:

Reducir el índice plástico en forma considerable, esto es debido a un pequeño

incremento en el límite plástico y una considerable reducción en el límite

líquido.

El agua y la cal colaboran para acelerar la disgregación de los granos de arcilla

durante la operación de pulverizado, lo cual facilita la trabajabilidad.

Se reduce los efectos aglomerantes.

En lugares donde el suelo tiene un alto contenido de humedad, la aplicación de

la cal facilita el disgregado del suelo del suelo, lo que a su vez propicia el secado

más rápido.

Las contracciones debido al cambio de humedad se reduce considerablemente.

La resistencia del suelo a la compresión se incrementa, así mismo el valor

relativo de soporte.

La capa estabilizada proporciona una excelente plataforma de trabajo para la

construcción de las capas superiores de la sección estructural de un camino.

La forma más usual de la cal empleada en las estabilizaciones es la hidratada, óxidos o

hidróxidos de calcio. El efecto básico de la cal es la constitución de silicatos de calcio

que se forman por acción química de la cal sobre los minerales de arcilla, para formar

compuestos cementadores.

La cal se prepara generalmente calentando carbonatos de calcio, muchas veces bajo

formas de calizas naturales, hasta que pierden su bióxido de carbono y deriven en

óxidos de calcio; el resultante es la cal viva, muy inestable y ávida de agua, lo que hace

difícil su manejo y almacenamiento, por lo que suele de hidratarse de inmediato.

Para formar la cal estabilizante no es preciso partir de calizas puras, sino que pueden

tolerarse algunas impurezas.

100

La cal tiene poco efecto en suelos muy orgánicos o en suelos sin arcillas. Tiene su

máximo efecto en gravas arcillosas, en las que puede producir mezclas inclusive más

resistentes que las que se obtendrían con cemento. Ha obtenido su utilización mas

frecuente en arcillas plásticas, a las que hace mas trabajables y fáciles de compactar

razón por la cual se usa frecuentemente como pre-tratamiento a una estabilización con

cemento, además de los muchos casos que se utiliza como estabilizante definitivo.

D. Estabilización Bituminosa.-

Es aplicable en los suelos medianamente plásticos, consiste en incorporar materiales

bituminosos en suelo o mezcla granular para formar bases flexibles, las cuales pueden

soportar cargas de tránsito bajo condiciones normales de humedad y de circulación.

El bitumen es incorporado a los suelos como agente repulsivo al agua, a fin de mantener

un bajo contenido de humedad y un adecuado valor de soporte en dichos suelos.

Los materiales bituminosos son adicionados en suelos granulares para actuar como

medio ligante o cementante, además de darle cohesión, permite desarrollar la fricción

interna para resistir la acción de desplazamiento lateral por las cargas de tránsito.

101

4.2.- COMBINACIÓN DE LAS ESCORIA CON FINOS.

En la presente tesis se plateó como objetivo de la investigación de las propiedades

físicas y mecánicas de las escorias del proceso de la elaboración de acero de la planta

de Aceros Arequipa en Pisco, así como el mejoramiento de dichas propiedades

mediante su combinación con polvo de Baghouse subproducto también de la

elaboración del Acero de la planta en mención.

Para lograr tan fin se procedió a analizar muestras de Escorias determinando las

características de dicho materia en su estado original y luego con porcentajes de

polvo de Baghouse en proporciones de 10%, 15%, y 20% tratando de mejorar

algunas de sus propiedades a fin de emplearlas en el uso de pavimentos como base o

subbase o con fines de cimentación de estructuras. Asiendo ensayos de Proctor,

CBR, Granulometrías, Limites de Attemberg, Corte Directo entre otros que nos

pueda dar a conocer el comportamiento de este material para los fines antes

mencionados.

En los siguientes acápites presentaremos los resultados de los ensayos realizados

indicando las combinaciones antes mencionadas y además el estado original de las

Escorias (0%)

4.2.1.- Límites de Consistencia.-

En los siguientes cuadros y gráficos se muestran los porcentajes de escoria utilizados

y sus respectivos valores de Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad.

TABLA Nº 15:

% de Escoria LL LP IP

10.00% 14.25% 13.91% 0.34%

15.00% 15.30% 13.91% 1.39%

20.00% 15.51% 13.60% 1.91%

102

GRÁFICO Nº 3: LÍMITE LÍQUIDO VS % DE POLVO.

Limite Liquido Vs % de Polvo

14.0%

14.3%

14.5%

14.8%

15.0%

15.3%

15.5%

15.8%

9.5% 11.5% 13.5% 15.5% 17.5% 19.5% 21.5%% de Polvo

Lim

ite L

iqui

do

GRÁFICO Nº 4: LÍMITE PLÁSTICO VS % DE POLVO.

Limite Plástico Vs % de Polvo

13.5%

13.6%

13.7%

13.8%

13.9%

14.0%

8.5% 10.5% 12.5% 14.5% 16.5% 18.5% 20.5% % de Polvo

Lim

ite P

lást

ico

103

GRÁFICO Nº 5: ÍNDICE DE PLASTICIDAD VS % DE POLVO.

Cabe mencionar que en su estado original las Escorias no presentan limites de

consistencia, además podemos observar que la combinación de escorias y

polvo de baghouse va ganando plasticidad a medida que aumenta el

porcentaje de polvo en la mezcla

4.2.2.- Granulometría.-

En los siguientes cuadros y gráficos se muestran las diferentes granulometrías de la

Escoria, polvo de Baghouse con las diferentes combinaciones de 10%, 15%, 20%

Índice de Plasticidad Vs % de Polvo

14.0%

14.3%

14.5%

14.8%

15.0%

15.3%

15.5%

15.8%

9.0% 11.0% 13.0% 15.0% 17.0% 19.0% 21.0%% de Polvo

Índi

ce d

e Pl

astic

idad

104

GRÁFICO Nº 6: GRANULOMÉTRIA DE LOS PORCENTAJES QUE PASAN, ESCORIA POLVO DE BAGHOUSE Y COMBINACIONES

TAMIZES % Que Pasa ASTM (mm) Escoria Polvo Baghouse Combinación 10% Combinación 15% Combinación 20%

6" 152.4 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

4" 101.6 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

3" 76.20 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

2" 50.80 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00

1 1/2" 38.10 98.77 100.00 99.14 99.24 99.32

1" 25.40 92.33 100.00 93.35 94.07 94.74

3/4" 19.05 84.78 100.00 86.76 88.19 89.54

1/2" 12.70 71.06 100.00 76.01 78.60 81.04

3/8" 9.50 62.61 100.00 69.29 72.60 75.73

1/4" 6.35 49.26 100.00 59.04 63.47 67.64

Nro, 4 4.76 43.99 100.00 54.47 59.38 64.02

Nro, 8 2.38 33.86 99.99 42.54 46.78 50.89

Nro, 10 2.000 30.84 99.98 39.01 43.05 47.00

Nro, 20 0.850 20.07 99.90 26.22 29.53 32.90

Nro, 30 0.590 16.55 99.80 22.02 25.09 28.27

Nro, 40 0.425 14.44 99.64 19.50 22.42 25.48

Nro, 50 0.270 11.55 99.05 16.14 18.85 21.76

Nro, 60 0.250 10.57 98.73 14.90 17.54 20.38

Nro 80 0.180 8.50 97.93 12.66 15.15 17.88

Nro, 100 0.145 7.83 97.60 11.84 14.29 16.97

Nro, 200 0.074 4.83 94.23 8.28 10.46 12.91

105

Escoria con Polvo de Baghouse

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00Diametro de las Particulas (mm)

% A

cum

ulad

o Q

ue P

asa

0% P o lv o B g

10 % P o lv o B g

15 % P o lv o B g

20% P o lvo B g

TABLA Nº 16: %s EN PESO DEL ESCORIA EN FORMA ORIGINAL Y DE

COMBINACIÓN CON POLVO.

% de Combinación

0% Polvo Bg 10% 15% 20%

% de Ag. Fino 43.99 100.00 54.47 59.38 64.02

% de Ag. Grueso

56.01 0.00 45.53 40.62 35.98

% Fracción 4.83 94.23 8.28 10.46 12.91 Fina

% Fracción 95.17 5.77 91.72 89.54 87.09 Gruesa

4.2.3.- Clasificación de suelos.-

En los cuadros y gráficos siguientes observamos que tipo de clasificación AASHTO

y SUCS obtenidos de las diferentes combinaciones analizadas con porcentajes de

polvo de Baghouse en la escoria de 10%, 15%, 20% También se hizo la clasificación

para el material sin combinar. Es decir la Escoria y el polvo de Baghouse en sus

estados originales.

106

TABLA Nº 17: CLASIFICACIÓN AASHTO.

% Polvo de Baghouse

Clasificación AASHTO

Comportamiento General como Subrasante

Tipo de Materiales Constituyentes

0% A - 1a Excelente a Bueno Fragmentos de piedras, gravas y

arenas

10% A - 1a Excelente a Bueno Fragmentos de piedras, gravas y

arenas

15% A - 1a Excelente a Bueno Fragmentos de piedras, gravas y arenas

20% A - 1a Excelente a Bueno Fragmentos de piedras, gravas y arenas

Polvo de Baghouse A - 4 Malo

Observamos del gráfico anterior que para todos los porcentajes de

combinación nos dan una óptima clasificación ASSTHO.

TABLA Nº 18: CLASIFICACIÓN SUCS.

% Polvo de Baghouse

Clasificación SUCS Tipo de Materiales Constituyentes

0% GW Gravas y arenas bien gradadas

10% GW Gravas y arenas pobremente gradadas con

presencia de limos

15% GW Gravas y arenas pobremente gradadas con presencia de limos

20% GW Gravas y arenas pobremente gradadas con presencia de limos

Polvo de Baghouse ML Limos de Baja Plasticidad

Observamos del gráfico anterior que los diferentes tipos de combinación de

Polvo y Escoria nos dan óptimos resultados de clasificación SUCS.

107

4.2.4.- Peso Específico relativo de sólidos (Ss).-

Para la realización de éste ensayo utilizamos material que pasa la malla Nº 4

(agregado fino). En el siguiente numeral mostramos los cuadros y gráficos de los

porcentajes de combinación de polvo de Baghouse con escoria y los valores de Ss

que cada una de estas combinaciones arroja, para cada una de las canteras.

TABLA Nº 19: VALORES DE Gs QUE ARROJA CADA % DE COMBINACIÓN CON POLVO

Porcentaje de Combinación 10% 15% 20% 0% Nº de Frasco Nº 1 2 3 4

W frasco w gr. 659.56 352.1 673.14 352.1

W frasco sw gr. 741.49 406.6 731.49 414.87

Nº Recipiente 118 17 230 238

W Recipiente gr. 185.19 179.93 176.77 174.86

W Recipiente seco gr. 299.96 255.63 256.85 277.91

Ws: 7 - 6 gr. 114.77 75.70 80.08 103.05

Gs : 8 / (3-4+8) 3.49 3.57 3.69 2.56

GRÁFICO Nº 7: Gs VS % DE POLVO.

Gravedad Especifica Vs % Polvo

2.50

2.70

2.90

3.10

3.30

3.50

3.70

3.90

0% 5% 10% 15% 20% 25%% de Polvo

Gra

veda

d Es

peci

fica

108

Del gráfico anterior observamos que el peso específico relativo de sólidos va

aumentando a medida que aumentamos los porcentajes de polvo de Baghouse

en las escorias.

4.2.5.- Ensayo de Equivalente de Arena.-

De la misma manera que en el ensayo anterior utilizamos material que pasa la malla

Nº 4 para la realización del siguiente ensayo, en los siguientes cuadros y gráficos

mostramos los valores de Equivalente de Arena que arroja las diferentes

combinaciones de escorias y polvo de baghouse

TABLA Nº 20: VALORES DE E.A. QUE ARROJA CADA COMBINACIÓN

% Polvo Equivalente 0.00% 69.00%

10.00% 25.00%

15.00% 18.00%

20.00% 16.00%

GRÁFICO Nº 8: E.A. VS POLVO.

Del gráfico anterior observamos que al combinar las escorias con polvo de

baghouse los valores del equivalente de arena disminuyen a tal punto que ya

Equivalente de Arena Vs % de Polvo

14%

24%

34%

44%

54%

64%

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18% 20% 22%% de Polvo

Equi

vale

nte

de A

rena

109

no cumplen con los valores mínimos requeridos para base y subbase según las

normas del MTC

También observamos que los valores limites de el Equivalente de Arena se

dan con una combinación del 20% de polvo en la escoria aproximadamente

4.2.6.- Ensayo de Proctor Modificado y CBR.- En las tablas y gráficos siguientes mostramos los porcentajes de escoria utilizados y

los valores de Máxima Densidad seca y O.C.H. (óptimo contenido de humedad) que

arroja cada uno de éstos porcentajes, además de los valores de CBR para una

penetración de 1” y con densidades al 95%, 98% y 100% de la Máxima Densidad

Seca.

De acuerdo a las normas ASTM determinamos por la granulometría del suelo que el

ensayo de Proctor modificado es de tipo C, para las respectivas combinaciones de

escoria y polvo

TABLA Nº 21

% Polvo CBR al 100% CBR al 98% CBR al 95% OCH Densidad

0% 88.6 85.12 80.56 5.64 2.17

10% 344.00 312.00 259.00 6.80 2.545

15% 199.00 170.00 122.00 7.40 2.633

20% 205.00 183.00 142.00 7.10 2.595

GRÁFICO Nº 9: CBR AL 100% VS % DE POLVO.

CBR al 100% Vs % Polvo

150

175

200

225

250

275

300

325

350

375

400

9% 11% 13% 15% 17% 19% 21%% de Polvo

CB

R a

l 100

%

110

GRÁFICO Nº 10: CBR AL 98% VS % DE POLVO

CBR al 98% Vs % Polvo

150

170

190

210

230

250

270

290

310

330

350

9% 11% 13% 15% 17% 19% 21%% de Polvo

CBR

al 9

8%

GRÁFICO Nº 10: CBR AL 95% VS % DE POLVO

Del Gráfico anterior observamos que a medida que aumentamos porcentajes

de polvo de baghouse en la escoria en suelo presenta valores de CBR cada

vez menores, pero siendo incluso estos valores aceptables para ser usados en

bases o subbases.

CBR al 95% Vs % Polvo

100

120

140

160

180

200

220

240

260

280

300

9% 11% 13% 15% 17% 19% 21% % de Polvo

CB

R a

l 95%

111

GRÁFICO Nº 11: OCH VS % DE POLVO

OCH Vs % Polvo

5.6

5.8

6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

7.2

7.4

0% 5% 10% 15% 20%% de Polvo

OC

H

GRÁFICO Nº 12: MÁXIMA DENSIDAD SECA VS % DE POLVO

Densidad Seca Vs % Polvo

2.15

2.20

2.25

2.30

2.35

2.40

2.45

2.50

2.55

2.60

2.65

0% 5% 10% 15% 20%% de Polvo

Dens

idad

gr/c

m3

Del Gráfico anterior observamos que a medida que aumentamos porcentajes

de polvo de baghouse en la escoria aumentan los OCH, y Densidades secas de

las combinaciones hasta un porcentaje aproximado de 17% de polvo de

112

baghouse. Valores que coinciden con los puntos mas bajos en la curva CBR

vs. % de Polvo en Escoria

GRÁFICO Nº 13: MÁXIMA DENSIDAD SECA VS OCH

Densidad Seca Vs %OCH

2.15

2.20

2.25

2.30

2.35

2.40

2.45

2.50

2.55

2.60

2.65

5.50 5.75 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50OCH

Dens

idad

gr/

cm3

Del Gráfico anterior observamos que en la medida que aumentan los óptimos

contenidos de humedad en cada combinación, aumenta la máxima densidad

seca.

4.2.7.- Ensayo de Corte Directo.-

Los suelos normalmente consolidados se encuentran a una densidad de 80% a 85%

de la máxima densidad seca del proctor modificado. En nuestro caso tomamos

conservadoramente el valor de 80%.

Mostramos a continuación en las tablas y gráficos los porcentajes de combinación

con escoria con polvo de baghouse y los valores de fricción, cohesión que arroja

cada uno de estos porcentajes.

113

TABLA Nº 22

Parámetro de Resistencia Parámetro Residuales

% de Polvo C (kg/cm2) غ C (kg/cm2) غ

0% 0.20 38.92 0.20 38.44

10% 0.20 39.78 0.20 38.44

15% 0.18 38.83 0.18 38.62

20% 0.17 39.95 0.17 40.20

GRÁFICO Nº 14: FRICCIÓN VS % DE POLVO.

Verificamos del gráfico del gráfico que la fricción tienen valores semejantes

tanto en las diferentes combinaciones por lo que para este tipo de material

podríamos tomar una fricción promedio de 39.5°.

Fricción Vs % Polvo

38.50

38.75

39.00

39.25

39.50

39.75

40.00

40.25

40.50

40.75

41.00

0% 5% 10% 15% 20%

% de Escoria

Fric

ción

Φ

114

GRÁFICO Nº 15: COHESIÓN VS % POLVO.

Del gráfico observamos una caída en la cohesión a medida que aumenta el

contenido de polvo de baghouse en la combinación por lo que podríamos

deducir que el aporte del polvo no aumenta la cohesión del material Siendo el aporte del polvo de baghouse en negativo en cohesión y

despreciable en fricción podemos concluir que para fines de cimentación

seria conveniente trabajar solo con las escoriasen su estado original

4.2.8.- Capacidad Portante de Los suelos.-

Los parámetros de corte (fricción y cohesión), se aplican para determinar la

capacidad portante de los suelos.

Como aplicación se tomará el método de Terzaghi para falla localizada donde los

parámetros de resistencia del suelo c y Φ se reducen a c’ y Φ’, donde: c’ = 2/3 *c y

Φ’= Arctg (2/3 tg Φ), de una cimentación corrida. Para los cálculos de qd utilizamos

la siguiente fórmula:

qd = C’*N’c + γ*Z*N’q +0.5* γ*B*N’ γ Donde:

qd = Capacidad de carga límite o última en ton/m2.

C’= Cohesión admisible de los suelos en ton/m2 ó en Kg./m2.

γ = Densidad natural del suelo en ton/m3 ó en Kg./m3.

Z= Profundidad de desplante de la cimentación en metros.

B= Ancho de la cimentación.

Cohesion Vs % Polvo

0.165 0.170 0.175 0.180 0.185 0.190 0.195 0.200 0.205 0.210 0.215

0% 5% 10% 15% 20% % de Escoria

C

ohes

ion

kg/c

m2

115

N’c, N’q, N’ γ = Factores de carga.

qa = qd/3 Donde:

qa= Carga admisible o de diseño de la cimentación en Kg/cm2 .

Este método se aplicó en cada una de las canteras, para el material al estado natural

y para el material con su óptima combinación de escoria. Con la finalidad de hacer

una comparación con los resultados obtenidos se tomaron los datos siguientes: ancho

de cimentación B= 1.20 cm, con una profundidad de desplante de la cimentación

Z=1.50m.

TABLA Nº 23: PARAMETROS DE RESISTENCIA EN LAS DIFERENTES

COMBINACIONES DE % DE POLVO Y ESCORIA

Parámetro de Resistencia Parámetro Residuales % de Polvo C (kg/cm2) غ C (kg/cm2) غ

0% 0.20 38.92 0.20 38.44 10% 0.20 39.78 0.20 38.44 15% 0.18 38.83 0.18 38.62 20% 0.17 39.95 0.17 40.20

TABLA Nº 24.1: CARGA ADMISIBLE PARA DIFERENTES

COMBINACIONES DE ESCORIA Y POLVO

Escorias

100% Escorias

90% Escorias

85% Escorias

80% Unidades

C 0.20 0.20 0.18 0.17 kg/cm2 Ø 38.92 39.78 38.83 39.95 ª C' 0.13 0.13 0.12 0.11 kg/cm2 Ø' 28.30 29.03 28.22 29.18 ª Z 1.50 1.50 1.50 1.50 m B 1.20 1.20 1.20 1.20 m N’c 26.39 27.93 26.24 28.25 N’q 15.21 16.50 15.08 16.77 N ‘γ 17.45 19.42 17.26 19.84 Sc 1.30 1.30 1.30 1.30 Sγ 0.80 0.80 0.80 0.80 γ1 2.67 2.67 2.67 2.67 ton/m3 γ2 2.67 2.67 2.67 2.67 ton/m3 qd 129.01 139.38 123.46 134.21 ton/m2 F.S. 3.00 3.00 3.00 3.00 qadm 43.00 46.46 41.15 44.74 ton/m2 A zapata 1.44 1.44 1.44 1.44 ton/m2 P 61.92 66.90 59.26 64.42 ton

116

GRÁFICO Nº 16: ESFUERZO ADMISIBLE VS % ESCORIA

Esfuerzo Admisible Vs % de Escoria

4.00

4.25

4.50

4.75

5.00

5.25

78% 80% 82% 84% 86% 88% 90% 92% 94% 96% 98% 100% 102%% de Escoria

Esf

uerz

o A

dmis

ible

TABLA Nº 24.2: VALORES PERMISIBLES Y EXISTENTES DE

CLORUROS Y SULFATOS EN ESCORIAS

Existente Permisible

Cloruros 0.13% 0.10% No Cumple Sulfatos 0.10% 0.06% No Cumple

De la tabla Nº 24.1 deducimos que al combinar las escorias con 10% de

polvo de Baghouse mejoramos las propiedades de las escorias en lo que se

refiere a la capacidad portante para fines de cimentación elevando esta

capacidad en 8% respecto de las escorias en su estado original

Cabe mencionar también que los valores aceptables de partículas por millón

tanto de cloruros como de sulfato son excedidos en las escorias por lo que no

seria recomendable su utilización como material de relleno para

cimentaciones.

117

5.- Diseño de Combinaciones y Cuadros Resumen

5.1.- ANALISIS DE LAS ESCORIAS EN SU ESTADO ORIGINAL

El presente estudio del análisis de las escorias de la producción de acero depositadas dentro de la

planta de Aceros Arequipa en Pisco, se realizo en dos etapas, la primera fue la determinación de las

propiedades físicas y mecánicas de las escorias en mención mediante ensayos de laboratorio de

Granulometría, Contenido de Humedad, Limites de Consistencia, Equivalente de Arena, Gravedad

Especifica de Sólidos y Finos, Proctor Modificado, CBR, Corte Directo % de Abrasión, entre otros.

Resultados que se compararon con las especificaciones técnicas de los materiales para uso en base,

sub-base y sub-rasante para la conformación de la estructura de pavimentos resultados que son

mostrados en la Tabla Nº 25, de los cuales podemos obtener los valores promedios de cada ensayo

realizado que son comparados con los valores permisibles según especificaciones técnicas y normas

para uso en carreteras y en unas segunda etapa la optimización y mejoramiento de las propiedades

obtenidas de las escorias mediante el empleo de un material denominado POLVO DE BAGHOUSE

dosificado en porcentajes del 10%, 15% y 20% del total de la mezcla, de dicho polvo y las escorias

antes mencionadas.

En la tabla 26 se puede apreciar estos valores promedios, de acuerdo a los resultados obtenidos se

puede llegar a concluir que el material de los depósitos de Escorias que se encuentran en la Planta

Aceros Arequipa en Pisco, están clasificadas como un suelo del tipo GW, que corresponden a una

grava arenosa bien gradada con tamaño máximo de sus agregados 3” y con un buen porcentaje de

agregado grueso y agregado fino, sin embargo por ser un material granular presenta un bajo

porcentaje de finos ( limos y arcillas ) menor al 4% que no encaja dentro del uso granulométrico

requerido para material a ser utilizados para conformar la estructura del pavimento.

Dentro de sus características de resistencia el material al ser compactado con una humedad de 5.6%

alcanza una máxima densidad seca de 2.170 gr/cm3 que al ser ensayado su resistencia a la

penetración con el ensayo CBR (Valor Relativo de Soporte) alcanza un valor CBR de 80.5% al 95%

de su máxima densidad seca lo que lo califica como un material excelente para conformar estructuras

del pavimento.

Así mismo su ensayo de Abrasión o desgaste con la maquina los Ángeles arroja valores de 30% en

promedio lo que indica que las piedras ante efectos de compactación van a soportar una energía de

compactación sin problemas de alta trituración del agregado grueso, cumpliendo el valor obtenido

con las normas.

118

TABLA Nº 25: ENSAYOS DE LAS MUESTRAS DE ESCORIAS ANALIZADAS (Fase Inicial).

TABLA 01 MUESTRAS DE ESCORIAS ANALIZADAS

M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 9 M 10 M 11 Fracción Gruesa 95,33 97,68 96,70 96,72 98,32 95,89 95,49 96,26 96,90 95,09 95,94 Fracción Fina 4,67 2,32 3,30 3,28 1,68 4,11 4,51 3,74 3,10 4,91 4,06 Agregado Fino 55,23 63,14 61,60 56,49 59,57 59,48 54,79 55,53 39,10 66,72 56,45 Agregado Grueso 44,77 36,86 38,40 43,51 40,43 40,52 45,21 44,47 60,90 33,28 43,55 S.U.C.S GW GW GW GW GW GW GW GW SP GP GW A.A.S.H.T.O A1-a A1-a A1-a A1-a A1-a A1-a A1-a A1-a A1-a A1-a A1-a Máx. Densidad Seca gr/cc 2,228 2,194 2,134 2,15 2,144 2,132 2,163 2,134 2,153 2,226 2,166 Optimo Cont de Humedad % 4,6 5,15 5,35 5,5 5,2 4,6 7.0 7,2 5,65 4,85 6,9 Humedad Natural % : 2,91 2,31 4,64 3,60 4,29 3,67 4,97 3,60 3,95 1,88 4,62 Peso Especifico gr/cm3 : 2,74 2,97 2,6 2,15 2,75 2,64 2,81 2,75 2,66 2,8 2,55 Absorción % : 5,08 4,33 5,12 6,89 3,02 4,33 4,98 3,4 4,99 4,08 5,51 Gravedad Especifica Finos: 3,2 3,3 3,21 3,27 3,23 3,19 3,2 3,19 3,23 3,35 3,28 Equivalente de Arena % : ------ 68,91 60,75 48,64 57,69 59,62 52,73 59,03 61,41 ------- 49,79 LL: NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP LP: NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP IP : NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP NP CBR al 95 % ----- 55.0 63,5 76.0 ------ 67.0 93,7 90.0 88,7 68,5 122,6 Abrasión % 27 29 38 Durabilidad Fino (perdidas %) 1,694 Durabilidad Gruesos (perdidas %) 1,172

119

TABLA Nº 26: RESUMEN DE LOS ENSAYOS DE LAS MUESTRAS DE ESCORIAS ANALIZADAS (Fase Inicial).

PROMEDIOS DE MUESTRAS ANALIZADAS ENSAYOS SEGUN NORMAS

ASTM ESCORIAS

Granulometría:

Fracción Gruesa 96,39 Fracción Fina 3,61 Agregado Grueso 57,10 Agregado Fino 42,90 S.U.C.S GW A.A.S.H.T.O A 1a Máx. Densidad Seca gr/cc 2,17 Optimo Cont de Humedad % 5,64 Humedad Natural % : 3,67 Peso Especifico gr/cm3 : 2,67 Absorción % : 4,70 Gravedad Especifica Finos: 3,24 Equivalente de Arena % : 57,62 Limite Líquido NP Limite Plástico NP Índice de Plasticidad NP CBR al 95 % 80,56 Abrasión % 31,33 Durabilidad Fino (perdidas %) 1,694 Durabilidad Gruesos (perdidas %) 1,172 Ph 10,8 C.E. (dS/m) 7,275 SST (ppm) 4656 Cloruros (ppm) 1331,5 Sulfatos (ppm) 975

120

Los ensayos de Durabilidad con sulfato de Sodio han dado tanto para el agregado grueso como para

el agregado fino valores menores a 1.7% que demuestra que este material de escorias ante un ataque

severo no presenta problemas en sus agregados.

Así mismo los ensayos de sales totales, salinidad, cloruros y sulfatos han registrado valores por

debajo de los permisibles por lo que este material no presenta problemas de perdida de resistencia

ante ataques de estas soluciones.

Con los resultados promedios obtenidos de cada ensayo se puede comparar con las especificaciones

técnicas para así conocer cuales son las características que no cumplen y dar la solución de ser

posible para que el material evaluado pueda ser utilizado para los fines que se quiere emplear.

TABLA Nº 27: RESUMEN DE LAS PROPIEDADES OBTENIDAS DE LAS ESCORIAS COMPARADAS CON LAS ESPECIFICACIONES TECNICAS

ENSAYOS SEGUN NORMAS ASTM ESCORIAS ESPECIFICACIONES OBSERVACION

% Que para la malla Nº 200 3.61 % 5% - 15% NO CUMPLE Equivalente de Arena % : 57,62 35% mín. CUMPLE Limite Líquido NP 25% máx. CUMPLE Limite Plástico NP 19 % max. CUMPLE Índice de Plasticidad NP 4% máx. CUMPLE CBR calculado es al 95% de la MDS 80,56 80 % mín. CUMPLE

Pérdida con Sulfato de Sodio 1.69 % 12 5 máx. CUMPLE Abrasión % 31,33 40 % máx. CUMPLE SST (ppm) 4656 5500 ppm máx. CUMPLE

En tal sentido se puede decir que las escorias estudiadas para ser utilizadas como materiales de apoyo

de estructuras con fines de cimentación ó para su uso como materiales de conformación de la

estructura del pavimento deben tener un porcentaje de fino entre 5% a 15%, siendo necesario

adicionarle material fino plástico a las escorias de tal manera que al hacer dicha mezcla se obtenga

como resultado porcentaje de fino entre dichos valores.

121

5.1.1.- USO DE LAS ESCORIAS EN LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

5.1.1.1.- SUB-BASE GRANULAR 5.1.1.1.1.- DESCRIPCIÓN

Este trabajo consiste en el suministro, colocación y compactación de material de sub-base granular

aprobado sobre una superficie preparada, en una o varias capas, de conformidad con los

alineamientos, pendientes y dimensiones indicados en los planos del proyecto.

5.1.1.1.2.- MATERIALES

Para la construcción de sub-bases granulares, los materiales serán agregados naturales procedentes de

excedentes de excavaciones, canteras clasificadas o podrán provenir de la trituración de rocas y

gravas, o podrán estar constituidos por una mezcla de productos de ambas procedencias.

Las partículas de los agregados serán duras, resistentes y durables, sin exceso de partículas planas,

blandas o desintegrables y sin materia orgánica, terrones de arcilla u otras sustancias perjudiciales.

El material deberá ajustarse a una de las franjas granulométricas indicadas en el siguiente cuadro.

TABLA Nº 28 REQUERIMIENTOS GRANULOMÉTRICOS PARA SUB-BASE

GRANULAR

Tamiz Porcentaje que Pasa en Peso

Gradación A (1)

Gradación B

Gradación C

Gradación D

50 mm (2”) 100 100 --- --- 25 mm (1”) --- 75 – 95 100 100 9.5 mm (3/8”) 30 – 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100 4.75 mm (Nº 4) 25 – 55 30 – 60 35 – 65 50 – 85 2.0 mm (Nº 10) 15 – 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70 4.25 um (Nº 40) 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45 75 um (Nº 200) 2 – 8 5 – 15 5 – 15 8 – 15

Fuente: ASTM D 1241

(1) La curva de gradación “A” deberá emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a 3000 m.s.n.m.

122

TABLA Nº 29 REQUERIMIENTOS DE ENSAYOS ESPECIALES

ENSAYOS SEGUN NORMAS ASTM Combinación 10% ESPECIFICACIONES OBSERVACION

% Que para la malla Nº 200 122.00% 5% - 15% CUMPLE Equivalente de Arena % : 25.00% 35% mín. NO CUMPLE Limite Líquido 14.25% 25% máx. CUMPLE Limite Plástico 13.91% 19 % max. CUMPLE Índice de Plasticidad 0.34% 4% máx. CUMPLE CBR calculado es al 95% de la MDS 259.00 80 % mín. CUMPLE Abrasión % 31,33 40 % máx. CUMPLE

Estos controles del material a utilizar como sub-base para la estructura de un pavimento se deben

analizar siguiendo una frecuencia como se muestra en la tabla siguiente.

TABLA Nº 30 ENSAYOS Y FRECUENCIAS

Material o Producto

Propiedades y Características

Método de

Ensayo

Norma ASTM

Norma AASHTO

Frecuencia (1)

Lugar de Muestreo

Sub-base Granular

Granulometría MTC E 204

D 422 T 88 750 m3 Cantera

Límite Líquido MTC E 110

D 4318 T 89 750 m3 Cantera

Índice de Plasticidad

MTC E 111

D 4318 T 89 750 m3 Cantera

Desgaste Los Ángeles

MTC E 207

C 131 T 96 2000 m3 Cantera

Equivalente de Arena

MTC E 114

D 2419 T 176 2000 m3 Cantera

Sales Solubles MTC E 219

D 1888 2000 m3 Cantera

CBR MTC E 132

D 1883 T 193 2000 m3 Cantera

Partículas Chatas y Alargadas

MTC E 221

D 4791 2000 m3 Cantera

Densidad – Humedad

MTC E 115

D 1557 T 180 750 m3 Pista

Compactación MTC E 117

MTC E 124

D 1556 D 2922

T 191 T 238

250 m2 Pista

123

El material de escoria analizada según el resumen de los resultados promedios encontrados podremos

comparar con las exigencias de las especificaciones técnicas para ver si es posible utilizarlo como

material de sub-base.

5.1.1.2.- BASE GRANULAR 5.1.1.2.1.- DESCRIPCION

Este trabajo consiste en el suministro, colocación y compactación de una capa de base granular

aprobado sobre una sub-base, en una o varias capas, conforme con las dimensiones, alineamientos y

pendientes señalados en los planos del proyecto.

5.1.1.2.2.- MATERIALES

Para la construcción de bases granulares, los materiales solo provendrán de canteras autorizadas y

será obligatorio el empleo de un agregado que contenga una fracción producto de trituración

mecánica y material seleccionado.

Las partículas de los agregados serán duras, resistentes y durables, sin exceso de partículas planas,

blandas o desintegrables y sin materia orgánica, terrones de arcilla u otras sustancias perjudiciales.

Además, deberán ajustarse a las siguientes especificaciones de calidad: (a) Granulometría

La composición final de la mezcla de agregados presentará una granulometría continua y bien

gradada (sin inflexiones notables) según una fórmula de trabajo de dosificación aprobada y según

uno de los requisitos granulométricos que se indican en la siguiente Tabla.

TABLA Nº 31 REQUERIMIENTOS GRANULOMÉTRICOS PARA BASE GRANULAR

Tamiz Porcentaje que Pasa en Peso

Gradación A Gradación B Gradación C Gradación D 50 mm (2”) 100 100 --- ---

25 mm (1”) --- 75 – 95 100 100

124

Fuente: ASTM D 1241

(1) La curva de gradación “A” deberá emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a 3000 m.s.n.m.

El material de Base deberá cumplir además con las siguientes características físico- mecánicas

y químicas que se indican a continuación:

Valor Relativo de Soporte, CBR (1) Tráfico Ligero y Medio Mín 80%

Tráfico Pesado Mín 100%

(1) Referido al 100% de la Máxima Densidad Seca y una Penetración de Carga de 0.1” (2.5 mm).

Para prevenir segregaciones y garantizar los niveles de compactación y resistencia exigidos por la

presente especificación, el material que se produzca deberá dar lugar a una curva granulométrica

uniforme, sensiblemente paralela a los límites de la franja por utilizar, sin saltos bruscos de la parte

superior de un tamiz a la inferior de un tamiz adyacente o viceversa.

(b) Agregado grueso

Se denominará así a los materiales retenidos en la Malla N° 4, los que consistirán de partículas

pétreas durables y trituradas capaces de soportar los efectos de manipuleo, extendido y compactación

sin producción de finos contaminantes.

Deberán cumplir las siguientes características:

9.5 mm (3/8”) 30 – 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100

4.75 mm (Nº 4) 25 – 55 30 – 60 35 – 65 50 – 85

2.0 mm (Nº 10) 15 – 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70

4.25 um (Nº 40) 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45

75 um (Nº 200) 2 – 8 5 – 15 5 - 15 8 – 15

125

TABLA Nº 32 REQUERIMIENTOS AGREGADO GRUESO

Ensayo Norma MTC

Norma ASTM

Norma AASHTO

Requerimientos

Altitud < Menor de

3000 msnm

Mayor o igual a 3000

msnm Partículas con una cara fracturada MTC E 210 D 5821 80% min. 80% min.

Partículas con dos caras fracturadas MTC E 210 D 5821 40% min. 50% min.

Abrasión Los Ángeles MTC E 207 C 131 T 96 40% máx 40% max

Partículas Chatas y Alargadas (1) MTC E 221 D 4791 15% máx. 15% máx.

Sales Solubles Totales MTC E 219 D 1888 0.5% máx. 0.5% máx.

Pérdida con Sulfato de Sodio MTC E 209 C 88 T 104 -.- 12% máx.

Pérdida con Sulfato de Magnesio MTC E 209 C 88 T 104 -.- 18% máx.

(1) La relación ha emplearse para la determinación es: 1/3 (espesor/longitud)

(c) Agregado fino Se denominará así a los materiales pasantes la malla Nº 4 que podrá provenir de fuentes

naturales o de procesos de trituración o combinación de ambos.

TABLA Nº 33 REQUERIMIENTOS AGREGADO FINO

Ensayo

Norma

Requerimientos < 3 000 m.s.n.m.

> 3 000 m.s.n.m

Índice Plástico MTC E 111 4% máx 2% máx

Equivalente de arena MTC E 114 35% mín 45% mín

Sales solubles totales MTC E 219 0,55% máx 0,5% máx

Índice de durabilidad MTC E 214 35% mín 35% mín

126

Si las escorias son utilizadas como material de base para la conformación de la estructura de un

pavimento flexible o rígido, se deberá hacer un control de los agregados de acuerdo a un volumen de

producción, debiendo cumplir con las especificaciones técnicas para cada ensayo de laboratorio

realizado.

TABLA Nº 34 REQUERIMIENTOS GRANULOMÉTRICOS PARA BASE GRANULAR

Material o Producto

Propiedades y Características

Método de

Ensayo

Norma ASTM

Norma AASHTO

Frecuencia (1)

Lugar de Muestreo

Base Granular

Granulometría MTC E 204 D 422 T 88 750 m3 Cantera

Límite Líquido MTC E 110 D 4318 T 89 750 m3 Cantera

Índice de Plasticidad MTC E 111 D 4318 T 89 750 m3 Cantera

Desgaste Los Ángeles

MTC E 207 C 131 T 96 2000 m3 Cantera

Equivalente de Arena

MTC E 114 D 2419 T 176 2000 m3 Cantera

Sales Solubles MTC E 219 D 1888 2000 m3 Cantera

CBR MTC E 132 D 1883 T 193 2000 m3 Cantera

Partículas Fracturadas

MTC E 210 D 5821 2000 m3 Cantera

Partículas Chatas y Alargadas

MTC E 221 D 4791 2000 m3 Cantera

Pérdida en Sulfato de Sodio / Magnesio

MTC E 209 C 88 T 104 2000 m3 Cantera

Densidad – Humedad

MTC E 115 D 1557 T 180 750 m3 Pista

Compactación

MTC E 117

MTC E 124

D 1556 D 2922

T 191 T 238 250 m2 Pista

El material de escoria analizada según el resumen de los resultados promedios encontrados podremos

compararlos con las exigencias de las especificaciones técnicas para ver si es posible utilizarlo como

material de base granular.

127

5.2.- ANALISIS DEL POLVO DE BAGHOUSE

El material fino evaluado corresponde al POLVO DE BAGHOUSE que de acuerdo a sus ensayos de

clasificación de suelos corresponde a un suelo del tipo Limo arcilloso de baja plasticidad ML, con

alto porcentaje de finos 73% en promedio y que presenta límites de consistencia (líquido y plástico).

GRÁFICO Nº 17: CURVA GRANULOMETRICA DEL POLVO DE BAGHOUSE

Escoria con 0% de Polvo de Baghouse

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0.10 1.00 10.00 100.00Diametro de las Particulas (mm)

5.2.1.- ANALISIS DE LAS PROPIEDADES DEL POLVO DE BAGHOUSE

De acuerdo a los resultados obtenidos de las muestras analizadas se pudo comprobar que las escorias

poseen muy bajo porcentaje de finos y que no presentan limites de consistencia, para lo cual con la

finalidad de que todos las características geotécnicas cumplan con las especificaciones técnicas para

uso como material en la conformación de la estructura del pavimento, fue necesario buscar un

material fino con características plásticas que al combinarlo con las escorias analizadas en un

porcentaje según diseño propuesto obtengamos como resultado un material que cumpla los usos

granulométricos con finos entre 5% a 15% y que proporcione una liga adecuada para que al

compactar este material tenga la adherencia necesaria.

128

El material proporcionado para usarlo como liga corresponde al POLVO DEL BAG HOUSE con

características diferentes a las analizadas, es decir es un material sin presencia de agregado grueso y

tiene un alto porcentaje de finos, además de presentar límite líquido y plástico.

De acuerdo a los ensayos de laboratorios de las dos muestras enviadas se pudo encontrar que

presentan las siguientes características.

5.2.1.1.- ANÁLISIS GRANULOMETRICO.

Siendo realizados los análisis granulométricos de cada muestra en el Laboratorio según la norma

ASTM D-422, se obtuvieron los siguientes resultados:

MUESTRA % AG.

GRUESO

% AG.

FINO

%

FINOS

CLASIF.

SUCS

CLASIF.

AASHTO

MUESTRA 01 0 100 73.35 ML A-4(7)

MUESTRA 02 0 100 79.79 ML A-4(8)

5.2.1.2.- LIMITES DE CONSISTENCIA

Las siguientes tablas muestran los valores de los límites de consistencia obtenidos de las muestras

de las calicatas ejecutadas.

MUESTRA L.L. ( % ) L.P. ( % ) I.P ( % )

MUESTRA 01 17.50 15.40 2.10

MUESTRA 02 17.40 15.60 1.80

5.2.1.3.- HUMEDAD NATURAL

Las tablas siguientes muestran los resúmenes de los valores de las humedades naturales obtenidas

de cada estrato obtenido.

129

5.3.-DISEÑO DE COMBINACIÓN

Los diseños de mezclas realizados a ambos materiales de Escorias y el Polvo de BagHouse

indican que para una combinación del 90% de las Escorias con 10% del Polvo de BagHouse se

obtiene la combinación óptima cuya curva granulométrica resultante se encuentra dentro los

usos granulométricos gradación B de las especificaciones técnicas del MTC según tabla 03

adjunta.

La tabla 04 muestra la distribución granulométrica de las Escorias, el Polvo de BagHouse y su

combinación según el diseño de mezcla recomendado, además de los usos según las

especificaciones técnicas de MTC.

TABLA Nº 35: CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES GRANULADOS PARA

BASES Y SUB-BASES SEGÚN MTC.

Gradación A B C D

Tamiz Porcentaje que pasa

2” 100 100 - -

1” - 75-95 100 100

3/8” 30-65 40-75 50-85 60-100

Nro 4 25-55 30-60 35-65 50-85

Nro 10 15-40 20-45 25-50 40-70

Nro 40 8-20 15-30 15-30 25-45

Nro 200 2-8 5-15 5-15 8-25

MUESTRA HUMEDAD NATURAL ( % )

MUESTRA 01 7.66

MUESTRA 02 17.97

130

TABLA Nº 36: % QUE PASA DE ACUERDO A LOS DIFERENTES PORCENTAJES DE COMBINACIÓN DE POLVO CON ESCORIA

TAMIZES % Que Pasa ASTM (mm) Combinación 10% Combinación 15% Combinación 20%

6" 152.4 100.00 100.00 100.00 4" 101.6 100.00 100.00 100.00 3" 76.20 100.00 100.00 100.00 2" 50.80 100.00 100.00 100.00

1 1/2" 38.10 99.14 99.24 99.32 1" 25.40 93.35 94.07 94.74

3/4" 19.05 86.76 88.19 89.54 1/2" 12.70 76.01 78.60 81.04 3/8" 9.50 69.29 72.60 75.73 1/4" 6.35 59.04 63.47 67.64

Nro, 4 4.76 54.47 59.38 64.02 Nro, 8 2.38 42.54 46.78 50.89

Nro, 10 2.000 39.01 43.05 47.00 Nro, 20 0.850 26.22 29.53 32.90 Nro, 30 0.590 22.02 25.09 28.27 Nro, 40 0.425 19.50 22.42 25.48 Nro, 50 0.270 16.14 18.85 21.76 Nro, 60 0.250 14.90 17.54 20.38 Nro 80 0.180 12.66 15.15 17.88

Nro, 100 0.145 11.84 14.29 16.97 Nro, 200 0.074 8.28 10.46 12.91

GRÁFICO Nº 18: CURVA GRANULOMETRICA DE LA COMBINACION DE ESCORIA Y

POLVO DE BAGHOUSE EN SUS DIFERENTES PORCENTAJES

Escoria con Polvo de Baghouse

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

0.01 0.10 1.00 10.00 100.00Diametro de las Particulas (mm)

% A

cum

ulad

o Q

ue P

asa

0% P o lv o Bg

10 % P o lvo B g

15 % P o lvo B g

20 % P o lvo B g

131

TABLA Nº 37: RESUMEN DE LAS PROPIEDADES OBTENIDAS DE LAS DIFERENTES

COMBINACIONES COMPARADAS CON LAS ESPECIFICACIONES TECNICAS

ENSAYOS SEGUN

NORMAS ASTM

Combinación

10%

Combinación

15%

Combinación

20% ESPECIFICACIONES

% Que para la malla Nº 200 8.28% 10.46% 12.91% 5% - 15%

Equivalente de Arena % : 25.00% 18.00% 16.00% 35% mín.

Limite Líquido 14.25% 15.30% 15.51% 25% máx.

Limite Plástico 13.91% 13.91% 1.91% 19 % max.

Índice de Plasticidad 0.34% 1.39% 1.91% 4% máx.

CBR calculado es al 95% de

la MDS 259.00 122.00 142.00 80 % mín.

Abrasión % 31,33 31,34 31,35 40 % máx.

TABLA Nº 38: % QUE PASA DE LAS ESCORIAS Y POLVO DE BAGHOUSE

ASTM (mm) Escoria Polvo Baghouse 6" 152.4 100.00 100.00 4" 101.6 100.00 100.00 3" 76.20 100.00 100.00 2" 50.80 100.00 100.00

1 1/2" 38.10 98.77 100.00 1" 25.40 92.33 100.00

3/4" 19.05 84.78 100.00 1/2" 12.70 71.06 100.00 3/8" 9.50 62.61 100.00 1/4" 6.35 49.26 100.00

Nro, 4 4.76 43.99 100.00 Nro, 8 2.38 33.86 99.99

Nro, 10 2.000 30.84 99.98

132

De acuerdo a los resultados obtenidos se puede concluir lo siguiente las dos primeras combinaciones

de materiales de 10% y 15% del peso total de polvo de baghouse son considerados como agregados

de tipo B y la ultima combinación de 20% del peso total de polvo de baghouse corresponde a

agregados de tipo C según la clasificación de agregados para Base y Sub-Base del MTC.

Además se puede observar que al incorporar el polvo de baghouse a la muestra de escoria se mejoran

algunas propiedades como son los porcentajes mínimos de finos requeridos según normas ASTM y

se disminuyen otros valores como son los porcentajes de Equivalente de Arena que no cumplen con

los requerimientos mínimos permisibles pues sus valores fluctúan entre 25% y 16% siendo el de

mejor resultado la combinación realizada con 10% de polvo de Baghouse

Es importante mencionar que entre los valores de CBR obtenidos al 95% de la máxima densidad

seca, los mejores resultados se obtuvieron para la combinación de 10% de Polvo de Baghouse del

peso total por lo que de esto se deduce que para el mejor aprovechamiento de las Escorias como

material en obras con fines de cimentación ó pavimentación esta debe tener los siguientes

lineamientos:

1.- Se deberá hacer un diseño de mezcla en peso de las escorias con el Polvo del Baghouse en una

proporción de 90% y 10% respectivamente, con lo cual se conseguirá que el material resultante

cumpla con todas las características geotécnicas de acuerdo a las especificaciones técnicas.

2.- Las escorias mezcladas con los finos del Baghouse en la proporción recomendada, para ser

compactadas deberán ser previamente mezcladas da tal manera que los finos se distribuyan de forma

uniforme en todas las escorias y así garantizar una granulometría resultante que cumpla el porcentaje

de finos entre 5% a 15%.

Nro, 20 0.850 20.07 99.90 Nro, 30 0.590 16.55 99.80 Nro, 40 0.425 14.44 99.64 Nro, 50 0.270 11.55 99.05 Nro, 60 0.250 10.57 98.73 Nro 80 0.180 8.50 97.93

Nro, 100 0.145 7.83 97.60

Nro, 200 0.074 4.83 94.23

133

3.- El material luego de ser mezclado deberá antes de compactarse humedecerse hasta alcanzar una

humedad promedio de 6.8% con una variación de +- 1.0% mayores contenidos de humedad van a

generar una saturación que no consiguen una buena compactación del material, humedades por

debajo de la mencionada al iniciar el proceso de compactación no se va a conseguir la liga necesaria,

en consecuencia se va a conseguir que el material se suelte y se desprenda ante el paso de los

vehículos.

4.- Las capas compactadas deberán tener un espesor máximo de 25cm, y deberán ser compactadas

hasta alcanzar una densidad mínima del 95% de su máxima densidad seca del ensayo Proctor

Modificado, siendo su densidad máxima seca al 100% de 2.55 grc/m3.

5.- Los agregados cuyos tamaños sean superiores a 3” deben ser eliminados de forma manual durante

los trabajos de mezclado y compactado, así mismo no se deberá permitir mezclas de materiales

orgánicos dentro de las escorias preparadas con su liga.

6.- Mayores proporciones al 10% solo se podrá hacer siempre que la nueva granulometría no salga

del uso granulométrico y que los agregados del suelo resultante clasifique al suelo dentro de un

material del tipo GM a GC.

Conocidas las curvas granulométricas de las escorias analizadas y del material para liga (Polvo de

BagHouse) se ha realizado un diseño de mezcla entre ambos materiales teniendo en consideración

las curvas granulométricas promedios de los ensayos realizados a ambos materiales.

El siguiente gráfico muestra el diseño de mezcla y la combinación recomendada para conseguir

que la granulometría resultante cumpla con las especificaciones técnicas dentro de los usos

granulométricos para material de base, sub base y subrasante en la conformación de la estructura

del pavimento.

134

TABLA Nº 39: RESULTADOS DE ESCORIAS CON 10% DE POLVO DE BAGHOUSE

ENSAYOS SEGUN NORMAS ASTM Combinación 10% ESPECIFICACIONES OBSERVACION

% Que para la malla Nº 200 122.00% 5% - 15% CUMPLE

Equivalente de Arena % : 25.00% 35% mín. NO CUMPLE

Limite Líquido 14.25% 25% máx. CUMPLE

Limite Plástico 13.91% 19 % max. CUMPLE

Índice de Plasticidad 0.34% 4% máx. CUMPLE

CBR calculado es al 95% de la

MDS 259.00 80 % mín. CUMPLE

Abrasión % 31,33 40 % máx. CUMPLE

De acuerdo a los resultados obtenidos se puede ver que el material de escorias es un material que

cumple con casi todos los requisitos mínimos para ser utilizado como material de base.

Sin embargo al ser un material granular muy limpio donde su porcentaje de finos es de 3.6% en

promedio menor al 5% exigido como mínimo según las especificaciones técnicas para este material

de base, conlleva a que no presente límites de consistencia (limite liquido y limite plástico), haciendo

que al momento de compactar no exista la liga necesaria para que los agregados tengan la adherencia

suficiente y que al perder humedad se puedan soltar y perder compactación, además de presentar

mayor permeabilidad que ayuda a que las aguas se infiltren dentro de la mas de suelo compactado.

Por lo tanto en vista que todas las propiedades físicas y mecánicas sobrepasan los valores mínimos

exigidos por norma y que el problema de los finos se puede solucionar se recomienda hacer un

diseño de mezcla de canteras ó adicionarle material fino de escorias que ayuden a aumentar el

porcentaje de la fracción fina, siempre que dichos materiales presenten alto porcentaje de finos y

también tengan limites de consistencia.

135

6.1.- MATERIALES FINOS PARA LIGA. De acuerdo a los resultados obtenidos de las muestras analizadas se pudo comprobar que

las escorias poseen muy bajo porcentaje de finos y que no presentan limites de consistencia,

para lo cual con la finalidad de que todos las características geotécnicas cumplan con las

especificaciones técnicas para uso como material en la conformación de la estructura del

pavimento, fue necesario buscar un material fino con características plásticas que al

combinarlo con las escorias analizadas en un porcentaje según diseño propuesto

obtengamos como resultado un material que cumpla los usos granulométricos con finos

entre 5% a 15% y que proporcione una liga adecuada para que al compactar este material

tenga la adherencia necesaria.

El material proporcionado para usarlo como liga corresponde al POLVO DEL BAG

HOUSE con características diferentes a las analizadas, es decir es un material sin presencia

de agregado grueso y tiene un alto porcentaje de finos, además de presentar límite líquido y

plástico.

De acuerdo a los ensayos de laboratorios de las dos muestras enviadas se pudo encontrar

que presentan las siguientes características.

6.1.1.- ANÁLISIS GRANULOMETRICO.

Siendo realizados los análisis granulométricos de cada muestra en el Laboratorio según la

norma ASTM D-422, se obtuvieron los siguientes resultados:

MUESTRA % AG.

GRUESO

% AG.

FINO

%

FINOS

CLASIF.

SUCS

CLASIF.

AASHTO

MUESTRA 01 0 100 73.35 ML A-4(7)

MUESTRA 02 0 100 79.79 ML A-4(8)

136

6.1.2 LIMITES DE CONSISTENCIA

Las siguientes tablas muestran los valores de los límites de consistencia obtenidos

de las muestras de las calicatas ejecutadas.

MUESTRA L.L. ( % ) L.P. ( % ) I.P ( % )

MUESTRA 01 17.50 15.40 2.10

MUESTRA 02 17.40 15.60 1.80

6.1.3 HUMEDAD NATURAL

Las tablas siguientes muestran los resúmenes de los valores de las humedades

naturales obtenidas de cada estrato obtenido.

6.1.4 DISEÑO DE COMBINACIÓN

Conocidas las curvas granulométricas de las escorias analizadas y del material para

liga (Polvo de Bag House) se ha realizado un diseño de mezcla entre ambos

materiales teniendo en consideración las curvas granulométricas promedios de los

ensayos realizados a ambos materiales.

MUESTRA HUMEDAD NATURAL ( % )

MUESTRA 01 7.66

MUESTRA 02 17.97

137

El siguiente gráfico muestra el diseño de mezcla y la combinación recomendada

para conseguir que la granulometría resultante cumpla con las especificaciones

técnicas dentro de los usos granulométricos para material de base, sub-base y sub-

rasante en la conformación de la estructura del pavimento.

6.2.- DISEÑO DE PAVIMENTO. 6.2.1 Estudio de la Sub Rasante

De acuerdo a lo mencionado anteriormente, presentaremos las diferentes consideraciones

Para la elección del CBR del terreno de fundación o Sub Rasante:

1 Elección del valor más desfavorable:

2 Promedio de los valores de CBR:

3 Selección del Modulo de Resilencia (Mr.) y CBR de la Sub Rasante (Método del Instituto

del Asfalto: para esta consideración se tomaron todos los valores de CBR. de todas las

calicatas y en algunos casos de la misma calicata tomamos el valor más desfavorable.

Para este grupo de valores, el Modulo de Resilencia debe ser seleccionado en función al

trafico, cuanto mayor es el trafico menor es el valor de diseño de Mr. Esto se hace para

asegurar un diseño más conservador en una vía con mayores volúmenes de tráfico.

El Modulo de Resilencia de Diseño se define como el valor del Modulo de Resilencia que

es menor que el 60%, el 75% o el 87.5% del total de los valores analizados en la sección.

Estos porcentajes se conocen como Valores Percentiles y están relacionados con el tráfico

como se indica en la tabla No 40

138

TABLA Nº40: TABLA DE LÍMITES DE DISEÑO PARA SUBRASANTE.

NIVEL DE TRAFICO PERCENTIL DE DISEÑO (%)

104 o Menos 60

Entre 104 y 106 75

106 o mas 87.5

Formula de Modulo Resilente para Suelo Granular (comentado en el Método AASHTO

posteriormente en el presente trabajo)

Mr (psi) = 4326 x Ln (CBR)+241

Para la elección del modulo de resilencia se procede de la siguiente manera:

-Primero se convertir los CBR a valores de Mr.

-Disponer los Valores de Mr. en secuencia numérica descendente

-Para cada valor diferente de Mr. empezando con el menor valor de Mr. se determino el

numero de valores que son iguales o mayores que aquel. Luego se calcula el porcentaje de

cada uno de los valores con respecto al total de los valores analizados.

-Luego se traza la grafica con los datos obtenidos, trazándose una curva que mejor se

adapte a los puntos trazados.

-Por ultimo se leyó el valor de resistencia de la Sub Rasante para el valor percentil

apropiado. (Correspondiente al ESAL obtenido)

*Cantidad de valores mayores o iguales del CBR en su respectiva posición.

** Percentil con respecto al total de valores de los valores mayores o iguales de CBR en

su respectiva posición.

Para el presente estudio se tomo como referencia los trabajos realizados para la corporación

Aceros Arequipa por A C Ingenieros Consultores, en le cual se efectuaron en campo

pruebas CBR para determinar la capacidad de soporte real en el estrato de apoyo de la

estructura del pavimento,

139

Adicionalmente a ello se efectuaron pruebas en el campo de CBR dinámico en los estratos

de apoyo. Donde en el ensayo de CBR in situ arrojó un valor de 6.10%, mientras que el

ensayo CBR efectuado en el laboratorio alcanzó un valor de 12.8%, Debido a los bajos

valores obtenidos en los ensayos realizados es conveniente que se efectué un mejoramiento

de la Sub Rasante mezclando el suelo natural del sitio con un 20% de material de cantera a

fin de llegar a un mínimo de 20% de CBR.

Este valor de CBR de 20% es el que tomaremos como valor de diseño de la estructura de

pavimento. Para este valor de CBR podríamos calcular el Modulo Resilente mediante la

siguiente formula:

Mr (psi) = 4326 x Ln (CBR)+241

De donde obtenemos un valor de Mr = 13201

Y despejando de la fórmula de Mr. se determino la correspondiente ecuación para el CBR

CBR= ℮ ((Mr-241)/4326) Reemplazando el valor del Mr se calculo el valor de CBR =20%

6.2.2.-Influencia del Tráfico.

Para el calculo del volumen de trafico; de acuerdo a la información suministrada por

Corporación Aceros Arequipa S.A., se esta considerando camiones trailer de 30 toneladas

de capacidad con una frecuencia máxima de 200 camiones por día que circularán por la vía,

el numero de ejes equivalentes a 18 kips, considerando el carril mas cargado para el periodo

de diseño considerado de 20 años se determinara de acuerdo a los siguientes factores:

IMD (Trafico Promedio Diario Anual) =200

n: Periodo de Diseño = 20 años

r: Tasa de Crecimiento Anual = 5%

Dd: Factor de Distribución Direccional = 0.5

DI: Factor de Distribución de Carril = 1

Numero de carriles =2

%Cp: Porcentaje de Vehículos Pesados = 100%

140

Días de Diseño = 365 días

FeG: Factor de Equivalencia de Carga General

rrxCpxFxDdxDIxxIMDN eGanual

11%365 )(82

FeG = 5.66

TABLA Nº41: VALORES DE LA ECUACION DE EJES EQUIVALENTES

IMD 200 Fac. Dist. Direc. 0.5 Fac. Dist. Car 1 %Cp 1

FeG 5.66 Tiempo 20 Tasa 5%

N8.2 6.83E+06

Del 2008 al 2027 (20 años) = 6’834,782 ejes equivalentes

6.2.3.- Influencia del Clima.

Debido a la ubicación de la zona del proyecto en base a la información del SENAMI la

temperatura en la zona fluctúa entre 13° C y 27° C y no presenta precipitación abundante.

141

6.3.- MÉTODOS PARA EL DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES.

Para el desarrollo del diseño de los diferentes métodos, tomamos los valores de CBR de

materiales sin combinación y con la mejor combinación con escoria para poder comparar

las variaciones de espesores.

6.3.1.- Método de Diseño del C.B.R.

Como la mayor parte de las fallas en los pavimentos flexibles, se debe principalmente al

desplazamiento, o sea la falla "al corte", de los materiales que componen las

diferentes capas, se diseña basándose en los ensayos "al corte".

La determinación de la resistencia al corte de un suelo, se puede hacer por medio de un

ensayo de "corte directo" de una prueba triaxial, o simplemente midiendo la resistencia a la

penetración del material.

El método de California fue propuesto por el Ingeniero O. J. Porter en 1929 y adoptado

por el Departamento de Carreteras de California y otros organismos técnicos de

carreteras, así como por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de

Norte América.

Se establece en este método una relación entre la resistencia a la penetración de un

suelo, y su valor relativo como base de sustentación de pavimentos flexibles. Este

método, si bien es empírico, se basa en un sinnúmero de trabajos de investigación llevados

a cabo tanto en los laboratorios de ensayo de materiales, así como en el terreno, lo que

permite considerarlo como uno de los mejores métodos prácticos.

El método de California, comprende los tres ensayos que, en forma resumida, son:

1. - Determinación de la Densidad máxima y Humedad Optima.

2. - Determinación de las propiedades expansivas del material y,

3 - Determinación de la Relación de soporte California, o CBR.

142

Generalmente, los CBR que se consideran para el diseño de pavimentos flexibles,

corresponden a una penetración de 0,1" y a un material compactado y saturado. Sin

embargo, si las condiciones climatéricas, de drenaje, alejan la posibilidad de que el terreno

de fundación se sature, el CBR puede determinarse para un estado de humedad distinto al

de saturación. En general, podemos establecer que la determinación del CBR, deberá

verificarse para las condiciones de humedad y densidad que prevalecerán en la obra a

construirse.

En el ábaco (Grafico Nº 19) se presenta las diferentes curvas para el cálculo de pavimentos

GRAFICO Nº 19: ABACO DEL MÉTODO C.B.R. DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

GRAFICO GRAFICO CBR CBR -- 11

ESPE

SO

R C

OM

BIN

ADO

DE

BAS

E Y

PAV

IMEN

TO

RELACION DE SOPORTE CALIFORNIA (CBR) EN % PARA 0.1" DE PENETR ACION

4000m

6000

7000

10,000

1 2,000

15,00

018

,750

2 5,0

0037

,000

4 0,0

00

46,0

0050

,000

78,0

0010

0,00

0

150 ,

000

1 80,

000

70,0

00

METODO CBRCURVAS PAR A EL CALCULO DE ESPESORES

DE PAVIMENTOS ASFALTICOS PAR A

DIFERENTES CBR Y C ARGAS POR RUED A

143

Flexibles, considerando cargas por rueda comprendidas entre 4,000 lbs. Y 180,000 lbs.

Por lo tanto, este gráfico puede ser utilizado tanto para el diseño de carreteras de tránsito

liviano como para el de aeropuertos de vuelos no regulares.

Cuando se emplean estas curvas, téngase siempre presente que los espesores del

pavimento, han sido determinados tomando en consideración:

a) Que el terreno de fundación no esta expuesto a la acción de las heladas.

b) La presión de inflado de las llantas es de 60 lb/pulg2 Si la presión de inflado es mayor o

menor de 60 lb/p2 los espesores deberán aumentarse o disminuirse hasta un 20%

respectivamente.

c) El material de préstamo que se utilice para Cimiento, debe tener un CBR no menor del

15%.

d) Los sistemas de drenaje, tanto superficial como subterráneo deben ser buenos.

e) El terreno de fundación debe estar debidamente compactado a humedad óptima y

densidad máxima.

f) Cuando la sumatoria de los espesores del Firme (B) y la Carpeta Asfaltica sumen un

valor igual a 6”( y con la curva correspondiente), el valor de CBR que corresponde a 0.1”

debera ser reemplazada por el CBR minimo.

g) El material que se emplea en las capas de Firme (B), debe tener un CBR no menor del

40% cuando las cargas por rueda sean menores de 10,000 lbs. y no menor del 80% cuando

sean mayores de 10,000 Ibs.

6.3.1.1-Diseño del Espesor del Pavimento con el Método del CBR.

Para el presente método de diseño obtendremos parámetros en cuanto al espesor total del

pavimento, Carpeta de Rodadura y la Base o Firme

Datos Generales para el Diseño

CBR de la Sub Rasante = 20%

Cargas por Eje = 8200 kg (18000 lb.)

Valores de CBR se obtuvieron adicionando 20% de Escoria de Aceria en el terreno natural

propio de la Sub Rasante.

144

TABLA Nº 42: RESULTADOS DE DISEÑO DE ESPESORES-MÉTODO C.B.R.

% de Polvo de Bag House 0% 10% 15% 20% CBR sub Rasante 20% 20% 20% 20% CBR Base al 95% del OCH 80.6 260% 122 142

Del Grafico:

Base + Carpeta Asfáltica 28 28 28 28

Carpeta Asfáltica 11 8.5 8.5 8.5

Base 17 19.5 19.5 19.5

Escoria +0% Polvo Escoria +10%, 15%, 20% Polvo

C.R. C.R.

Base Base

Del cuadro podemos observar que la carpeta de rodadura para el agregado en su

estado natural es mayor en un 18% al de combinación, mientras que la base con el

agregado combinado es mayor en un 8%. En consecuencia se puede observar un

ahorro en concreto asfáltico.

6.3.1.2. Observaciones.-

Mediante este método, el espesor total del pavimento es único para todas las

combinaciones

La variación de espesores solo sucede en la carpeta de rodadura y la base

tomando como referencia a las escorias sin ningún agregado ligante debido a

Cr= 17.44cm e= 8.50cm

e=11.0cm

e=17.0cm e= 19.50 cm

145

que los altos valores de CBR obtenidos para las combinaciones con polvo de

Bag House no hacen diferencias pera valores de mas de 100% de CBR en

dicho método.

El método no es de mucha ayuda para el diseño de pavimentos con climas

que presenten heladas

6.3.2.- Método AASHTO 93.

Este método describe el diseño tanto para pavimentos de concreto asfáltico y de

tratamientos superficiales con niveles de transito significativos (es decir mayores que

50000 ESAL de18 kips) durante todo el periodo de funcionamiento. Para los dos tipos de

pavimentos nombrados el diseño se basa en la identificación del numero estructural (NE)

del pavimento flexible para mantener el nivel proyectado de cargas por ejes. Así el

proyectista podrá determinar si se requiere una superficie de tratamientos superficiales

simples o dobles, o una superficie pavimentada de concreto asfáltico para las condiciones

especificas. En este caso nos enfocaremos en el diseño del espesor del pavimento con

concreto asfáltico.

Variables para el Diseño:

a) Restricciones de Tiempo. – En este acápite se incluye la elección de los datos de

entrada para los periodos de análisis (períodos de diseño = periodo de análisis) que

afectaran o restringirán el diseño del pavimento desde el punto de vista del tiempo. Es

decir, permiten seleccionar diversas estrategias de diseño, desde estructuras construidas

para que duren todo el periodo de análisis hasta la construcción por etapas con una

estructura inicial y colocación de sobrecapas programadas.

Periodo de Diseño: Es el tiempo que dura una estructura inicial de pavimento antes de

que requiera rehabilitación. También se refiere al lapso entre dos rehabilitaciones

sucesivas

Periodo de Análisis: se refiere al periodo para el cual se va a adelantar el análisis, es

decir, el transcurso de tiempo que cualquier estrategia de diseño debe cubrir. El periodo

de análisis es análogo al termino “periodo de diseño”.

b) El transito Esta basado en las cargas esperadas y acumulativas de un eje equivalente a

146

18,000 Ibs. Durante el período de análisis para cualquier situación de diseño donde la

estructura inicial del pavimento se espera que dure todo el periodo de análisis sin ninguna

obra de rehabilitación, todo lo que se requiere es el ESAL acumulado en todo el periodo de

análisis. Si se considera una rehabilitación en e! periodo de análisis, el diseñador debe

definir los tráficos acumulados en cada capa.

c) Confiabilidad: Se entiende por confiabilidad de un proceso diseño comportamiento de

un pavimento a la probabilidad de que una sección diseñada usando dicho proceso, se

comportara satisfactoriamente bajo las condiciones de transito y ambientales durante el

periodo de diseño.

La confiabilidad pretende incorporar algún grado de certidumbre al procedimiento de

diseño, para asegurar que las diferencias alternativas de este se mantengan para el periodo

de análisis. El factor de confiabilidad de diseño tiene en cuenta variaciones al azar tanto en

la predicción del comportamiento y por lo tanto proporciona un nivel predeterminado de

confianza (R) en que los tramos del pavimento sobrevivirán al periodo para el cual fueron

diseñados.

En general, a medida que crece el volumen del transito, la dificultad de que presente

transito divergente y la expectativa publica de disponibilidad, aumenta el riesgo de no

cumplir con dichas expectativas, debe ser minimizado.

Esto se logra escogiendo niveles mayores de confiabilidad. La Tabla Nº 43 presenta niveles

de confiabilidad recomendables, para clasificaciones recomendables diferentes. Obsérvese

que los niveles mas elevados corresponden a las vías que reciben el mayor uso, mientras

que los del nivel mas bajo, el 50% corresponden a las carreteras locales.

Los valores de So desarrollados en el AASHTO ROAD TEST no incluyeron error por el

transito. Sin embargo, el error en la predicción del comportamiento desarrollado en el

tramo de ensayo fue de 0.35 para los pavimentos flexibles, lo cual corresponde a una

desviación estándar total de 0.45.

147

TABLA Nº 43: NIVELES DE CONFIABILIDAD SUGERIDOS PARA

DIFERENTES CARRETERAS

CLASIFICACIÓN NIVEL DE CONFIABILIDAD

RECOMENDADO

Urbana Rural

Autopistas Interestatales y otras 85-99.9 80-99.9

Arterias Principales 80-99 75-95

Colectoras de Tránsitos 80-95 75-95

Carreteras Locales 50-80 50-90

d) Efectos Ambientales: Los cambios de temperatura y humedad, por ejemplo, pueden

tener efecto sobre la resistencia, durabilidad y la capacidad de resistir cargas de los

materiales, del pavimento y de la Sub Rasante. Otro impacto ambiental importante, es el

efecto directo que la expansión de la Sub Rasante, puede tener sobre la perdida de la

calidad de la rodadura y la servicialidad.

Criterios de Comportamiento

a) Servicialidad: La servicialidad de un pavimento se define como la idoneidad que tiene

el mismo para servir a la clase de transito que lo va a utilizar. La mejor forma de evaluarla

es a través de un índice de servicio presente (PSI), el cual varia de 0 (carretera imposible)

hasta 5 (carretera perfecta). La filosofía básica del diseño es el concepto de comportamiento

y la capacidad de servicio, el cual proporciona un medio para diseñar un pavimento con

base en el volumen especifico del transito total, y con un nivel mínimo de servicialidad

deseado, al final del periodo de diseño.

La elección de un índice más bajo para los valores de (Pt) que puede tolerarse antes de que

sea necesario un refuerzo o una rehabilitación, la AASHTO sugiere un valor de 2.5 para

autopistas y vías principales, y 2.0 para las demás carreteras.

148

GRAFICO Nº 20: GRÁFICO DEL ÍNDICE DE SERVICIALIDAD

TABLA Nº 44: CRITERIO PARA LA SELECCIÓN DEL Pt.

1Pt Porcentaje de Estado de Inaceptabilidad

3.0 12

2.5 55

2.0 85

Teniendo en cuenta que la servicialidad final de un pavimento (Pt.) depende del transito y

del índice de servicio inicial (Po), es necesario hacer una determinación de este ultimo.

(Véase Tabla Nº 44)

En el ensayo AASHTO, se obtuvo un valor de 4.2 para los pavimentos flexibles, pero cada

entidad podrá elegir un valor apropiado para sus condiciones y características

constructivas.

Índi

ce d

e Se

rvic

ialid

ad

Trafico

149

Una vez establecido Po. y Pt., se aplica la siguiente ecuación para definir el cambio total en

el índice de servicio:

ΔPSI = Po - Pt

Propiedades de los Materiales

a) Modulo Resilente de la Sub Rasante: La base para la caracterización de los materiales

de subrasante en este método, es el modulo resilente o elástico. Este modulo se determina

con un equipo especial que no es de fácil adquisición y por tal motivo se ha establecido

correlaciones para determinar a partir de otros ensayos. Heukelomp y Klomp, han

encontrado una relación entre el Mr medido en el campo y el CBR de laboratorio para la

misma densidad.

Mr(psi) =1500 CBR

Expresión que se considera razonablemente aproximada para suelos finos con un CBR

sumergido no mayor de 10.

Adicionalmente la guía establece un nuevo procedimiento para definir el valor de soporte

efectivo de la sub-rasante basado en el Modulo de Resilencia que el suelo presenta durante

las distintas condiciones climáticas del año. De acuerdo con el valor Mr(estacional) se

determina un valor de daño relativo (uf) que representa el daño estructural que una carga

produce en la estructura del pavimento en función de su valor Mr., lo que permite

extrapolar las condiciones del suelo del ensayo vial de Illinois con Mr 3000 psi a otros

tipos de suelo. Por otra parte, al incluirse una variación estacional del valor de Mr, se

consideran las variaciones de las condiciones climáticas particulares de cada sitio del

proyecto.

Otra manera de estimarse el Modulo de Resiliencia en base a la expresión derivada de los

ábacos que ofrece el Método AASHTO para caracterizar la capacidad estructural de

materiales granulares (formula desarrollada en Sudáfrica):

150

Mr(psi)= 4326 x ln CBR + 241

b) Características de los materiales del pavimento: La caracterización de las diversas capas

del pavimento se efectúa a través de sus módulos de elasticidad, obtenidos por ensayos

normalizados en laboratorio.

El método no presenta requisitos específicos respecto de la calidad de los materiales de la

sub base, resultando aceptable cualquier material convencional. El uso de la súbase en este

método requiere del empleo de un coeficiente de capa (a3 ) para convertir su espesor en un

numero estructural (SN) que es el indicativo del espesor total requerido del pavimento.

En la relación con la base, esta podrá ser granular o estabilizada y los requisitos de calidad

deben ser superiores a los de sub base. El material esta representado por un coeficiente (a2)

que permite convertir su espesor real a su número estructural.

Respecto a la capa de rodadura, consistirá en una mezcla de agregados pétreos y un

producto bituminoso.

La mezcla se deberá diseñar y construir de modo que no solo preste una función estructural,

sino resista la fuerza abrasiva del transito, proporcione una superficie antideslizante y

uniforme y prevenga la penetración de agua superficial.

c) Coeficiente de Capas el método asigna a cada capa del pavimento un coeficiente (Di),

los cuales son requeridos para el diseño estructural normal de los pavimentos flexibles.

Estos coeficientes permiten convertir los espesores reales a números estructurales (SN)

siendo cada coeficiente una medida de la capacidad relativa de cada material para funcionar

como parte de la estructura del pavimento. El método presenta cinco categorías de estos

coeficientes, de acuerdo con el tipo y función de la capa considerada concreto asfáltico,

base granular, sub base granular, base tratada con cemento y base asfáltica.

Concreto asfáltico el grafico Nº 21 proporciona un grafico que puede emplearse para

estimar el coeficiente (a1) de la capa estructural de una rodadura de concreto asfáltico de

gradación densa, con base en su modulo elástico (resiliente) a 20˚C (68˚F).

151

GRAFICO Nº 21: Carta para la Estimación del Coeficiente Estructural de Capa de Concreto Asfáltico de Gradación Densa Basado en el Modulo Elástico

Bases Granulares el Grafico Nº 22 muestra un grafico que puede emplearse para estimar el

coeficiente estructural (a2) a partir de uno de los cuatro resultados de ensayos diferentes de

laboratorio sobre un material granular de base, incluyéndose el Modulo Resilente de la

base. En este caso en particular dado los elevados resultados de CBR se procedió a

prolongar la escala logarítmica de valores de CBR y encontrar su valor correspondiente de

Coeficiente Estructural (a2)

Coe

ficie

nte

Est

ruct

ural

de

Cap

as a

1 pa

ra C

oncr

eto

Asf

altic

o

Modulo Elástico EAC (psi) de Concreto Asfáltico

152

GRAFICO Nº 22: Variación en el Coeficiente Estructural de Base Granular con diferentes parámetros: de Resistencia

Bases Estabilizadas en el grafico Nº 23 muestra el grafico que puede ser empleado para

hallar el coeficiente a2 de una base de suelo cemento, a partir de su modulo elástico o de

su resistencia a compresión a siete días y el grafico Nº 24 presenta el ábaco para hallar el

coeficiente correspondiente a las bases asfálticas, en función de su modulo o su estabilidad

Marshall

Coe

ficie

nte E

stru

ctur

al d

e Cap

a a 1

CB

R

Val

or -

R

Tri

axia

l de T

exas

Mod

ulo

1000

psi

(1) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas de Illinois (2) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas de California, Nuevo México y Wyoming (3) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas de Texas (4) Escala derivada del Proyecto NCHRP

153

.

Coe

ficie

nte

Est

ruct

ural

a2

Res

isten

cia

a la

Com

pres

ión

No

Con

finad

a (p

si)

Rot

ura

a lo

s 7 d

ías

Mod

ulo

105 p

si (8) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas de Illinois, Lousiana y Texas (9) Escala derivada del Proyecto NCHRP

GRAFICO Nº 23: Variación de a2 en Bases Tratadas con Cemento con los Parámetros de resistencia de la Base

154

GRAFICO Nº 24: Variación de a2 en Bases Tratadas con Bitumen con los parámetros de Resistencia de la Base

Coe

ficie

nte

Est

ruct

ural

a2

Est

abili

dad

Mar

shal

l lb

Mod

ulo

105 p

si

(11) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas de Illinois (12) Escala derivada del Proyecto NCHRP

155

Sub base Granulares en el grafico Nº 25 es posible determinar el coeficiente (a3) para una

súbase granular, en función de los mismos ensayos considerados para bases granulares.

Características Estructurales del Pavimento

a) Drenaje a pesar de la importancia que se conceda el drenaje, en el diseño de carreteras

los métodos corrientes de dimensionamiento de pavimento si incluyen con frecuencia

capas de base da baja permeabilidad y consecuentemente de difícil drenaje. El método deja

GRAFICO Nº 25: Variación del Coeficiente de la Sub-base Granular a3 con Diferentes Parámetros de Subbases

Coe

ficie

nte

Est

ruct

ural

de C

apa

a 3

CBR

Val

or -

R

Tri

axia

l de T

exas

Mod

ulo

1000

psi

(14) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas de Illinois (15) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas del Instituto del Asfalto, California, Nuevo México y

Wyoming (16) Escala derivada promediando correlaciones obtenidas de Texas (17) Escala derivada del Proyecto NCHRP

156

en libertad al ingeniero de diseño para identificar cual nivel o calidad de drenaje se logra

bajo una serie específica de condiciones de drenaje.

Se dan a continuación las definiciones generales correspondientes para diferentes niveles de

drenaje de la estructura del pavimento véase (Tabla Nº 46)

TABLA Nº 45: NIVELES DE DRENAJE DE LA ESTRUCTURA DEL

PAVIMENTO.

Calidad del Drenaje Termino para remoción del

Agua

Excelente 2 horas

Buena 1 día

Aceptable 1 semana

Pobre 1 mes

Muy Pobre El agua no drena

El tratamiento para el nivel esperado de drenaje de un pavimento flexible se logra a través

del empleo de coeficientes de capas modificadas; esto es, se podría usar un coeficiente de

capa efectivo más alto para mejorar las condiciones de drenaje. El factor de modificación

del coeficiente de capa de capa se denomina mi y ha sido integrado dentro de la ecuación

del numero estructural (SN) a partir del coeficiente de capa (ai ) y del espesor (di).

La tabla Nº 46 muestra los valores que recomienda la AASHTO para mi de acuerdo con la

calidad de drenaje y el tiempo en el año durante el cual se espera que el pavimento este

expuesto a niveles de humedad cercanos a la saturación. Los factores que muestra dicha

tabla son aplicables solamente a capas granulares:

157

TABLA Nº 46

Diseño Estructural del Pavimento

Este método de diseño es aplicable para vías con transito superior a 0.005 x 106 ejes

equivalentes de 8.2 ton. Y a la ecuación utilizada para el diseño de pavimentos flexibles

derivada de la información obtenida empíricamente por la AASHTO ROAD TEST es:

. Donde:

W18= Numero estimado de ejes simples equivalentes de 8.2 toneladas ZR = Desviación estándar normal So = Error estándar combinado de la predicción del transito y de la predicción del

Valores de mi recomendados para modificar los Coeficientes de Capas de

Base y Sub Base Granulares

Calidad del

Drenaje

% de tiempo de exposición de la estructura del pavimento a

nivel de humedad próximo a la saturación

< 1% < 1 - 5% 5 –25 % > 25%

Excelente 1.4-1.35 1.35-1.3 1.3-1.2 1.2

Bueno 1.35-1.25 1.25-1.15 1.15-1.00 1.00

Aceptable 1.25-1.15 1.05-0.8 0.8 –0.6 0.8

Pobre 1.15-1.05 1.05-0.8 0.8-0.6 0.6

Muy Pobre 1.05-0.95 0.95-0.75 0.75-0.40 0.40

log ( )W18 . Z r S o .9.36 log( )SN 1 0.20log P

4.2 1.5 0.40 1094

( )SN 1 5.19

. 2.32 log M r 8.07

158

Comportamiento ΔPSI = Diferencia entre el índice de servicio inicial (Po) y el final (Pi) MR = Modulo Resilente SN = a1d1 + a2d2m2 + a3d3m3 Siendo: ai. = Coeficiente estructural de la capa i, el cual depende de la característica del material

con que ella se construya

di = espesor de la capa en pulgadas

mi = coeficiente del drenaje de la capa i.

El SN es un numero adimensional, que expresa la resistencia estructural de un pavimento

requerido, para una combinación dada de soporte de suelo (MR), del transito total (W18),

de la servicialidad terminal, y de las condiciones ambientales.

Determinación del número estructural

1. Transito estimado durante el periodo del diseño (W18)

2. El nivel de confiabilidad (R) .Debe recomendarse que la aplicación de este nivel

implica la utilización de promedios en los datos de entrega.

3. La desviación Estándar Total (So)

4. El modulo Resilente de la Sub Rasante (Mr.)

5. La perdida de nivel de servicios durante el periodo de diseño, ΔPSI = Po-Pi

Con estos datos el SN se determina siguiendo los pasos señalados en la clave

Selección de los Espesores de las Capas.

Determinado el número estructural, el paso siguiente consiste en identificar un conjunto de

capas cuyos espesores, convenientemente combinados, proporcionen la capacidad portante

correspondiente al dicho SN.

La formula a utilizar es:

SN = a1D1 + a2D2m2 + a3D3m3

159

Esta expresión no conduce a una solución única, sino que presenta muchas combinaciones

técnicamente validas. Al elegir los espesores de las diferentes capas, debe tenerse presente

que desde el punto de vista de costos si la relación de costos entre las capas es menor que la

relación correspondiente de los productos ai x mi, el diseño optimo económico es aquel que

considera un espesor mínimo de base.

Debido a que generalmente es impractica y antieconómica la colaboración de capas de

pavimento muy delgadas el método recomienda los siguientes mínimos:

TABLA Nº 47

Espesores mínimos (pulg.) Numero de ejes

equivalentes (millones) Concreto Asfáltico Base Granular

0.05 1.0 o ISD 4 0.05-0.15 2.0 4 0.15-0.5 2.5 4 0.5-2.0 3.0 6 2.0-7.0 3.5 6 >7.0 4.0 6

La AASHTO advierte, no obstante que estos mínimos pueden ser variados de acuerdo a las

condiciones locales y la experiencia de cada entidad

Análisis del Diseño por Capas

Siendo el Pavimento un sistema multicapa, la distribución de los espesores debe hacerse de

acuerdo con los principios que muestra el Grafico Nº 26

160

GRAFICO Nº 26: DISTRIBUCIÓN DE ESPESORES DEL PAVIMENTO.

SUB-RASANTE

D*1 ≥ SN1

a1

SN*1 = a1 D*1 ≥ SN1

D*2 ≥ SN2 - SN*1

a2 m2

SN*1 + SN*2 ≥ SN2

D*3 ≥ SN3 - (SN*1 + SN*2)

a3 m3

Primero se calcula el SN requerido sobre la Sub Rasante. Del mismo modo se hallan los SN

necesarios sobre las capas de súbase y base, usando los valores aplicables de resistencia en

SUB-BASE

BASE

CARPETA ASFALTICA

SN3

SN2

SN1

D1

D2

D3

161

cada caso. Trabajando con las diferencias entre los SN calculados como necesarios sobre

cada capa, se determina el espesor máximo permisible de cada uno.

Por ejemplo el SN máximo admisible para el material de sub base debe ser igual a la

diferencia entre el SN total y el que se requiere sobre dicha capa del mismo modo, se

procede con las demás y se calcula los espesores como la muestra el Gráfico Nº 27

Este procedimiento no debe aplicarse en la determinación del SN requerido sobre

materiales de base o Sub-base con el modulo plástico superior a 40000 psi. En estos casos

los espesores de las capas superiores se establecen en base a consideraciones prácticas

sobre espesores mínimos y costos.

GRAFICO Nº 27: Carta de Diseño para Pavimentos Flexibles, basado en el uso de de Valores Medios para cada Variable de

Entrada

162

6.3.2.1- Diseño de Espesores de Pavimentos con el Método AASHTO.

Datos Generales:

Confiabilidad (R): “es la probabilidad que un pavimento desarrolle durante su vida útil, la

función para la cual ha sido diseñado y construido en condiciones adecuadas para su

operación. Se eligió por su clasificación funcional Arterias Principales y zona urbana un

80%.

Desviación Estándar (So): “A una menor desviación estándar significa que las ecuaciones

modelaran mejor los diseños”.Este valor esta relacionado con el factor de seguridad.

So=0.4

Drenaje (m): La Calidad de Drenaje es regular m=1

Servicialidad Inicial (Po): La servicialidad inicial es la calificación que tendrá el pavimento

inmediatamente terminado su construcción. Esta es Mínima Po=4.3

Servicialidad Final (Pt): La servicialidad inicial es la calificación que tendrá el pavimento

al final de su vida útil. Esta es Po=1.8 por ser Zona Industrial

Coeficiente de Capa (a1) = 0.42 valor tomado como ejemplo de un diseño de pavimentos

Coeficiente de Capas de Bases Granulares (a2).

TABLA Nº 48: RESULTADOS DE COEFICIENTES DE CAPA a2. % de Polvo de Baghouse 0% 10% 20% 30% CBR 88.6 260.0 122.0 142.0 Mr (psi) 19639 24297 21023 21680 a2 0.13 0.17 0.15 0.15

Datos obtenidos del ábaco para la determinación de coeficiente de capa de bases

granulares (Grafico Nº 21 y Nº 22)

Espesor de Capa (d1) = 3.5 (in) para vías con trafico ESAL entre 2000001-7000000

ESAL= 6’834,782

163

Modulo de Resilencia

Se obtuvo un Mr = 13201 psi considerando un modulo CBR de 20%, valor mínimo al que

se deberá llegar considerando un tratamiento de 20% de escoria en la Sub Rasante

Para el presente diseño se considerara el uso de escorias como Sub Base y el empleo de las

diferentes combinaciones de Escoria y Polvo de BagHouse de10%, 15%, y 20%, además de

considerara como espesor mínimo de Asfalto el sugerido por el manual para ESAL entre

2000001-7000000 el cual es de 3.5 pulgadas

Diseño de Pavimento Sub Base: Escoria y Base: Escoria Confiabilidad 90% valor sugerido Desviación Stad. 4.5 valor sugerido W18 6.88E+06 Ejes Equivalentes Mod. Residencia 13.5 Ksi Perdidas Serv. Serv. Inicial 4.2 Serv. Final 2.5 APSI 1.7 SN 3.9 D1 3.5 mínimos recomendados AASHTO D2 5 mínimos recomendados AASHTO D3 ? a1 0.44 Tablas AASHTO a2 0.13 Tablas AASHTO a3 0.13 Tablas AASHTO m2 1.35 Tablas AASHTO m3 1.35 Tablas AASHTO SN2 2.688 1.212 D3 8.4 En Centímetros: D1 9 CA D2 13 Base D3 21 Sub-Base

164

Diseño de Pavimento Sub Base: Escoria y Base: Escoria + Polvo al 10% Confiabilidad 90% valor sugerido Desviación Stad. 4.5 valor sugerido W18 6.88E+06 Ejes Equivalentes Mod. Residencia 13.5 Ksi Perdidas Serv. Serv. Inicial 4.2 Serv. Final 2.5 APSI 1.7 SN 3.9 D1 3.5 mínimos recomendados AASHTO D2 5 mínimos recomendados AASHTO D3 ? a1 0.44 Tablas AASHTO a2 0.17 Tablas AASHTO a3 0.13 Tablas AASHTO m2 1.35 Tablas AASHTO m3 1.35 Tablas AASHTO SN2 2.688 1.212 D3 7.1 En Centímetros: D1 9 CA D2 13 Base D3 18 Sub-Base

E= 9.0 cm

E=13.0 cm

E=18.0 cm

E= 9.0 cm

E=13.0 cm

E=21.0 cm

165

Diseño de Pavimento Sub Base: Escoria y Base: Escoria + Polvo al 15% o 20% Confiabilidad 90% valor sugerido Desviación Stad. 4.5 valor sugerido W18 6.88E+06 Ejes Equivalentes Mod. Resiliencia 13.5 Ksi Perdidas Serv. Serv. Inicial 4.2 Serv. Final 2.5 APSI 1.7 SN 3.9 D1 3.5 mínimos recomendados AASHTO D2 5 mínimos recomendados AASHTO D3 ? a1 0.44 Tablas AASHTO a2 0.15 Tablas AASHTO a3 0.13 Tablas AASHTO m2 1.35 Tablas AASHTO m3 1.35 Tablas AASHTO SN2 2.553 1.347 D3 7.9 En Centímetros: D1 9 CA D2 13 Base D3 20 Sub-Base

E= 9.0 cm

E=13.0 cm

E=20.0 cm

166

TABLA Nº 49: ESPESORES DE CAPAS SEGÚN % DE POLVO Y ESCORIA

Escoria al 100% Escoria + Polvo al

10% Escoria + Polvo al

15% o 20% Carpeta Asfáltica 9 cm 9 cm 9 cm

Base 13 cm 13 cm 13 cm

Sub-Base 21 cm 18 cm 20 cm

167

7.1.-Conclusiones y Recomendaciones. Después de realizar los ensayos pertinentes para determinar las características

físicas de las escorias de la elaboración de acero de la planta de Acero Arequipa

en pisco se llego a la conclusión que son un excelente agregado para fines de

Base y Sub. Base cumpliendo con la mayoría de parámetros de las normas

ASTM y del manual de diseño AASHTO para pavimentos exceptuando los

parámetros de porcentajes mínimos de finos. Motivo por el cual se planteo como

solución la incorporación de agregados finos a fin de poder cumplir dichos

parámetros y dale liga a las escorias

ENSAYOS SEGUN

NORMAS ASTM

ESCORIAS ESPECIFICACIONES OBSERVACION

% Que para la malla Nº 200 3.61 % 5% - 15% NO CUMPLE Equivalente de Arena % : 57,62 35% mín. CUMPLE Limite Líquido NP 25% máx. CUMPLE Limite Plástico NP 19 % máx. CUMPLE Índice de Plasticidad NP 4% máx. CUMPLE CBR al 95% de la MDS 80,56 80 % mín. CUMPLE Pérdida de Sulfato de Sodio 1.69 % 12 5 máx. CUMPLE Abrasión % 31,33 40 % máx. CUMPLE SST (ppm) 4656 5500 ppm máx. CUMPLE

Al analizar las Escorias con la presencia de un agregado fino como es el Polvo

de Baghouse en diferentes proporciones de 10%, 15% y 20% se observo que se

había superado el inconveniente de los porcentajes mínimos de finos pero que a

su vez dichas combinaciones no cumplían con los parámetros del Equivalente de

Arena, como en el siguiente cuadro. Para una combinación de 10% de Polvo con

90% de Escoria

ENSAYOS SEGUN NORMAS

ASTM Combinación 10% ESPECIFICACIONES OBSERVACION

% Que para la malla Nº 200 122.00% 5% - 15% CUMPLE

Equivalente de Arena % : 25.00% 35% mín. NO CUMPLE

Limite Líquido 14.25% 25% máx. CUMPLE

Limite Plástico 13.91% 19 % max. CUMPLE

Índice de Plasticidad 0.34% 4% máx. CUMPLE

CBR al 95% de la MDS 259.00 80 % mín. CUMPLE

Abrasión % 31,33 40 % máx. CUMPLE

168

Analizados las Escorias en su estado original y con las respectivas

combinaciones con polvo de Baghouse para fines de pavimentación y

cimentación se pudieron observar altos valores de CBR tanto para las Escorias

en su estado original así como para las combinaciones con el agregado

mencionado. Siendo notorio el aumento de los valores de CBR para las muestras

con combinaciones de polvo de Baghouse, alcanzando valores de 259% del

CBR calculado al 95% del Optima Contenido de Humedad

% Polvo CBR al 100% CBR al 98% CBR al 95% OCH Densidad

0% 88.6 85.1 80.6 5.64 2.170

10% 344.0 312.0 259.0 6.80 2.545

15% 199.0 170.0 122.0 7.40 2.633

20% 205.0 183.0 142.0 7.10 2.595

Por lo que se pensó en colocar este nuevo material Base y las escorias en su

estado natural como Sub-Base

Por los que el diseño de pavimentos se hizo teniendo en cuenta el empleo de las

escorias en su estado natural como Sub-Base y de las combinaciones con polvo

como Base, destacando entre estas la combinación de 10% de polvo de

Baghouse con 90% de Escorias presentando un ligero ahorro de material de no

mas de 2 cm. en la Base respecto de las otras combinaciones de 15% y 20% de

polvo con Escorias y de 3 a 4 cm si se colocara solo escoria es estado original

como base y Sub-Base

Escoria al

100% Escoria + Polvo

al 10% Escoria + Polvo al

15% o 20% Carpeta Asfáltica 9 cm. 9 cm. 9 cm.

Base 13 cm. 13 cm. 13 cm. Sub-Base 21 cm. 18 cm. 20 cm.

169

Además Dicha combinación de Escoria al 90% y Polvo de Baghouse al 10%

respondió mejor a los ensayos de capacidad portante arrojando mayores de

Esfuerzo Admisible que otras combinaciones y que la propia escoria en estado

original. Cabe señalar que las escorias en su estado original presentan un exceso

de partículas por millón tanto de cloruros como de sodios para fines de

cimentación según la Norma actual

Escorias 100% Escorias

90% Escorias

85% Escorias

80% qadm

kg/cm2 4.30 4.65 4.12 4.47

7.2.-Bibliografía Fundamentos de Ingeniería geotécnica - Braja M. Das Mecánica de Suelos y Cimentaciones – Carlos Crespo Villalaz Carreteras’ Calles y Aeropistas - Raúl Valle Rodas

Los Pavimentos en las Vías Terrestres – José Céspedes Abanto Normas ASTM

Manual de Diseño de Pavimentos AASHTO 93 Tesis Sobre Mejoramiento de Canteras en la Oroya – Najar & Almeida

Libro Blanco para Minimización de Residuos – IHOBE Gobierno Vasco

Informe Técnico Proyecto de Pavimentación - A.C. Ingenieros Consultores S.A.C.