UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERA CIVIL

PROPUESTA PARA EL DISEO Y CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS UNICAPA DE ALTO DESEMPEO COMO ALTERNATIVA DE APLICACIN A CAMINOS RURALES PRESENTADO POR: MANUEL ANTONIO ARTERO ALVARADO JORGE ALBERTO JOVEL ABREGOMANUEL DE JESS MEJA MORN PARA OPTAR AL TTULO DE: INGENIERO CIVIL CIUDAD UNIVERSITARIA, MAYO DE 2003UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR RECTORA: Dra. Mara Isabel Rodrguez SECRETARIA GENERAL : Licda.Lidia Margarita Muoz Vela FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA DECANO: Ing. lvaro Antonio Aguilar Orantes SECRETARIO: Ing. Sal Alfonso Granados ESCUELA DE INGENIERA CIVIL DIRECTOR: Ing. Luis Rodolfo Nosiglia Durn UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERA CIVIL Trabajo de graduacin previo a la opcin al grado de: INGENIERO CIVIL Ttulo: PROPUESTA PARA EL DISEO Y CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS UNICAPA DE ALTO DESEMPEO COMO ALTERNATIVA DE APLICACIN A CAMINOS RURALES Presentado por: MANUEL ANTONIO ARTERO ALVARADO JORGE ALBERTO JOVEL ABREGO MANUEL DE JESS MEJA MORN Trabajo de Graduacin aprobado por: Docentes Directores: ING. JOS MIGUEL LANDAVERDE QUIJADA ING. EDGAR ALFREDO GAVIDIA PAREDES Docente Director Externo: ING. CARLOS ANTONIO QUINTANILLA RODRGUEZ San Salvador, Mayo de 2003 Trabajo de Graduacin aprobado por: Docentes Directores: ING. JOS MIGUEL LANDAVERDE QUIJADA ING. EDGAR ALFREDO GAVIDIA PAREDES Docente Director Externo : ING. CARLOS ANTONIO QUINTANILLARODRGUEZ AGRADECIMIENTOS GENERALES Queremos agradecer de manera muyespecial a todas aquellas Instituciones y personas que contribuyeron de manera desinteresada a la culminacin de este Trabajo de Graduacin: A la Universidad de El Salvador, a travs de la Escuela de Ingeniera Civil por aprobar desde el inicio el tema de la presente investigacin. Al Instituto Salvadoreo del Cemento y del Concreto (ISCYC) por su apoyo logstico,bibliogrficoytcnicoparalarealizacindedichoproyecto.En especialalIng.RobertoDouglasLemuseIng.RafaelAlejandroGonzlez Magaa. AlpersonaldelLaboratoriodeSuelosyMaterialesMariongelGuzmn Urbinaporsucolaboracinenlarealizacindelosensayosdelaboratorioy otras actividades. En especial a la Ing. Susan Campos de Orellana, al profesor Evelio Lpez, y al Tcnico Carlos Morataya. ACONSULTORATCNICAS.A.deC.V.divisinLaboratoriodeSuelosy Materiales, dirigida por el Ing.JosTulio Pineda y a su personal por habernos prestado sus instalaciones y su apoyo tcnico en las visitas de campo. DEDICATORIA ADIOS:Todopoderoso,creadordelavida,graciasporsermiguay darmesalud,fuerzasysabiduraparapoderllegaralametaycoronarmi carrera. A mis Padres: Manuel Humberto y Mara Ester, gracias por ser personas tanespeciales,porsuamorysusconsejos,porsuapoyoycomprensinen todo momento, gracias por confiar en que no los defraudara. A mis Hermanos: Oscar Mauricio, Ana Silvia y Gloria Leticia, gracias por apoyarmeentodosentido(porhabersoportadotodaslasnoches de desvelo). Sepan que sin su aporte esto no hubiera sido posible. Milton, Que gran ayuda! Estuviste en el momento oportuno y t lo sabes. Gracias cuado. AmisFamiliares:muchsimasgracias,(silosmencionoatodosnome alcanzaran estas lneas). De una u otra forma cada uno de ustedes contribuy al logro de este triunfo. A misAsesores: Ing. Carlos Quintanilla, Ing. Jos Miguel Landaverde e Ing.EdgarGavidia,graciasportodoelconocimientotransmitido.Estexito tambin es de ustedes. AmisCompaeros:JorgeJovelyManuelMeja,trabajarconustedes fue una de las experiencias ms agradables, gracias por la entrega y dedicacin a este trabajo. AmisAmigos:Carlos,Alex,Bladimir,Nelson,Jorge,Rhina,Zulma, Xochilt,Delia,Thirsa,Robertoyatodoslosquemeconocen,graciaspor mostrarme su afecto y apoyo en todo momento. Manuel Antonio Artero Alvarado DEDICATORIA A DIOS todopoderoso: Por haberme dado la vida, la sabidura, la fortaleza, la entrega y la pacienciapara poder finalizar de gran manera esta ardua tarea. AmisPadres:JorgeJovelyNohemyAbrego,porsutotalapoyoycario incondicionalalolargodetodamivida,yporsusconsejosquemehan ayudado a afrontar los retos de una manera muy positiva. AmisHermanos:Claudia,Carmen,Liliana,FranciscoyLuisporsucario mostrado hacia m, por su ayuda y apoyo en todo momento. AmiTa:AracelyCubas,porhabermebrindadosuhospitalidadyelcalorde una familiadurante gran parte de mi carrera. AmisCompaeros:ManuelArteroyManuelMeja,porhaberformadoun grupoconelquepudimosafrontarlosretosyfinalizarelproyectoqueunda empezamos.

AmisAsesores:IngenierosMiguelLandaverde,EdgarGavidiayCarlos Quintanilla por habernos guiado hacia el buen desenvolvimiento en este Trabajo de Graduacin. ATodos: En General a la familia Artero Alvarado por su hospitalidad durante el desarrollodelainvestigacin,yatodosmisfamiliares,compaeros,amigosy conocidos que me ayudaron directa e indirectamente a culminar esta tarea, les agradezcocontodomicoraznsuvaliosacolaboracin,ylesdeseode antemanobendiciones en sus vidas. Jorge Alberto Jovel Abrego DEDICATORIA DedicoesteTrabajodeGraduacin,primeramenteaDios TodopoderosoyaLaSantsimaVirgenMara,porhabermedadosaludy bienestarpara poder finalizar,estainvestigaciny misestudiosdeEducacin Superior. Amispadres,AlfonsoMejayMaraDeliaMorn,porsuapoyo incondicional y el amor que han brindado en todas las etapas de mi vida, y en especialduranteeldesarrollodemiTrabajodeGraduacin;LOSQUIERO MUCHO. Amishermanos,porquesinellosnohubieraalcanzadolograrhacer realidad mis metas; a mis familiares, amigos y personas que de alguna manera estuvieron dispuestos a ayudarme. Muchas gracias. AmisasesoresycompaerosdeTesis,porelapoyomutuoyla compresinquemebrindaronentodoeltiempoquesellevacaboparala realizacin deesta investigacin. Manuel de Jess Meja Morn. RESUMEN El desarrollo socio-econmico de un pas esta ligado a la infraestructura queesteposee,partedeestainfraestructuralaconstituyelasvasde comunicacinterrestre,yaqueatravsdeellaslosdiferentespuebloso ciudadeslogranintercomunicarse.Asmismoelcomercio,laindustria,el turismo,etc.sevenbeneficiadossisecuentaconcarreteras,conexcelentes condicionesdefuncionalidad,quepermitanelaccesoatodaslasreasdeun territorio. Ennuestropaslascarreterasnopavimentadas,ensumayora pertenecientealrearural,representanun79.37%delaredvialnacional, carreteras que por lo general presentan daos debido al efecto del trfico y del intemperismo; esto implica realizar grandes inversiones para su mantenimiento yconservacin,raznporlacualesdemuchaimportanciaimplementar tcnicasdeconstruccinomejoramientoquepermitanalasinstituciones gubernamentales y a las municipalidades mantener estas vas en buen estado. Paracontribuiralabsquedadesolucionesaloplanteado,elpresente Trabajo de Graduacin propone la utilizacin de una tcnica de pavimentacin quesimplificaprocedimientosdediseoyconstruccin,denominada: Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo (PUAD). Esta tcnica consiste en un pavimento formado por la mezcla de suelo, agua y un porcentaje relativamente alto de cemento para constituir una sola capa, compactada dinmicamente, tal que resista las solicitaciones de cargas y el desgaste provocado por el paso de los vehculos. LaprimerapartedeesteTrabajodeGraduacindescribelostres componentes de los PUAD: el suelo, el cemento y el agua. El suelo es tratado desdeelenfoquedelamecnicadesuelos,destacandosuscaractersticas, propiedadesyclasificaciones;luegosehaceunadescripcindelcemento hidrulico,suscaractersticastiposyclasificaciones;delaguasemencionan sus requisitos y su uso en los Pavimentos Unicapa. EnElSalvadornosetienenexperienciasenelusodepavimentoscon lascaractersticasdelosPUAD,lomscercanoquepodemosencontraresel suelocemento,raznporlacualsetomanencuentasuspropiedadesas comosuusoenlaestabilizacindebasesysub-basesparapavimentos, haciendounresumendelasexperienciasdesuusoennuestropas.A continuacinsehaceunestudiodetalladodelosaspectosbsicosdelos PUAD: concepto, caractersticas, parmetros de diseo, metodologa de clculo delespesordelpavimentoyprocesoconstructivo;todoelloconstituyeel fundamento terico de este tipo de pavimento. Con el objetivo de llevar a la prctica, esta tcnica de pavimentacin se construyuntramoexperimentalubicadoenlasinstalacionesdelaplantaELRONCO,deCementodeElSalvador,Metapn,DepartamentodeSanta Ana;enelqueserealizaronlosrespectivosestudiosdesueloscomunesen estetipodeproyectos:anlisisgranulomtrico,lmitesdeconsistencia, gravedadespecifica,pruebaProctorModificadayCBR;acontinuacinse realizundiseodemezclaconel18%decementoenpeso,conelquese elaboraronespecmenesaplicandoelconceptodeenergaespecficade compactacinutilizandoequipoProctorymartillovibro-compactador,para conocer los parmetros de resistencia a travs de ensayos de laboratorio. Conocidoslosresultadosdelosensayosdelaboratorio,seprocedial clculoestructuraldelespesordelpavimento,utilizandolametodologade diseodescritaenelCaptuloII,lacualpuedeserdesarrolladaenforma analticapormediodeunahojaelectrnica.Luegosedescribeelproceso constructivo llevado a cabo para la ejecucin del tramo experimental, el cual fue monitoreadoporsietemesesconelfindeevaluarelcomportamientoque tendraelpavimento;adicionalmentesepresentaunanlisisdecostospara determinar la ventajaeconmica de su aplicacin. Posteriormente se analizan e interpretan los resultados obtenidos de los diferentes estudios realizados a lo largo de la investigacin, efectuando algunas comparacionesconparmetrosestablecidosporinstitucionesnacionalese internacionales,autores,etc.Finalmenteseformulanlasconclusionesy recomendaciones que resultaron al trmino de esta investigacin. NDICE GENERAL CONTENIDO PGINA CAPTULO I ANTEPROYECTO 1.0INTRODUCCIN.......2 1.1ANTECEDENTES .......3 1.2PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA....7 1.3OBJETIVOS........8 1.4ALCANCES ........9 1.5LIMITACIONES ....... 10 1.6JUSTIFICACIONES....... 11 CAPTULO II MARCO TERICO 2.0INTRODUCCIN....... 14 2.1SUELO........ 15 2.1.1CONCEPTO....... 15 2.1.2ORIGEN....... 15 2.1.2.1 SUELOS RESIDUALES.... 15 2.1.2.2 SUELOS TRANSPORTADOS... 16 2.1.3TAMAO DE LAS PARTCULAS.... 16 2.1.3.1 GRAVAS...... 16 2.1.3.2 ARENAS...... 16 2.1.3.3 LIMOS ...... 17 2.1.3.4 ARCILLAS...... 17 2.1.4FORMA DE LAS PARTCULAS.... 19 2.1.4.1 ESFERICIDAD..... 192.1.4.2 ANGULOSIDAD..... 20 2.1.5MINERALOGA...... 21 2.1.5.1 MINERALES CONSTITUTIVOS DE LOS SUELOSGRUESOS. ... 23 2.1.5.2 MINERALES CONSTITUTIVOS DE LAS ARCILLAS...... 23 2.1.6COMPOSICIN DE LOS SUELOS.... 24 2.1.7RELACIONES VOLUMTRICAS Y GRAVIMTRICAS. 25 2.1.8PROPIEDADES DE LOS SUELOS.... 26 2.1.8.1 VARIACIN VOLUMTRICA... 26 2.1.8.2 RESISTENCIA MECNICA.... 26 2.1.8.3 GRANULOMETRA..... 27 2.1.8.4 PLASTICIDAD..... 29 2.1.8.5 LMITES DE ATTERBERG .... 30 2.1.8.6 PERMEABILIDAD..... 31 2.1.8.7 RESISTENCIA AL CORTE.... 32 2.1.8.8 CONSOLIDACIN..... 34 2.1.9CLASIFICACIN DE LOS SUELOS ... 36 2.2EL CEMENTO....... 45 2.2.1COMPOSICIN QUMICA DEL CEMENTO.. 45 2.2.2FABRICACIN DEL CEMENTO PRTLAND.. 46 2.2.3CLASIFICACIN DE LOS CEMENTOS... 47 2.2.4TIPOS DE CEMENTO..... 49 2.2.5PRINCIPALES CARACTERSTICAS DE LOS CEMENTOS....... 51 2.3EL AGUA........ 52 2.3.1REQUISITOS DE CALIDAD..... 53 2.3.2AGUA PARA CURADO..... 54 2.4SUELO CEMENTO ...... 54 2.4.1GENERALIDADES...... 54 2.4.2DEFINICIN....... 55 2.4.3PROPIEDADES DEL SUELO CEMENTO.. 552.4.3.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIN.. 55 2.4.3.2 RESISTENCIA A LA FLEXIN... 57 2.4.3.3 RESISTENCIA A LA TENSIN... 58 2.4.3.4 MDULO DE ELASTICIDAD ... 59 2.4.3.5 CAPACIDAD DE SOPORTE... 60 2.4.3.6 RESISTENCIA AL DESGASTE... 62 2.4.3.7 RESISTENCIA A LA ABSORCIN DEL AGUAY AL HINCHAMIENTO.... 62 2.4.3.8 MDULO DE REACCIN (K)... 63 2.4.3.9 MDULO DE POISSON.... 63 2.5MTODOS DE ESTABILIZACIN DE BASES Y SUBBASES PARA PAVIMENTOS ...... 65 2.5.1GRAVA-CEMENTO...... 65 2.5.2BASES TRATADAS CON CEMENTO... 66 2.5.3SUELOS MEJORADOS CON CEMENTO... 67 2.6EXPERIENCIAS EN EL SALVADOR EN LA ESTABILIZACINDE BASES Y SUB-BASES PARA PAVIMENTOS... 69 2.6.1VENTAJAS Y DESVENTAJAS.... 70 2.7PAVIMENTOS UNICAPA DE ALTO DESEMPEO ... 74 2.7.1GENERALIDADES...... 74 2.7.1.1 CONCEPTO...... 74 2.7.1.2 CARACTERSTICASPRINCIPALES.. 75 2.7.2DISEO DE MEZCLAS..... 77 2.7.2.1 PROCEDIMIENTO PARA LA SELECCIN DEL CONTENIDO DE CEMENTO... 78 2.7.3DISEO ESTRUCTURAL DE LOS PUAD... 79 2.7.4DESCRIPCIN DE LOS PARMETROS DE DISEO. 79 2.7.4.1 VALOR DE SOPORTE DE LA SUB - RASANTE (K) 79 2.7.4.2 MDULO DE RUPTURA A FLEXIN (MR) . 80 2.7.4.3 TRFICO DE DISEO.... 81 2.7.4.4 CARGAS DE DISEO.... 82 2.7.4.5 PERODO DE DISEO (PD)... 882.7.4.6 COMPORTAMIENTO A LA FATIGA... 88 2.7.4.7 TENSIN ADMISIBLE DEL PAVIMENTO.. 89 2.7.4.8 MDULO DE ELASTICIDAD (Ec)... 90 2.7.5PROCEDIMIENTO DE CLCULO PARA EL DISEO DEL ESPESOR DELPAVIMENTO.... 90 2.7.6CONSTRUCCIN DE LOS PUAD.... 95 2.7.6.1 PREPARACIN DEL SUELO NATURAL.. 96 2.7.6.2 EXTENSIN DEL CEMENTO....100 2.7.6.3 MEZCLADO......104 2.7.6.4 COMPACTACIN.....112 2.7.6.5 NIVELACIN......119 2.7.6.6 EJECUCIN DE LAS JUNTAS...119 2.7.6.7 CURADO Y PROTECCIN SUPERFICIAL .122 CAPTULO III APLICACIN DE LOS PAVIMENTOS UNICAPA DE ALTO DESEMPEO TRAMO EXPERIMENTAL PLANTA EL RONCO, CESSA, METAPN 3.0INTRODUCCIN.......125 3.1CONDICIONES EXISTENTES DEL CAMINO EN ESTUDIO.126 3.1.1UBICACIN GEOGRFICA.....126 3.1.2DISEO GEOMTRICO.....127 3.1.3ELEMENTOS QUE COMPONEN EL CAMINO..127 3.2ESTUDIOS PREVIOS AL DISEO ESTRUCTURAL..129 3.2.1ANLISIS DE TRFICO .....129 3.2.2ANLISIS DE SUELO.....1313.2.2.1 OBTENCIN DE MUESTRAS...131 3.2.2.2 UBICACIN DE LOS PUNTOS DE OBTENCIN DE MUESTRAS PARAENSAYOS...1323.2.3ENSAYOS DE LABORATORIO DE MUESTRAS DE SUELO1333.2.3.1ANLISIS GRANULOMTRICO (ASTM D-422).1333.2.3.2LMITES DE CONSISTENCIA (ASTM D-423 Y ASTM D-424)...140 3.2.3.3 GRAVEDAD ESPECFICA(ASTM D-854)..1473.2.3.4 PRUEBA PROCTOR MODIFICADA (ASTM D-1557, AASHTOT-180)...1543.2.3.5 PRUEBA DE RELACIN DE SOPORTE DELSUELO, CBR (ASTM D-1883, AASHTO T-193).1633.2.4CLASIFICACIN AASHTO DE LAS MUESTRAS DE SUELO ANALIZADAS......1733.3DETERMINACIN DE LOS PORCENTAJES DE CEMENTO.1733.4RELACIN DENSIDAD-HUMEDAD DE LAS MEZCLAS DE PUAD1773.5DISEO DE MEZCLAS DE PUAD.....1813.6ELABORACIN DE ESPECMENES....183 3.6.1MOLDEO DE ESPECMENES UTILIZANDO EQUIPO PROCTOR MODIFICADO (AASHTO T-180, ASTM D-1557)1843.6.2MOLDEO DE ESPECMENES UTILIZANDO MARTILLO VIBRATORIO (ASTM C-1435).....1903.7DETERMINACIN DE LOS PARMETROS DE RESISTENCIA DE LOS ESPECIMENES ELABORADOS....1913.7.1RESISTENCIAA LA COMPRESIN SIMPLE SIN CONFINAR1923.7.2RESISTENCIAA LA COMPRESIN...192 3.7.3RESISTENCIAA LA TENSIN INDIRECTA ..1933.7.4RESISTENCIAA LA FLEXIN ....2003.7.5MDULO DE ELASTICIDAD....2013.8DISEO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO...2053.9PROCESO CONSTRUCTIVO DELPAVIMENTO...2113.9.1ESTUDIOS PREVIOS A LA CONSTRUCCIN..2133.9.2PREPARACIN DEL SUELO NATURAL...2153.9.3COLOCACIN Y DISTRIBUCINDEL CEMENTO..220 3.9.4MEZCLADO DEL SUELO CON EL CEMENTO..221 3.9.5CONTROL DE LA HUMEDAD....2233.9.6COMPACTACIN......225 3.9.7NIVELACIN.......227 3.9.8CURADO......228 3.9.9 CONTROL DE CAMPO DURANTE LA CONSTRUCCINDEL PAVIMENTO......229 3.10MONITOREO DEL PAVIMENTO A CORTO PLAZO..229 3.10.1EXTRACCIN DE NCLEOS....230 3.10.2OBSERVACIONES DE CAMPO....231 3.11ANLISIS DE COSTO DE LOS PUAD....232 CAPTULO IV ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS 4.0INTRODUCCIN.......239 4.1ANLISIS GRANULOMTRICO.....240 4.2LMITES DE CONSISTENCIA.....242 4.3GRAVEDAD ESPECFICA......242 4.4RELACIN DENSIDAD-HUMEDAD ....243 4.5VALOR DE SOPORTE DEL SUELO, CBR....244 4.6RESISTENCIAA LA COMPRESIN....2484.7RESISTENCIA A LA TENSIN INDIRECTA...2514.8RESISTENCIA A LA FLEXIN.....252 4.9MDULO DE ELASTICIDAD.....2524.10RESULTADOS OBTENIDOS DURANTE LA CONSTRUCCIN DEL PAVIMENTO......254 CAPTULO V CONCLUSIONES........257 RECOMENDACIONES.......261 BIBLIOGRAFA ANEXOSNDICE DE FIGURAS CAPTULO II Fig. 2.1:Forma de las lminas del caolintico ... 18 Fig. 2.2:Forma de las lminas del iltico.... 18 Fig. 2.3:Forma de las lminas del montmorillontico .. 19 Fig. 2.4:Angulosidad de las partculas.... 21 Fig. 2.5: Composicin de los suelos..... 24Fig. 2.6: Curva granulomtrica de los suelos...29 Fig. 2.7: Curva de compresibilidad..... 34 Fig. 2.8: Curva de consolidacin..... 36 Fig. 2.9: Clasificacin de los suelos por su tamao... 37 Fig. 2.10: Carta de plasticidad, tal como se utiliza actualmente. 41 Fig. 2.11: Clasificacin de los Pavimentos.... 76 Fig. 2.12: Presin de inflado y rea de contacto de las llantas. 84 Fig. 2.13: Distancia entre centros de ruedas.... 85 Fig. 2.14: Clasificacin de las diferentes configuraciones de ejes. 87 Fig. 2.15: Escarificado del suelo utilizando equipo agrcola.. 97 Fig. 2.16: Secuencia de extensin manual del cemento..102 Fig. 2.17: Riego del cemento mediante camiones dosificadores Mecanizados.......103 Fig. 2.18: Motoniveladora de hoja intermedia realizando el mezclado.......105 Fig. 2.19: Mezclado escarificado, previa aplicacin de agua y cemento......108 Fig. 2.20: Mezclado escarificadoy humedecimiento de la superficie simultneamente previa aplicacin de agua y cemento.109 Fig. 2.21: Mezclado escarificado, aplicando agua y cemento simultneamente......110 Fig. 2.22: Rodillo de neumtico autopropulsado...115Fig. 2.23: Rodillo pata de cabra .....116 Fig. 2.24: Equipo utilizado para la ejecucin de juntas..121 CAPTULO III Fig. 3.1: Aspecto actual del camino en anlisis...126 Fig. 3.2:Proceso de ranurado ......141 Fig. 3.3: Hechura de rollitos para el Lmite Plstico...142 Fig. 3.4: Determinacin de las cantidades de suelo y cemento en peso.......187 Fig. 3.5: Medicin de la cantidad de agua y equipo de compactacin187 Fig. 3.6: Distribucin del cemento en el suelo...187 Fig. 3.7: Adicin de agua y homogenizacin de la mezcla..188 Fig. 3.8: Mezcla lista para ser compactada y proceso de compactacin188 Fig. 3.9:Espcimen compactado y desenmoldado...189 Fig. 3.10: Especmenes listos para ser llevados al cuarto hmedo.189 Fig. 3.11:Elaboracin de especmenes cilndricos con martillo vibro - compactador......191 Fig. 3.12: Elaboracin de viguetas utilizando el martillo vibro - compactador......201 Fig. 3.13: Equipo utilizado para el ensayo de Mdulo de Elasticidad201 Fig. 3.14: Vista del tramo de prueba antes de la construccin del pavimento ......212 Fig. 3.15: Levantamiento topogrfico del tramo...214 Fig. 3.16:Densmetro Nuclear en labores de verificacin de las caractersticas del suelo en estado natural...215 Fig. 3.17: Colocacin de estacas guas en el tramo en ejecucin.216 Fig. 3.18: Pequeos empozamientos de agua antes del escarificado inicial del suelo......217 Fig. 3.19: Motoniveladora en actividades de escarificado del suelo.218 Fig. 3.20: Eliminacin de rocas existentes en el suelo ..218Fig. 3.21: Camin cisterna en labores de adicin de agua posterior al escarificado del suelo....219 Fig. 3.22: Motoniveladora en labores de conformacin de la superficie y dependientes transversales previo a la colocacin del cemento219 Fig. 3.23: Colocacin y distribucin de las bolsas de cemento sobre la superficie del suelo.....220 Fig. 3.24: Distribucin del cemento sobre la superficie del suelo.221 Fig. 3.25: Equipo RR-250 en labores de mezcladodel suelo con el cemento.....222 Fig. 3.26: Apariencia del suelo despus del mezclado..223 Fig. 3.27: Aplicacin de agua despus del mezclado del suelo con el cemento.....224 Fig. 3.28: Motoniveladora en labores de homogeneizacin de la humedad del espesor de la capa del pavimento...224 Fig. 3.29: Rodillo liso en labores de compactacin inicial..225 Fig. 3.30: Rodillo liso en labores de compactacin final..226 Fig. 3.31:Vista del pavimento despus de la compactacin ynivelacin227 Fig. 3.32: Aplicacin de compuesto qumico de base acuosa para el curado del pavimento.....228 Fig. 3.33: Apariencia final del pavimento terminado y en funcionamiento228 Fig. 3.34: Equipo de extraccin de ncleos y espcimen fracturado 230 Fig. 3.35:Trfico caracterstico al que ha estado sometido el PUAD 231 Fig. 3.36: Apariencia del PUAD similar a un pavimento de concreto231 CAPTULO IV Fig. 4.1:Valores tpicos de CBR.....245 Fig. 4.2:Esfuerzo promedio a los 28 das de la resistencia a la compresin para diferentesmtodos de ensayo..250NDICE DE TABLAS CAPTULO II Tabla 2.1: Principales minerales de rocas y suelos... 23 Tabla 2.2: Sistema de clasificacin de suelos AASHTO.. 42 Tabla 2.2: SistemaUnificado de Clasificacin de Suelos (SUCS). 43 Tabla 2.4: Equivalencias entre el sistema de clasificacin de la AASHTO y el SUCS...... 44 Tabla 2.5: Rango de Valores de "K", recomendados para diferentes tipos de suelo ...... 61 Tabla 2.6: Tipos de suelos y valores medios de sus capacidades. 63 Tabla 2.7: Valores medios del mdulo de Poisson del suelo-cemento 64 Tabla 2.8: Tipos de mdulos de Poisson.... 64Tabla 2.9: Experiencias recientes del uso del suelo-cemento en bases y sub-bases para carreteras en nuestro pas. 73 Tabla 2.10: Cargas de rueda de diseo por eje nominal .. 83 Tabla 2.11: Aptitud de los equipos de escarificado y preparacin del material a tratar...... 98 Tabla 2.12: Aptitud de los equipos usados en homogeneizacin de suelos ....... 99 Tabla 2.13: Aptitud de los equipos de mezclado de suelos..111 Tabla 2.14: Relacin entre el peso por unidad de longitud generatriz yel espesor de capa ms adecuado....114 Tabla 2.15: Aptitud de los equipos vibratorios, de neumticos e impacto segn el tipo de suelos....118 Tabla 2.16: Aptitud de las capas de proteccin de suelos estabilizados con cemento.......123CAPTULO III Tabla 3.1: Estudio de trfico del tramo experimental...130 Tabla 3.2:Disposicin de muestreo en campo....133 Tabla 3.3:Tamaos mnimos de muestras recomendados..134 Tabla 3.4:Requerimientos en los tiempos de duracin de curado.158 Tabla 3.5: Clasificacin de las muestras de suelo, segn AASTHO.173 Tabla 3.6: Requerimientos Estructurales para los Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo (Suelos Finos)....175 Tabla 3.7: Requerimientos Estructurales para los Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo (Suelos Gruesos)...176 CAPTULO IV Tabla 4.1: Resumen de granulometra de muestras...240 Tabla 4.2: Requerimientos de graduacin para suelos ..241 Tabla 4.3: Rango de valores de Gs para algunos suelos..243 Tabla 4.4: Cuadro resumen de exploracin realizada al tramo experimental.......247 Tabla 4.5: Esfuerzo promedio de la resistencia a la compresin simple248 Tabla 4.6: Esfuerzo promedio de la resistencia a la compresin.249 Tabla 4.7: Esfuerzo promedio a la compresin ASTM C-1435 .249 Tabla 4.8: Esfuerzo promedio a la compresin, utilizando normas de ensayo diferentes......250 Tabla 4.9: Esfuerzo promedio de la resistencia a la traccin por compresin diametral ......251 Tabla 4.10: Mdulo elstico para diferentes materiales...253 Tabla 4.11:Valores de peso volumtrico, densidades y humedad del pavimento .......255NDICE DE FORMATOS CAPTULO III Formato 3.1 Anlisis Granulomtrico de la muestra de suelo No.1.137 Formato 3.2 Anlisis Granulomtrico de la muestra de suelo No.2.138 Formato 3.3Anlisis Granulomtrico de la muestra de suelo No.3.139 Formato 3.4 Determinacin de los Lmites de consistencia de la muestra de suelo No.1.....144 Formato 3.5 Determinacin de los Lmites de Consistencia de la muestra de suelo No.2.....145 Formato 3.6 Determinacin de los Lmites de Consistenciade la muestra de suelo No.3.....146 Formato 3.7 Determinacin de la Gravedad Especfica de la muestra de suelo No.1.....151 Formato 3.8 Determinacin de la Gravedad Especficade la muestra de suelo No.2.....152 Formato 3.9Determinacin de la Gravedad Especfica de la muestra de suelo No.3.....153 Formato 3.10Relacin Densidad-Humedad de la muestra de suelo No.1160 Formato 3.11Relacin Densidad-Humedad de la muestra de suelo No.2161 Formato 3.12Relacin Densidad-Humedad de la muestra de suelo No.3162 Formato 3.13Prueba de CBR muestra de suelo No.1...167 Formato 3.14Grficas para la obtencin del CBR de diseomuestra de suelo No.1.....168 Formato 3.15Prueba de CBR muestra de suelo No.2...169 Formato 3.16Grficas para la obtencin del CBR de diseo muestra de suelo No.2.....170 Formato 3.17Prueba CBR muestra de suelo No.3 ....171 Formato 3.18Grficas para la obtencin del CBR de diseo muestra de suelo No.3.....172 Formato 3.19Relacin Densidad-Humedad de las mezclas de PUAD.180 Formato 3.20Resistencia a la Compresin de especmenes de PUAD.194 Formato 3.21Resistencia a la Compresin de especmenes de PUAD .195Formato 3.22Resistencia a la Compresin de especmenes de PUADutilizando el martillo vibro - compactador ... 196Formato 3.23 Resistencia a la Compresin de especmenes en campo de PUAD utilizando el martillo vibro - compactador ..197 Formato 3.24 Resistencia a la Tensin Indirecta de especmenes de PUAD198 Formato 3.25 Resistencia a la Tensin Indirecta de especmenes de PUAD199 Formato 3.26 Resistencia a la Flexinde especmenes de PUAD.202 Formato 3.27 Determinacin del Mdulo de Elasticidad de especmenes de PUAD, cilindro No.1.....203 Formato 3.28 Determinacin del Mdulo de Elasticidad de especmenesde PUAD, cilindro No.2......204 ABREVIATURAS EMPLEADAS AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials ASIA: Asociacin Salvadorea de Ingenieros y Arquitectos ASTM : American Society of Testing and Materials CBR : California Bearing Ratio CCR : Concreto Compactado con Rodillo CESSA : Cemento de El Salvador, S.A. de C.V. CONTECSA : Consultora Tcnica, S.A. de C.V. CTH: Centro Tcnico del Hormign del Ecuador ICPC : Instituto Colombiano de Productores de Cemento IMCYC: Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto ISCYC: Instituto Salvadoreo del Cemento y del Concreto MOPTVDU : Ministerio de Obras Pblicas, Transporte, Vivienda y Desarrollo Urbano PCA: Portland Cement Association PUAD : Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo SUCS : Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos TPDA : Trnsito Promedio Diario Anual VRS: Valor Relativo de Soporte

CAPTULOI ANTEPROYECTO 2 1.0INTRODUCCIN Amedidaquetranscurreeltiempo,enelcampodelaingenieracivil especialmenteenelreadecarreteras,hasurgidolanecesidaddebuscar alternativas de solucin a los problemas de circulacin vehicular que presentan loscaminosruralestantoenelinviernocomoenelverano;problemasqueal mismotiempodificultaneldesarrolloeconmico-socialdelaspoblacionesque sevencomunicadasporestetipodevas.Esporelloquesehacenecesario aplicartcnicasdemejoramientodelascondicionesquepredominanenestos caminos,raznporlacualserealizarunainvestigacintcnicadelos PavimentosUnicapadeAltoDesempeo(PUAD)comoposiblealternativade pavimentacin. Este captulo describe algunos antecedentes del uso del suelo cementocomocapaderodaduraencaminosruralesenpasestalescomoEspaay Colombiaastambinalgunasexperienciasdeaplicacindebasesdesuelo-cementoencarreterasdenuestropas.Ademssemencionanlosobjetivos, alcancesylimitacionesquecomprendeneldesarrollodelainvestigacin; finalmentesepresentanlasjustificacionesquemotivaronalestudiodeesta nuevatcnicadepavimentacin,comopartedelasolucinalaproblemtica planteada. 3 1.1ANTECEDENTES DentrodelgrupodecaminosdetierraqueposeeElSalvadorse encuentranlasconocidascomovasrurales,lascualesposeengran importanciadesdeel puntodevistaeconmicoyaqueunenpolospotenciales dedesarrolloindustrial,comercialyagrcola.Ennuestropasestasvashan presentado por muchos aos problemas de funcionabilidad, debido a que en el pasadoaestasselesdabapocaimportancia;porquescreaquedebidoal poco trafico que circulaba por ellas, no ameritaba grandes inversiones para su construccinymantenimiento,yporendesediseabanconestructurasde pavimentos consistentes nicamente en una capa de balasto superficial, el cual, alfinalizarelprimerinviernosdeterioraba considerablemente,yestounido a lafaltademantenimiento,convertanstoscaminosenintransitablesdurante losdosprimerosaosdevida,todoestoconllevabaarealizargastosqueno permitan desarrollar otras obras de inters social. A partir del ao 2000 el Instituto Salvadoreo del Cemento y del Concreto (ISCYC) ha desarrollado investigaciones sobre los Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo(quedeacenadelantesedenominarncomoPUAD simplementePavimentosUnicapa)ysuaplicabilidadparaelmejoramientode vasrurales,queconsisteenpavimentosformadosporsuelodesub-rasante mezcladoconunrelativamentealtoporcentajedecementoPrtland(en comparacinconlosqueserequierenenlasmezclastradicionalesdesuelo-cemento)queformanunasolacapacompactadadinmicamente,capazde soportar un numero de repeticiones de carga dado, en un perodo de diseo, y soportandoalavezlaabrasin,sinnecesidaddeunacapaderodamiento; proporcionandotambinunndicederugosidadadecuadoparacaminosde trfico moderado. 4 Latcnicademezclarsuelosconagentesestabilizantesparamejorar suspropiedadesnoesnueva.Alcontrarioyahace500aossemezclaban suelos con cal o puzolana para estabilizarlos. Su uso en carreteras se sistematiz tras la segunda guerra mundial, pese a la antigedad del mtodo, su aplicacin no ha tenido suficiente aceptacin. En algunas zonas del mundo la estabilizacin es un mtodo normal de tratamiento desueloparabasesysub-basesdelospavimentos,conelqueseobtienen resultadossatisfactorios;esaselcasodeFranciaydealgunaszonasde Estados Unidos. Elusodesuelo-cementocomocapaderodaduraenvasruralesenel mbito mundial ha sido poco empleado; prueba de ello se puede mencionar el tramoconstruidoenelaode1969enEspaa,enlavadeaccesoque conducealafincadeBarciles,deAoverdeTajo;elsueloencontradoenel lugareradeltipolimoso(A-4)ylimoarcilloso(A-6),esteltimoinclusocon presencia de abundante materia orgnica, el tipo A-6 necesitaba de una mayor cantidad de cemento para estabilizarlo, por lo que se sustituyo por un material arenosodeltipoA-1-b;segnclasificacindelaAASHTO.Eltramosedise con un porcentaje de cemento del 6% en peso, para una carga mxima por eje de 2,750 Kg. y un espesor de capa de 18 cms. En la construccin de este tramo se utiliz equipo propio de la finca usados en labores agrcolas normales.1

Un segundo tramo ubicado en la carretera a Cambao en el sector de los AlpesLaSierra,cercanoalMunicipiodeAlban,Cundinamarca,Colombia,la clasificacin del suelo encontrado segn AASTHO fue A-2 y A-4 (grava con algo 1Tomado del artculo Construccin de caminos rurales empleando medios mecnicos y de tipo agrcola TrocchiZanotti, Giorgo. Revista Cemento Hormign No. 441 Espaa, Diciembre de 1970. 5 dearenaypartefinadelimo,arcillaylimoconarenarespectivamente),la longitudfuedeaproximadamentedeunkilmetro,unanchoderodajede8 metros y un espesor de 15 cms; con un porcentaje de cemento del 10.07 %.2

Ennuestropasnosecuentaconexperienciasdeaplicacindela tcnicadelosPUAD,solamentesetienenestudiostericosporpartedel ISCYC, como se ha mencionado. Sin embargo, el suelo-cemento, en el rea decarreteras,hasidoutilizadoparalaestabilizacindetaludes,debasesysub-bases; mejoramiento de las propiedades del suelo, entre otros usos. Prueba de elloloconstituyenlostramossiguientes:TramoLaFlechaSanLuisLa Herradura,queposee15Km.delongitud,enelcualseutilizsuelo-cemento como base, estando sometido por ms de 40 aos a las solicitaciones de carga eintemperismodeformaefectiva.TramoSanSalvadorSantaAna (exestacin de peaje), en el cual se utiliz suelo-cemento como base, con un espesorvariandoentre20-25cms,adicionalmenteloshombroshansido tratadosconsuelo-cemento,soportandoefectivamentepormsde25aosel trficovehicular.TramoKm.35ElPortezuelo(CA-1)queposeeunabase tratadadesuelo-cementoal9%observndosefisurasenloshombrosdela carretera (que no tienen capa superficial asfltica) las cuales se han mantenido estables durante 25 aos, aunque no forman parte del rodaje de los vehculos, si han estado expuestos al intemperismo.3 Entrelasexperienciasmsrecientessobreelusodesuelosybases estabilizadasconcementoparacarreterassepuedenmencionarlostramos siguientes:carreteraSantiagoTexacuangosSanMiguelTepezontesSan 2Tomado del artculo Suelo Cemento una va al desarrollo porIng. Juan CaaveraSaavedra, Boletn ICPC, No. 56 Colombia Enero / Marzo de 1992. 3Tomado del artculo Estabilizacin con suelo-cemento en carreteras porIng. Enrique E. Melara. Revista ISCYC, Ao 4, No. 13, 1999. 6 RamnCojutepeque,conunalongitudaproximadade35Km.enelcualse utiliz,entodasulongitud,unabasedematerialptreodeexcelentecalidad, estabilizadoconcemento;carreteraCA-1SanJosGuayabal,conuna longitudde12kilmetros,estetramoestaformadoporunabasedesuelo-cementoenunaproporcinde20:1envolumen;carreteraSensuntepeque Villa Victoria, con una longitud aproximada de 11 kilmetros, en la cual se utiliz paratodasulongitudunabasedematerialptreodeexcelentecalidad, estabilizada con cemento.4Habindose construido hasta la fecha ms de 385 kilmetrosdecaminosrurales,utilizndoseparaellobasesgranulares estabilizadasconcemento,suelosmejoradosconcementoysuelos estabilizadosconcemento,aloscualesselesadicionunacapademezcla asfltica como base de rodadura. 4Tomado delartculo Experiencias recientes en El Salvador sobreeluso de suelosy bases estabilizadas con cementopara carreteras porIng. Enrique E. Melara y otros. RevistaISCYC, Ao6, No. 21, Junio del 2001. 7 1.2PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En la actualidad la mayora de vas rurales de nuestro pas no renen las condicionesadecuadas de funcionamiento, debido a que en el pasado no se le daba, por parte del estado, la importancia que estas representan desde el punto devistaeconmico,yaqueunenpolosdedesarrolloindustrial,comercialy agrcola. Entrelosproblemas mscomunesque presentanestasvasse pueden mencionar: -Dificultaddetransitarenpocadeinvierno,debidoaundeficiente sistemadeevacuacindeaguaslluvias,inadecuadofuncionamientode obras de paso y en algunos casos la falta de ellas. -Incomodidadeinseguridad,porelmalestadodelasuperficiede rodadura, provocado por el paso de vehculos, carreteras, animales etc., y sin dejar de lado la erosin causada por la lluvia y el viento. -Inadecuadodiseogeomtricoyestructural;debidomuchasvecesala insuficienteinexistenteasignacinderecursosporpartedelas instituciones gubernamentales (Estado, Municipalidades, etc.) Loantesexpuestoocasionaeldeteriorodelosvehculosquetransitan pordichostramosyrepresentatambinunadificultadenelcrecimientosocio-econmicodelascomunidadesqueconectanestetipodevasysureade influencia.Estasrazonesmotivanarealizarmsestudiosdirigidosal mejoramientodeestasvas,yabuscaralternativasdesolucinquesean tcnica y econmicamente factibles para que puedan ser aplicadas en nuestro medio. Por lo que se estudiar y analizar el comportamiento de los Pavimentos Unicapa,comoposiblealternativadesolucinalmejoramientodelasvas rurales de El Salvador. 8 1.3OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL -ProponerparmetrosparaeldiseodePavimentosUnicapadeAlto Desempeo(PUAD),medianteelanlisisdelaspropiedadesndicesy mecnicasdelossuelosquesernestudiados;ademsdescribirlas diferentes fases del proceso constructivo que conlleva a la realizacin de estos tipos de pavimentos; finalmente determinar la factibilidad tcnica y econmicadelaaplicacin,encaminosrurales,deldiseoptimo resultante de los estudios antes mencionados. OBJETIVOS ESPECFICOS: -Estudiar las propiedades ndices y mecnicas de los suelos existentes en eltramodeprueba,parapoderclasificarlosyasseleccionarelsuelo representativo de dicho tramo. -Disear mezclas de prueba, y determinar la dosificacin ptima, a travs deensayosdelaboratorio,quecumplaconlosrequisitosparaser utilizados en la estructuracin de este tipo de pavimentos. -Describir y proponer tcnicas para la colocacin y acabado de los PUAD durante su proceso constructivo. -Observaryanalizarduranteeldesarrollodelainvestigacin,el comportamientodelosPUAD;antelascondicionesambintalesyde trfico a la que estn expuesto. 9 1.4ALCANCES Lainvestigacinestaorientadaaldesarrollodeunestudiotcnicodel mejoramiento de los caminos rurales mediante la aplicacin de los Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo (PUAD); el cual consiste en el estudio y anlisis de un tramo de prueba, ubicado dentro de las instalaciones de la planta El Ronco deCESSAenMetapn.Para lo cual ser necesario: -Clasificarlossuelospormediodelestablecimientodelaspropiedades ndices; a travs de pruebas de laboratorio como: -Anlisis granulomtrico -Lmites de consistencia (lmites de Atterberg) -Gravedad especfica. -Disear y elaborar mezclas de suelo-cemento a diferentes proporciones, con el fin de obtener la dosificacin ptima que cumpla con los requisitos de resistencia (flexin, compresin, mdulo de elasticidad) y durabilidad; para ser aplicado en la construccin de este tipo de pavimento. -Analizarlosresultados,obtenidosdecampoylaboratoriopara determinar la factibilidad tcnica de los PUAD. -Proponer una alternativa de solucin que sea tcnica y econmicamente factibleparaelmejoramientodelacapaderodamientoencaminosde tierraencuantoaacabadosuperficialyaresistenciaestructuralse refiere,orientadoespecficamenteavasconintensidaddetrfico moderado (en la mayora de casos caminos rurales). 10 1.5LIMITACIONES -Lapocainformacinquesetiene, debidoa quenosehandesarrollado estudios a cerca de la tcnica de los PUAD, y adems no se cuenta con experiencias de aplicacin de este tipo de pavimentos en nuestro medio. -Paralosestudiodesuelosylaobtencindelamezclaptimaquese requierenparalaconstruccindeunpavimento,senecesitande numerososensayosdelaboratorio,locualinvolucratiempoyrecursos econmicos;porlotantoselimitarenrealizarunnmerodeterminado deensayosqueestnacordesconeltiempodisponibleparala realizacin del Trabajo de Graduacin; pero que sean los necesarios en cuanto a confiabilidad de estos resultados. -Elanlisisdelcomportamientoconrespectoaltiempoquetendrel PavimentoUnicapadeAltoDesempeoeneltramodelaPlantaEl Ronco, se limitaral tiempo que dure el Trabajo de Graduacin. -Enlainvestigacinnoseconsiderarlosestudiossobreeldiseo geomtrico deltramo de prueba. 11 1.6JUSTIFICACIONES Laconstruccinomejoramientodevasrurales,traeconsigoun crecimiento socio-econmico en el lugar, por tal razn es necesario que dichas vas sean diseadas, construidas y que adems se les brinde un mantenimiento adecuado.En El Salvador se estima que hasta el ao 2003, la red vial estaba constituida por 12,600 Kms. de los cuales 2,600 Kms. son vas pavimentadas y 10,000Kms. no estnpavimentadas;estorepresenta un20.63% yun79.37% respectivamente5;estevalorindicalaimportanciadedarmayoratencinen desarrollarlareddecaminosdetierra,cuyascondicionesvandeirregulares hasta intransitables. EnelpaselMinisteriodeObrasPublicas,Transporte,Vivienday DesarrolloUrbano(MOPTVDU)ha desarrollado enlosltimosdosaos,ms de 385 Km.de mejoramiento de caminos rurales todo esto dentro del programa Caminos Rurales Sostenibles . Con la implementacin de los Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo, sepretendecontarconunaalternativatcnicayeconmicamentefactiblede pavimentacin para el mejoramiento de dichas vas ya que esta tcnica supone: -Elaprovechamientodelossuelosexistentesenellugar,locualgenera un menor impacto ambiental al disminuir la explotacin de los bancos de prstamo,almismotiemporeduceloscostosdetransportedelos materialesyporlotantoaumentalosrendimientos,simplificando procedimientos de diseo y construccin. -Lautilizacindeequiposconvencionalesdeconstruccintalescomo: motoniveladora, tractor, rodillo vibratorio etc. 5Fuente: Ministerio de Obras Pblicas, Transporte, Vivienda y Desarrollo Urbano(MOPTVDU). 12 -Mnimomantenimientodurantelavidatil,exceptolalimpiezadel drenajeyademslasdiferentesobrasquecomponenelcaminocomo por ejemplo: taludes, muros, limpieza de los derechos de vas, etc. -Y adems puede ser considerado comobase de excelente soporte para laconstruccinposteriordepavimentosyaseandetipoflexibleso rgidos. Es por ello que se considera importante la investigacin de esta tcnica depavimentacin,yaqueconstasepretenderealizarlosprimerosestudios referentesaestetema,debidoaqueennuestromedionosecuentacon suficiente documentacin que sustente dicha tcnica. CAPTULO II MARCO TERICO14 2.0INTRODUCCIN El objetivo principal de este captulo es presentar los aspectos bsicos de los Pavimentos Unicapa de Alto Desempeo los cuales son la base terica con la cual se ha desarrollado el estudio de este tipo de pavimento. Conociendo que los PUAD son una mezcla de tres materiales principales: el suelo, el cemento y elagua,lainvestigacinsehacentradotantoenelanlisisdecadaunode estostrescomponentes(identificandosuscaractersticas,propiedades, clasificaciones,etc.)comoenelestudiodelascaractersticasquemuestrala combinacin de ellos dando como resultado el Pavimento Unicapa. En primer lugar se hace un breve resumen de la Mecnica de Suelos; a continuacinsedaunadefinicindelcementohidrulico,sedescribesu fabricacin,composicinyclasificacin,ascomoalgunasdesusprincipales caractersticas; as mismo sehace una revisin a las caractersticas, requisitos y usos del agua en los PUAD. La siguiente parte de este captulo esta dedicada aunestudiosobreelSueloCemento(materialqueestantimamente relacionado a los PUAD por estar constituido con los mismos componentes) se mencionansuspropiedades,usos,ventajasydesventajasenlaestabilizacin de bases y sub-bases para pavimentos, se detallan algunas experiencias de la estabilizacin con suelo cemento en El Salvador. En la tercera parte, se hace unainvestigacincompletadelosPavimentosUnicapadeAltoDesempeo: generalidades,concepto,caractersticas,diseodemezclas,parmetrosde diseoestructuralymtodoparaelclculodelespesor.Finalmente,se describen paso a paso cada uno de las fases del proceso constructivo, que en general puede ser llevado a cabo. 15 2.1SUELO 2.1.1CONCEPTO Sedefineeningenieracomocualquiermaterialnoconsolidado compuestodedistintaspartculasslidascongasesolquidosincluidos, producto de la desintegracin mecnica o la descomposicin qumica de rocas preexistentes,estaspuedenacumularseosertransportadasydepositadasen otros sitios6. 2.1.2ORIGEN Lossuelosseoriginanporladesintegraciny/oalteracinfsicay/o qumicadelasrocasmadres(seanestasgneas,metamrficaso sedimentarias),queporelintemperismo,cambiansucomposicinqumicay mineralgica, as como sus propiedades fsicas y mecnicas, en el tiempo. Entrelosagentesfsicosqueprovocancambiosenlasrocasfiguranla temperatura,elviento,elaguaylosglaciales.Algunosagentesqumicos principales, que podemos mencionar como causantes de cambios en las rocas son la oxidacin, la carbonatacin y la hidratacin. 2.1.2.1 SUELOS RESIDUALES Es el producto del intemperismo de las rocas que permanecen en el sitio dondeseformosonproductosdelataquedelosagentesdeintemperismo, pueden quedar en el lugar directamente sobre la roca de la cual se derivan. 6TomadodeSowers,GeorgeB.ySowers,GeorgeF.,IntroduccinaLaMecnicadeSuelosy Cimentaciones, Cuarta Edicin, Editorial Limusa, Mxico, 1983.16 2.1.2.2 SUELOS TRANSPORTADOS Cuando los suelos son removidos del lugar de formacin por los mismos agentes geolgicos y redepositados en otras zonas.As se generan suelos que sobreyacen sobre otros estratos sin relacin directa con ellos. Existenenlanaturalezadiferentesagentesdetransporte,deloscuales pueden citarse como principales: los glaciales, el viento, los ros y corrientes de aguas superficiales, los mares y las fuerzas de gravedad. 2.1.3TAMAO DE LAS PARTCULAS Por su tamao los suelos se dividen en:a)Gravas b)Arenas c)Limos d)Arcillas e)Coloides 2.1.3.1 GRAVAS Sonacumulacionessueltasdefragmentosderocaquevaranensu tamaoentre2mm.y7.62cm.dedimetro.Siestassonacarreadasporlas aguas,tienenformaredondeada.Sueleencontrrseleenformasueltaenlos lechos,enlosmrgenesyconosdedeyeccindelosros,tambinen depresiones de terrenos rellenados. 2.1.3.2 ARENAS Estnformadasporgranosfinosprocedentesdeladenudacindelas rocaso desutrituracinartificial,sus partculasvaranentre0.05mmy2 mm dedimetro.Elorigenylaexistenciadelasarenasesanlogaaladelas gravas:lasdossuelenencontrarsejuntasenelmismodepsito.Lasarenas 17 estandolimpiasnosufrencontraccionesalsecarse,nosonplsticasyal aplicrseles carga se comprimen casi instantneamente. 2.1.3.3 LIMOS Son suelos de granos finos con poca o ninguna plasticidad, estos pueden ser inorgnicos como el producido en canteras, o limo orgnico como el que se encuentra en los ros.El dimetro de las partculas vara entre 0.005 mm y 0.05 mm.Sucolorvaradesdegrisclaroamuyoscuro,supermeabilidadesmuy baja y la compresibilidad es muy alta en los limos orgnicos. 2.1.3.4 ARCILLAS Son partculas slidas con dimetro menor a 0.005 mm y cuya masa se vuelveplsticaalsermezcladaconagua,qumicamenteesunsilicatode almina hidratado, aunque en pocas ocasiones contiene silicatos de hierro o de magnesiohidratados.Laestructuradestosmineralesescristalinay complicada,sustomosestndispuestosenformalaminar.Deacuerdoasu arreglo reticular los minerales de arcilla se clasifican as: 1.El Caolintico (del chino Kau Ling): este procede de la carbonatacin de la ortoclasa (feldespato potsico). Estn formados por una lmina silcica yunalminaalumnicasuperpuestasdemaneraindefinidayconuna unintalqueentresusretculasnopermitenlapenetracindeagua entre ellas; es debido a esto que stas arcillas sean bastante estables en presencia del agua (Fig. 2.1). 18 Fig. 2.1: Forma de las lminas del caolintico 2.Eliltico(debesunombreaIllinois,EE.UU.):esproductodela hidratacindelasmicasconunarreglosimilaralasmontmorillonticas, peroconunatendenciaaformargrumosporlapresenciadeionesde potasio,estoreduceelreaexpuestaalagua,raznporlaquenoson tan expansivas como las arcillas montmorillonticas (Fig. 2.2). Fig. 2.2: Forma de las lminas del iltico Lmina alumnicaLmina alumnicaLmina silcicaLmina silcicaLmina silcicaLmina alumnicaK+19 3.ElMontmorillontico(delfrancsMontmorillon):astepertenecenlas bentonitas,seformanporsuperposicinindefinidadeunalminaalumnicaentredoslminassilcicas,peroconunaadicindbilentre susretculas,permitiendoelingresofcildelagua.Estasarcillassufren fuerte expansin lo que las hace muy inestable (Fig. 2.3). Fig. 2.3: Forma de las lminas del montmorillontico 2.1.4FORMA DE LAS PARTCULAS Laformadelosgranospuedeserdetresclases,granosredondeados, granoslaminaresoescamososygranoscirculares.Lascaractersticas significativasdelosgranosredondeadossondos:laesfericidadyla angulosidad o redondez. 2.1.4.1 ESFERICIDAD La esfericidad describe las diferencias entre el largo (L), el ancho (B), y el espesor (H). El dimetroequivalente de la partcula,De, es el dimetrode una esfera de igual volumen que la partcula. De = 36tV Lmina alumnicaLmina silcicaLmina silcicaHO220 Por lo tanto, la esfericidad, X, se define de la siguiente manera: X = De / L Una esfera tiene esfericidad igual a 1, mientras que una partcula plana o alargada tiene un valor menor. Otro ndice es la planiformidad(F), el cual se define por: F = B / H El alargamiento (E), es: E = L / B Conlaesfericidadserelacionan,lafacilidaddemanipularlossueloso rocasfracturadas,lacapacidaddepermanecerestablescuandoestn sometidos a choques y su resistencia a rotura debido a la accin de las cargas. 2.1.4.2 ANGULOSIDAD Laangulosidadoredondez,R,esunamedidadelaagudezadelos vrtices de las partculas y se define as: R =Radio promedio de los vrtices y aristas Radio de la esfera mxima inscrita Para medir la angulosidad de las partculas se describe cualitativamente en la figura 2.4. 21 a) Angulosab) Subangulosac) Subredonda d) Redondae) Muy redonda Fig. 2.4: Angulosidad de las partculas. Sonangulosas,laspartculasqueseformaronprimeramentepor trituracinomolidodelasrocas;despusquelasaristasmsafiladassehan suavizadosedicequesonsubangulosas;cuandolasreasentrelasaristas estnalgosuavizadasylosvrticescomienzanadesgastarse,lapartculaes sub-redonda;sonredondascuandolasirregularidadesestnprcticamente suavizadasperosepuedeapreciaranlaformaoriginal;yporltimo,la partculaesmuyredondacuandohadesaparecidotodorastrodelaforma original. 2.1.5MINERALOGA Unmineralesunasustanciainorgnicaynatural,conunaestructura internacaractersticadeterminadaporunciertoarregloespecficodesus tomos e iones. Algunos minerales existentes en el suelo son: -La slice (dixido de silicio) es uno de los ms importante en la naturaleza y sepresentadedosformas:cristalina(cuarzo)yamorfa(pedernal,silexy calcedonia).Esinertealameteorizacinqumicaeinsolubleenagua, ligeramentesolubleenunmediobsico.Esdura,tenaz,nopresenta exfoliacin y resiste la meteorizacin mecnica. 22 -Los feldespatos, constituidos porpolisilicatos de aluminio y potasio, sodio y calcio. Son frgiles con planos de exfoliacin pronunciados, se rompenpara formarpequeaspartculasprismticas.Sonmuysusceptiblesala descomposicinqumicaymecnica,porloqueesraroencontrar fragmentos de feldespato en regiones hmedas. -Las micas, son silicatos minerales que contienen hierro, magnesio y potasio.Laslminasdemicasonblandasyflexiblesconunapronunciada exfoliacin.Ladescomposicinqumicaessimilaraladelosfeldespatos,produciendo minerales arcillosos, carbonatos y slice. -Mineralesferromagnesianos(incluyenlahornblenda,elolivinoypiroxeno).Sonsilicatoscomplejosdealuminioquecontienenhierroymagnesio; moderadamente duros y resistentes, no tienen exfoliacin pronunciada y se rompen mecnicamente en fragmentos de color oscuro. Si se descomponen qumicamente forman xidos de hierro, minerales, arcillas y otros productos dela descomposicin de los silicatos. -Los xidos e hidrxidos de hierro, sepresentan en la naturaleza en diversas formascristalinasyamorfasyenambasexistenelestadoferrosoyel frrico.Puedeestarpresenteenlarocaoriginaloserproductodela meteorizacindelosmineralesquecontienenhierrocomolabiotitaoel grupoferromagnesiano.Alhierrosedebeengranpartelacoloracinde materialesquevarandesdeverdosos,deloshierrosferrosos,hastalos rojos brillantes y prpura de los materiales frricos. Enlasiguientetabla,sepresentanlosprincipalesmineralesderocasy suelos. 23 GRUPO MINERALVARIEDADDUREZACOLOREXFOLIACIN PESO ESPECFICO RELATIVO Slice Cuarzo Pedernal 7 7 Incoloro blanco Claro Ninguna2.66 Feldespato Moscovita Biotita 6 6 Blanco Rosado Blanco - gris Angulo recto Angulo recto, superficie estriada 2.75 3.0 Mica Piroxeno:Augita Anfibola: Hornablenda olivino 2 2.5 2.5 3.0 Plateado Oscuro Escamosa fina Escamosa fina 2.75 3.0 Ferromagnesiano Limonita Magnetita 5 6 5 6 6.5 7 Negro Negro Verdoso Angulo recto Angulo oblicuo 3.1 3.6 2.9 3.8 3.3 xidos de hierro5 6 Rojo, amarillo, negro 5.4 Tabla 2.1: Principales minerales de rocas y suelos Tomado de Sowers, George B. y Sowers, George F., IntroduccinaLa Mecnica de Suelos y Cimentaciones, Cuarta Edicin, Editorial Limusa, Mxico, 1983, Pg. 32. 2.1.5.1MINERALESCONSTITUTIVOSDELOSSUELOS GRUESOS. Enlossuelosformadosporpartculasgruesas,losminerales predominantes son: silicatos, feldespatos, micas, olivino, serpentina, etc.; xido cuyosprincipalescomponentessonelcuarzo,lalimonita,lamagnetitayel corindn;carbonatosentreotroslacalcitayladolomitaysulfatoscomola anhidrita y el yeso, que son los principales. 2.1.5.2 MINERALES CONSTITUTIVOS DE LAS ARCILLAS. Numerosos minerales, principalmente silicatos, que se encuentran en las rocasgneasymetamrficas,porlaaccindeagentesdedescomposicin 24 qumica,estoslleganaunproductofinalmuyblandoqueeslaarcilla.Las arcillasestnconstituidasporsilicatosdealuminiohidratados,peropueden contenertambinsilicatosdemagnesio,dehierrouotrosmetales,tambinhidratados. 2.1.6COMPOSICIN DE LOS SUELOS Un suelo esta compuesto por tres partes, una parte slida, otra lquida y otragaseosa.Laparteslidaestformadaensumayoraporpartculas minerales del suelo; la parte lquida esta constituida por el agua, aunque en los suelospuedenexistirotroslquidosdemenorimportancia;lapartegaseosala comprendeprincipalmenteelaire,perotambinpuedenestarpresentesotros gases (vapores sulfurosos, anhdrido carbnico, etc.). La figura 2.5, representa un esquema de una muestra de suelo, en el que aparecen sus partes principales.

Fig. 2. 5: Composicin de los suelos Donde: Vm =Volumen de la muestra de suelo Vs=Volumen de slidos Vw =Volumen de lquidos Va=Volumen de gases Wm=Peso de la muestra de suelo Ws =Peso de slidos Ww=Peso de lquidos Wa =Peso de gases 25 2.1.7RELACIONES VOLUMTRICAS Y GRAVIMTRICAS Lossuelospresentanrelacionesimportantesentresupesoyvolumen, entre ellas estn: a)Relacin de vacos, oquedad, o ndice de poros (e): es la relacin entre el volumen de vacos y el volumen de los slidos de un suelo. e = Vv / Vs Estarelacinpuedevariardecero(Vv=0)ainfinito(,valor correspondiente a un espacio vaco) b)Porosidad (): es la relacin entre el volumen de vacos y el volumen dela masa, se expresa en porcentaje: (%) = (Vv / Vm) x 100 Estarelacinpuedevariardecero(enunsuelo,idealconsolofase slida) a 100% (espacio vaco) c)Grado deSaturacin (Gw): es la relacin entreel volumen de agua y el volumen de vacos, es expresado como porcentaje. Gw (%) = (Vw / Vv) x 100 Gwvara de cero (suelo seco) a100% (suelo totalmente saturado) d)Humedad o contenido de agua (e): es la relacin entre el peso de agua contenidaenelsueloyelpesodesufaseslida,seexpresaen porcentaje. e (%) = (Ww / Ws) x 100 e, vara tericamente de 0 a 26 e)Peso especfico de los slidos (s): peso de los slidos entre el volumen de los slidos. s = Ws / Vs f)Gravedad especfica (Ss): es la relacin entre el peso especfico del suelo y el peso especfico del agua. Ss = s / w 2.1.8PROPIEDADES DE LOS SUELOS Laspropiedadesdelossuelos,seanestasfsicasomecnicas,varan con su graduacin, su contenido de humedad, su posicin vertical con relacin a la superficie y su localizacin geogrfica. Entrelaspropiedadesfsicasdelossuelosquemsinteresan,estn: variacinvolumtrica,resistenciamecnica,granulometra,plasticidad,entre otras. 2.1.8.1 VARIACIN VOLUMTRICA Muchossuelosseexpandenysecontraendebidoaloscambiosensu contenido de humedad.Las presiones de expansin que se desarrollan debido aincrementosenlahumedaddebensercontroladas,yaqueestaspresiones puedenlevantarpavimentos,inclinarpostes,fracturarmuros,rompertubosde drenaje,etc.,porlocualesdesumaimportanciadetectaralossuelos expansivos,sucomposicinyeltratamientomsadecuadoparaevitarlas contracciones y la expansividad. 2.1.8.2 RESISTENCIA MECNICA Enlossueloslahumedadesmuyimportanteporquedeterminala capacidaddeestospararesistirlascargasymantenersuestructuraen 27 condicionesestablesdetrabajohastaciertashumedades(porejemplo:limos 10%a25%;arcillas20%a30%),lossuelospuedenmantenerresistencias aceptablesperocuandohayexcesosdehumedadsedebilitanypierdenla resistenciaquesemanifiestaenhundimientos,grietas,cuarteamientos, hinchamientos,etc.Enlapocalluviosa(invierno)lossuelossevuelven dbiles, ya que el agua que absorben los hace perder resistencia hasta llegar a lasaturacin.Enlapocaseca(verano)pierdenhumedadysevuelvenmuy durosomuyresistentesperoenlasuperficiedondelosvehculoscirculan,la accinabrasivadelasllantashacequesegenerelasolturadelaspartculas del suelo abundantemente para producir capas de polvo, con lo cual el deterioro superficial llega a ser severo. 2.1.8.3 GRANULOMETRA El anlisis granulomtrico, se refiere a la determinacin de la cantidad de losdiversostamaos(comoporcentajedepesototal)delaspartculasque constituyenelsuelo.Laspropiedadesfsicasymecnicasdelossuelosson funcindirectadesugranulometraysudeterminacinesfundamentalpara establecersucomportamientomecnico,principalmentecuandosesometea cargas directamente. Algunasclasificacionesgranulomtricasdelossuelossegnsus tamaos son los siguientes: a)Clasificacin Internacional Tamao en mm 2.0 0.2 0.02 0.0020.0002 Arena Gruesa Arena fina LimoArcilla Ultra Arcilla (Coloides) 28 b)Clasificacin del Massachusetts Institute of Technology Tamao en mm 2.00.60.20.060.020.0060.002 0.0006 0.0002 GruesaMediaFinaGruesoMedioFinoGruesaMedia Fina (coloides) ArenaLimoArcilla c)Procedimientodetamizadopormtodomecnicosegnnorma ASTM D-422 Esunbuenmtodoporelcualsepuederepresentarlacomposicin granulomtricadeunsuelo;losdistintostamaosdelosgranossedibujanen escala logartmica en las abcisas y los porcentajes en pesos de los granos, ms finos que un tamao determinado, en escala natural en las ordenadas (ver fig. 2.6).AestagrficaseleconocecomoCurvaGranulomtrica,lacualseforma porlalneaqueunetodoslospuntosquerepresentanlosdiferentestamaos de que est compuesto un suelo. Si la curva es vertical el suelo esta constituido por partculas de un solo tamao, si la curva es suave o muy tendida se esta en presenciadeunsuelobiengraduado,osea,conunagranvariedadenlos tamaos de las partculas. Como medida simple de la uniformidad del suelo Allen Hazen propuso el coeficiente de uniformidad: Cu = 1060DD Donde: D60 = es el tamao de partculas al 60% del porcentaje de peso que pasa. D10 = es el tamao de partculas al 10% del porcentaje de peso que pasa. 29 Figura 2.6: Curva granulomtrica de los suelos EnrealidadCuesuncoeficientedenouniformidadpuessuvalor numrico disminuye cuando la uniformidad aumenta. Suelos con Cu menores de 3 se consideran uniformes. Otrondiceparadefinirlagraduacineselcoeficientedecurvatura,el cual se calcula as: Cc = ) () (10 60230xD DD D30 se define anlogamente aD10 y D60.En suelos bien graduados este valor oscila entre 1 y 3. 2.1.8.4 PLASTICIDAD La plasticidad es la propiedad que tiene un suelo por la cual es capaz de soportardeformacionesrpidas(dentrodeunrangodehumedaddado),sin 30 reboteelstico,sinvariacinvolumtricaapreciableysindesmoronarse,ni rompersecuandosesometeafuerzadecompresin.Paraconocerla plasticidad de un suelo se hace uso de los lmites de Atterberg, quien por medio de ellos separa los cuatro estados de consistencia de los suelos cohesivos. 2.1.8.5 LMITES DE ATTERBERG LMITE LQUIDO (LL) Eselcontenidodehumedadexpresadoenporcientoconrespectoal pesosecodelamuestra,conelcualelsuelocambiadelestadolquidoal plstico. LMITE PLSTICO (LP) Eselcontenidodehumedadmximoexpresadoenporcentajecon respectoalpesosecodelamuestrasecadaalhorno,paraelcuallossuelos cohesivos pasan de un estado semi slido a un estado plstico. LMITE DE CONTRACCIN (LC) Eselporcentajedehumedadconrespectoalpesosecodelamuestra, conelcualunareduccindeaguayanoocasionadisminucinenelvolumen del suelo. NDICE DE PLASTICIDAD Esladiferencianumricaentreellmitelquidoyellmiteplstico,y representaelmargendehumedaddentrodelcualseencuentraenestado plstico un determinado suelo y se calcula as: Ip = LL LP 31 NDICE DE CONTRACCIN Seala el rango de humedad para el cual el suelo tiene una consistencia semi slida y se calcula as: Ic = LP LC Adems de las propiedades fsicas de los suelos, es importante conocer laspropiedadesmecnicas,lascualesson:lapermeabilidad,laresistenciaal corte y la consolidacin. 2.1.8.6 PERMEABILIDAD Esunapropiedadquerepresentalafacilidadquetieneelaguade moverse a travs de un medio poroso. El suelo posee vacos o cavidades que no estn aisladas, sino que funcionan como conductos pequeos e irregulares queestninterconectadosyporloscualespuedefluirelaguadelamisma manera que lo hace en otros conductos. Noexistemtodoconfiableparapoderdeterminarexperimentalmente valoresdeestapropiedad,solamenteseobtienenvaloresaproximadosdela misma.LosmtodosutilizadoscomnmentesebasanenelusodelaLeyde Darcy: v = k i y la cantidad de flujo circulante es: q = k A i Donde: k = coeficiente de permeabilidad i = h / l = gradiente hidrulico h = diferencia de cargas hidrulicas a lo largo de la muestral = longitud de la muestra a travs de la cual se mide h q = cantidad de flujo por unidad de tiempo A = rea de la seccin transversal de la masa de suelo en consideracin 32 Elcoeficientedepermeabilidadesunaconstante(condimensionesde velocidad)queexpresalafacilidadconqueelaguaatraviesaunsuelo.La magnituddelcoeficientedepermeabilidaddependedemuchosfactores pudindose mencionar los siguientes: a)Viscosidad del agua b)Tamao, forma y rea de los conductos c)Grado de saturacin 2.1.8.7 RESISTENCIA AL CORTE Laresistenciaalesfuerzocortanteeslacaractersticaprincipal relacionadaconlacapacidaddelossuelosasoportarcargassinllegarala falla.Unesfuerzoaplicadoaunasuperficieplanadeunslidosepuede descomponer en dos componentes: una perpendicular (normal) al plano, que se llama esfuerzo normal (o) y la otra, que acta en la superficie del plano, que se llama esfuerzo cortante (t). Se ha demostrado que la falla de un material no es causadaporesfuerzosnormalesquealcancenunciertomximoopuntode fluencia,osoloporesfuerzoscortantesquealcancenunmximo,sinoporla combinacin crtica de ambos esfuerzos, el normal y el cortante. La resistencia al esfuerzo cortante de los suelos depende de un nmero importantedefactores;enlossuelosgruesos,losprincipalessonla compacidad, la forma de los granos y la granulometra; en los suelos cohesivos, existen dos enfoques en cuanto a los factores que afectan, el primero consiste enconsiderarquelaresistenciadependeesencialmentedelesfuerzoefectivo, delatrayectoriadeesfuerzo,ydelavelocidaddedeformacin;elsegundo expresa el hecho experimental de que la resistencia de un suelo cohesivo que se deforma a volumen constante depende principalmente de su historia previa a 33 la carga, de la trayectoria de esfuerzos y la velocidad de deformacin, siendo el primer factor el ms importante. Deloanteriortenemosquelaleyderesistenciaseexpresa,parael primer enfoque: tf = c + (o - u) tan | Donde: tf = esfuerzo cortante en el plano de falla o= esfuerzo normal total sobre el plano considerado | = ngulo de friccin aparente en trminos de esfuerzo efectivo c = cohesin aparente en trminos de esfuerzo efectivo u= presin de poro considerando el segundo enfoque tenemos: tf= c + otan | Donde: tf= esfuerzo cortante en el plano de fallao= esfuerzo normal total sobre el plano considerado |= ngulo de friccin aparente en trminos de esfuerzos totalesc= cohesin aparente en trminos de esfuerzos totales Enestecasocy|nosonpropiedadesdelmaterial,sinoqueson funcionesdesuscaractersticas,delahistoriadelacargapreviaydelas condiciones de carga y drenaje. Laresistenciaalcortedeunsuelocohesivopuede,porlotanto, expresarseentrminosdeesfuerzosefectivosototales,yaqueambas expresionessonigualmentevlidas,puesenelmtododelosesfuerzos totales,lainfluenciadelosesfuerzosefectivosapareceimplcitamenteenlos resultados. 34 2.1.8.8 CONSOLIDACIN Sellamaprocesodeconsolidacinaladisminucindevolumenque tengalugarenunlapsodetiempo,provocadoporunaumentodelascargas sobre el suelo. Lapruebadeconsolidacinserealizaconelobjetivodeobtener informacin sobre los aspectos siguientes: 1.Lamagnituddelasdeformacionestotalesquepuedenpresentarsebajodistintas cargas. 2.Laevolucinconeltiempo, deladeformacinsufridaporunsuelobajo una carga determinada. Buscando cumplir con el primer objetivo, es necesario dibujar la curva de compresibilidad(evrs.logP)verfigura2.7;lacualesposibledefinirconlos datosdepresinydedeformacinqueseobtienendurantelapruebade consolidacin. Fig. 2.7: Curva de compresibilidad Tomado de Rico Rodrguez y Hermilo del Castillo, La Ingeniera de Suelos en las Vas Terrestres, 1. Edicin, Tomo 1, Editorial Limusa, Mxico 1981, Pg. 46 35 Dichacurvamuestraelcomportamientodelosasentamientosque experimenta el suelo para diferentes tramos A, B, C, D, como se observa en la figura 2.7. Los asentamientos generados en cada uno de los tramos de la curva de compresibilidad son de mucha importancia desde el punto de vista ingenieril, debidoaqueconlosvaloresdeasentamientosobtenidospordichacurvase logratenerunparmetrodecomparacinacercadelamagnituddelos asentamientos que un suelo pueda desarrollar al verse sometido al peso de una estructura. Considerando que el segundo objetivo trata de la evolucin que tiene la deformacinatravsdeltiempo,sehacenecesarioauxiliarsedelaTeorade Consolidacin de Terzaghi7, ya que dicha teora establece una relacin entre el grado de consolidacin del estrato y el factor tiempo. Como resultado de la aplicacin de dicha teora se ha obtenido la curva U (%) vrs. T, ver figura 2.8; donde U (%) representa el grado de consolidacin y T, el factor tiempo que involucra todas las variables que afectan el progreso de la consolidacin. 7RicoRodrguezyHermilodelCastillo,LaIngenieradeSuelosenlasVasTerrestres,1.EdicinTomo1,EditorialLimusa,Mxico1981,Pgs.43-56(ExplicacinsobrelaTeoradeConsolidacinUnidimensional de Terzaghi). 36 Fig. 2.8Curva de consolidacin Tomado de Rico Rodrguez y Hermilo del Castillo, La Ingeniera de Suelos en las Vas Terrestres, 1. Edicin, Tomo 1, Editorial Limusa, Mxico 1981, Pg. 50 2.1.9CLASIFICACIN DE LOS SUELOS Unsistemadeclasificacindesuelosesunordenamientodelos diferentes suelos en grupos que tienen caractersticas y propiedades similares, con el propsito de facilitar al ingeniero un mtodo para estimar las propiedades o aptitudes de un suelo. Los suelos pueden clasificarse por: 1.CLASIFICACIN GEOLGICA DE LOS SUELOS Estaserealizaconrespectoalaformadedepositacinehistoria geolgica de un suelo. 2.CLASIFICACIN POR EL TAMAO DE LAS PARTCULAS Paraclasificarelsuelosetomaelporcentajedearena,limoyarcilla sobrelaescaladelladocorrespondientedeltringulosetrazantresrectas como se muestra en la figura 2.9 y su punto comn da la clasificacin del suelo. Curva de consolidacin0204060801000.001 0.01 0.1 1 10Factor Tiempo, T (esc. log.)Grado de consolidacin, U(%)37 Fig. 2.9: Clasificacin de los suelos por su tamao De acuerdo con el tamao de las partculas que forman los suelos, estas pueden tomar los siguientes nombres: Guijarros ................................... mayores de 3 pulg.(7.5 cms.) Grava ........................................ entre 3 pulg. y el claro de la malla No. 4 Grava Gruesa ........................... de 3 pulg. a pulg. (7.5 cm. a 1.9 cm.) Grava Fina ................................ de pulg. al claro de la malla No. 4 (1.9 cm. a 4.8 mm.) Arena ........................................ delclarodelamallaNo4alclarodelamalla No. 200 (4.8 mm a 0.075 mm) Arena Gruesa............................ delamallaNo.4alamallaNo.10(4.8mma 2.0 mm) Arena Media...............................de la mallaNo. 10a la malla No. 40 (2.0 mm a 0.4 mm) Arena Fina ................................ de la malla No. 40 a la malla No. 200 (0.4 mm a 0.075 mm) Finos (limos y arcillas) .............. menorquelamallaNo.200(menorque0.075 mm) 38 Laclasificacindelsueloporeltamaoeslamssimple,perotieneel inconvenientedequesurelacinconlasprincipalescaractersticasfsicases indirecta,pueseltamaoestansolounodelosdiferentesfactoresdelque dependen ciertas propiedades fsicas importantes de los suelos. 3.CLASIFICACINAASHTO(AMERICANASSOCIATIONOFSTATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS) Es uno de los sistemas ms antiguos para clasificar los suelos, desde su introduccinen1929hasufridomuchasrevisionesymodificacionesyseusa ampliamenteparaevaluarlossuelosenlaconstruccindesubrasantesde carreterasyterraplenes.LaclasificacindelaAASHTOclasificaalossuelos basndoseensus propiedades mecnicas principalmenteylosdivideensiete grupos diferentes, designados desde el A - 1 hasta elA - 7. El suelo A - 1, es un suelo de propiedades ptimas para rasantes y en su ordenascendentedenumeracin,sucomportamientovadecreciendohasta llegar al suelo A - 7, cuya aplicacin en carreteras no es recomendable. Deacuerdoaltamaodelaspartculasquecomponenlossuelosy algunas propiedades fsicas y mecnicas, la AASHTO los ha denominado como sigue: -A-1;suelosbiengraduadosdetamaosgruesosyfinos,conundbil aglomerante plstico. -A - 1 - a; estos incluyen materiales predominantes de fracciones derocaso gravas, con o sin buen aglomerante. -A-1-b;elmaterialpredominanteesarenagruesa,conosinunbuen aglomerante. 39 AlgunossuelosdelgrupoA-1carecendefinos,demaneraquese deberagregarciertacantidadde finosparaformarunasubbasedebuena calidad. -A - 2;estossecomponenporunaampliaporcindematerialesgranulares quenopuedenclasificarseenelgrupoA - 1porsucontenidodefinosy plasticidad. -A - 2 - 4 y A - 2 - 5;estossuelosteniendomaterialesgranularesincluyen bastantes limos. -A-2-6yA-2-7;contienenmaterialesgranulares,peroconbastante arcilla. Los suelos del grupo A - 2 son inferiores a los del grupo A - 1 debido a su menor graduacin y menos aglomerantes. En perodo seco los suelosA - 2 son muy estables como superficie de rodamiento, pero esto depende de la clase de aglomerante,sinembargoenperodoshmedossepuedenablandaryen perodos secos se pueden disgregar y formar polvaredas. -A-3;estossuelosestncompuestosdearenasdeficientesen aglomerantes, como la arena de las playas.Se encuentran a menudo y son muyinestables,exceptocuandoestnhmedas.Cuandoseencuentran confinados son apropiados como base para cualquier tipo de pavimento. -A-4;sonsuelosmuycomunes,predominanloslimosconligeros porcentajesdematerialgruesoypequeascantidadesdearcillacoloidal firme. 40 -A-5;estossuelosseencuentranenmuypocasocasiones,sonmuy parecidos a los del grupo A - 4, excepto porque contienen mica y diatomeas quelosvuelvenmuyelsticoseinestablesanenestadoseco,loquelos hace tenaces a la compactacin. -A-6;suelomuycomn,predominantedearcillaconpocoporcentajede materialgruesoenestadoplstico;tienemuybuenacapacidaddecarga cuandosecompactaalamximadensidadposible,peropierdeesa propiedadcuandoabsorbehumedad;esunsuelocompresibleynodebe compactarse a humedades por debajo de la ptima. -A - 7; estos suelos estn compuestos principalmente de arcilla como son los delgrupoA - 6,perosediferenciadeestosporlapresenciadepartculas uniformes de limo, materia orgnica y mica, lo que los hace muy elsticos. -A -7 - 5; estos suelos del grupo A - 7 tienen ndices de plasticidad moderados en relacin con los lmites lquidos y pueden ser elsticos y expansivos. -A - 7 - 6; son suelos expansivos con altos ndices de plasticidad en relacin a los lmites lquidos. 4.SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACIN DE SUELOS (SUCS) Eselmsutilizadoentretodoslosdiversossistemasdeclasificacin.Este sistema fue desarrollado por el Dr. Arturo Casagrande, poco despus de la SegundaGuerraMundial,comounamodificacinyadaptacinmsgenerala un sistema de clasificacin propuesto en 1942 para aeropuertos. El Bureau of Reclamation, ayud a darlo a conocer internacionalmente. 41 Los suelos se dividen primeramente en dos clases de granos: gruesos y finos.Lossuelosdegranosgruesostienenmsdel50%enpesodegranos ms gruesos que 0.075 mm (tamiz No. 200). Lossuelosdegranofinotienenmsdel50%enpeso,degranosms finosque0.075mm(tamizNo.200),estosademssedividenen3grupos: Arcillas(C),Limosyarcillaslimosas(M)ylimosyarcillasorgnicas(O).Los smbolos H y L denotan alto o bajo potencial de comprensibilidad en los suelos limosos yorgnicos, y en el caso de las arcillas, denotan alta o baja plasticidad. La grfica de plasticidad de Casagrande es la base para dividir los suelos de grano fino; as como una buena ayuda para comparar los diferentes tipos de suelo (Fig. 2.10). Fig. 2.10: Carta de plasticidad, tal como se utiliza actualmente. Tabla 2.2: Sistema de clasificacin de suelos AASHTO. Fuente: Manual de Laboratorio de Suelos en Ingeniera Civil Joseph E. Bowles. Clasificacin General MATERIALES GRANULARES (35% o menos del total pasa el tamiz No. 200) Materiales limo arcillosos (Ms del 35% del total pasa el tamiz No. 200) Clasificacin de Grupos A - 1A - 3A - 2A - 4A - 5A - 6A - 7 A - 1 - aA - 1 - bA - 2 - 4A - 2 - 5A - 2 - 6A - 2 - 7 A - 7 - 5 A - 7 - 6 PorcentajedelMaterial que pasa el tamiz: No. 10 No. 40 No. 200 50 max 30 max 15 max 50 max 25 max 51 min 10 max 35 max 35 max 35 max 35 max 36 min 36 min 36 min. 36 min. Caractersticasdela fraccinquepasael tamiz No. 40 Limite lquido, LL Limite plstico, LP 6 max NP 40 max 10 41 min 10 40 max 11 min 41 min 11 min 40 max 10 max 41 min 10 max 40 max 11 min 31 min. 11 min. ndice de grupo0004 max8 max12 max16 may20 may 43 Tabla 2.3: Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS) Tomado de Crespo Villalaz, Carlos Mecnica de Suelos y Cimentaciones, Cuarta Edicin, Editorial Limusa, Mxico, 1991, Pg. 89. NOMBRES TPICOSGravas bien gradua-das,mezclas de gravay arena con poco onada de finos.Gravas mal gradua-das, mezclas de gravasy arena con poco onada de finos.duGravas arcillosas,mezclas de grava,arena y arcilla.Lmites de Atterbergarriba de la "lnea A"con I.P. mayor que 7.Arenas bien gradua-das, arenas con gra-vas, con poco o nadade finos.Arenas mal gradua-das, arenas con gra-vas, con poco o nadade finos.duArenas arcillosas,mezclas de arena yarcilla.Lmites de Atterbergarriba de la "lnea A"con I.P. mayor que 7.Limos inrganicos,polvo de roca, limosarenosos o arcillososligeramente plsticos.Arcillas inorgnicasde baja a media plas-ticidad, arcillas congrava, arcillas areno-sas, arcillas limosas,arcillas pobres.Limos orgnicos y arcillas limosas org-nicas de baja plasti-cidadLimos inrganicos,limos micaceos o dia-tomaceos, limos els-ticos.Arcillas inorgnicasde alta plasticidad,arcillas francas.Arcillas orgnicas demedia o alta plastici-dad, limos orgnicosde media plasticidad.Turbas y otros suelosaltamente orgnicos.CRITERIO DE CLASIFICACIN EN EL LABORATORIO** Clasificacin de frontera - Los suelos que poseen las caractersticas de dos grupos se designan con la combinacin de los dos smbolos, por ejemploGW-GC, mezcla de arena y grava bien graduada con cementante arcilloso.+ Todos los tamaos de las mallas en esta carta son los U.S. Standard.* La divisin de los grupos GM y SM en subdivisiones d. y u. son para caminos y aeropuertos nicamente, la subdivisin est basada en los lmites deAtterberg. El sufijo dse usa cuando el L.L. es de 28 o menos y el I.P. es de 6 o menos. El sufijo u es usado cuando el L.L. es mayor que 28Arriba de la "lneaA" y con I.P. Entre4 y 7 son casos defrontera que requiereel uso de smbolosdobles.EQUIVALENCIA DE SIMBOLOSG=grava, M=limo; O=suelos orgnicos; W=bien graduados,S=arenas; C=arcilla; Pt=turbo; P=mal graduados;L=baja compresibilidad; H=alta compresibilidad. DETERMNESE LOS PORCENTAJES DE GRAVA Y ARENA DE LA CURVA GRANULOMETRCA,DEPENDIENDO DEL PORCENTAJE DE FINOS (fraccin que pasa por la malla No. 200) LOS SUELOSGRUESOS SE CLASIFICAN COMO SIGUE:Menos del 5%: GW, GP, SW, SP. Ms de 12%: GM, GC, SM, SC. 5% al 12%: Casos de frontera que requierenel uso de smbolos dobles **Gravas arcillosas,mezclas de grava,arena y limo.Arenas limosas, mez-clas de arenas y limos.Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 4,Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3.Cu = D60Cc = (D30)2D10D10 x D60NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISI-TOS DE GRADUACION PARA GW.Lmites de Atterbergabajo de la "lnea A"o I.P. Menor que 4.Arriba de la "lneaA" y con I.P. Entre4 y 7 son casos defrontera que requie-ren el uso de smbo-los dobles.Cu =D60mayor de 6,D10 Cc = (D30)2 entre 1 y 3D10 x D60No satisfacen todos los requisitos de gradua-cin para SW.Lmites de Atterbergabajo de la "lnea A"con I.P. Menor que 4,CHOHPtLIMOS Y ARCILLASLmite-Lquidomenor de 50(PARA CLASIFICACIN VISUAL PUEDE USARSE 1/2 CM. COMO EQUIVALENTE A LAABERTURA DE LA MALLA No. 4)GRAVASMs de la mitad de la fraccin gruesa es retenida por lamalla No. 4.ARENASMs de la mitad de la fraccion gruesa pasa por lamalla No. 4.MLCLOLMHSmboloSPSMSCGWGPGMGCSWSUELOS DE PARTICULAS GRUESASMs de la mitad del material es retenido en la malla No. 200 +SUELOS DE PARTICULAS FINASMs de la mitad del material pasa por la malla nmero 200 + Las partculas de 0.074 mm de dimetro (la malla No. 200) son, aproximadamente, las ms pequeas visibles a simple vista).DIVISIN MAYORGRAVAS LIMPIAS(Poco o nada de partculas finas).LIMOS Y ARCILLASLmite-Lquidomayor de 50SUELOS ALTAMENTEORGNICOSGRAVA CON FINOS(Cantidad apreciable departculas finas).ARENA LIMPIA(Poco o nada departculas finas).ARENA CON FINOS(Cantidad apreciable departculas finas).CARTADEPLASTICIDAD01020304050600 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100LMITELQUIDONDICE PLSTICOMLOLCLOHCHPara la Clasificacin de Suelos de partculas Finas en el Lab.MLMHCL - ML4722Lnea "A"44 Las equivalencias entre el sistema de clasificacin AASHTO y el Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos (SUCS), son los siguientes: Grupo AASHTOGrupo SUCS A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A 6 A 7 GW, GM, GP y SW SC SP y SM ML CL, OL y MH CH OH y Pt Tabla 2.4: Equivalencias entre el sistema de clasificacin de la AASHTO y el SUCS 45 2.2EL CEMENTO Loscementoshidrulicossontodosaquellosaglutinantes,queal reaccionar qumicamente con el agua, fraguan y endurecen, tanto expuestos al aire como sumergidos en agua. 2.2.1COMPOSICIN QUMICA DEL CEMENTO SepuededecirquelacomposicinqumicadeunclnkerPrtlandde cementosedefineconvenientementemediantelaidentificacindecuatro compuestosprincipales,cuyasvariacionesrelativasdeterminanlosdiferentes tiposdecementoPrtland.Durantelacalcinacindelclnkerdecemento Prtland,elxidodeCalciosecombinaconloscomponentescidosdela materia prima para formar cuatro compuestos fundamentales que constituyen el 90% del peso del cemento. Tambin se encuentran yeso y otros materiales, los cuatro compuestos principales son: Entrminosgeneralessonlossilicatosdecalcio(C3SyC2S)los compuestos ms deseables, porque al hidratarse forman los silicatos hidratados de calcio (S-H-C)que son los responsables de la resistencia mecnica y otras propiedades.Enpresenciadelagualoscuatrocomponentessehidratanpara formarnuevoscomponentesqueconstituyenlainfraestructuradelapastade cementoendurecida.LossilicatosdeC3SyC2S,queconstituyenel75%del pesodelcementosehidratanparaformarloscompuestosdehidrxidode calcio e hidrato de silicato de calcio. C4AFNOTACIN ABREVIADAC3SC2SC3AAluminoferrito tetraclcicoFORMULA DEL XIDO 3CaO SiO22CaO SiO23CaO Al2O34CaO Al2O3 Fe2O3COMPUESTOSilicato triclcicoSilicato diclcicoAluminato triclcico46 Elsilicatotriclcico(C3S),sehidratayendurecerpidamenteyesel responsable en gran medida del fraguado inicial y de la resistencia temprana. Elsilicatodiclcico(C2S),sehidratayendurecelentamenteycontribuye en gran parte al incremento de resistencia a edades mayores de una semana. El aluminato triclcico (C3A), libera una gran cantidad de calor durantelosprimerosdasdehidratacinyendurecimiento.Tambincontribuyeal desarrollodelaresistenciatemprana.Elyesoqueseagregaalamolienda durantelamoliendafinal,retrasalavelocidaddehidratacindelC3A.Sinel yeso, un cemento que contuviera C3A fraguara rpidamente. Elaluminoferritotetraclcico(C4AF),reducelatemperaturade formacindelclnker,ayudandoportantoalamanufacturadelcemento.Se hidrataconciertarapidez,perocontribuyemnimamentealaresistencia.La mayora de efectos de calor se debe al C4AF y a sus hidratos. 2.2.2FABRICACIN DEL CEMENTO PRTLAND ElcementoPrtlandseproducealpulverizarelclnker,queconsiste principalmentedesilicatoshidrulicosdecalciojuntoconalgunosaluminatosde calcio y aluminoferritos de calcio y normalmente contiene una o ms formas de sulfato de calcio (yeso), como adicin en la molienda. Las materias primas seleccionadas se trituran, muelen y dosifican de tal maneraquelamezclatengalacomposicinqumicadeseada.Lasmaterias primassongeneralmente:unamezcladematerialcalcreo(xidodecalcio), como la caliza, marga, creta o coquilla, y un material arcilloso (slice y almina) como la pizarra, esquisto o escoria de alto horno. Se utiliza un proceso seco o 47 hmedo.Enelprocesoseco,lamoliendayelmezcladoserealizancon materialessecos.Enelprocesohmedo,lasoperacionesdemolienday mezcladoseefectanconlosmaterialesenformadelechada.Enotros aspectos, los procesos seco y hmedo son muy similares. Lamateriaprimaprocesada,yaseaenformadepolvoodelodo,se introduceenhornosrotatoriosdondesecalcinaatemperaturasdelordende 1400C,hastaalcanzarunestadodefusinparaproducirlasreacciones qumicasrequeridasyelmaterialsesubdividayaglutineenfragmentosno mayores a 6 cm. (2.5) y no menores a 1.2 cm. (0.5) de dimetro cuya forma se regularizaporefectodelarotacindelhorno.Aestematerialfragmentado, resultante de la calcinacin (en forma de pequeas piedras redondeadas color gris oscuro) se le denomina clnker Prtland. Unavezfro,elclnkersemueleconjuntamenteconunareducida proporcindeyeso,quetienenlafuncinderegulareltiempodefraguado,y conelloseobtieneelpolvofinodecolorgrisqueseconocecomocemento Prtlandsimple.Ademsdurantelamoliendaelclnkerpuedemezclarsecon unaescoriaounmaterialpuzolnicoparaproduciruncementoPrtland- escoriaoPrtland-Puzolana,obienpuedemolersecondeterminados materiales de carcter sulfo - calcio - aluminoso para obtener los denominados cementos expansivos. 2.2.3CLASIFICACIN DE LOS CEMENTOS -CEMENTOS PRTLAND LoscementosPrtlandestnespecificadosenlanormaASTMC-150, clasificados en cinco tipos diferentes: 48 TIPOCARACTERSTICA IUso general IIModerada resistencia a los sulfatos o moderado calor de hidratacin IIIAlta resistencia inicial (resistencia a la compresin) IVBajo calor de hidratacin VAlta resistencia a los sulfatos -CEMENTOS CON ADICIONES ACTIVAS (NORMA ASTM C-595) TIPOCARACTERSTICA I (PM)Cemento Prtland modificado con Puzolana IPCemento Prtland puzolnico PCemento Puzolnico I (SM)Cemento Prtland modificado con escoria ISCemento Prtland siderrgico SCementosiderrgico IP (MS)Cemento Prtland puzolnico con moderada resistencia a los sulfatos IS (MS)Cemento Prtland siderrgico con moderada resistencia a los sulfatos -CEMENTOPORDESEMPEOCONADICIONESACTIVAS(NORMA ASTM C-1157) TIPOCARACTERSTICA GUDe uso general en la construccin HE De alta resistencia inicial MS De moderado calor de hidratacin LH De bajo calor de hidratacin Opcin R de baja reactividad con agregados lcalis reactivos 49 -CEMENTOS DE MAMPOSTERA (NORMA ASTM C-91) Conelobjetodecubrirelampliocampodelaconstruccinypara aquellos casos en que las resistencias mecnicas no son el factor principal, se producen los cementos para albailera. Las caractersticas predominantes que deben reunir estos cementos son: plasticidad, trabajabilidad y adherencia. TIPOCARACTERSTICA NPara preparar mortero tipo N segn norma ASTM C-270 SPara preparar mortero tipo S segn norma ASTM C-270 MPara preparar mortero tipo M segn norma ASTM C-270 2.2.4TIPOS DE CEMENTO -CEMENTOS PRTLANDSon cementos que se obtienen por molturacin conjunta de su clnkery de la cantidad adecuada del regulador de fraguado. -CEMENTOSPRTLANDCONADICIONESHIDRULICAMENTE ACTIVAS Son los cementos que se obtienen por la molturacin conjunta de clnker de cemento Prtland y regulador del fraguado, en proporcin igual o superior al 80%enpeso,yescoriasiderrgica,puzolanaoambasenproporcinigualo menor al 20% en peso.

-CEMENTOS SIDERRGICOS Son los cementos que se obtienen por la molienda conjunta de clnker de cementoPrtlandyreguladordelfraguado,enproporcinsuperioral20%e 50 inferioral80%enpesoyescoriasiderrgicaenproporcinsuperioral20%e inferior al 80%en peso. -CEMENTOS PUZOLNICOS Son los cementos que se obtienen por la molturacin conjunta de clnker de cemento Prtland y regulador del fraguado, en proporcin inferior al 80% en peso y puzolana en proporcin superior al 20% en peso. -CEMENTOS ALUMINOSOS Son los cementos que se obtienen por la molienda de un clnker muy rico en aluminio. -CEMENTOS DE MAMPOSTERA Son los cementos que se obtienen por la molienda de clnker de cemento Prtland y regulador de fraguado con o sin adiciones hidrulicamente activas en proporcinigualosuperioral60%enpeso;ymaterialesplastificantes,tales comocalizaocalhidratadayotrosmaterialesquemejorenunaoms propiedades tales como la trabajabilidad, la retencin de agua y el contenido de aire del mortero. -CEMENTOS BLANCOS Soncementosque,perteneciendoalostiposdePrtlandocompuesto, presentancomopropiedadadicionalladelablancuraque,determinadaporla medidadesureflactancialuminosadireccional,nosermenosdel70%del valorquecorrespondealxidomagnsicoenpolvocalidadreactivopara anlisis. Su caracterstica principal radica en la ausencia de xido frrico y otros minerales minoritarios con poder colorante. 51 2.2.5PRINCIPALES CARACTERSTICAS DE LOS CEMENTOS a) Finura Lafinuradelcementoestardefinidaporeltamaodelapartculadel material; esta propiedad se mide por medio de: -Ensayo de turbidmetro de Wagner (ASTM C-115) -Ensayo Blaine de permeabilidad al aire (ASTM C-204) -Material retenido en tamiz No. 325 (45 micras) (ASTM C-430) Aproximadamentedel85%al95%delaspartculasdecementoson menores de 45 micras. b)Hidratacin Lahidratacineslareaccinqumicaquepresentaelcementoal ponerseencontactoconelagua.Cadapartculadecementoformaun aumento sobre su superficie, misma que gradualmente se expande hasta enlazarseconelaumentodeotraspartculasdecementoohasta adherirse a las sustancias adyacentes. La hidratacin prosigue mientras sedispongadeespacioparalosproductosdehidratacinysetenga condicionesfavorablesdehumedadytemperatura.Amedidaquela hidratacincontinua,elcementoserigidizahastavolverseduroy resistente a los efectos de compresin. c)Fraguado y endurecimiento Losproductosformadosporlahidratacinconstituyenungelformando inicialmenteuna pasta ms o menos fluida o plstica, el fraguado se da en dos fases: -FraguadoInicial:Cuandolamasaempiezaaperderplasticidad, incluso se nota cierta consolidacin. -FraguadoFinal:Cuandoporsiysinquesesometalapastaa presiones o cargas, estas conserva su forma. 52 2.3EL AGUA ElaguaeseltercercomponentedelosPUAD,aunqueenmenor proporcinquelosdosanteriores,noesmenosimportante.Yaqueelagua paraelaborarmezclasdePUADdebetenerunabuenareaccinconel cemento,losrequisitosdecalidaddeestasernlosmismosqueladelagua utilizada para producir concreto. Casi cualquier agua natural que tenga caractersticas de un agua potable yquenotengaunsaboruolorpronunciado,sepodrutilizarparaproducir PUAD, sin embargo, algunas aguas no potables pueden ser adecuadas. EnrelacinconsuempleoenlosPUAD,elaguapuedetenerdos diferentesaplicaciones:comoingredienteenlaelaboracindelasmezclasy como medio de curado de las estructuras recin construidas.En el primer caso esdeusointernocomoaguademezclado,yenelsegundoseemplea exteriormente cuando los PUAD se curan con agua. Aunque en estas aplicaciones las caractersticas del agua tienen efectos dediferenteimportancia,esusualqueserecomiendeemplearaguasdeuna solacalidadenamboscasos.Asnormalmente,enlasespecificacionespara concreto se hace referencia en primer termino a los requisitos que debe cumplir elaguaparaelaborarelconcreto,porquesusefectossonmsimportantes,y despusseindicaqueelaguaqueseutiliceparacurarlodebeserdelmismo origen,osimilar,paraevitarquesesubestimeestasegundaaplicacinyse empleeagua de curado con caractersticas inadecuadas. Unapracticabastantecomnconsisteenutilizarelaguapotablepara fabricarconcreto,sinningunaverificacinprevia,suponiendoquetodaagua que es potable es tambin apropiada para elaborar concreto; sin embargo, hay 53 ocasionesenqueestapresuncinnosecumple,porquehayaguacon adicionesdepequeascantidadesdeazucares,quenoafectansupotabilidad peropuedenhacerlasinadecuadasparalafabricacindeconcreto8.Entodo casolaconsideracincontraria,pudierasermasconveniente,esdecir,queel agua para la elaboracin de los PUADno necesariamente requiere ser potable, aunque se debe satisfacer determinados requisitos mnimos de calidad. 2.3.1REQUISITOS DE CALIDAD Los requisitos de calidad del agua de mezclado para losPUAD no tienen ningunarelacinconelaspectobacteriolgico(comoeselcasodelasaguas potables),sinoquebsicamenteserefierenasuscaractersticasfsico qumicasyasusefectossobreelcomportamientoylaspropiedadesdelos PUAD;perosi,lasimpurezasexcesivasenelaguanosolopuedenafectarel tiempodefraguadoylaresistenciadelosPUAD,sinotambinpuedenser causadeeflorescencia,manchado,inestabilidadvolumtricayunamenor durabilidad.Por consiguiente se pueden fijar lmites opcionales, en el contenido decloruros,sulfatos,lcalisyslidosenelaguaosepuedendesarrollar ensayos adecuados para determinar el efecto que ciertas impurezas provoquen sobreestaspropiedades.Algunasimpurezaspuedentenerunefectomnimo sobrelaresistenciayeltiempodefraguado,peropuedenafectardemanera adversa a la durabilidad y a algunas otras propiedades. Elaguaquetiene2,000partespormilln(ppm)deslidosdisueltos totales, generalmente puede ser utilizada de manera satisfactoria para elaborar losPUAD,mientrasqueelaguaquecontengamsde2,000ppmdeslidos disueltos deber ser ensayada para investigar su efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado. 8Tomado de Mc Coy, W. J. Mixing and Curing Water for ConcreteASTMSTP 169 b, Chapter 43 54 2.3.2AGUA PARA CURADO Entrminosgeneralessepuededecirqueelaguaqueseutilizapara hacermezclasdePUADesptimaparaejecutarelcuradodelmismo,esto quieredecirquepararealizarelcurado,tambinpresentabuenas caractersticasel agua potable o con lmites tolerables de impurezas. 2.4SUELO CEMENTO 2.4.1GENERALIDADES La idea de estabilizar el suelo con cemento es relativamente antigua, se remonta su utilizacin al ao de 1917, desde entonces se emple con modestos resultados,siendohastaelaode1932queelDepartamentodeCaminos EstatalesdeCarolinadelSurenEstadosUnidosdeAmrica,desarroll estudiosmsseriosycompletos,motivandounmayorintersensuuso.A todoestosiguiunaseriedeinvestigacionesendiversospases,talescomo Alemania,Argentina,yelvaliosoaportedeInglaterra,entreotros,desde mediadosdelsiglopasado,desarrollandolatecnologamodernadelsuelo- cemento.Actualmentemuchospaseshanadoptadoestatcnicarealizando anlisisacordesconeltipodesuelodecadalugar,desarrollandoamplios programas para su empleo no solo en la construccin de caminos, sino tambin para viviendas de bajo costo. LaprincipalpromotoradelsuelocementoeslaPrtlandCement Association(PCA),enEstadosUnidosdeAmrica,cuyaspublicacioneshan hechoquestatcnicaseaconocidamundialmente,ysevalorecomouna alternativa confiable y eficiente para la estabilizacin de suelos. 55 2.4.2DEFINICIN El suelo cemento es la mezcla de suelo pulverizado, cemento y agua, la cual debidamente compactada ofrece excelentes propiedades mecnicas de durabilidadyresistencia,antelosagentesambientales.Elcontenidode cementovaradeacuerdoconlascaractersticasdelsuelo,perocomnmente est entre el 5 al 10% en peso. 2.4.3PROPIEDADES DEL SUELO CEMENTO 2.4.3.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIN RESISTENCIAMECNICA:Eslaaptitudquedebetenerelsuelo-cementoparasoportarlosesfuerzosderivadosdelasdiversascondicionesde carga a los que puede estar sometido; esta se deduce en razn de la magnitud delesfuerzoqueproducelafalladeunaprobetasometidaaunensayode compresin.Elensayodecompresineslapruebamssencilla,rpidayde resultadosmsconfiables,porqueseefectasobreespecmenesquesiguen unaseriederigurosasespecificaciones(elaboracin,compactacin,curado, etc.). Para un mismo tipo de suelo, la resistencia a la compresin aumenta con elcontenidodecementosegnlaedad.Laresistenciaalacompresindel suelocementollegaasermayorenlossuelosgruesosqueenlosfinos.La pruebadelaresistenciaalacompresin,seusaparainvestigarlaraznde endurecimientoysabersielsueloestreaccionandonormalmenteconel cemento. Lainfluenciadelcemento,enlageneracinderesistenciaenelsuelo-cemento,puedeseranalizadodesdedospuntosdevista:lainfluenciadel 56 cemento mostrada como un incremento del esfuerzo a medida que aumenta la edad y por un incremento en el esfuerzo al aumentar el contenido de cemento. Acercadelosvaloresquesealcanzaenlosresultadosdeensayos realizadosenmuestrassaturadasalos28das,laPrtlandCement Association, reporta valores promedios que varan entre 30 a 65