Nuestra Portada Urbanización Madreselva 3a. Etapa, Avenida El Espino y Blvd. Sur, Antiguo Cuscatlán, La Libertad, El Salvador. Tels.: Te ls.: 2505-0162 y 2505-0163 Fax: 2505-0164 E-mail: karla.escamilla@m
[email protected] ail.iscyc.net
Sitio Web: www.iscyc.net Colocaci—n de Base de Suelo Cemento en Boulevard Diego de Holgu’n
Ing. JosŽ Alejandro Bellegarrigue Su‡rez Director Presidente
A V I T A C T E N R I U J D
Ing. Carlos Roberto Grassl Lecha Director Tesorero
Fotografía cortesía de la Unidad de Pavimentos de Concreto de CESSA.
Ing. Rafael Alejandro Gonz‡lez Maga–a Director Secretario Lic. Rafael Alvarado Cano Primer Director Editorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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El Estado del Arte del Suelo Cemento en Estructuras de Pavimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Invierta en la Capacitación de su Personal . . . . . .
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Ing. Benjam’n Salvador Valient Valientee Director Suplente
Not otic icia iass del del IS ISCY CYC C . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
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Proy Pr oyec ecto toss Exi Exito toso sos. s... .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Lic. Jaime Hill Tinoco Director Suplente
Comentarios Utiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Por qué Calibrar el Equipo de Laboratorio . . . . . .
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Ing. Jaime Roberto Recinos Schonborn Director Suplente
Biblioteca ISCYC en Línea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Dr.. Enrique Garc’a Prieto Dr Segundo Director Ing. CŽsar Catani Papini Tercer Director
Lic. Ricardo Ch‡vez Caparroso Director Suplente
DIRECCION EJECUTIVA Ing. Rafael Alejandro González Magaña
Lic. Francisco Arnoldo Kreysa Director Suplente Licda. M—nica Kreysa de Melhado Director Suplente
COMITE ASESOR Dr. Edwin Portillo García Ing. Carlos Cristóbal Escobar Romero Ing. Enrique Edgardo Melara Ruíz Ing. Víctor Arnoldo Figueroa Ing. Roberto López Meyer
CONSEJO EDITORIAL Ing. Roberto López Meyer Ing. Rafael Alejandro González
DIAGRAMACION E IMPRESION Impresos Litográficos de C.A. Los conceptos expresados en los artículos publicados son responsabilidad de sus autores. El material publicado puede reproducirse citando su autor y fuente, debiéndose enviar dos ejemplares de la reproducción para documentación de nuestra biblioteca. Todo canje será apreciado y correspondido.
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esde hace más de 5000 años el hombre ha venido utilizando materiales calizos y otros conglomerados puzolánicos para la estabilización de suelos, a fin de satisfacer sus necesidades de comunicación, ya sea para fines comerciales, religiosos o por razones bélicas. Prueba de ello son los trabajos encontrados en la India, las pirámides de Shaanxi en China, la red de caminos del Imperio Romano, los famosos caminos blancos “Sacben” de los Mayas, que tienen más de 2500 años y las redes de comunicación de los Incas y Aztecas. En El Salvador, el uso del “Suelo Cemento” se incrementó después de la Segunda Guerra Mundial, existiendo muchos proyectos que datan de esa época de los cuales se seleccionó un tramo de la Carretera La Flecha- La Herradura, en el Departamento de La Paz, que presentaba la cubierta asfáltica completamente deteriorada, para efectuar una investigación del comportamiento de la base de suelo cemento, que estaba en buenas condiciones. Los resultados de las pruebas de laboratorio mostraron que prácticamente todos los parámetros de resistencia mecánica habían evolucionado positivamente después de 50 años de tráfico contínuo, registrándose valores de 4000 psi para pruebas a la compresión simple, lo cual viene a confirmar la excelencia de este material. La experiencia ganada por nuestro país en el uso de bases de suelo cemento y el prestigio adquirido por el ISCYC, tanto a nivel nacional como internacional, propició que la Federación Interamericana del Cemento (FICEM) en su afán de profundizar y difundir el conocimiento del estado actual del uso del suelo cemento en estructuras de pavimento, encomendara a nuestro Instituto la preparación de un documento sobre “El Estado del Arte del Suelo Cemento en Estructuras de Pavimentos”. Para beneficio de nuestros lectores, publicamos parte de los reportes preliminares en la presente edición. En el país esta práctica es muy utilizada en todas sus modalidades de construcción, incluyendo los más modernos con plantas dosificadoras que efectúan la mezcla, que luego es transportada en camiones de volteo al lugar en que es colocada por una terminadora o “finisher”, para posteriormente ser compactada a la densidad específica por un rodo vibro compactador y luego efectuar el curado correspondiente, tal como se muestra en nuestra portada. El Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto continúa promoviendo un mejor y más eficiente uso del cemento y del concreto como parte de su Misión Institucional.
EL ESTADO DEL ARTE DEL SUELO CEMENTO EN ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS ING. CARLOS Q UINTANILLA, C OLABORADOR TÉCNICO DEL ISCYC DOCUMENTO
La Federación Interamericana del Cemento FICEM, en su afán de profundizar y difundir el conocimiento del estado actual del uso del suelo cemento en estructuras de pavimentos, encomendó la preparación de éste documento, al Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto, quien ha utilizado la información proporcionada por los Institutos Miembros de FICEM y la experiencia local, para elaborar el presente documento, el cual no pretende tratar un tema en particular relacionado con suelo cemento, sino, presentar de forma general el estado de la práctica que tiene dicho material en diversos países del mundo, así como también reunir y analizar los resultados mas significativos, procedentes de investigaciones realizadas que sean la base para una mejor comprensión y conocimiento en el uso de este material, específicamente en estructuras de pavimentos. Se agradece la colaboración de todos los Institutos del Cemento y Concreto miembros de FICEM, especialmente a ICPC e IECA, así como Entidades Privadas y Gubernamentales del país, y Profesionales amigos de ISCYC, por toda la riqueza en información técnica que ha sido brindada, y aportes de diversa índole para la creación de este documento.
PREPARADO POR:
INTRODUCCION
L
a utilización del cemento Pórtland en la construcción de bases y sub bases de estructuras de pavimentos ha sido muy amplia, desde hace muchos años diversas carreteras construidas en varias regiones del mundo, han demostrado las múltiples ventajas de los materiales estabilizados con cemento, siendo el incremento en las propiedades mecánicas del material y la reducida susceptibilidad a la humedad, las principales referencias de dicho material a través de la historia. El tratamiento del suelo con cemento ha sido considerado en el campo de la ingeniería, como una aportación significativa en el desarrollo de estructuras de pavimentos, principalmente porque permite ampliar de manera considerable la utilización de casi todos los suelos como materiales de construcción. En los últimos años, el uso del suelo cemento ha presentado un importante crecimiento debido a sus múltiples aplicaciones, el conocimiento de este material a través de la experiencia obtenida en proyectos ejecutados, así como también en programas de investigación, ha permitido trabajarlo de mejor manera, su evolución se ha desarrollado paralelamente con los equipos y procedimientos de construcción, siendo en la actualidad uno de los principales
materiales a ser considerado en los diseños estructurales y construcción de pavimentos. Por otra parte, desde el punto de vista ambiental, el suelo cemento permite la utilización de materiales existentes en las vías a construir y rehabilitar, evitando la explotación adicional de fuentes de materiales. Son muchas las experiencias que se tienen en varios países respecto a la utilización del suelo cemento en estructuras de pavimentos. El presente trabajo intenta reunir y analizar las experiencias e investigaciones desarrolladas por los diversos Institutos del Cemento miembros de FICEM, así como también sintetizar la experiencia y buena práctica de más de 50 años en la utilización de suelo cemento en carreteras, con el objetivo de profundizar y difundir el conocimiento del estado actual del uso del suelo cemento en estructuras de pavimentos, contribuyendo a una mejor comprensión y conocimiento en el uso de este material. El trabajo tiene como objetivo principal exponer sistemáticamente los conocimientos obtenidos de las diversas experiencias, presentando una visión conjunta y global de los diversos tópicos relacionados. Posiblemente el lector tendrá la necesidad imprescindible de profundizar en un área o tema en particular, para ello se ha incluido una bibliografía extensa que le facilite el camino.
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1. GENERALIDADES. 1.1 RESUMEN DEL DESARROLLO HISTÓRICO DEL SUELO CEMENTO. La idea de estabilizar un suelo con el objetivo de utilizarlo de mejor manera en la obras, proviene de hace miles de años, históricamente el hombre ha utilizado la cal y otros conglomerantes puzolánicos en la estabilización de suelos cohesivos, ejemplo de ello, son los trabajos realizados en la India y en las pirámides de Shaanxi en China construidas hace 5000 años, las vías de comunicación durante el Imperio Romano y los famosos caminos blancos "sacbéh" de los Mayas, construidos hace 2,500 años en la zona norte de Mesoamérica. Estos caminos se construyeron con buen trazo y excelente terracería, de 5 a 6 m de ancho, cubiertos con un material fino calizo, que aun hoy en día constituye una superficie uniforme y compacta. Así mismo, en otras civilizaciones como el Imperio Inca y Azteca, los caminos estabilizados y empedrados fueron clave para el desarrollo de actividades comerciales, religiosas y bélicas. En el siglo XIX se logran avances en la producción de aglomerantes, así como también en el desarrollo de equipos de construcción y técnicas constructivas, ésto coincide con la producción en serie del vehículo automotor, y con la ampliación y modernización vial de los Estados Unidos de América y algunas vías de Europa. Por tanto, se crearon las condiciones óptimas para la realización de muchos experimentos en mezclas de suelo y
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Algunos “caminos blancos” de los Mayas, reacondicionados están sirviendo en la actualidad como caminos alimentadores.
cemento, las cuales mostraron claramente las posibilidades de aprovechamiento de los suelos existentes, modificados en mayor o menor grado por la adición de cemento Pórtland y posterior mezcla y compactación. En general, se considera que la aplicación del suelo cemento empezó a estudiarse en forma metódica y científica en la década de 1910 a 1920. En Inglaterra en el año de 1917, el Ing. H.E. Brooke Bradley aplicó exitosamente una mezcla de cemento con suelos arcillosos en la construcción de unas carreteras cerca de la población de Salisbury Plain en el Condado de Wiltshire, sin embargo, a pesar de los excelentes resultados la
Pruebas de Campo realizadas en Tramo La Flecha - La Herradura. Proyecto de Investigación. Realizado en 1995, 42 años posterior a la construcción.
técnica no fue muy utilizada en años posteriores, Por el contrario, en los Estados Unidos de América, el uso del suelo cemento se incrementó a partir de la patente de Joseph Hay Amies en 1917, primero en patentar una mezcla de suelo con cemento denominada "Soilamies". Es importante mencionar, que el esfuerzo conjunto de la Pórtland Cement Association, Bureau of Public Roads y el Departamento de Vialidad del Estado de Carolina del Sur, contribuyeron grandemente en el desarrollo tecnológico de la estabilización de suelos con cemento, realizando diversos tramos carreteros y experimentales entre 1930 y 1940.
Tramo La Flecha - Herradura, El Salvador. Const ruida en 1953 utilizando base de Suelo Cemento.
Posterior a la segunda guerra mundial, se inician en España y Latinoamérica, las primeras experiencias con suelo cemento aplicado en carreteras, siendo Argentina, Colombia y El Salvador los países con más de 50 años de experiencia, en la construcción de caminos de este tipo. Así mismo, países como Alemania, Francia y Australia logran un continuo crecimiento en el uso del suelo cemento posterior a 1950. Desde 1980 a la fecha, el uso del suelo cemento se ha generalizado alrededor del mundo, en la actualidad se cuenta con modernos equipos estabilizadores: recicladores de gran potencia y rendimiento, distribuidores y dosificadores de cemento que facilitan el trabajo en campo y garantizan la calidad de mezclado y colocación, sin embargo, todavía existen algunos retos por superar referente al conocimiento de este material, el trabajo de investigación continua en diversos países e instituciones, por lo que es de esperar que su utilidad y aprovechamiento siga incrementándose a través del tiempo.
1.2 EL SUELO CEMENTO EN LA ACTUALIDAD, USO EN ESTRUCTURAS DE PAVIMENTOS. Existen diversas razones que actualmente determinan un mayor uso del suelo cemento en la construcción de estructuras de pavimentos. Tanto consultores, como agencias encargadas de la administración vial, coinciden en que la demanda de un transporte de calidad requiere una mayor durabilidad de los materiales y estructuras de pavimento; para lograr dicha durabilidad es indispensable contar con estructuras de pavimento que tengan capas
de elevada capacidad de soporte y resistentes a los agentes atmosféricos. Así mismo, otra de las razones de peso para el uso del suelo cemento en carreteras es el aspecto de protección del medio ambiente, el cual cada vez impone mayores limitaciones para la búsqueda y explotación de bancos de materiales, práctica que por muchos años ha sido utilizada. En este caso, es posible incorporar y aprovechar los suelos locales mediante la estabilización con cemento, eliminando la explotación de bancos de material y reduciendo a la vez los costos de transporte de material a la obra, lo que significa construir una carretera en menor tiempo y costo y con un menor impacto al medio ambiente. Finalmente, la posibilidad de reducir espesores de capas que conforman la estructura del pavimento, sin disminuir la capacidad estructural de la misma, es uno de los logros que pueden obtenerse de las características que tiene el suelo cemento debido a su relativamente elevado módulo de elasticidad. Esto se resume en ahorros de materiales y aumento en los rendimientos de construcción.
1.3 VENTAJAS E INCONVENIENTES EN EL USO DEL SUELO CEMENTO. Dentro de principales ventajas que tiene el suelo cemento en las estructuras de pavimentos están: •
•
Material Durable: registros de su comportamiento, indican que el suelo cemento presenta una mayor durabilidad que otros materiales de pavimentos de similar costo inicial. Mayor uso de materiales locales: el suelo cemento permite la utilización de gran cantidad de tipos de suelo para su elaboración, lo que permite reducir considerablemente los costos de transporte de material de aporte y aumentar los rendimientos de construcción.
Debido a las múltiples ventajas que tienen los suelos mezclados con cemento, diversos países lo aplican de forma casi generalizada, por ejemplo, en El Salvador el 95% de los caminos rurales pavimentados tiene base de suelo cemento, y en los últimos 10 años, el 100% de nuevas vías urbanas e interurbanas y pisos industriales se han construido utilizando bases de suelo cemento con excelentes resultados. Estados Unidos de América, España y Colombia, son otros ejemplos del uso masivo de suelo cemento en la construcción de carreteras y patios de carga.
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•
Menor impacto ambiental: debido a la menor dependencia en la explotación de bancos de material. Mayor rigidez y distribución de carga aplicada al pavimento: las propiedades de las mezclas de suelo cemento, permiten distribuir la carga aplicada en un área mayor, comparado con una distribución de carga en una base granular, por tanto, es posible contar con estructuras de pavimentos menos robustas o con un menor numero de capas, lo cual implica ahorros en el costo total de la estructura y menores tiempos de ejecución. Resistencia a los agentes atmosféricos: ha sido notable su prolongada durabilidad bajo condiciones adversas, se ha probado en forma exhaustiva en los climas más difíciles, por lo que se ha usado frecuentemente en lugares con condiciones climáticas muy desfavorables de América, Europa y Asia. Aumento de Resistencia y menores intervenciones de mantenimiento: la experiencia ha demostrado, que las propiedades mecánicas del suelo cemento incrementan con el tiempo, lo que favorece que el mantenimiento del pavimento sea mínimo, obteniéndose una prolongada vida útil, y reducción en el costo total de la estructura del pavimento.
•
•
•
Los inconvenientes más notables que presenta el suelo cemento son: •
Si no es diseñado, dosificado y controlado adecuadamente,
•
•
•
puede producir demasiada contracción y agrietamiento que se refleje en las capas de rodadura bituminosa. Se debe seleccionar el tipo de cemento adecuado y realizar el número de pruebas necesarias, antes de pretender construir capas de suelo cemento con suelos de mediana a alta plasticidad, ya que el mezclado de suelo y cemento podría resultar muy difícil. El tiempo para ejecutar el mezclado, conformación y compactación, esta limitado a evitar el fraguado anticipado del cemento. Las bases de suelo cemento necesitan de capas de rodadura de concreto asfáltico, tratamientos superficiales, o capas de rodadura de concreto hidráulico, ya que tienen una limitada resistencia al desgaste.
2. DEFINICIONES. Por muchos años, el término "suelo cemento" se ha considerado y definido desde diversos puntos de vista, las modificaciones realizadas en este material, principalmente respecto al contenido de cemento y tipo de suelo, han generado distintas definiciones y clasificaciones en diversos países, las mas reconocidas se presentan en los siguientes secciones.
2.1 SUELO CEMENTO. Según ACI1 230.1R el suelo cemento se define como una mezcla de suelo y una cantidad
medida de cemento Pórtland y agua, compactada a una alta densidad. Así mismo, el suelo cemento puede ser definido como un material producido por el mezclado, compactación y curado de suelo/agregados, cemento Pórtland, ocasionalmente aditivos y/o puzolanas y agua, para formar un material endurecido con especificas propiedades ingenieriles. Las partículas suelo/agregados son adheridas por la pasta de cemento, pero a diferencia de como sucede en las mezclas de concreto, las partículas individuales no son cubiertas completamente por la pasta de cemento. Según la PCA2 el suelo cemento es una mezcla altamente compactada de suelo/agregado, cemento Pórtland, y agua, siendo el principal uso de este material en estructuras de pavimentos, en este campo el suelo cemento corresponde a una "familia" de productos con características propias, que actualmente se dividen en Suelos Modificados con Cemento, Bases Tratadas con Cemento y Pavimentos Flexibles Reciclados con Cemento. De acuerdo con el Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones, se define al suelo cemento como un material fabricado con suelos granulares o zahorras 3, cuyo contenido de cemento en peso suele ser del orden del 3 - 7%. A largo plazo, su resistencia a compresión suele ser superior a 4 MPa (Según las especificaciones incluidas en el PG34, a 7 días debe ser mayor de 2.5 MPa), y su módulo de
1 American Concret e Instit ut e. 2 Pórtland Cement Association 3 Se define como zahorra el material granular, de granulometría continua utilizado como capa de pavimento. 4 Pliego de Prescripciones Técnicas Generales Para Carreteras y Puentes, de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento. España.
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elasticidad presenta valores del orden de 6,000 MPa con suelos granulares y superiores a 10,000 MPa si se emplean zahorras. Se usa normalmente como capa de apoyo (Subbase) de otros materiales tratados con cemento, o bien como capa resistente (base inferior) bajo capas bituminosas, se fabrica normalmente en planta central, aunque se puede ejecutar in situ mediante equipos similares a los empleados en la estabilización de explanadas o subrasantes, o en el reciclado de pavimentos con cemento. Existen otras definiciones similares como por ejemplo la de C.A. O`Flaherty (Inglaterra), quien define al suelo cemento como un material endurecido formado por el curado de una intima mezcla de suelo, cemento y agua que se compacta. El Grupo Holandés de Trabajo lo define así: El suelo cemento y también el suelo estabilizado con cemento son una mezcla homogénea de suelo con cemento y agua que se compacta adecuadamente. El suelo tratado endurece por la reacción del cemento y el agua, por lo que mejora sus propiedades ingenieriles, lo cual favorece su uso en la construcción de carreteras.
2.2 SUELO MEJORADO O MODIFICADO CON CEMENTO. Se utiliza como tratamiento de subrasantes o explanadas, y se define como una mezcla de suelo y una cantidad pequeña de cemento, generalmente menor al 2% en peso, que se utiliza con la finalidad de mejorar algunas propiedades ingenieriles de los suelos, como por ejemplo: reducir 5
cambios volumétricos, incrementar ligeramente el CBR, y reducir el índice de plasticidad. El suelo modificado o mejorado con cemento, se utiliza generalmente en el tratamiento de suelos de grano fino, plásticos y a veces con humedades naturales excesivas, que presentan dificultades de compactación, expansividad y baja capacidad de soporte. El agente estabilizador modifica sus características a corto y largo plazo de forma moderada, pasando a ser suelos utilizables, de baja rigidez. Por su limitada resistencia mecánica se recomienda su uso en subrasantes de pavimentos de tráficos ligeros y medios. Para el caso de tráfico pesado y de alto volumen, se sugiere colocar una subrasante de mayor capacidad de soporte sobre el suelo modificado con cemento.
2.3 SUELO ESTABILIZADO CON CEMENTO. Se utilizan también, como tratamiento de subrasantes o explanadas, especialmente en estructuras de pavimentos para tráficos pesados y de volumen alto, se definen como una mezcla de suelo, cemento y agua, cuya cantidad mínima en peso es del 2%. Este tipo de mezclas, logra una resistencia y rigidez apreciable, especialmente si la fracción granular del suelo es considerable, obteniéndose un material insensible al agua, estable y capaz de resistir a largo plazo las deformaciones producidas por el tráfico.
2.4 BASE GRANULAR TRATADA CON CEMENTO. La PCA, lo define como una mezcla de agregados pétreos,
cantidades medidas de cemento Pórtland y agua, que endurece después de compactarse y curarse para formar un material de pavimento durable. Por lo general es utilizado como capa de base en estructuras de pavimentos, siendo necesaria una capa de rodadura bituminosa o de concreto hidráulico. Las propiedades estructurales de las bases granulares tratadas con cemento dependen de los agregados 5, de las condiciones de curado y la edad. Los valores usuales de resistencia a la compresión son de 3 - 6 MPa, Módulo de Ruptura de 0.7 - 1 MPa, y Módulo de Elasticidad de 7000 - 14000 MPa. Es importante mencionar, que las bases granulares tratadas con cemento son conocidas también con los nombres de bases tratadas con cemento o bases de agregados estabilizados con cemento. En Europa, principalmente en España y Francia, se trabaja con un material de similares características y propiedades mecánicas, denominado Gravacemento.
2.5 SUELO CEMENTO PLASTICO. Consiste en una mezcla de suelo fino, cemento y agua suficiente para dar una consistencia fluida. En la actualidad, este material se considera desde el punto de vista de Materiales de Resistencia Controlada Comité ACI 229R. registros en dicho Comité, indican que una de tantas aplicaciones de este material es en la construcción de bases de pavimentos, los requerimientos es este tipo de casos es utilizar una mezcla plástica y no fluida, diseñada de
La PCA sugiere una gran ulometría específica para alcanzar el factor cemento más económico y máxima durabilidad en la mezcla.
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tal forma que se pueda colocar y enrasar fácilmente y que tenga la menor contracción posible, valores sugeridos por ACI de resistencia a compresión simple en capas de base de suelo cemento plástico varían de 28 84 Kg./cm2.
2.6 PAVIMENTOS UNICAPA DE ALTO DESEMPEÑO. Precisamente, siendo el suelo cemento una de las técnicas con más campo de acción y más conocidas en El Salvador, se planteó en el año 2000, la posibilidad de crear una estructura de pavimento formada por una sola capa utilizando el suelo existente en el camino, mezclado con un porcentaje de cemento Pórtland que puede variar entre el 11% y 20% en peso, que compactada al porcentaje de diseño es capaz de soportar las cargas y el desgaste producido por el tráfico, proporcionando a la vez una superficie de rodaje adecuada, denominándose dicha técnica como Pavimentos Unicapa de
pavimento, únicamente limpieza de drenajes, rehabilitando la estructura del pavimento posterior al año 5 de operación, colocando sobre el pavimento unicapa una capa de rodadura de concreto hidráulico o concreto asfáltico. La rehabilitación de este tipo de pavimentos resulta ser muy económica, ya que el espesor de capa de rodadura tiende a resultar considerablemente menor, debido a la alta capacidad de soporte y vida remanente del pavimento al final del periodo de diseño.
Las propiedades estructurales de los pavimentos unicapa, dependen básicamente del tipo de suelo, contenido de cemento, energía de compactación y curado, los valores usuales de resistencia a compresión varían de 5.0 - 13 MPa, Modulo de Ruptura de 1.0-2.3 MPa, Módulo de Elasticidad de 10,000 - 20,000 MPa. En la mayoría de casos de mezclas elaboradas con suelos granulares no plásticos, los agregados trabajan de forma similar a las mezclas de concreto
Alto Desempeño.
Este tipo de pavimento, tiene un campo de aplicación específicamente en la red vial no pavimentada, y constituye una alternativa a las tradicionales intervenciones de colocación de balasto6 que se realizan dos veces por año (antes y después de la época lluviosa), los pavimentos unicapa se diseñan por lo general para un periodo de 5 años, tiempo en el cual no se realizan intervenciones de mantenimiento en la calzada del
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Vista parcial de Ruptura de Material Granular en Cilindro de Unicapa ensayado a compresión.
Cilindro elaborado con suelo fino de alta plasticidad.
Paviment o Unicapa de Alto desempeñ o en Río Chiqu it o - Las Pilas, Chalat enango.
Material granular no plástico de granulometría especifica, que es extraído de banco de material y transportado a la obra.
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hidráulico. Experiencias con suelos finos de mediana a alta plasticidad también han resultado muy exitosas.
2.7 PAVIMENTOS FLEXIBLES RECICLADOS CON CEMENTO. Las razones para optar por la solución de reciclado son varias. Normalmente se trata de pavimentos flexibles agrietados o fisurados debido al volumen de tráfico pesado, final de su vida útil de servicio, o bien por problemas de drenaje y ahuellamientos. Frente a otras soluciones de rehabilitación, el reciclado de estos pavimentos con cemento, permite el aprovechamiento de las capas deterioradas, logrando recuperar la capacidad de soporte y características mecánicas en general, que permitan un nuevo
nivel de servicio. Técnicamente se consigue un pavimento mucho más duradero y con menor susceptibilidad al agua. En el aspecto económico destaca el no tener que aportar agregados y en el aspecto ambiental el aprovechamiento de los materiales existentes en la carretera. En los capítulos siguientes, se aborda específicamente el "suelo cemento" acorde con los ob jetivos y alcances de esta obra.
3. M ATERIALES. 3.1 SUELO. En general, el suelo a ser estabilizado con cemento Pórtland, puede resultar de la combinación de gravas, arenas, limos y arcillas. Básicamente cualquier suelo puede estabilizarse con cemento
a excepción de los suelos orgánicos y con altos contenidos de sales que puedan afectar el desempeño del cemento. Existen diversos criterios en varios países, que limitan y especifican las características que debe tener un suelo para considerarse aceptable en la elaboración de una mezcla de suelo cemento, si se comparan dichos criterios entre si, existen diferencias respecto a ciertos requerimientos, sin embargo, todos coinciden en limitar aspectos relativos con la granulometría del suelo, proceso constructivo y cumplimiento de requerimientos del diseño de mezcla y de la estructura del pavimento. Una comparación de requisitos granulométricos exigidos por algunas entidades se presenta en las siguientes tablas 3.1 y 3.2.
Tabla 3.1 Requisitos granulométricos Comparación con normas internacionales
El Salvador
Colombia INVIAS (2002)
Canada Estados Saskatchewan Unidos Highways and PCA transportation (2003) (1998)
Pasa No 4 50 - 100%
Pasa No. 4< 40%
Pasa No 200 Pasa No 200< 50% 5-35% Tmax 50 mm (2’’)
Tmax 63 mm (2 1/2’’)
Organización de las Naciones Unidas ONU
ACI 230
Pasa No 4 75%
Pasa No 4 < 55%
≈
Pasa No. 200530% Tmax 63 mm (2 1/2’’)
Pasa No 4 Tmax 50 mm (2’’)
≈
25%
Pasa No 200 < 10%
Pasa No 200 5-35% Tmax 50 mm
España
+
+ Los valores dependen del t ipo de Suelo Cement o y Tráfico estip ulado en Cat álogos de Secciones. Los requisitos granu lométricos se en cuent ran en el Pliego de Prescripciones Técnicas para Obras de Carret eras y Puen tes. FOM/ 891/ 04
Tabla 3.2 Requisitos de plasticidad Comparación con normas internacionales El Salvador
Colombia INVIAS (2002)
Canada Saskatchewan Highways and transportation (1998)
Instituto Mexicano del Transporte IMT
Esperiencias en Sudáfrica
LL<40% + IP < 8% +
LL < 35% IP < 15%
IP < 10%
LL 45-50% IP < 25%
IP < 8%
España
LL <30% IP < 15%
+ Se cuent a con experien cia de buenos result ados, en casos donde e l suelo present ó LL < 55% y IP < 25%.
Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto
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Es importante mencionar, que el objetivo de limitar el tipo de suelo y los requerimientos granulométricos es obtener una mezcla económica y de buen comportamiento estructural en términos de la cantidad de cemento. Es de tener presente, que los suelos estabilizados con cemento no deben considerarse como materiales inhertes. La adición de agua y cemento en el suelo, hará que reaccione químicamente, presentándose cambios a través del tiempo y modificando sus propiedades físicas a corto mediano y largo plazo. Dichas reacciones químicas se explican al final de este capítulo. Otras consideraciones que deben tomarse en cuenta para la selección del suelo a utilizar en mezclas de suelo cemento, es el aspecto constructivo y de cumplimiento de los requerimientos estructurales, ya que algunos suelos presentan mayor facilidad de mezclado y compactación que otros, tendiendo a generar excelentes resultados referente a los parámetros de resistencia mecánica a cumplir.
suelo cemento. En los últimos seis años, se han realizado diversas investigaciones en laboratorio y campo, así como ejecución de proyectos utilizando cemento ASTM C91 tipo M, para elaborar mezclas de suelo cemento con casi todos los tipos de suelo, incluyendo suelos muy finos y de alta plasticidad, los resultados han sido sorprendentes en lo referente al control de la contracción y generación de fisuras, así como en el incremento de las propiedades mecánicas del material.
3.2 CEMENTO. Los requerimientos del cemento varían en función de las propiedades deseadas en la mezcla y del tipo de suelo a utilizar, en cambio, el contenido de cemento a emplear depende si el suelo va a ser modificado o estabilizado. El ACI 230.1R sugiere para la mayoría de casos el cemento Tipo I ó Tipo II de ASTM C150, Sin embargo se han utilizado con éxito en diversos países cementos mezclados bajo la norma ASTM C595 o cementos por desempeño tipo HE ó GU según ASTM C1157. Muchos autores son de la opinión, que la tendencia al agrietamiento en general, aumenta con el contenido de cemento y con la utilización de suelos finos y plásticos, disminuyendo la resistencia del con junto, por tanto, sugieren estabilizar dichos suelos con uso de cal.
En principio, cualquier cemento puede utilizarse en la estabilización de suelos siempre y cuando se analice previamente en un diseño de mezcla. Deberá tenerse especial cuidado con suelos ricos en sulfatos, diversos estudios muestran que contenidos de sulfatos mayores de 0.2% inciden en una reducción de la resistencia a compresión. Los cementos Tipo II y V de ASTM C150 han resistido favorablemente al ataque de sulfatos en mezclas de suelo cemento.
En El Salvador se han utilizado cementos bajo la norma ASTM C150, ASTM C595 y ASTM C1157 para elaborar mezclas de
Tabla Tabla3.3 3.3Requerimientos Requerimientostípicos típicospara paravarios variosgrupos gruposde desuelos suelos AASHTO
A-1-a A-1-b A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7
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USCS
GW GP,GM, SW, SP, SM GM, GP, SM, SP GM, GC, SM, SC SP CL, ML ML, MH, CH CL, CH MH, CH
Rango típico de cemento (% en peso)
Contenido típico de Contenido Contenido típico típico de de cemento para cemento cemento para para prueba de humedadpruebas pruebas de de densidad durabilidad durabilidad (% (% en en (% en peso) peso) peso)
3-5
5
3-5-7 3-5-7
5-8
6
4-6-8 4-6-8
5-9
7
5-7-9 5-7-9
7-11 7-12 8-13
9 10 10
7-9-11 7-9-11 8-10-12 8-10-12 8-10-12 8-10-12
9-15 10-16
12 13
10-12-14 10-12-14 11-13-15 11-13-15
Tabla 3.4 Contenido inicial de cemento de acuerdo a la metodología y clasificación del suelo Método PCA
USAGE
5
GW, GP, GM, SW, SP, SM
GW, SW
6
GM, GP, SM, SP
Contenido de Cemento Inicial, % en peso
7 9 10 11 12 13
El Salvador
No se exige un contenido de cemento inicial. La práctica común considera un 2% como contenido inicial para todos los tipos de suelo.
En cuanto al contenido de cemento a considerar para estabilizar un suelo, el ACI 230.1R recomienda en la tabla 3.3 porcentajes de cemento en función del tipo de suelo, los cuales no deben considerarse como diseños de mezcla, sino como una estimación inicial del contenido de cemento en un procedimiento de proporcionamiento y diseño de mezclas. La tabla 3.4 muestra contenidos iniciales de cementos exigidos por varias entidades.
3.3 ADITIVOS Y ADICIONES. Aditivos químicos, escasamente han sido utilizado en mezclas de suelo cemento, existen mas registros de investigaciones en laboratorio que experiencias masivas en campo, varios fabricantes ofrecen aditivos específicamente para suelo cemento, como por ejemplo, agentes para favorecer la liga o adherencia entre capas de suelo cemento, a base de lignosulfato de calcio y ácido
GM, GP, SM, SP
SP CL, ML, MH CH -CL, CH MH, CH
GP, SW-SM, SW-SC, GW-GM, GW-GC GM,SM, GC, SC, SPSM, SP-SM, SP-SC, GPGC, SM-SC, GM-GC -SP, CL, ML, ML-CL, CH MH-OH ---
carboxílico hidroxilatado, o agentes endurecedores y selladores de superficie a base de sales de sodio y silicatos de sodio. Existen otros tipos de aditivos químicos menos utilizados, como aditivos higroscópicos y reductores de agua. En el caso de las adiciones, éstas han sido utilizadas en mayor cantidad que los aditivos químicos, adiciones como por ejemplo, puzolanas y cenizas volantes según ASTM C618. Este tipo de adiciones puede incrementar la resistencia inicial de la mezclas, optimizar la cantidad de cemento y mejorar en algunos casos, la trabajabilidad de las mezclas.
3.4 AGUA. La mayoría de especificaciones y literatura técnica relacionada con los requisitos que debe tener el agua a utilizarse en mezclas de suelo cemento, se limitan a
COLOMBIA INVIAS
No sugiere un contenido de cemento inicial
España
Considera 3% como contenido inicial, para todos los tipos de suelo.
indicar que ésta debe ser potable o relativamente limpia, libre de álcalis, ácidos o materia orgánica. En algunas especificaciones, como en el caso de Colombia y España, sugieren que el agua para elaborar mezclas de suelo cemento, deberá tener un PH entre 5.5 y 8.0 y el contenido de sulfatos no podrá ser superior a 1 gramo por litro. Adicional a los requisitos de calidad del agua, están los requisitos de cantidad del agua, ya que se deberá lograr la máxima densidad en las mezclas e hidratar adecuadamente el cemento. Por lo general el contenido de humedad deberá estar entre 10 a 13% en peso seco de la mezcla.
3.5 ASPECTOS GENERALES SOBRE LAS REACCIONES QUIMICAS DURANTE EL MEZCLADO. Las reacciones del cemento con
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el suelo son de naturaleza físico químico. La reacción química producida está en función de las características de los componentes químicos que existen en la mezcla, de sus concentraciones, tiempo, tipo de suelo, tipo de agua, tipo y cantidad de cemento, aditivos o adiciones utilizadas, y curado de la mezcla. La reacción química entre el cemento y suelos granulares no plásticos, es menos compleja que el caso de mezclas de cemento con suelos finos y plásticos, en este caso, la reacción del cemento con la arcilla no se puede considerar como la reacción de un cementante con un material inerte. La arcilla reacciona y cambia durante el proceso, alterando la estructura interna de los minerales arcillosos. Registros de diversas fuentes, coinciden que durante la construcción el cemento se hidratará completamente hasta después de 43 días en suelos plásticos, y en unos 28 días en suelos granulares no plásticos.
4. PROPIEDADES. 4.1 DENS IDAD La densidad del suelo cemento es usualmente medida en términos del peso volumétrico seco máximo, el cual es utilizado como uno de los parámetros de control de campo. La relación humedad óptima - densidad máxima, puede variar para un mismo tipo de suelo y contenido de cemento si se cambia la energía de compactación, esto significa que un incremento en el peso volumétrico seco máximo provocado por una mayor energía de compactación, que no llegue a fracturar las partículas de suelo, 14
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incrementará notablemente la resistencia a compresión del suelo cemento y mejorará el resto de propiedades estructurales. Tradicionalmente, los diseños de mezclas de suelo cemento se han realizado en función de la energía de compactación según ASTM D558 o AASHTO T134. Sin embargo, en los últimos 10 años, diversos países han adoptado en sus métodos de diseño de mezclas y especificaciones una mayor energía de compactación aplicando la norma AASHTO T180, este cambio ha resultado ser muy congruente y compatible con la energía de compactación generada por los equipos de hoy en día. Así mismo, el costo de las mezclas se ha logrado optimizar, ya que los diseños de mezclas han requerido una menor cantidad de cemento para lograr la resistencia especificada, esto debido al incremento en la energía de compactación. Finalmente, un suelo granular no plástico, con un peso volumétrico seco máximo relativamente alto, será una excelente opción cuando se trate de cumplir parámetros estructurales muy exigentes.
4.2 RESISTENCIA A LA COMPRESION SI M PLE.
La resistencia a compresión simple en mezclas de suelo cemento, es un indicador del grado de reacción del suelo cemento - agua y la relación de endurecimiento respecto al tiempo. Los valores obtenidos dependen de muchos factores, entre ellos están: • El contenido y tipo de cemento • La energía de compactación aplicada. • La eficiencia lograda en el mezclado. • El tipo y cantidad de materia orgánica, sales y materiales deletéreos existentes en el suelo. • Cantidad y calidad del agua. • El tiempo transcurrido después de realizado el mezclado y compactación. • La duración y forma de hacer el curado. • Las medidas consideradas para disminuir el agrietamiento. • Las características y efectividad de los aditivos o adiciones utilizadas. • Tamaño y forma del espécimen de ensayo. De acuerdo con ACI 230.1R, los rangos típicos de resistencia a compresión simple de 7 a 28 días de edad (saturados previamente al ensayo) varían de acuerdo a lo mostrado en la tabla 4.1
Tabla 4.1 Rangos Típicos de Resistencia a Compresión Simple Tipo de Suelo, USCS
F’ c a 7 días (psi)
F’ c a 28 días (psi)
GW, GC, GP, GM, SW, SC, SP, SM.
300-600
400-1000
ML, CL
250-500
300-900
MH, CH
200-400
250-600
Tabla 4.1 fuente: ACI 2301R.
En el caso de estructuras de pavimentos, existen valores de resistencia a compresión simple sugeridos de acuerdo al tipo de pavimento y tipo de capa a construir en la estructura, tal como se muestra en la siguiente tabla 4.2
Es importante mencionar, que la resistencia a compresión simple aumenta con el tiempo, todos los experimentos y mediciones realizadas demuestran que existe un apreciable aumento de resistencia con el tiempo. La resistencia a compresión simple, aumenta considerablemente en
los primeros 90 días, de una a tres veces más que a los 7 días, según el tipo de suelo, tipo y contenido de cemento. Edades posteriores a 28 días han demostrado un crecimiento mucho más lento. Uno de los trabajo de investigación desarrollados en El Salvador en una carretera de
Tabla 4.2 Resistencia mínima a compresión simple para suelos estabilizados con cemento, cal y cal-cemento y cenizas volantes Capa de suelo estabilizado
Resistencia mínima de compresión, psi* Pavimento flexible Ejército y Fuerza Aérea (EUA)
Marina (EUA)
Base
750
Subbase
250
750 300 (cemento) 150 (cal)
Pavimento rígido, todas las agencias
500 200
* Resistencia a compresión determinada a 7 días para estabilización con cemento y a 28 días para cal y cal-cemento y cenizas volantes Fuente: Minimum uncofined compressive Strenghs for cement, lime, and combined lime-cement-fly ash stabilized soils.
Requerimientos mínimos para la evaluación de la resistencia a la compresión simple exigidas en varios países7. (Curado húmedo) Tipo de suelo Todos los casos
Tipo de suelo Suelos arenosos y gravas Suelos limosos Suelos arcillosos
EL SALVADOR
Resistencia mínima de compresión simple, psi 7 días 28 días 284
400-1000
PCA (EUA) Resistencia mínima de compresión simple, psi 7 días 28 días 300-600 400-1000 250-500 300-900 200-400 250-600
INVIAS (COLOM BIA) Bases estabilizadas: Resistencia a 7 días = 21 kg/ cm2 (300 psi) Tipo de suelo Todos los casos 7
ESPAÑA Resistencia mínima de compresión simple, psi 7 días 213
28 días ---
Los valores de resisten cia, son obtenidos según procedimient o de elaboración de especimenes, energía de compactación aplicada, forma y ta maño del espécimen estipulado en normas de cada país.
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mas de 50 años de estar en servicio, demostró la evolución de prácticamente todos los parámetros de resistencia mecánica que pueden evaluarse en mezclas de suelo cemento. Para el caso de los valores de resistencia a compresión simple, el promedio obtenidos en dicho estudio, se presenta en un grafico comparativo con otros proyectos desarrollados y evaluados a largo plazo en los Estados Unidos de América.
50 AÑOS I S P , e l p m i S n ó i s e r p m o C
4.3 RESISTENCIA A FLEXION. El comportamiento del suelo cemento respecto a su resistencia a la flexión, se ha conocido directa e indirectamente a través de diversos ensayos, como por ejemplo elaboración y ensayo de vigas según ASTM D1635 y ensayos de tensión indirecta. En general se distinguen dos grupos o conjuntos de valores, los correspondientes a los suelos finos, y los obtenidos a través de mezclas con suelos granulares. Se ha observado que la resistencia a la flexión varía directamente con la resistencia a la compresión simple y con el peso volumétrico seco máximo de la mezcla, ACI 230.1R sugiere la siguiente ecuación como una "buena aproximación" entre la resistencia a compresión y la resistencia a la flexión: R = 0.51 (F´c) 0.88
Donde. R = Resistencia a la Flexión en psi F`c = Resistencia a la compresión simple en psi. Diversos autores coinciden que la resistencia a la flexión, puede variar de 1/3 a 1/5 de la re8
Neth erlands Sticht ing Studie C. Holanda
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COMPRESIÓN SIMPLE, PSI
sistencia a compresión del suelo cemento, esto proporciona una idea de la rigidez y la conveniente capacidad de distribución de cargas, que pueden generarse en estructuras de pavimentos utilizando este tipo de mezclas. En lo referente a la evolución de la resistencia a la flexión con la edad, se puede afirmar, que su crecimiento es mínimo. De acuerdo con Rieuwerts De Vries 8 el módulo de ruptura a los 28 días es de 1.1 a 2 veces más al que se obtiene a 7 días, y a los 90 días es de 1.5 a 2.7 veces más al de los 7 días. un rango típico de valores de modulo de ruptura a 28 días es de 6 a 17 Kg./cm2.
4.4 PERMEABILIDAD. En general, la permeabilidad de la mayoría de suelos, es reducida con la adición de cemento Pórtland. La permeabilidad, dependerá principalmente del tipo de suelo, contenido de cemento y de una compactación adecuada. Cuando se diseñan mezclas de suelo cemento con fines de impermeabilización, como el caso de estanques u otro tipo de obra
rústica para almacenamiento permanente o temporal de agua, es muy importante evitar en lo posible contracciones que generen fisuras generalizadas en la superficie del suelo cemento, para ello, se deberá seleccionar adecuadamente el tipo y contenido de cemento, con fines precisamente de lograr una menor contracción y mayor impermeabilidad, más que la obtención de un parámetro de resistencia mecánica. Las mezclas de suelo cemento elaboradas con suelos finos, son las que presentan y mantienen con el tiempo una menor permeabilidad, valores típicos de coeficiente de permeabilidad K, en mezclas de suelo cemento elaboradas con suelos areno limosos, varían de 0.4 a 3 x 10-6 cm/sec, el porcentaje de cemento en estos casos corresponde a valores inferiores al 5% en peso.
4.5 CONTRACCION. La contracción en las mezclas de suelo cemento es el resultado de la pérdida de agua por secado y
de las reacciones ocurridas durante la hidratación del cemento. Los factores que influyen en el nivel de severidad y grado de agrietamiento son numerosos y complejos, entre ellos están: el tipo y cantidad de cemento utilizado, el contenido de agua aplicado en el campo, las propiedades de los agregados, los procedimientos de curado realizados, condiciones de clima, tiempo de colocación y grado de restricción en la interfase capa subyacente - base se suelo cemento. Las causas y soluciones al agrietamiento por contracción en mezclas de suelo cemento, han sido estudiadas por mas de 50 años, las referencias que han ayudado mucho a comprender este fenómeno, son los estudios desarrollados por George K.P. 9 en 1972, Williams10 R.I.T. en 1986, y Estudios mas recientes desarrollados en Australia por Caltabiano11, M.A. and Rawlings R.E. quienes proponen un limite en la contracción lineal, un máximo de partículas que pasan la malla Nº 200 y el uso de cementos mezclados. En la actualidad países como Francia, España y EUA han desarrollado y puesto en práctica sistemas para minimizar el agrietamiento por contracción. Dichos sistemas se fundamentan en la implementación de técnicas constructivas innovadoras, como la prefisuración y creación de juntas en fresco y procedimientos de compactación posterior y microagrietamiento. En El Salvador se ha logrado minimizar el fisuramiento contro-
lando satisfactoriamente la contracción sin la realización de juntas, esto se ha logrado a través de mejoras a los requerimientos de diseño de mezclas, y especialmente en el tipo de cemento a utilizar y energía de compactación aplicada. En la sección 7.5 de éste trabajo se profundiza en el análisis de este tipo de técnicas.
4.6 MODULO DE ELASTICIDAD. En el diseño estructural de pavimentos, es muy importante que cada una de las capas que forman la estructura, tengan la capacidad de distribuir las cargas impuestas por el tráfico vehicular generando la menor deformación posible, lo cual se logra teniendo altos módulos de elasticidad en una o dos capas de la estructura del pavimento. El tratamiento de suelos con cemento eleva considerablemente los módulos de elasticidad, generando una rigidez tal, que puede ser aprovechada en beneficio de una conveniente distribución de carga y buen desempeño de la estructura del pavimento durante la vida de diseño. Los parámetros de módulos de elasticidad estáticos, dinámicos y relaciones de Poisson son muy variables y dependen principalmente del tipo de suelo y contenido de cemento en la mezcla. En general estos valores de módulos, son bajos comparados con valores de concreto y muy altos, si son comparados con el suelo natural compactado. Valores típicos a 28 días de módulo de elasticidad estáticos en mezclas de suelo cemento
elaboradas con suelos granulares varían de 40,000 Kg./cm2 a 71,000 Kg./cm2. La PCA y AASHTO sugieren valores entre 35,000 Kg./cm2 y 148,000 Kg./cm2 a 28 días para la mayoría de mezclas. Diversos proyectos de investigación se han realizado en El Salvador referentes a la determinación de módulos de elasticidad estáticos y dinámicos en mezclas de suelo cemento. En general, las mezclas elaboradas con el 4 al 5% de cemento en peso en suelos granulares no plásticos, presentan valores de módulos de elasticidad estáticos entre 38,000 y 60,000 kg/cm2 a 28 días. En el caso de suelos finos y plásticos han presentado valores límite de 34,000 kg/cm2. La realización periódica de ensayos de módulos de elasticidad dinámicos o estáticos, no es una práctica común en los trabajos de diseño y construcción de capas de suelo cemento. En la mayoría de países, por lo general, se han realizado este tipo de ensayos desde el punto de vista investigativo, sin embargo, es muy importante que en cada país se tengan registros locales de este parámetro, con la finalidad de no estimar u obtener por correlaciones dichos valores, siendo esta una práctica común cuando se realizan cálculos de diseño estructural de pavimentos. Esta práctica genera la posibilidad que el valor seleccionado no sea representativo para el suelo, tipo y contenido de cemento a utilizar en el proyecto.
9 Mechanisms of Shrinkage Cracking in Soil Cement Bases. Highway Research Record. 10 Cement Treated Bases, Elsevier Publishers Ltd, 1986. 11 Treatment of Reflection cracks in Queens Land. 1992
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Frecuencia Resonante para la determinación de módulos de elasticidad en muestras inalteradas de SC.
4.7 RESISTENCIA AL DESGASTE.
4.8 OTRAS PROPIEDADES DE INTERES.
Esta propiedad no es evaluada en el suelo cemento cuando se utiliza en estructuras de pavimentos, ya que tal como lo ha demostrado la experiencia y diversas investigaciones, el suelo cemento es excelente para soportar esfuerzos perpendiculares a la superficie, pero muy deficiente para soportar fuerzas abrasivas del tránsito circulando directamente sobre él. Por tal razón, en este tipo de aplicaciones, se recurre a proteger las capas de suelo cemento colocando sobre ella una capa de rodadura de concreto hidráulico, concreto asfáltico, o tratamientos superficiales asfálticos.
En los suelos a utilizar para la construcción de estructuras de pavimentos, existen otras propiedades o parámetros de interés que son mejoradas o incrementadas considerablemente con la adición de cemento, como por ejemplo: el coeficiente de capa o de aporte estructural "a" utilizado en el diseño estructural de pavimentos, el cual según ACI 230.1R, puede alcanzar valores entre 0.18 y 0.23 para mezclas con resistencia a compresión simple entre 24.6 kg./cm2 y 45.77 kg/cm2 respectivamente. Así mismo, existen otros puntos de vista para la determinación del coeficiente de aporte "a", Según Hodges12 J.W., Rold J. and Jones T.E. dicho coeficiente puede determinarse en bases estabilizadas con cemento, en función de la resistencia a compresión simple utilizando la siguiente ecuación:
Se ha observado una mejora en la resistencia al desgaste, cuando se incrementa el contenido de cemento y se utilizan suelos granulares no plásticos. El suelo cemento presenta una mayor resistencia al desgaste provocado por la acción erosiva de las lluvias, que por la acción erosiva del tráfico vehicular. Los pavimentos unicapa de alto desempeño explicados en 2.6, solucionan el problema de la pobre resistencia al desgaste existente en el suelo cemento. 12 TRRL Laborator y, Report 673, U.K. 1975.
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a2 = (750 + 386r 8.83r2) 10 -4 r = resistencia a compresión simple en Mpa Otros parámetros de interés que son mejorados considerablemente con la adición de cemento en los suelos a estabilizar son:
Determinación de módulos de elasticidad estát icos.
Pulso ultrasónico para la determinación de módulos dinámicos.
• • • • •
Resistencia a la fatiga Modulo de reacción K CBR Resistencia al congelamiento. Disminución de las propiedades índice (Límites de Atterberg)
La magnitud en el incremento de las propiedades mencionadas, depende del tipo de suelo, contenido de cemento y energía de compactación aplicada. Continuará en nuestra próxima edición con los capítulos: 5. 6. 7. 8.
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l personal adecuadamente capacitado es fundamental para prevenir y dar solución oportuna a los problemas y fallas que incrementan sus costos de construcción. Los cursos teóricos-prácticos del ISCYC le enseñan a obtener el mejor provecho y excelentes resultados utilizando concreto de alta calidad, cumpliendo con las especificaciones, procedimientos y técnicas modernas de construcción.
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Firma del Convenio de Cooperación Interinstitucional entre la Universidad Católica de Occidente y el Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto.
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a Universidad Católica de Occidente y El Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto, atendiendo a un interés mutuo de estimular una colaboración efectiva basada en la asistencia en los campos científicos, culturales y de investigación, en beneficio de la comunidad salvadoreña, firmaron el 26 de octubre, un Convenio, Marco de Cooperación, que permitirá el intercambio de conocimientos dentro de las disposiciones entre ambas Instituciones, como también la realización de proyectos de investigación, creación y organización de actividades de índole técnico-docente, así como de simposios, cursos o coloquios a nivel nacional e internacional.
Segundo Encuentro Latinoamericano de Estructuras Prefabricadas y 1er. Congreso Internacional
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on el objetivo de reunir a todos aquellos interesados en conocer los usos, ventajas, innovaciones, adelantos e investigaciones desarrollados, en diferentes países, la Asociación Nacional de Industriales del Presfuerzo y la Prefabricación, A.C. de México desarrolló del 11 al 13 de Octubre en la Ciudad de Veracruz, México el Segundo Encuentro Latinoamericano de Estructuras Prefabricadas y 1er Congreso Internacional. Dicho evento fue dirigido a fabricantes de elementos presforzados y prefabricados, profesionales involucrados, diseñadores, calculistas, proveedores de la industria, docentes, estudiantes y constructores. Asistieron al evento la Arquitecta Karla Benítez de Escamilla y el Ingeniero Carlos Quintanilla, ambos colaboradores Técnicos del ISCYC. 20
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De izq. a de rech a: Monseñor, Licen ciado, Fray Romeo Tovar Astorga, (Rector de la UNICO), Ing. José Alejandro Bellegarrigue Suárez (Director presidente del ISCYC), durante la Firma del Convenio de Cooperación Interinstitucional.
Sexto Congreso Nacional y Primer Congreso Centroamericano de Vías Terrestres
S
e han iniciado las sesiones preparatorias para la organización del “Sexto Congreso Nacional y Primer Congreso Centroamericano de Vías Terrestres”, el cual se efectuará en noviembre de 2007 en el Auditórium de FEPADE. Para dicho evento, se están girando invitaciones para asegurar la participación de reconocidos profesionales nacionales e internacionales, que presentarán interesantes conferencias sobre la temática que se desarrollará en el congreso. Por este medio, lo estamos invitando para que reserve en su agenda la segunda semana de noviembre, a fin de estar presente en este evento que será el más importante del año para la Ingeniería Vial de nuestro país. Por igual extendemos esta invitación a empresas que deseen tener una participación dentro del evento con la exhibición de productos relacionados o como patrocinadores en diferentes categorías. Contáctenos a los teléfonos 2505-0162, 2505-0163 para hacer reservaciones.
Curso sobre Técnicas de Reparación de Obras de Concreto Reforzado on la finalidad de que los participantes C pudieran conocer y analizar los deterioros que ocurren en las obras construidas utilizando
concreto reforzado, los mecanismos de desintegración, técnicas de evaluación y diagnóstico, así como también profundizar en los conocimientos de las técnicas y materiales utilizados en las reparaciones, el Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto -ISCYC- organizó un “Curso Teórico Práctico sobre las Técnicas de Reparación de Obras de Concreto Reforzado” el cual fue impartido con diez horas de duración durante los días 24 y 25 de noviembre por el Ingeniero Víctor Rodríguez, quien es Ingeniero Civil titulado de la Universidad Nacional Autónoma de México, con Maestrías en la Administración de la Ingeniería de Construcción de la American University y la George Washington University. El curso incluyó la siguiente temática: = • • • • • = • • = • • = =
Comportamiento del Concreto. Corrosión de metales ahogados Mecanismos de desintegración Efectos de la humedad Efectos de Cargas Mano de obra defectuosa Técnicas de Evaluación del Concreto Introducción Métodos de prueba para la evaluación del concreto Estrategias y Diseño para Reparar Superficies. Materiales de Reparación Técnicas para Reparar superficies Técnicas de Reforzamiento Estrategias y Técnicas de Protección e Impermeabilización
Curso de Capacitación “Técnicas de Reparación de Obras de Concreto Reforzado”, estuvo a cargo del Ing. Víctor Rodríguez de México.
• Estrategias • Métodos Las demostraciones prácticas se efectuaron en el Laboratorio del Centro de Investigaciones del ISCYC utilizando modelos a escala, representando los daños más comunes que ocurren en las obras construidas utilizando Concreto Reforzado. El curso contó con una asistencia de 72 Profesionales y fue dirigido a Ingenieros, Arquitectos, Técnicos en Obras Civiles, Supevisores, Constructores y Estudiantes.
De izq. a Der.: Arq. Julia Selma Ramírez (OPAMSS), Ing. Manuel A. Pérez Merin o (Consulta, S.A. de C.V.) Ing. Art uro Reyes Mejía (Consu lta, S.A. de C.V.), In g. J osé Roberto Rende ros Mart ínez (Concretera Mixto Listo). Modelos a Escala, represen tando los daños comunes que ocurren en las obras construidas ut ilizando concreto reforzado y su forma de reparación.
De izq. a Der. Personal Técnico de OPAMSS, In g. J osé Ernesto Molin a, Ing. Yanira Muñoz, Ing. Salomón Hernán dez Linares.
Ing. Víctor Rodríguez, explicando los procedimientos prácticos y estrat égicos para reparar superficies dañadas en obras de concreto reforzado.
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Clausura del Diplomado en Tecnología del Concreto
E
l sábado 16 de diciembre se efectuó el Acto de Clausura del “Diplomado en Tecnología del Concreto”, que personal técnico del ISCYC impartió bajo el patrocinio de Cemento de El Salvador, durante todo el año 2006 al personal técnico del FISDL con una duración de 200 horas efectivas de instrucción, incluyendo laboratorios prácticos en el Centro de Investigaciones del ISCYC. Al Diplomado asistieron 35 profesionales que se sometieron a 7 exámenes teóricos para obtener el Certificado ISCYC de aprobación del Diplomado. Se espera que los conocimientos adquiridos por los técnicos del FISDL sean aplicados en los diversos proyectos de construcción, traduciéndose en un óptimo uso del cemento y del concreto, lo cual es uno de los principales objetivos del ISCYC.
Persona l Técnico del FISDL, ISCYC y CESSA en la clausura del “Diplomado en Tecnología del Concreto”.
Ing. Roberto López Meyer, Coordinador de l Comit é de Capacitación y Difusión del ISCYC, felicita al personal Técnico del FISDL, por haber cursado el Diplomado en Tecnología del Concreto.
Curso para técnicos de pruebas de concreto en la obra Nivel I
C
on el objetivo de que los participantes conozcan y practiquen los métodos actualizados sobre los procedimientos de ensayo aplicados en el laboratorio de campo en la obra, el ISCYC organizó un curso para “Técnicos en Pruebas de Concreto en la Obra Nivel I”, el cual cubrió los siguientes ensayos: • C172-99: Muestreo de mezclas de concreto fresco
De izquierda a derech a de la empresa Mixto Listo: Lic. Margoth Anner, Ing. José Roberto Ponce, Ing. Edgar Enrique Alfaro.
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• C 1061-01: Temperatura en mezclas de concreto fresco • C143-00: Revenimiento del concreto hidráulico. • C231-97: Contenido de aire en una mezcla de concreto fresco, método de presión. • C 31-03: Elaboración y curado de especímenes hechos en campo. • C 138-01: Densidad, volumen y contenido en una mezcla de concreto. • C 173-01: Contenido de aire en una mezcla de concreto por el método volumétrico. El curso fue impartido por el Ing. Ricardo Burgos Oviedo, jefe del Laboratorio del Centro de Investigaciones del ISCYC, durante los días 30 de noviembre, 1 y 2 de diciembre de 2006. A los participantes que aprobaron los exámenes teórico-prácticos se les extendió la Certificación ISCYC.
De izquierd a a derecha: Ing. Víctor Manue l Izaguirre (Cast aneda Ing. S.A. de C.V.), Ing. Luis Antonio Colocho (Castaneda Ing. S.A. de C.V.), Ing. Carlos Roberto Hern ánde z (Mixto Listo, S.A. de C.V.)
Demostración práctica en el Centro de Investigacione s del ISCYC a cargo del Técnico Julio Hernández
Proyectos Exitosos...
I
niciamos en nuestra presente edición la publicación de un resumen de los principales Proyectos Exitosos efectuados en El Salvador en lo referente a pavimentos de Concreto Hidráulico tanto en vías urbanas como interurbanas y rurales. Pavimentos de Concreto Hidráulico En 1999 los pavimentos de concreto representaban el 1% del total de la red vial pavimentada, en la actualidad han alcanzado el 12% aproximadamente de la red administrada por el Ministerio de Obras Públicas MOP. Porcentaje que se verá sustancialmente incrementado con la finalización del Boulevard Diego de Holguín actualmente en construcción y el inicio de los proyectos carreteros La Cuchilla - Sitio del Niño, San Martín - Desvío de Ilopango, San Salvador - Planes de Renderos y Zacatecoluca - Puente San Marcos, que se iniciarán en el año 2007.
Vías Interurbanas Este rubro representa los proyectos de mayor demanda de concreto; la mayoría de estos proyectos posee 3 o 2 carriles por sentido, ancho mínimo de carril de 3.65 m, espesor promedio de 22 cm de concreto simple, con dovelas en las juntas transversales, hombro interno y externo de concreto hidráulico y sub base de suelo cemento en proyectos nuevos. Total aprox. de concreto colocado: 500,000 m3.
El presente informe, considera únicamente datos generales de pavimentos de concreto hidráulico de los principales proyectos de la red vial del MOP, se excluyen más de 400 Km. de caminos rurales construidos con base de suelo cemento, proyectos de la red vial municipal, y proyectos privados como estacionamientos, patios de carga y calles residenciales. Autopista - Comalapa - Aeropuerto.
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Autopista San SalvadorComalapa-Aeropuerto
Características Generales
• •
Datos Geométricos y Estruc- turales
• • • • • • • • • •
Ubicación: Depto. San Salvador y La Paz Velocidad de Proyecto: 90 Km./h Longitud: 84 Km. Pista Espesor de rodadura promedio: 22 cm. (Whitetopping). Mr: 45 Kg./cm2 Tipo y espesor de base: Pavimento Asfáltico Existente Confinamiento lateral: hombro de Concreto Hidráulico. Dispositivos de transferencia: Dovelas en Juntas Transversales Clima: Temperatura Ambiente Promedio = 29°C Humedad Relativa=80% promedio Precipitación = 2000 mm./año promedio.
• • • • •
San Salvador - Comalapa Aeropuerto
Vista aérea en la fase constructiva.
San Martín-San Rafael Cedros Datos Geométricos y Estructurales
• • • • • • • • •
Ubicación: Depto. San Salvador y Cuscatlán Velocidad de Proyecto: 90 Km./h Longitud: 43 Km. Pista Espesor de rodadura: 7.5 cm. Concreto Tipo y espesor de base: 25 cm. Concreto Compactado con Rodillo, Mr = 45 Kg./cm2 Confinamiento lateral: Sin confinamiento, hombro flexible. Clima: Temperatura Ambiente Promedio: 26°C Humedad Relativa=85% promedio Precipitación = 1900 mm./año promedio.
Características Generales
• • • • • • •
TPDA máximo Año 2003: 12,684 Tasa de Crecimiento Vehicular promedio: 4% Fecha de inicio de construcción: 24 -octubre- 2001 Fecha de finalización: Abril - 2004 Constructora: Solel Boneh International Financiamiento: Japan Bank for International Corporation (JBIC) B enef ic iari os : 500,000 habitantes.
San Martín - San Rafael Cedros 24
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TPDA máximo Año 2003: 42,079 Tasa de Crecimiento Vehicular: 4.3% Fecha de inicio de construcción: 12 septiembre 2001 Fecha de finalización: 11 noviembre 2002 Constructora: Pavimentos de Concreto S.A. de C.V. Financiamiento: BCIE Beneficiarios: más de 1,000,000 de habitantes.
Interconexión Nejapa - Apopa - Troncal del Norte - Boulevard Constitución Datos Geométricos y Estructurales
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Ubicación: Depto. San Salvador Velocidad de Proyecto: 90 Km./h Longitud: 30 Km. Pista Espesor de2 rodadura: 23 cm. Módulo de Ruptura= 45 Kg./cm Tipo y espesor de base: Suelo cemento, 20 cm. Confinamiento lateral: hombros de concreto hidráulico. Dispositivos de transferencia: dovelas en juntas transversales Clima: Temperatura Ambiente Promedio: 27°C Humedad Relativa=70% promedio Precipitación = 1900 mm./año promedio.
Inteconexión Nejapa - APOPA - Troncal del Norte -Boulevard Constitución.
La Chuchilla - Km. 35, Carretera a Santa Ana Datos Geométricos y Estructurales
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Ubicación: Depto. San Salvador y Santa Ana Velocidad de Proyecto: 90 Km./h Longitud: 14 Km. Pista Espesor de rodadura: 13 cm. Capa no aherida de concreto Tipo y espesor de base: Concreto hidráulico existente de 22 cm. de espesor Confinamiento lateral: hombro de concreto hidráulico. Dispositivos de transferencia: dovelas en juntas transversales Clima: Temperatura Ambiente Promedio: 27°C Humedad Relativa=80% promedio Precipitación = 2000 mm./año promedio.
Características Generales
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TPDA máximo Año 2003: 21,309 Tasa de Crecimiento Vehicular promedio: 4%
Características Generales
TPDA máximo Año 2003: 6,566 Tasa de Crecimiento Vehicular promedio: 3.53% Fecha de inicio de construción: 03 enero- 2002 Fecha de finalización: 26=junio 2003 Constructora: CONASA y M & S. Financiamiento: FEIP-FANTEL Beneficiarios: 777,000 habitantes.
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Fecha de inicio de construción: septiembre de 2003 Fecha de finalización: Marzo de 2004 Constructora: M & S Financiamiento: Fovial Beneficiarios: 700,000 habitantes.
BY PASS La Unión Datos Geométricos y Es- tructurales
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Vist a aérea del Redondel en la Interconexión Nejapa - APOPA- Troncal del Norte- Boulevard Constitución
LA CUCHILLA - Km 35, Carret era a Sant a Ana.
Ubicación: Depto. de La Unión Longitud: 12 Kms. Espesor de rodadura: 23 cms. Confinamiento lateral: hombros de concreto hidráulico. Dispositivo de transferencia: dovelas Clima: Temperatura Ambiente Promedio: 33°C Humedad Relativa=35% promedio Precipitación = 1,800 mm./año promedio.
Vista aérea del By PASS en el Departamento de La Unión.
Características Generales
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TPDA máximo Año 2006: 8,000 Tasa de Crecimiento Vehicular promedio: 5.0% Fecha de inicio de construcción: 6-enero2003 Fechas de finalización: Mayo de 2004 Constructora: Asocio temporal ConasaPadegua Financiamiento: BCIE Beneficiarios: 82,273 habitantes.
Instituto Salvadoreño del Cemento y del Concreto
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Comentarios ¿EN QUÉ CONSISTE EL PROCESO DE HIDRATACIÓN DEL CONCRETO? El proceso de endurecimiento del concreto es continuo y se le conoce como proceso de hidratación, el cual termina hasta que pierde toda la humedad y adquiere su máxima resistencia. El cemento Portland al mezclarse con el agua desarrolla un proceso químico, formando una pasta que cubre el acero de refuerzo, los agregados y otros materiales. La cantidad de agua agregada por cada kilogramo de cemento es conocida como relación agua-cemento a/c y de ella depende en gran parte la capacidad de carga que adquiera al endurecerse el concreto.
¿QUÉ ES EL CURADO DEL CONCRETO? El proceso de hidratación genera cierto calor, el cual es conocido como calor de hidratación. Durante todo el tiempo que dure dicho proceso, el concreto deberá man-
Curado del Concreto
tenerse suficientemente húmedo para que todo el contenido de cemento se hidrate y forme una pasta que cubra todos los agregados y espacios entre ellos. A este proceso de mantener húmedo el concreto se le conoce como curado.
¿QUÉ FACTORES DEBEMOS CONSIDERAR PARA OBTENER CONCRETOS MÁS RESISTENTES? El concreto endurece y se hace más resistente con el tiempo, lo cual depende principalmente de los siguientes factores: - Temperatura: en climas cálidos el concreto se endurece más rápido pero su resistencia final es menor si no se controla la temperatura.
La t rabajabilidad del Concreto e s necesaria para el uso de pavimentadoras de molde de deslizante.
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- Relación agua cemento. Una baja relación a/c produce concretos con mayor capacidad de carga, que aquellos que tenga una relación a/c mayor. - Agentes aceleradores - retardadores: Los agentes aceleradores hacen que el concreto fragüe, se endurezca y gane más resistencia rápidamente, por el contrario los agentes retardadores como su nombre lo indica retardan el inicio del fraguado del concreto.
¿CÓMO INFLUYE LA RELACIÓN AGUA-CEMENTO EN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO? El concreto está constituido por la unión de agregados, cemento, agua y agentes. Los agregados son los materiales inertes del concreto, siendo los más utilizados arena y grava. Los agregados menores a 1/4 de pulgada se conocen como agregados finos y los mayores a dicha dimensión son los agregados gruesos. Los agregados constituyen del 60% al 70% del total de la mezcla, siendo el resto ocupado por la pasta de cemento, la cual está supuesta a cubrir completamente todos los agregados y los espacios entre ellos, dependiendo su calidad y trabajabilidad de la cantidad de agua en la pasta por kilogramo de cemento. La mayoría de concretos tienen una relación agua-cemento entre 0.4 y 0.7 o sea 4.5 galones a
Utiles 8.0 galones de agua por bolsa de cemento de 42.5 kg. (para concretos de resistencia normal. Usualmente se dosifican 6 galones de agua por bolsa de cemento). Los concretos con relación a/c de 0.4 ó menor son de mayor resistencia que los fabricados con relación a/c de 0.7.
¿EN QUÉ CONSISTE EL SANGRAMIENTO DEL CONCRETO Y CÓMO SE PRODUCE? Después de algún tiempo de mezclado, el concreto comienza a endurecerse y algunas partículas de agregados y granos de cemento que están suspendidos en el agua tienden a sedimentase y a medida que lo hacen, el agua comienza a ser desplazada y aparece en la superficie, dando lugar a lo que se conoce como agua de sangramiento o simplemente sangramiento. La cantidad de agua de sangramiento que aparece en la superficie del concreto fresco depende principalmente de los siguientes factores: - Las mezclas con más cantidad de agua producen mayor sangramiento. - Los concretos con muy pocos finos tienen mayor sangramiento. - Los concretos con aire incluido sangran menos. - Las mezclas con bajo contenido de cemento (mezclas pobres) sangran más. - En paredes coladas en el sitio el
sangramiento puede reducirse utilizando concretos con menor revenimiento y mayor rigidez.
¿CÓMO INFLUYE LA TEMPERATURA EN EL ENDURECIMIENTO Y RESISTENCIA DEL CONCRETO? El endurecimiento o fraguado del concreto se acelera en temperaturas cálidas, afectando la cantidad de agua necesaria para producir mezclas trabajables, lo cual significa, que si la misma cantidad de cemento es utilizada por m3 de concreto la relación a/c será más alta para el concreto en clima caliente que para clima frío con el mismo revenimiento. Los agentes acelerantes apresuran el endurecimiento o fraguado y reducirán el tiempo para que obtenga su capacidad de máxima carga de trabajo.
siendo el más importante la cantidad de agua en la mezcla. Sugiriéndose las siguientes reglas para mantener las contracciones al mínimo. - Las mezclas más duras o rígidas (con menos revenimiento) pero que puedan ser manejadas o consolidadas apropiadamente ocasionan menos contracciones. - Utilizar el mayor tamaño de agregado que sea práctico. Un concreto con agregados de tamaño máximo de 3/8 de pulgada requiere de casi 6 galones más por metro cúbico, para alcanzar el mismo revenimiento, que uno con agregados de 1 pulgada. - Hacer uso de agentes reductores de agua y de control de fraguado ASTM 494. - Curar el concreto el mayor tiempo posible.
¿QUÉ ES EL EFECTO DE CONTRACCIÓN DEL CONCRETO? A medida que el concreto se va secando, también se contrae o acorta en todas direcciones, en una longitud que puede estimarse de 3 mm cada 6 metros, dependiendo de diversos factores y ocurriendo en mayor grado en las superficies expuestas que secan más rápido y aumentando la contracción a medida que el concreto se enfría. Las grietas por contracción ocurren debido a varios factores
Prueba de Revenimiento.
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¿Por qué Calibrar el Equipo de Laboratorio? POR
TÉCNICO JULIO H ERNÁNDEZ LABORATORIO DEL C ENTRO DE INVESTIGACIONES DEL ISCYC
INTRODUCCION ¿Por qué calibrar? Supongamos que su manómetro esta leyendo un Pascal (Pa) ( o un bar o un psi), o bien, su balanza esta indicando un gramo ( o un kg o una lb). Pregúntese ¿Cómo sabe usted que la presión es realmente un pascal o que la masa es realmente un gramo?, ¿Es necesario darle importancia a esto y entonces atenderlo?. La única forma para saber si su lectura es correcta, es si el instrumento está calibrado con un patrón de referencia reconocido y que éste patrón sea trazable a los patrones nacionales e internacionales.
¿Qué es Calibración y Trazabilidad? Calibración es: Conjunto de operaciones que establecen bajo condiciones específicas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento o sistema de medición, o los valores representados por una medida materializada y los valores correspondientes de la magnitud, realizados por los patrones. Trazabilidad es: Propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón, tal que ésta pueda ser relacionada a referencias determinadas, generalmente patrones nacionales e internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida
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Patrones de calibración Laboratorio del ISCYC
de comparaciones teniendo todas las incertidumbres determinadas. Frecuentemente este concepto se expresa por el adjetivo trazable. El propósito de que los resultados de medición tengan trazabilidad, es asegurar que la confiabilidad de los mismos, la cual es expresada cuantitativamente por la incertidumbre asociada a ellos, se conozca en términos de la también confiabilidad que poseen los patrones nacionales o internacionales de medición referidos como el origen de la trazabilidad.
a las condiciones ambientales, como son la temperatura, la presión barométrica y la humedad, sino también fenómenos tales como las fluctuaciones breves de los instrumentos de medición, datos de referencia de los cuales puede depender el resultado de una medición El costo de no atender lo anteriormente dicho puede llegar a ser desastroso. La calibración y la trazabilidad son cruciales para su empresa, principalmente en las actividades de producción, control de calidad, desarrollo e investigación. Analicemos algunas razones del por qué?: •
Repetibilidad del proceso: La calibración de los instrumentos se puede ver afectada por muchas causas, incluyendo inicialización inadecuada por configuración o instalación inapropiada, contaminación, daños físicos, reparaciones, deriva en el tiempo (alteraciones desde la última calibración) etc. Algunas veces este cambio en la calibración provoca cambios en la calidad del producto o servicio. Estos pueden ser advertidos mediante la calibración oportuna de los equipos, protegiendo así la repetibilidad de su proceso.
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Transferencia de procesos: transferir un proceso desde el departamento de desarrollo o de ingeniería al lugar de producción; entre máquinas de
Algunos elementos de la trazabilidad como la incertidumbre y su cálculo fueron discutidos en la Revista ISCYC año 10, número 36, pag. 2227, Marzo 2005.
¿ Qué determina la Ca- libración? En primer lugar el resultado de una calibración permite atribuir a las indicaciones, los valores correspondientes del mensurando (lo que se mide) o determinar las correcciones que se deben aplicar a las indicaciones, así como también detectar otras propiedades metrológicas, tales como los efectos de magnitudes de influencia. En un sentido amplio se considera que las magnitudes de influencia incluyen no sólo las que se refieren
MÁQUINA DE COMPRESIÓN
CELDA DE CARGA
Laboratorio del ISCYC.
producción o de un laboratorio de investigación a otro, puede ser una tarea difícil. Debido a esto es critico calibrar. Variaciones en las mediciones debido a la diferencia en la calibración de instrumentos puede afectar seriamente la calidad de la integridad de su proceso.
lización tecnológica, sin afectar ningún proceso en las metodologías de ensayo. •
Por ejemplo, una medición de la carga de una prueba en cilindros de concreto estándar a x edad, en una máquina de compresión hidráulica, puede tener errores debido a una calibración incorrecta. Querer repetir el proceso llega a ser un problema dado que la carga que se espera o se desea reproducir es desconocida. Así, la capacidad de transferencia es también importante cuando se va de un sistema de producción al siguiente. Un proceso puede trabajar muy bien en una máquina o equipo, pero producir esto en otra máquina puede ser difícil. Si alguien está realizando investigaciones, sus resultados podrán ser duplicados o verificados si el proceso de medición ha sido calibrado y trazado. •
Intercambio de instrumentos: La habilidad para actualizar o reemplazar un instrumento o equipo dentro de la ruta de algún método de ensayo, sin afectar el proceso es esencial. Algunas veces los instrumentos llegan a dañarse y deben ser reemplazados. Igualmente cabe mencionar que es importante actualizar la instrumentación a medida que nuevas tecnologías son desarrolladas, para mantenerse competitivo. Mantener la calibración de los instrumentos asegura la posibilidad de reemplazar los instrumentos, por falla o actua-
Incremento del tiempo efectivo de producción: Un proceso puede ser interrumpido por cualquier cantidad de razones, algunas de las cuales están fuera de nuestro alcance. Asegurando la calibración de los instrumentos, se puede minimizar el error como causa de paro. Un programa de calibración no solo incrementará los tiempos efectivos de producción mediante la predicción y la prevención, además permitirá descubrir problemas de instrumentación potenciales antes de que causen una falla completa y así evitar una situación crítica. Los laboratorios o empresas pueden tener sus propios patrones de calibración y elaborar una calendarización interna.
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MASA PATRÓN
Cumplimiento del Sistema de Calidad: A nivel local e internacional muchos laboratorios buscan la certificación y/o acreditación, las cuales demandan la documentación del proceso y dado que los parámetros instrumentales del proceso son aspectos críticos de la documentación, es crucial asegurar que estos parámetros son correctos y trazables: MICRÓMETRO
BLOQUE DE CALIBRACIÓN
LABORATORIO ISCYC
Por ejemplo: ISO 9000:2000 Requerimientos del Sistema de Calidad: 7.6 Control de Equipos de Monitoreo y Medición, Los ins- trumentos de monitoreo y medición deberán "ser calibrados o veri- ficados a intervalos especificados o antes de su uso; contra equipos trazables a patrones de medición nacionales o internacionales..."
CONCLUSION Ahora tenemos la respuesta, a la pregunta planteada en el inicio ¿por qué calibrar? Hemos analizado algunas razones de peso sobre el costo que podría implicar el no mantener el equipo o instrumentos de laboratorio calibrados, sea cual sea la suya, la verdad es que vivimos en un mundo muy competitivo, en el que los resultados de una medición a través de un equipo calibrado y trazable, reflejarán resultados confiables, dando así un mejor servicio y satisfacción al cliente.
REFERENCIAS ESCLERÓMETRO (MARTILLO DE REBOTE)
YUNQUE DE CALIBRACION (ANVIL)
La Guía MetAs, Boletín períodico del laboratorio de metrología MetAs Jalisco, México. Incertidumbre de la Medición: Teoría y Práctica (1ª edición), J. Sáez Ruíz, Luis Font Avila..
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