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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2015
Utilización de caucho pulverizado proveniente de llantas en bases Utilización de caucho pulverizado proveniente de llantas en bases
estabilizadas con suelo – cemento sustituyendo la franja estabilizadas con suelo – cemento sustituyendo la franja
granulométrica entre el tamiz N°30 y N°80 granulométrica entre el tamiz N°30 y N°80
Jesús David Cruz Sánchez Universidad de La Salle, Bogotá
Iván Darío Díaz Roa Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil
Part of the Civil Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Cruz Sánchez, J. D., & Díaz Roa, I. D. (2015). Utilización de caucho pulverizado proveniente de llantas en bases estabilizadas con suelo – cemento sustituyendo la franja granulométrica entre el tamiz N°30 y N°80. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/402
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UTILIZACIÓN DE CAUCHO PULVERIZADO PROVENIENTE DE LLANTAS
EN BASES ESTABILIZADAS CON SUELO – CEMENTO SUSTITUYENDO LA
FRANJA GRANULOMÉTRICA ENTRE EL TAMIZ N°30 Y N°80
JESÚS DAVID CRUZ SÁNCHEZ
IVÁN DARÍO DÍAZ ROA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2015
Utilización de Caucho Pulverizado Proveniente de Llantas en Bases Estabilizadas
con suelo – cemento Sustituyendo la Franja Granulométrica Entre el Tamiz N°30 y N°80
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil
Director temático
Mag. SANDRA OSPINA LOZANO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.2015
Utilización de Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN PRELIMINAR
P á g i n a I
Sección Preliminar
Agradecimientos
Agradecemos primeramente a Dios por cada instante de vida, que siendo nuestra
guía, bastón y compañía en los momentos más difíciles nos ha permitido superar las
dificultades, para soñar y hacer los sueños realidad, por permitirnos gozar de una familia
que de la manera más incondicional siempre me han apoyado.
Agradecer hoy y siempre a nuestras familias por el esfuerzo realizado ya que de no
ser así no hubiésemos podido hacer posible este triunfo.
Un agradecimiento muy especial a la Ingeniera Sandra Elodia Ospina, por
colaboración, por escuchar nuestras ideas y complementarlas a través de guía continúa
de la presente investigación
Utilización de Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN PRELIMINAR
P á g i n a II
Dedicatoria
La presente tesis la dedico principalmente a mi padre Luis Armando Cruz
Roncancio, el cual fue un gran soporte a lo largo de mi carrera; ya que con sus consejos
y gran experiencia me mostro un camino forjado al éxito, es por ello que a él, expreso
mi gratitud y mi más profunda admiración.
A mi madre María Angélica Sánchez Rueda, quien es uno de mis pilares y es la
persona por la cual nunca me di por vencido en este proceso, debido a que con su amor
y sabiduría, me hizo crecer como persona e hizo de mí el ser humano que soy hoy en
día, se lo dedico a ella por su tenacidad y por la forma de afrontar las dificultades las
cuales fueron fundamentales en vida profesional.
A mi novia, amiga y colega Luisa Alejandra Caballero Valbuena, que es la persona
que me acompaño en esta travesía universitaria y fue el cimiento más fuerte en ella.
Gracias a su amor y gran carácter, me mostro una manera distinta de desafiar el mundo,
es por esto, que más que un orgullo fue un honor haber compartido este tiempo junto a
ella. Manifiesto mi admiración, gratitud y amor a esta extraordinaria persona.
A Maritza Ramírez, Ricardo Andrés Cruz, Daniel Armando Cruz e Iván Darío Díaz
por su apoyo constante e incondicional ya que de una u otra forma han aportado a mi
crecimiento personal y profesional. A mi Abuela María Marlene Rueda y a mi primo
Matías Sánchez quienes aportaron su granito de arena llenando de alegría mi vida y
dándome fuerzas para seguir adelante.
Jesús David Cruz Sánchez
Utilización de Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN PRELIMINAR
P á g i n a III
Dedicatoria
Dedico no solo este trabajo si no cada triunfo a mi padre Oscar y a mi abuelo
Joaquín, que aunque la vida no les haya permitido acompañarme, sé que desde los cielos
siempre me guían en el acenso de esa gran escalera de la vida ya que gracias a sus
enseñanzas, consejos y valores que en inculcaron mí, hoy hacen posible que aquella idea
de estudiar y de ser profesional se haga realidad.
En especial dedico este trabajo de investigación a mi madre Emilsen y Carlos mi
hermano ya que sin su apoyo incondicional, sus palabras de perseverar cuando se me
presentaron dificultades y al esfuerzo de ellos nunca hubiese podido culminar mi carrera.
A mis tíos Holman, Tiberio y Edgar que ante la ausencia de un padre han sabido
ocupar este lugar de la manera más desinteresada e incondicional, demostrando cada día
que son personas con las que puedo contar.
Finalmente no quiero dejar por fuera de esta dedicatoria a mis compañeros y amigos
Jesús Cruz, Angie Lamprea, de los cuales a lo largo de estos cinco años siempre sentí
que me apoyaron y colaboraron incondicionalmente y para los cuales hoy solo puedo
decirles que de las misma manera pueden contar con lo que este a mi alcance.
Todas, personas a las que solo quiero enorgullecer y decirles una vez más gracias
por haber creído en mí.
Iván D. Díaz R.
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
TABLA DE CONTENIDO
P á g i n a 6
Tabla de contenido
1.1 Planteamiento del problema .................................................................................... 9
1.2 Formulación del problema ......................................................................................10
1.3 Delimitación ..........................................................................................................10
1.4 Justificación ...........................................................................................................12
1.5 Objetivo general.....................................................................................................13
1.6 Objetivos específicos .............................................................................................14
1.7 Antecedentes teóricos.............................................................................................14
Capítulo 1. Caracterización del Material y Procesamiento de Datos ............................. 20
1.1 Caracterización del material ...................................................................................20
1.1.1 Requisitos del Artículo 350-13 ...........................................................................21
1.1.2 Límite líquido de los suelos – I.N.V.E – 125 – 13 ...............................................23
1.1.3 Límite Plástico e Índice de Plasticidad de Suelos – I.N.V.E – 126 – 13 ...............25
1.1.4 Análisis Granulométrico de Agregados Gruesos y Finos – I.N.V.E – 213 – 13 ....27
1.1.5 Clasificación del Suelo Según AASHTO ............................................................30
1.1.6 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos – I.N.V.E – 133 – 13 ...........32
1.1.7 Valor de Azul de Metileno en Agregados Gruesos y Finos y en Llenantes
Minerales – I.N.V. E – 235 - 13 .............................................................................................34
1.1.8 Determinación del Contenido Orgánico de un Suelo Mediante el Ensayo de Pérdida Por Ignición – I.N.V. E – 121 – 13 ............................................................................36
1.1.9 Resumen de la Caracterización Física .................................................................37
Capítulo 2. Diseño de Mezcla suelo – cemento – Caucho ............................................ 43
2.1 Método de Diseño de Mezcla de Suelo Cemento de Acuerdo a PCA.......................43
2.1.1 Relaciones de Humedad –Masa Unitario de Mezclas Suelo Cemento – I.N.V. E –
611 – 13 44
2.1.2 Resistencia a la Compresión de Cilindros Preparados de Suelo Cemento – I.N.V.E
–614-13 51
2.1.3 Humedecimiento y Secado de Mezclas de Suelo Compactadas – I.N.V.E – 612-13
63
2.1.4 Resumen Criterios para la mezcla (B-50-2) ........................................................70
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
TABLA DE CONTENIDO
P á g i n a 7
Capítulo 3. Análisis de resultados ............................................................................... 71
Capítulo 4. Conclusiones y Recomendaciones ............................................................. 76
Anexos…………….. .....................................................................................................79
4.1 ANEXO N° 1. LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS – I.N.V.E – 125 – 13 ..........79
4.2 ANEXO N° 2. LÍMITE PLÁSTICO E ÍNDICE DE PLASTICIDAD DE SUELOS –
I.N.V.E – 126 – 13 ................................................................................................................80
4.3 ANEXO N° 3. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS GRUESOS Y
FINOS – I.N.V.E – 213 – 13 .................................................................................................81
4.4 ANEXO N° 4. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS
FINOS – I.N.V.E – 133 – 13 .................................................................................................82
4.5 ANEXO N° 5. SOLIDEZ DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCIÓN DE
SOLUCIONES DE SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO – I.N.V. E – 220 – 13 ..........83
4.6 ANEXO N° 6. VALOR DE AZUL DE METILENO EN AGREGADOS GRUESOS
Y FINOS Y EN LLENANTES MINERALES – I.N.V. E – 235 – 13 .....................................84
4.7 ANEXO N° 7. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ORGÁNICO DE UN
SUELO MEDIANTE EL ENSAYO DE PÉRDIDA POR IGNICIÓN – I.N.V. E – 121 – 13 ..85
4.8 ANEXO N° 8. RELACIONES DE HUMEDAD –MASA UNITARIO DE
MEZCLAS SUELO CEMENTO – I.N.V. E – 611 - 13..........................................................86
4.9 ANEXO N° 9. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS
PREPARADOS DE SUELO CEMENTO – I.N.V.E – 614-13 ...............................................87
4.10 ANEXO N° 10. HUMEDECIMIENTO Y SECADO DE MEZCLAS DE SUELO
COMPACTADAS – I.N.V.E – 612-13 ..................................................................................88
Referencias .................................................................................................................... 89
Lista de tablas
Tabla 1: Plan de ensayos mezcla suelo-cemento.......................................................................... 11
Tabla 2: Plan de ensayos mezcla suelo – cemento – caucho pulverizado ...................................... 12
Tabla 3: Requisitos de los materiales para la construcción de suelo-cemento ............................... 21
Tabla 4: Requisitos granulométricos del material para la construcción de suelo-cemento ............. 22
Tabla 5: Criterios de diseños para la mezcla suelo cemento ......................................................... 22
Tabla 6: Clasificación de suelos según AASHTO para materiales granulares ............................... 31
Tabla 7: Resumen de la caracterización del material granular ...................................................... 37
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
TABLA DE CONTENIDO
P á g i n a 8
Tabla 8: Determinación del contenido de cemento según la AASHTO ........................................ 44
Tabla 9: Resumen humedad optima Vs densidad máxima seca .................................................... 51
Tabla 10: Resumen de la determinación de cemento para alcanzar la resistencia de 2.1 MPa. ...... 63
Tabla 11: Distribución de probetas para el ensayo de durabilidad ................................................ 64
Tabla 12: Peso para cada ciclo B-50-2 de humedecimiento y secado ........................................... 66
Tabla 13: % de Pérdidas en Peso ................................................................................................ 70
Tabla 14: Resumen Criterios de diseños para la mezcla suelo cemento ........................................ 70
Tabla 15: Características del Material granular ........................................................................... 78
Lista de Figuras
Figura 1. Registro fotográfico del ensayo de límite líquido. ......................................................... 24
Figura 2. Curva de flujo del ensayo de límite líquido .................................................................. 24
Figura 3. Registro Fotográfico de B-50-2-C25% para límites de Atterberg .................................. 25
Figura 4. Material granular y caucho pulverizado M-30 separado por tamices ............................. 28
Figura 5. Curva granulométrica del agregado .............................................................................. 28
Figura 6. Curva granulométrica del agregado con respecto al tipo de gradación A-25 y A-50....... 29
Figura 7. Curva Granulométrica del Agregado con respecto al Tipo de gradación B-50-1 y B-50-2
.......................................................................................................................................................... 30
Figura 8. Preparación de las tres probetas para la ejecución del ensayo ........................................ 33
Figura 9. Preparación y registro del ensayo de azul de metileno .................................................. 35
Figura 10. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del B-50-2 ............................. 46
Figura 11. Curva de compactación B-50-2 .................................................................................. 47
Figura 12. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 25% de caucho ................. 48
Figura 13. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 50% de Caucho ................ 48
Figura 14. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 75% de Caucho ................ 49
Figura 15. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 100% de Caucho .............. 49
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
TABLA DE CONTENIDO
P á g i n a 9
Figura 16. Curvas de compactación. a) B-50-2-C25%, b) B-50-2-C50%, c) B-50-2-C75%, d) B-50-
2-C100% ........................................................................................................................................... 50
Figura 17. Cilindro de PVC ........................................................................................................ 52
Figura 18. Cuarto húmedo para probetas ..................................................................................... 53
Figura 19. Montaje de ensayo a compresión simple en la máquina universal ............................... 53
Figura 20. Registro fotográfico y grafica Tipo del ensayo de resistencia a la compresión B-50-2 . 55
Figura 21. Resistencia a la compresión- mezcla de B-50-2 .......................................................... 56
Figura 22. Registro Fotográfico y Grafica Tipo del Ensayo de resistencia a la compresión B-50-2-
C25%................................................................................................................................................. 57
Figura 23. Registro fotográfico y grafica tipo del ensayo de resistencia a la compresión B-50-2-
C50%................................................................................................................................................. 58
Figura 24. Registro fotográfico y grafica tipo de resistencia a la compresión B-50-2-C75% ......... 59
Figura 25. Registro fotográfico y grafica tipo del ensayo de resistencia a la compresión B-50-2-
C100% ............................................................................................................................................... 60
Figura 26. Resistencia a la compresión. a) B-50-2 C25%, b) B-50-2 C50%, c) B-50-2 C75%, d) B-
50-2 C100%. ...................................................................................................................................... 62
Figura 27. Probetas para ensayo de durabilidad ........................................................................... 64
Figura 28. Mediciones de los especímenes .................................................................................. 65
Figura 29. Registró fotográfico ciclo de humedecimiento y secado .............................................. 65
Figura 30. Grafica Tipo Variación en Peso B-50-2-C .................................................................. 67
Figura 31. Grafica tipo densidad seca de B-50-2-C ..................................................................... 67
Figura 32. Graficas tipo de variación en peso y densidad seca ..................................................... 69
Figura 33. Humedad Óptima vs Cantidad de caucho ................................................................... 73
Figura 34. Densidad Máxima y % de Cemento Vs Cantidad de Caucho ....................................... 74
Figura 35. % Perdidas en Peso Vs Cantidad de Caucho ............................................................... 74
Figura 36. Densidad seca Vs Cantidad de Caucho ....................................................................... 75
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 9
Sección Introductoria
I. Descripción del proyecto
1.1 Planteamiento del problema
Con el parque automotor en aumento, el problema de acumulación de neumáticos
usados ha aumentado significativamente en estos años. Se calcula que al año en
Colombia se consume un promedio de entre 4,5 y 5,5 millones de llantas, de las cuales
se incineran y se depositan en rellenos sanitarios un 72 por ciento, se reencaucha un 17
por ciento, el 6 por ciento tiene un destino artesanal y a un 5 por ciento se le da otros
usos, como el 'regrabado'. De acuerdo con las cifras que maneja Mundo Limpio1 y
estudios realizados por el Ministerio de Ambiente, "La generación de residuos de llantas
de automóvil, camioneta, camión y busetas se estima en 61 mil toneladas al año"
(Vásquez, 2011).
La situación anterior deriva en un problema ambiental pese a que los neumáticos se
demoran quinientos años en degradarse, ocupando grandes volúmenes y en algunas
ocasiones causando movimientos en masa en los rellenos sanitarios; además generan
enfermedades para las personas que viven cerca debido a la acumulación de agua que
guardan estos neumáticos contribuyendo a la proliferación de moscos y zancudos.
Se ha evidenciado que los productos granulares que ofrecen las canteras en la ciudad
de Bogotá son fabricados de la mezcla de los agregados naturales. Pero actualmente
estos escasean viéndose en la necesidad de importar materiales de otras regiones del
país, especialmente del rio Coello en Antioquia; demostrando esta situación que estos
1 Mundo limpio es una empresa innovadora en reciclaje de llantas de automóviles, transformándolas en subproductos para diversos usos. http://www.mundolimpio.com.co/
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 10
agregados requieren un mejoramiento ya que no cumplen las especificaciones por si
solos. (Ospina, 2014)
El presente proyecto busca utilizar el caucho de neumático reciclado; sustituyendo
la fracción fina en una base estabilizada con cemento, buscando características de un
material alternativo y determinar la posibilidad de emplearlo en la construcción de suelos
estabilizados con cemento; como una medida para disminuir el problema ambiental que
generan los neumáticos usados y desechados.
1.2 Formulación del problema
¿Es viable sustituir una fracción del material fino del agregado por caucho
pulverizado, de tal manera que el material granular cumpla con el artículo 350-13 como
una alternativa para base granular?
1.3 Delimitación
Se realizaron tres (3) mezclas semejantes en su granulometría, sustituyendo la fracción
fina de suelo entre los tamices No.30 (0.60 mm) y el No. 80 (0.18 mm) en las siguientes
proporciones; 25%, 50%, 75% y 100% con caucho pulverizado, siguiendo una muestra
control de suelo – cemento. El caucho pulverizado será obtenido de la empresa Mundo
Limpio en la ciudad de Medellín.
Los ensayos realizados están delimitados según la disponibilidad en el laboratorio de
suelos de la Universidad de La Salle y únicamente los que se detallan en la Tabla 1 y Tabla
2, contemplados en el Artículo 350-13 del Invías. Para la selección del material granular, el
suelo es proporcionado en su totalidad por la Universidad de La Salle y el cemento a emplear
es adquirido por parte de los investigadores, acorde a las siguientes características y
cantidades referidas en el Artículo 350-13; cemento (Holcim).
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 11
Tabla 1: Plan de ensayos mezcla suelo-cemento
INV E-13 Nombre Caucho
Mezclas Suelo - Cemento
B‐50-2
B‐50-
2-
C25%
B‐50-
2-
C50%
B‐50-
2-
C75%
B‐50-2-
C100%
102
Descripción e
identificación de suelos.
1
106
Preparación en seco
de muestras de
suelo para análisis granulométrico y
determinación de
constantes físicas.
1 1 1 1 1
121
Determinación del contenido orgánico
de un suelo
Mediante el ensayo de pérdida por
ignición
1
122
Determinación en
laboratorio del contenido de agua
(humedad) de suelo,
roca y mezclas de suelo - agregado.
1 2 1 1 2
125
Determinación del
límite líquido de los
suelos.
2 1 2 1 1
126
Límite plástico e
índice de
plasticidad.
1 2 1 1 2
133 Equivalente de arena de suelos y
agregados finos.
1 1 2 1 1
213
Análisis
granulométrico de agregados gruesos y
finos.
1 1
235
Valor de azul de
metileno en agregados finos y
en llenantes
minerales.
1 2 1 1 1
C: Caucho Pulverizado
‐
Fuente: Elaboración propia.
B-50: Suelo-Cemento
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 12
Tabla 2: Plan de ensayos mezcla suelo – cemento – caucho pulverizado
INV E-13 Nombre
Mezclas Suelo -Cemento - Caucho Pulverizado
B
‐5
0
B-50-2-
C25% B‐50-2-
C50% B‐50-2-
C75% B‐50-2-
C100%
611
Relaciones de humedad –
peso unitario de mezclas
suelo cemento.
1 1 2 1 1
612
Humedecimiento y secado
de mezclas de suelo
cemento compactadas.
2 1 1 1 2
613
Preparación en el laboratorio de probetas
suelo cemento.
9 9 12 9 9
614
Resistencia a la compresión
de cilindros preparados de suelo cemento.
9 9 12 9 9
1.4 Justificación
Este proyecto se realiza con el fin de evaluar un material alternativo para rellenos
granulares y a su vez dar una solución al problema ambiental de las llantas usadas
desechadas, dándoles un valor de uso para poderlas utilizar como materia prima en la
construcción de bases estabilizadas con cemento en rellenos granulares, por
consiguiente, se plantea una alternativa de reciclaje aprovechando el material
proveniente de las llantas, con el objeto de ofrecer opciones para el desarrollo de la
infraestructura vial en Colombia.
Con objeto de contribuir a la investigación en materia de alternativas para rellenos
que favorezcan de manera responsable a la mejora del medio ambiente, se pretende
C: Caucho pulverizado
‐
Fuente: Elaboración propia.
B-50: Suelo-cemento
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 13
trabajar sustituyendo la fracción fina del agregado con caucho pulverizado, siendo esta
la principal diferencia, con respecto al trabajo de grado realizado previamente en la
Universidad de La Salle por Paula Fernanda Ochoa Izquierdo y Christian Camilo
Valderrama Bonilla “Base Estabilizada con Cemento Modificada con Grano de Caucho
de Llanta” . Es de aclarar que en la Universidad de La Salle en el programa de ingeniería
civil, se vienen realizando estudios similares bajo la dirección y supervisión de la
Ingeniera Sandra Ospina; que al igual que el presente estudio tienen objetivo general
diferente acorde a la metodología propuesta, que para este caso en específico se basa
únicamente en el artículo 350-13 de Invías.
II. Objetivos
Mediante la elaboración y ratificación de las pruebas de laboratorio propuestas se
da cumplimiento a los objetivos mencionados a continuación.
1.5 Objetivo general
Determinar las características físicas y mecánicas de una base estabilizada con
suelo-cemento sustituyendo la fracción fina entre el tamiz No. 30 (0.60mm) y el No. 80
(0.18mm) de la curva granulométrica con caucho pulverizado en proporciones de 25%,
50%, 75% y 100%, con el fin de proponerlo como material alternativo en la construcción
de terraplenes y rellenos entre otros.
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 14
1.6 Objetivos específicos
Analizar la incidencia del grano de caucho pulverizado M-302 en las propiedades
(límite líquido, límite plástico, humedad natural y equivalente de arena).
Analizar el comportamiento de la resistencia a la compresión simple de una base
estabilizada con cemento al sustituir parte de la granulometría por caucho pulverizado
en cuatro (4) proporciones distintas (25%, 50%, 75% y 100%).
Establecer la influencia del caucho pulverizado sobre la estabilidad volumétrica y
la durabilidad del suelo cemento cuando se sustituye suelo por caucho pulverizado.
III. Marco referencial
1.7 Antecedentes teóricos
Un estudio de la Universidad de Medellín publicado en el artículo “El caucho de llantas
usadas como material para bases granulares y llenos estructurales”, un grupo de
investigadores, (Giraldo & Hidalgo, 2004), analizaron la incidencia del grano de caucho
obtenido de llantas usadas para trabajar con él en bases granulares. Analizaron las diferentes
propiedades mecánicas del suelo-cemento-caucho e hicieron un paralelo comparativo con las
mezclas convencionales tomando como parámetros de comparación el peso unitario, la
capacidad de soporte con el ensayo de C.B.R. midiendo la resistencia al corte (esfuerzo
cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas.
Por otra parte, en la Universidad de la Salle, dos ingenieros y dos estudiantes (Ospina et
al. 2013) realizaron una estudio llamado “Base estabilizada con cemento modificada con
2 M-30 referencia de grano caucho denominada por el fabricante.
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 15
grano de caucho de llanta” el cual tuvo como finalidad aprovechar la geología que esta
alrededor de la ciudad de Bogotá, en la cual los materiales que predominan son rocas
sedimentarias, areniscas y arcillolitas. Basaron su investigación en la adición de grano de
caucho a una mezcla convencional estabilizada con cemento en diferentes proporciones y
realizada con estos materiales pétreos regionales y así poder crear un paralelo comparativo
entre una mezcla con las proporciones de caucho establecidas y una convencional. Los
porcentajes de adición de caucho fueron de 0%, 5%, 25% y 50%, posteriormente, a cada una
de las mezclas se le analizaron sus propiedades físicas (límites de Atterberg y granulometría),
estableciendo la resistencia a la compresión simple y las densidades de cada una de las
mezclas. Después de realizar los diversos ensayos, específicamente de las normas del Invías,
concluyeron que a medida que aumentó la proporción de caucho, aumentó también el
consumo de cemento en las respectivas mezclas, evidenciando que para las meclas suelo
cementos con un remplazo de 5%, 25% y 50% la cantidad de cemento para alcanzar la
resistencia de 2,1 MPa fueron de 13% y 20% para las dos primeras muestras, sin embargo
para la mezcla con un 50% en remplazo se presentaron problemas al momento de
desencofran el espécimen.
Otro estudio, el cual abarcó la “Evaluación de la cinética de corrosión y propiedades
mecánicas de mortero neumático reforzado”, (Flores et al. 2013) realizó una investigación
de la factibilidad del uso de partículas de llantas recicladas, con el fin de reducir la velocidad
de corrosión de los refuerzos de acero embebidos en concreto. Se realizaron ensayos de
laboratorio para determinar las propiedades físicas y mecánicas, realizando mezclas de
mortero en probetas cilíndricas, sustituyendo un 5%, 7,5% y 10% del volumen de la arena
por partículas de llantas recicladas y pudieron demostrar que el concreto neumático puede
ser utilizado en aplicaciones de estructuras de baja resistencia y puede ser resistente a la
penetración de cloruros.
En la Universidad Javeriana, se publicó un libro denominado “Uso de desechos plásticos
en mezclas asfálticas” En este libro los autores realizaron un estudio para la optimización de
los desechos no biodegradables en mezclas asfálticas secas por vía seca y húmeda, con el fin
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 16
de perfeccionar resultados y obtener nuevos compuestos para la construcción de carreteras
en Colombia, además de disminuir los costos. Los materiales con los que trabajaron fueron
llantas, plásticos, poliestireno expandido, entre otros. Después de gran diversidad de ensayos,
los resultados más relevantes de esta investigación fueron: Los poliestirenos expandidos
adicionados en las mezclas asfálticas aumentan considerablemente el módulo dinámico, pero
estas mezclas son muy susceptibles a la fatiga, para poder mitigar este problema el polvo de
llanta resulto útil en la investigación. (Reyes & Figueroa, 2008)
IV. Marco conceptual
Base: Se define como base a la capa de agregados pétreos compactados bien
graduados y provenientes de un proceso de producción mecanizada de trituración y
selección (Anónimo, 2005). También se denomina base granular a la capa granular
localizada entre la subbase granular y las capas asfálticas en los pavimentos asfálticos.
(Instituto Nacional de Vías, 2007)
Caucho pulverizado: Subproducto obtenido del reciclaje y posterior triturado
de las llantas usadas, el cual debe estar libre del acero y fibra con que las llantas
originalmente están compuestas. Caracterizado por su suave olor a caucho y no
toxico, con gránulos de forma irregular entre [0.18 mm – 0.85 mm] (Mundo-Limpio,
2007)
Compresibilidad: Es el grado en que una masa de suelo disminuye su volumen
bajo el efecto de una carga. Es mínima en los suelos de textura gruesa, que tienen las
partículas en contacto. Aumenta a medida que crece la proporción de partículas
pequeñas y llega al máximo en los suelos de grano fino que contienen materia
orgánica. Se ve afectada por el tiempo de aplicación de la carga una vez se ha disipado
la presión de poros (Montejo, 2006).
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 17
Estabilización de suelos: Consiste en agregar un producto químico o aplicar un
tratamiento físico para modificar las características de los suelos para darle una mayor
resistencia al suelo o bien, disminuir su plasticidad (Medellín, 2005).
Estabilización de suelo con cemento: Consiste en la adición de cemento
hidráulico cuyo fin es modificar las características del suelo para darle una mayor
resistencia (IECA, 2013).
Estabilidad volumétrica: Propiedad que permite determinar la expansión y
contracción de una masa de suelo originada por los cambios de humedad (Montejo,
2006).
Reciclaje: Proceso para que un material el cual ha terminado su vida útil, pueda
volver a utilizarse para que cumpla la misma o diferentes funciones y así poder
nuevamente aprovecharse. (Mundo-Limpio, 2007)
Suelo-cemento: Está compuesto por agua, cemento Portland y suelo con diversas
granulometrías y la principal función de este material es tener niveles óptimos de
resistencia, durabilidad, entre otras características para su producción en el área de la
construcción en general. Por lo cual, previamente al realizar el diseño de esta mezcla,
es necesario conocer las características del suelo y las principales cualidades que
puede aportar a la mezcla, las cuales serán determinadas por medio de ensayos de
laboratorio.
V. Marco normativo
En Colombia en la elaboración de Bases y Sub-bases estabilizadas se deben seguir
las normas del Instituto Nacional de Vías del año 2013, a continuación se presentan las
normas a seguir en este proyecto y el plan de ensayos propuestos.
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
SECCIÓN INTRODUCTORIA
P á g i n a 18
INV E – 102 - 13: Descripción e identificación de Suelos.
INV E – 106 - 13: Preparación en seco de muestras de suelo para análisis granulométrico
y determinación de constantes físicas.
INV E – 121 - 13: Determinación del Contenido Orgánico de un Suelo Mediante el
Ensayo de Pérdida Por Ignición
INV E – 122 - 13: Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) de
suelo, roca y mezclas de suelo - agregado.
INV E – 125 - 13: Determinación del límite líquido de los suelos.
INV E – 126 - 13: Límite plástico e índice de plasticidad.
INV E – 213 - 13: Análisis granulométrico de agregados gruesos y finos.
INV E – 133 - 13: Equivalente de arena de suelos y agregados finos.
INV E – 235 - 13: Valor de azul de metileno en agregados finos y en llenantes minerales.
INV E – 611 - 13: Relaciones de humedad – peso unitario de mezclas suelo cemento.
INV E – 612 - 13: Humedecimiento y secado de mezclas de suelo cemento compactadas.
INV E – 613 - 13: Preparación en el laboratorio de probetas suelo cemento.
INV E – 614 - 13: Resistencia a la compresión de cilindros preparados de suelo cemento.
Tabla de cemento aproximado para proyectar las mezclas de suelo- cemento según la
PCA (Portland Cement Association)
Artículo 350-13: Suelo – Cemento.
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 2 0
Capítulo 1. Caracterización del Material y Procesamiento de Datos
NOMENCLATURA
B-50-2 = Mezcla suelo – cemento
B-50-2-C25 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 25% en caucho
B-50-2-C50 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 50% en caucho
B-50-2-C75 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 75% en caucho
B-50-2-C100 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 100% en caucho
C = Caucho pulverizado m-30
LL =Límite líquido
LP =Límite plástico
IP =Índice de plasticidad
EA =Equivalente de arena
Los ensayos realizados para la ejecución del presente trabajo de investigación están
delimitados por la disponibilidad en el laboratorio de suelos de la Universidad de La
Salle y se realizan únicamente los que se detallan en la Tabla 1 y Tabla 2 y que a su vez
están contemplados en el artículo 350-13 (Instituto Nacional de Vías, 2013). Cabe
resaltar que la mezcla Suelo-Cemento se denominó de acuerdo al tipo de gradación que
como se explica en la sección 1.1.4.1 es B-50-2 y para referirse al caucho pulverizado
se utilizara la sigla “C” acompañado de su porcentaje de reemplazo.
1.1 Caracterización del material
El agregado con el que se trabaja, corresponde a un suelo natural proporcionado por
el laboratorio de la Universidad de La Salle, probablemente proveniente de canteras
localizadas al sur de la ciudad de Bogotá D.C, del cual se toma una muestra aproximada
de 300 kg, con el fin de trabajar sin variaciones en la propiedades del material,
garantizando de esta manera que siempre se va a tener a disposición el mismo tipo de
agregado.
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 21
Se procede a verificar y a dar cumplimiento a los requerimientos del artículo 350 -
13 del Invías, con el objeto de determinar si el agregado es apto para la construcción de
suelo cemento.
1.1.1 Requisitos del Artículo 350-13
La selección del material se hace acorde al artículo 350 – 13 el cual señala: “El
material por estabilizar con cemento hidráulico podrá provenir de la escarificación de la
capa superficial existente, o ser un suelo natural proveniente de excavaciones o zonas de
préstamo, o agregados locales, o escorias, o mezclas de ellos. El material ya combinado,
deberá estar libre de materia orgánica u otra sustancia que pueda perjudicar el correcto
fraguado del cemento. Deberá, además, cumplir los requisitos generales que se indican
en la Tabla 3 y se deberá ajustar a alguna de las franjas granulométricas que se muestran
en la Tabla 4”
Tabla 3: Requisitos de los materiales para la construcción de suelo-cemento
Ensayo Norma de Ensayo
INV Requisito
Composición
Granulometría del material pulverizado, listo para
estabilizar E-123
Tabla 4
Tamaño máx., fracción máx. del espesor de la capa
compactada 1/2
Limpieza
Límite líquido, % máximo E-125 30
Índice de Plasticidad, % máximo E-125 y E-126 12
Contenido de materia orgánica, % máximo E-121 1.0
Fuente: artículo 350 – 13 (Invías).
Los resultados para dar cumplimiento a los requerimientos de la Tabla 3 se
comprueban conforme se van elaborando los respectivos ensayos y se consignan en su
correspondiente sección.
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 22
A partir de la Tabla 4, se clasifica el tipo de gradación obtenida mediante el ensayo
de granulometría de los agregados gruesos y finos.
Tabla 4: Requisitos granulométricos del material para la construcción de suelo-cemento
Tipo de Gradación
Tamiz (mm / U.S. Standard)
50.0 37.5 25.0 19.0 9.5 4.75 2.00 0.425 0.075
2” 1 ½” 1” 3/4” 3/8” No. 4 No. 10 No. 40 No.
200
% Pasa
Tipo A
A‐50 100 70‐100 60‐100 50‐90 40‐80 30‐70 20‐55 10‐40 2‐20
A‐25 ‐ ‐ 100 70‐100 60‐100 50‐85 40‐70 20‐45 2‐25
Tolerancias en
producción sobre la
fórmula de trabajo (±)
0 % 7 % 6 % 3 %
Tipo B B‐50‐1 100 ‐ ‐ ‐ ‐ 40‐80 ‐ ‐ 2‐35
B‐50‐2 100 ‐ ‐ ‐ ‐ 60‐100 ‐ ‐ 0‐50
Tolerancias en
producción sobre la
fórmula de trabajo (±)
0 % ‐ 8 % 5 %
Fuente: artículo 350 – 13 (Invías).
Con base en la Tabla 5, se fijan los requisitos mínimos de durabilidad y resistencia con
los que debe cumplir una mezcla de suelos cemento.
Tabla 5: Criterios de diseños para la mezcla suelo cemento
Ensayo Norma de Ensayo INV Requisito
Durabilidad
Resistencia a la compresión a 7 días, MPa
(Mínima) E-612 2.1
Resistencia
Máxima pérdida de masa de la mezcla
compactada en prueba de humedecimiento
y secado, % E-614 14
Fuente: artículo 350 – 13 (Invías).
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 23
Por consiguiente se deben cumplir los mismos requisitos anteriores para la mezcla
suelo-cemento-caucho; objeto de análisis del presente documento.
1.1.2 Límite líquido de los suelos – I.N.V.E – 125 – 13
El límite líquido (LL) de un suelo es determinado por medio de la copa o cazuela de
Casagrande y se define como el contenido de agua con el cual se cierra una ranura de ½
pulgada (12.7 mm) mediante 25 golpes (Das, 2001), lo anterior se complementa cuándo
se dice que el límite líquido es el contenido de agua, expresado en porcentaje respecto
al peso del suelo seco, que delimita la transición entre el estado líquido y plástico de un
suelo rémoldeado o amasado. (Osorio, 2010)
1.1.2.1 Material Natural y Procesamiento del Ensayo
Se obtiene una porción de 500 g de suelo natural suficiente para suministrar de 150
a 200 g de material que pase el tamiz No. 40 (0.425 mm); como el material contiene
partículas retenidas en el tamiz No. 40 (0.425 mm), se sigue el procedimiento descrito
en el numeral 9.1.2.1 a 9.1.2.4 de la especificación I.N.V E – 125 y en la Figura 1 se
muestra el respectivo registro fotográfico de la elaboración del ensayo.
Según la I.N.V. E – 125 – 13, presenta dos métodos para preparar las muestras de
prueba: por vía húmeda, descrito en el numeral 9.1 y por vía seca, como se describe en
el numeral 9.2; para efectos del presente ensayo este se realiza por el método de vía seca.
De igual manera la norma presenta dos métodos para determinar el límite líquido:
el Método A, que consiste en un ensayo de varios puntos, el cual se describe en las
secciones 10 y 11; y el Método B, consistente en un ensayo de un solo punto, el cual se
describe en las secciones 12 y 13. El método por utilizar en este caso es el Método A ya
que es más preciso y es el recomendado para aquellos casos en donde los resultados
puedan ser objeto de discusión o cuando se requiere una buena precisión, tal y como lo
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 24
demanda el presente trabajo de investigación para el cual se busca obtener y registrar
resultados aceptados y fidedignos.
En el ANEXO N° 1 se muestran los resultados obtenidos de Límite Líquido.
Figura 1. Registro fotográfico del ensayo de límite líquido.
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 2 se muestra la curva del flujo donde se relaciona el número de golpes
necesarios para cerrar la ranura de aproximadamente 12 mm en la cazuela, versus el
contenido de humedad del material luego de 24 horas secado en el horno a temperatura
de 110 °C.
Figura 2. Curva de flujo del ensayo de límite líquido
Fuente: Elaboración propia
20
21
22
23
24
25
26
1 10 100
Con
ten
ido
de H
um
ed
ad (
%)
N° de Golpes
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P á g i n a 25
Considerando que el límite líquido de 22% es inferior a 30%, el material granular
puede ser estabilizado con cemento ya que cumple con este requerimiento de la Tabla 3,
de igual manera en los resultados obtenidos para el ensayo se evidencian en el ANEXO
N° 1.
1.1.3 Límite Plástico e Índice de Plasticidad de Suelos – I.N.V.E – 126 – 13
El límite plástico (LP) se define como el contenido de agua expresado en porcentaje
con el cual el suelo se agrieta al formarse un rollito de 1/8 pulgadas (3.2 mm) de diámetro
(Das, 2001), mientras que el Índice de plasticidad (IP) – Rango de contenido de agua,
dentro del cual un suelo se comporta plásticamente. Numéricamente, es la diferencia
entre el límite líquido y el límite plástico.
El método descrito en la norma I.N.V.E - 126 se debe aplicar únicamente sobre la
porción de suelo que pasa el tamiz No. 40 (0,425 mm).Por otra parte se descarta realizar
los ensayos de Límite líquido y plástico para la mezcla sustituida con caucho ya que esta
se hace inmanejable para colocarla en la cazuela de Casagrande, de igual manera los
rollitos necesarios para determinar el Límite plástico no se pueden formar; por lo tanto
el material se considera como no NL/NP (no líquido no plástico).
Figura 3. Registro Fotográfico de B-50-2-C25% para límites de Atterberg
Fuente: Elaboración propia
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P á g i n a 26
1.1.3.1 Material Natural y Procesamiento del Ensayo
Se toma una porción de 20 g, del suelo preparado para el ensayo del límite líquido.
Se reduce el contenido de agua de esta porción de suelo hasta que alcance una
consistencia que permita enrollarlo sin que se pegue a las manos, extendiéndolo o
mezclándolo continuamente sobre una placa de vidrio. El proceso de secado se acelera,
exponiendo el suelo a la corriente de aire de un ventilador eléctrico; procedimiento que
es indicado en la norma I.N.V.E – 126.
Una vez realizado el procedimiento anterior, se procede a formar rollitos de 1/8
pulgadas (3.2 mm) de diámetro; rollitos realizados manualmente como lo indica la
norma I.N.V.E – 126 en el numeral 8.2.1.
Cuando el diámetro del rollo llegue a 3.2 mm, éste se divide en varios trozos. Se
juntan los trozos y se comprimen entre los pulgares y los demás dedos de ambas manos
formando una masa uniforme de forma elipsoidal y se enrolla de nuevo. Se repite este
procedimiento, partiendo, juntando, amasando y enrollando, hasta que el rollo de 3.2
mm de diámetro se desmorone bajo la presión requerida para el enrollamiento y el suelo
no pueda ser enrollado más en cilindros de 3.2 mm de diámetro.
Posteriormente se colocan las porciones de suelo desmoronados en dos recipientes
previamente pesados hasta que estos contengan aproximadamente 6 g de suelo.
Finalmente se determinan el contenido de agua de los suelos de los dos recipientes,
de acuerdo con la norma INV E–122 y se registran los resultados.
Los resultados obtenidos para el límite líquido (LL) y límite plástico (LP), se
detallan en el ANEXO N° 2, arrojando valores de 22% y 12% respectivamente.
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P á g i n a 27
La diferencia entre el límite líquido (LL) y el límite plástico (LP) corresponde al
índice de plasticidad (IP). El IP calculado del 10%, cumple 3 para la construcción de
suelo cemento tal y como es indicado en la Tabla 3.
1.1.4 Análisis Granulométrico de Agregados Gruesos y Finos – I.N.V.E – 213 – 13
El análisis granulométrico de los agregados pétreos, corresponde a la revisión de la
gradación y/o determinación de las porciones de tamaños de materiales pétreos o grano
existentes en un material, representado en una muestra o porción de suelo a analizar, que
se aplica a las normas existentes, según los casos a utilizar. (Ospina et al. 2013)
1.1.4.1 Material Natural y Procesamiento del Ensayo
El material natural a emplear para el ensayo de análisis granulométrico corresponde
al que se describe en el numeral 4.1 de la norma I.N.V.E – 213 – 13; a partir del cual se
toma una muestra de 5.000 g y se hace pasar por los tamices a los que se refiere el
procedimiento de la norma; de tal manera que se registra la masa y en porcentaje la
cantidad de masa de material que pasa y retiene en cada tamiz; registros que se
evidencian en el ANEXO N° 3. (Instituto Nacional de Vías, 2013)
A continuación en la Figura 4, se evidencia el registro fotográfico de la gradación
del material natural y del caucho que se utilizó para sustituir la fracción fina de la curva
granulométrica.
3 Un Índice de plasticidad bajo, como el obtenido, significa que un pequeño incremento en el contenido de
humedad del suelo, lo transforma de semisólido a la condición de líquido, es decir que el material es muy sensible a los cambios de humedad.
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P á g i n a 28
Figura 4. Material granular y caucho pulverizado M-30 separado por tamices
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 5, se muestra la curva granulométrica del suelo, donde se resalta en
rojo la franja granulométrica a sustituir; la cual es del tamiz N° 30 (0.60 mm) hasta el
N° 80 (0.18 mm) y en azul la franja que corresponde al suelo.
Figura 5. Curva granulométrica del agregado
Fuente: Elaboración propia
20
40
60
80
100
0.010.1110100
% P
asa
Tamaño de la partículas (mm)
Suelo Caucho M30
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 29
Con base en los registros del ensayo, en la gráfica de la curva granulométrica se
ajusta el material granular a una de las franjas que señala el artículo 350 – 13 y que se
numeran en la Tabla 4; la cual presenta el tipo de gradación Tipo A (A-50 y A-25) y
Tipo B (B-50-1 y B-50-2. Por consiguiente se procede a escoger el tipo de gradación
más apto.
En la Figura 6 se compara la curva granulométrica del suelo con respecto al tipo de
gradación A, la cual se puede observar que la curva del suelo no se ajusta a ninguno de
los tipos de gradación, por consiguiente se descarta que el suelo pertenece a este grupo.
Figura 6. Curva granulométrica del agregado con respecto al tipo de gradación A-25 y A-50
Fuente: Elaboración propia
De igual manera, en la Figura 7 se presenta los dos tipos de gradación (tipo B-50-1
y B-50-2), el cual se observa que el material granular se ajusta al tipo de gradación B-
50-2, por lo tanto a lo largo del documento se utilizara para referenciar al material
granular.
0
20
40
60
80
100
0.010.1110100
% P
asa
Tamaño de la partículas (mm)
A-25 Material Granular
0
20
40
60
80
100
0.010.1110100
% P
asa
Tamaño de la partículas (mm)
A-50 Material Granular
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P á g i n a 30
Figura 7. Curva Granulométrica del Agregado con respecto al Tipo de gradación B-50-1 y B-50-2
Fuente: Elaboración propia
1.1.5 Clasificación del Suelo Según AASHTO
AASHTO, es la denominación al sistema de clasificación de suelos determinado y
confeccionado por el Departamento de Caminos Públicos de USA (Bureau of Publica
Orados) que en sus inicios (Año 1929), era denominado AASHTO. Este sistema es
básicamente un sistema de clasificación de los diferentes tipos de suelos en 7 grupos,
cada uno de estos grupos está determinado por ensayos de laboratorio, granulometría,
límite líquido e índice de plasticidad. (Constructor Civil, 2010)
Este tipo de clasificación es muy usada para definir la calidad de suelos empleados
para la elaboración de terraplenes, material de subrasante, sub-bases y bases. Para lo cual
es necesario conocer el IG “Índice de Grupo” y con este ingresar a la Tabla 6 para
determinar a qué grupo pertenece el suelo.
1.1.5.1 Procedimiento de Clasificación
Luego de obtenido el IG, se ingresa a la Tabla 6 para determinar a qué grupo
pertenece el suelo. A partir de los resultados de los ensayos requeridos (Límites de
0
20
40
60
80
100
0.010.1110100
% P
asa
Tamaño de la partículas (mm)
B-50-1 Material Granular
0
20
40
60
80
100
0.010.1110100
% P
asa
Tamaño de la partículas (mm)
B-50-2 Material Granular
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 31
Atterberg y granulometría), se procede de izquierda a derecha en la Tabla 6 , para
determinar el grupo o subgrupo al que corresponde por un proceso de eliminación.
El primer grupo de la izquierda en el que se ajusten los resultados de los ensayos es
la clasificación correcta. (Universidad Nacional (Medellín), 2001)
Ahora bien como el índice de grupo es igual a -0.40 y este es negativo, se registra
como 0 (véase ANEXO N° 2). Por lo anterior se determina que el suelo a trabajar
pertenece al subgrupo A-2-4.
Tabla 6: Clasificación de suelos según AASHTO para materiales granulares
Fuente: AASHTO
El subgrupo A-2-4 incluye varios materiales granulares que contienen 35% o menos
de material que pasa el tamiz de No. 200 (0,75 mm) y con una porción que pasa el tamiz
de No. 40 (0.425 mm). Estos grupos comprenden materiales tales como grava y arena
gruesa con contenidos de limo. (Medellín, 2005)
GRUPOS A-1 A-3 A-2 A-4 A-5 A-6 A-7
A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-5
A-7-6
% que pasa el Tamiz:
N"10 50 máx.
N"40 30 máx. 50 máx. 51 máx.
Nº 200 15 máx. 25 máx. 10 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx 36 min 36 min 36 min 36 min
Características del Material
que pasa el tamiz Nº 40
Límite Líquido 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín. 40 máx. 41 mín 40 máx. 41 máx.
Índice de Plastrcidad
6máx 6 máx. NO PLÁSTICO 10 máx. 10 máx. 11 min. 11 min. 10 máx. 10 máx. 11 min. 11 mín.
Indice de Grupo 0 0 0 0 0 4 máx. 4 max. 8 max. 12 máx. 16 máx. 20 max.
Tipos de Material Arena fina
Terreno de Fundación Excelente a Bueno Regular a Deficiente
SUB· GRUPOS
Fragmentos de
piedra, grava y
arena
Grava,arenas limosas y arcillosas Sulelos limosos Suelos arcillosos
Materiales GranularesCLASIFICACIÓN GENERAL
(igual o menor de 35% pasa el tamiz N° 200)
Materiales Limo - Arcillosos
(más del 35% que pasa el tamiz N° 200)
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 32
1.1.6 Equivalente de Arena de Suelos y Agregados Finos – I.N.V.E – 133 – 13
El equivalente arena es una medida numérica de la contaminación por limo o arcilla
en el agregado fino (o suelo) que indica la cantidad de arena presente en el material
granular donde a mayor porcentaje, mayor cantidad de arena y menor cantidad de finos.
1.1.6.1 Material Natural y Procesamiento del Ensayo
Para la preparación del ensayo se obtienen 1500 g de material que pase el tamiz de
No. 4 (4.75 mm), de tal manera que se desmenucen los terrones para que pasen el tamiz
de No. 4 (4.75 mm) y se remuevan los finos adheridos al agregado grueso. Las muestras
para el ensayo se preparan siguiendo el procedimiento B descrito en el numeral 8.4.2 de
la norma I.N.V.E – 133 – 13.
Para realizar este ensayo se humedece y se cuartean los 1500 g de material. Se
mezclan en un platón por un tiempo no menor a un minuto hasta tener una macilla
uniforme. Luego se forma un cono con el material y se procede a llenar el espécimen
para recolectar la muestra hasta rebosar.
Son necesarios tres especímenes y las diferentes operaciones que se hacen o se
realizan con una diferencia de 2 o 3 minutos entre la primera, la segunda y la tercera
muestra en la probeta con el objeto de dar suficiente tiempo para quien realice el ensayo
pueda tomar los respectivas mediciones. Cada una de estas muestras se sitúa en una
probeta en la cual previamente se ha añadido solución de trabajo de cloruro de calcio.
Una vez introducida la muestra en las probetas y se ha eliminado la burbujas que se
formaron al verter el suelo, dejamos reposar cada probeta 10 minutos, luego de este
procedimiento se tapa la probeta y se agita manteniéndola horizontal haciendo 90 ciclos
en 30 segundos; a continuación de este paso se toma la probeta y con una varilla
acanalada se introduce más líquido desfloculante por el fondo de la muestra para poner
en suspensión las partículas más finas.
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 33
Figura 8. Preparación de las tres probetas para la ejecución del ensayo
Fuente: Elaboración propia
Después se deja reposar cada probeta 20 minutos se procede a determinar la lectura
de arcilla. Después se determina la lectura de arena, introduciendo dentro de la probeta
el cilindro un dispositivo para tomar lecturas y se baja suavemente hasta que llegue sobre
la arena. Se debe impedir que el dispositivo golpee la boca del cilindro, mientras se baja.
Finalmente el valor de equivalente de arena es de 4%, (véase ANEXO N° 4) el cual
muestra que el contenido de arenas es muy bajo con respecto a los finos presentes en el
material granular; lo que indica que se puede presentar problemas de adherencia ya que
las partículas de agregado, con un recubrimiento de arcilla pueden disminuir la
adherencia con la pasta de cemento, factor que se debe tener en cuenta a la hora de llegar
a conclusiones definitivas de los resultados que se obtienen al final del presente informe.
Por otra parte se descarta realizar este ensayo para la mezcla sustituida con caucho
ya que esté flota en la solución defloculante, por lo cual el respectivo ensayo no se puede
realizar.
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 34
1.1.7 Valor de Azul de Metileno en Agregados Gruesos y Finos y en Llenantes
Minerales – I.N.V. E – 235 - 13
El valor de azul de metileno determina la cantidad de material potencialmente
dañino (incluyendo arcilla y material orgánico) presente en la fracción fina de un
agregado (Instituto Nacional de Vías, 2013).
“El ensayo consiste en añadir de manera sucesiva pequeñas dosis de 0.5 mm de una
solución de azul de metileno a una suspensión de la muestra de ensayo en agua. Después
de cada dosis se comprueba la absorción de solución colorante por parte la muestra,
realizando una prueba de coloración sobre papel de filtro para detectar la presencia de
colorante libre” (Instituto Nacional de Vías, 2013).
1.1.7.1 Material Natural y Procesamiento del Ensayo
A partir de una muestra representativa de 1000 g del material granular de estudio,
se seca al horno a 110 °C hasta obtener masa constante y se deja enfriar; se tamiza por
el tamiz No. 200 (75 mm) hasta que se obtiene una muestra de 250 g.
Se colocan 10.0 g de material pasante del tamiz No. 200 (75 mm), seco hasta masa
constante, en un vaso tipo griffin volumétrico de 500 ml (véase Figura 9) y se le
adicionan 30 ml de agua destilada batiendo con el agitador hasta tener una lechada.
Posteriormente con la ayuda de una bureta se hacen incrementos de 0.5 ml de solución
de azul de metileno y se agita durante un minuto.
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 35
Figura 9. Preparación y registro del ensayo de azul de metileno
Fuente: Elaboración propia
Con la varilla agitadora se saca una gota de lechada y se dejar caer sobre el papel
filtro. Se observa la gota en el papel filtro, si no se ha formado alrededor de la gota un
anillo o aureola azul, se continúa el ensayo adicionando a la lechada de suelo
incrementos de 0.5 ml de solución de azul de metileno, agitando durante un minuto para
cada incremento y realizando de nuevo la prueba en el papel filtro hasta que se observe
el aro azul alrededor de la gota, hasta alcázar el punto.4
Después de alcanzar este punto se continúa agitando durante 5 minutos y se repite
la prueba en el papel filtro, como método de confirmación. (Instituto Nacional de Vías,
2013).
Un valor de azul de metileno significativo indica la presencia de material fino
dañino o perjudicial para la mezcla, es por esto que a partir de los resultados
evidenciados en el ANEXO N° 6, un valor de 17.5 es considerado como alto, motivo
4 El punto se alcanza cuando se forme una aureola anular de color azul claro persistente de aproximadamente 1 mm.
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 1. CARACTERIZACIÓN DEL MATERIAL Y PROCESAMIENTO DE DATOS
P á g i n a 36
por el cual se procede a realizar la determinación del contenido de materia orgánica, a
fin de descartar contaminación por materia orgánica en el material a trabajar.
Por otra parte no se registran resultados del presente ensayo en material sustituido
con caucho ya que el caucho no se homogeniza en la solución de agua y por ende el azul
de metileno que sirve como marcador no reacciona.
1.1.8 Determinación del Contenido Orgánico de un Suelo Mediante el Ensayo de
Pérdida Por Ignición – I.N.V. E – 121 – 13
La materia orgánica es uno de los componentes del suelo, en pequeña fracción,
constituida por restos vegetales y animales. El contenido de materia orgánica está muy
relacionado con la estabilidad de los agregados, debido al efecto dañino que tiene esta
sobre la hidratación del cemento y el desarrollo consecuente de la resistencia del
concreto y para este caso específico de la base estabilizada con cemento; razón por la
cual es un factor importante y de control para el diseño de bases idóneas de suelo
cemento que como tal se considera en la Tabla 3 como requisito para el diseño no mayor
a 1.0%. (Instituto Nacional de Vías, 2013)
1.1.8.1 Material Natural y Procesamiento del Ensayo
Se toma una muestra de 300g de material que previamente haya pasado por el tamiz
No. 10 (2.00 mm) y se lleva al horno a temperatura de 110 °C hasta masa constante, con
el objeto de retirar la humedad natural del agregado.
Se toma una muestra de suelo de 30 g de material y se lleva a la mufla en un crisol
por un periodo de tiempo de 6 horas. Pasadas las 6 horas, se saca la muestra y se deja
enfriar para determina su masa; de tal manera que se calcula el contenido de materia
orgánica en porcentaje %, el cual fue de 0.88%, cumpliendo con el requisito del 1.0 %
que exige el artículo 350 – 13 (véase Tabla 3).
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P á g i n a 37
1.1.9 Resumen de la Caracterización Física
A continuación en la Tabla 7, se presenta un resumen de todas las normas de
clasificación del material; dándole cumplimiento a todas y cada una de ellas.
Tabla 7: Resumen de la caracterización del material granular
Ensayo Norma de
Ensayo I.N.V.
Requisito
Artículo 350-13 Resultado Cumple
Limpieza
Limite Líquido, % máximo E-125 30 22.1 CUMPLE
Índice de Plasticidad, % máximo E-125 y E-126 12 9.7 CUMPLE
Contenido de materia orgánica, % máximo E-121 1 0.88 CUMPLE
Características Químicas
Composición
Granulometría del material
pulverizado, listo para
estabilizar
2” B-50-1 B-50-2
100 100 CUMPLE
3/4” 60-100 94 CUMPLE
No. 200 0-50 31 CUMPLE
Fuente: Elaboración propia
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas
Con Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N°
30 y N° 80 CAPÍTULO 2. DISEÑO DE MEZCLA SUELO-CEMENTO-CAUCHO
P á g i n a 4 3
Capítulo 2. Diseño de Mezcla suelo – cemento – Caucho
NOMENCLATURA
B-50-2 = Mezcla suelo - cemento
B-50-2- C25 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 25% en caucho
B-50-2- C50 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 50% en caucho
B-50-2- C75 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 75% en caucho
B-50-2- C100 = Mezcla suelo – cemento sustituida con 100% en caucho
C = Caucho Pulverizado M-30
R =Resistencia
R2 =Coeficiente de Determinación
PCA =Portland Cement Association
Este capítulo detalla el método de la Portland Cement Association (PCA) que se
sigue para el diseño de mezclas suelo cemento y que de la misma manera aplica a
mezclas con caucho; procedimiento que permite determinar la relación entre la humedad
y la masa unitaria de las mezclas de suelo cemento, cuando se compacta manual o
mecánicamente permitiendo determinar la resistencia del material a las cargas expuestas.
2.1 Método de Diseño de Mezcla de Suelo Cemento de Acuerdo a PCA.
Para la PCA, el cemento necesario para la estabilización de un suelo dado, se fija
por una sucesión de pruebas de humedecimiento y secado con especímenes
compactados; a ambas las llaman pruebas de “durabilidad”. Al realizar estas pruebas se
fijará las pérdidas de material del Suelo cemento por las expansiones y contracciones.
A partir de la Tabla 8, se determina el contenido de cemento para el ensayo de
relaciones de humedad en suelo – cemento – Caucho, por ende los suelos pertenecientes
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Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 2. DISEÑO DE MEZCLA SUELO-CEMENTO-CAUCHO
P á g i n a 44
a la clasificación AASHTO A 2, la PCA les estima un 7% de contenido de cemento para
la prueba de compactación en peso.
Tabla 8: Determinación del contenido de cemento según la AASHTO
Grupo de
Suelo
Según la
AASHTO
% de
Cemento
Requerido
en Peso
Contenido de Cemento
Estimado para la Prueba de
Compactación en Peso
Contenido de
Cemento para la
Prueba de
Humedecimiento y
Secado en Peso
A1 - a 3 a 5 5 3 - 4 - 5- 7
A1 - b 5 a 8 6 4 - 6 - 8
A 2 5 a 9 7 5 - 7 - 9
A3 7 a 11 9 7 - 9 - 11
A4 7 a 12 10 8 - 10 - 12
A5 8 a 13 10 8 - 10 - 12
A6 9 a 15 12 10 - 12- 14
Fuente: PCA (Portland cement Association)
Un vez determinada la humedad óptima de compactación del ensayo de relaciones
de humedad, se procede a realizar tres especímenes con la variación de cemento indicada
en la Tabla 8 (5%,7% y 9%), que posteriormente, se someten a pruebas de resistencia a
la compresión simple de acuerdo a la norma I.N.V. E. – 614-13, con el fin de proyectar
el contenido de cemento óptimo para una resistencia de 2.1 MPa como lo indica el
artículo 350-13 (véase Tabla 3).
Finalmente con la humedad de compactación y el porcentaje de cemento optimo, se
fabrican los especímenes que se someten a la prueba de durabilidad.
2.1.1 Relaciones de Humedad –Masa Unitario de Mezclas Suelo Cemento – I.N.V.
E – 611 – 13
La relación entre la humedad y la masa unitaria permite determinar la humedad
óptima de compactación de una mezcla de suelo – cemento, cuando esta es compactada
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P á g i n a 45
según el método utilizado (manual o mecánico), antes de que ocurra la hidratación del
cemento. Se emplea para la compactación un martillo de 2.50 kg (5.5 lb), que se deja
caer libremente de un altura aproximada de 305 mm y un molde cilíndrico de 101.6 mm
de diámetro con un volumen de 944 cm3.
El material a utilizar se prepara de acuerdo al “Método A: Empleando material que
pasa tamiz de No. 4 (4.75 mm)”. Inicialmente el material granular es tamizado por el
tamiz No. 4, rompiendo terrones y evitando el paso de material mayor a este tamiz, que
posteriormente es descartado. La muestra representativa para este ensayo es de 2.7 Kg
(6 lb) por cada cilindro.
Para la mezcla suelo-cemento, se hace el procedimiento como lo describe la I.N.V.E
612-13; de tal manera que se tamiza el material granular y el caucho impedientemente
por los tamices No 16 (1.18 mm), No 30 (0.600 mm), No 40 (0.425 mm), No 500 (0.30
mm) y el No 80 (0.180 mm).
El material retenido en el Tamiz No 16 y el que pasó el No 80, no se le hace ningún
reemplazo de caucho pulverizado. Por consiguiente el material granular que queda
retenido en los tamices No 30 (0.600 mm), No 40 (0.425 mm), No 50 (0.300 mm) y el
de No 80 (0.180 mm) se extrae en peso el porcentaje que se sustituye de caucho
posteriormente.
A continuación se presentan los resultados obtenidos de la prueba de compactación
para cada uno de los materiales.
2.1.1.1 Mezcla de suelo – cemento (B-50-2)
Para la mezcla de suelo – cemento, el material granular es tamizado por el tamiz
N°4 (4.75 mm) y la cantidad requerida de cemento según la tabla de la PCA es de un
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P á g i n a 46
7%5 (véase Tabla 8), una vez tenidos en cuenta estos dos parámetros se procede a realizar
la mezcla de estos hasta llegar a un material homogéneo y de color uniforme. Se agrega
agua, variando la humedad en 4 puntos distintos (4%, 8%, 12% y 16%)6. Posteriormente
se compacta el material en 3 capas de 25 golpes según lo estipulado en la I.N.V.E – 612-
13, empleando un molde de 944 cm3.
A continuación en la Figura 10 se muestran algunas de las fotografías registradas en
el laboratorio.
Figura 10. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del B-50-2
Fuente: Elaboración propia
Posteriormente se extrae del molde una muestra representativa no menos de 100 g,
secándola al horno a 110° ± 5° C (230° ± 9° F) hasta llegar a una masa constante y se
toman los respectivos pesos (antes y después del secado al horno).
5 Este porcentaje de cemento será utilizado a lo largo de todas las mezclas de Suelo – Cemento - Caucho
6 Se toma la humedad n veces hasta que haya una disminución o no haya cambio en la masa unitaria húmeda
de la mezcla compactada.
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P á g i n a 47
Una vez realizado el procedimiento se procede a hallar la masa unitaria seca del
suelo – cemento compactado. Calculada la masa unitaria seca, se procede a determinar
la humedad óptima de compactación en relación a su máxima masa unitaria seca, la cual
se puede apreciar en la Figura 11.
Figura 11. Curva de compactación B-50-2
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 11, para una masa unitaria seca de 1750 Kg/m3, que es la máxima,
existe una humedad óptima de un 10.5% ≈ 11%. Este dato es de gran importancia para
darle continuidad al siguiente ensayo.
2.1.1.2 Sustituciones con Caucho Pulverizado M-30
Al igual que en el anterior numeral se repite el mismo procedimiento, pero esta vez
con su respectivo reemplazo de caucho pulverizado M-30 (25%, 50%, 75% y 100%). Se
realiza la mezcla de estos materiales (suelo – cemento – Caucho) agregando agua a fin
de variar la humedad en 4 puntos distintos en un 6%, 10%, 14% y 18%. A continuación
1520
1570
1620
1670
1720
1770
0 2 4 6 8 10 12 14
Ma
sa u
nit
ari
a s
eca (
Kg/m
3)
Humedad (%)
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 2. DISEÑO DE MEZCLA SUELO-CEMENTO-CAUCHO
P á g i n a 48
en las siguientes figuras se observa la muestra B-50-2 con su respectivo reemplazo de
caucho pulverizado.
Figura 12. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 25% de caucho
Fuente: Elaboración propia
Figura 13. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 50% de Caucho
Fuente: Elaboración propia
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P á g i n a 49
Figura 14. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 75% de Caucho
Fuente: Elaboración propia
Figura 15. Preparación y muestra para el ensayo de compactación del 100% de Caucho
Fuente: Elaboración propia
A continuación se presentan los resultados obtenidos de la humedad óptima de
compactación para cada reemplazo.
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P á g i n a 50
Figura 16. Curvas de compactación. a) B-50-2-C25%, b) B-50-2-C50%, c) B-50-2-C75%, d) B-50-2-C100%
Fuente: Elaboración propia
Con base a la Figura 16 se concluye para cada grafica lo siguiente:
Para la gráfica a), se puede apreciar, que para una masa unitaria seca de 1547 Kg/m3,
que es la máxima, existe una humedad óptima del 12%.
1340
1390
1440
1490
1540
1590
0 5 10 15 20
Ma
sa u
nit
ari
a s
eca
(K
g/m
3)
Humedad (%)
1250
1300
1350
1400
1450
0 5 10 15 20
Masa
un
itari
a s
eca (
Kg/m
3)
Humedad (%)
1080
1130
1180
1230
1280
1330
1380
0 5 10 15 20
Ma
sa u
nit
ari
a s
eca
(K
g/m
3)
Humedad (%)
870
920
970
1020
1070
1120
1170
1220
0 5 10 15 20Ma
sa u
nit
ari
a s
eca
(K
g/m
3)
Humedad (%)
a) b)
c) d)
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
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P á g i n a 51
Para la gráfica b), la mezcla de suelo – cemento con el 50% de caucho presenta una
masa unitaria seca de 1437 Kg/m3, que es la máxima, cuya humedad óptima de
compactación es de un 13%.
Para la gráfica c), la curva de compactación de suelo – cemento del 75% de caucho
muestra que para una humedad óptima de 11.5% ≈ 12%, existe una masa unitaria seca
de 1340 Kg/m3.
Para la gráfica d), se observa que para una masa unitaria seca de 1190 Kg/m3, que
es la máxima existe una humedad óptima de compactación del 13%.
A continuación se muestra en la Tabla 9 que resume los resultados obtenidos del
ensayo de relaciones de humedad – masa unitario de mezclas suelo cemento.
Tabla 9: Resumen humedad optima Vs densidad máxima seca
Muestra Densidad Máxima
Seca (kg/m³)
Humedad Óptima
(%)
B-50-2 1750 11
B-50-2-C25% 1547 12
B-50-2-C50% 1437 13
B-50-2-C75% 1340 12
B-50-2-C100% 1190 13
Fuente: Elaboración propia
2.1.2 Resistencia a la Compresión de Cilindros Preparados de Suelo Cemento –
I.N.V.E –614-13
Este método, determina la resistencia a la compresión de cilindros preparados de
suelo cemento y en este caso de suelo – cemento con la sustitución del caucho
pulverizado. “La mezcla de suelo‐cemento se diseña mediante los criterios de
durabilidad y resistencia indicados en la Tabla 5. El contenido mínimo de cemento será
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P á g i n a 52
aquel que permita cumplir con la resistencia a la compresión de 2.1 MPa, luego de que
los especímenes permanezcan 7 días en curado en cámara húmeda” (…) y se haya
variado el contenido de cemento en tres puntos diferentes según la Tabla 8. Para cada
sustitución se realizan tres cilindros, cada uno con un distinto porcentaje de cemento
(5%, 7% y 9%). (Instituto Nacional de Vías, 2013). El material a utilizar se le hace el
mismo reemplazo y procedimiento que se realizó en el numeral 2.1.1, donde para cada
sustitución de caucho, existe una humedad optima de compactación (véase Tabla 9), el
cual se utiliza posteriormente. Para la elaboración de la muestra, los moldes del Proctor
no son de gran utilidad, debido que es necesario desencofrar la muestra y existe una
probabilidad de que el espécimen se deteriore. Por tal razón se diseñó un prototipo de
molde que pudiera ser desarmado sin que afectara la muestra7 (véase Figura 17).
Posteriormente, ante la limitación de no contar con un cuarto húmedo para el curado de
los especímenes se decidió utilizar una nevera de icopor con papel periódico humectado
cubriendo los bordes internos de esta, manteniendo un ambiente húmedo donde las
paredes están siempre en contacto con agua simulando una humedad relativa al 95%, sin
embargo no se realiza control de la humedad relaitiva fuera del que se percibe (véase
Figura 18). A continuación se muestran algunas de las fotografías registradas en el
laboratorio de suelos de la Universidad de la Salle.
Figura 17. Cilindro de PVC
Fuente: Elaboración propia
7 El prototipo está hecho en PVC de 4” de diámetro, tiene un espesor de aproximadamente 5mm y está
confinado con una abrazadera de metal.
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Figura 18. Cuarto húmedo para probetas
Fuente: Elaboración propia
Una vez compactados los cilindros con el material correspondiente, se colocan en
un cuarto húmedo “(…) para verificar en el laboratorio su resistencia a la compresión
simple luego de siete (7) días de curado (…)”. Pasado estos días, se procede a fallar cada
cilindro de acuerdo a la norma I.N.V.E – 613 – 13 en la máquina universal, la cual
permite analizar los valores de esfuerzo y deformación del muestra. A continuación se
muestra uno de los especímenes a fallar.
Figura 19. Montaje de ensayo a compresión simple en la máquina universal
Fuente: Elaboración propia
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P á g i n a 54
A continuación se muestran los resultados para cada una de las muestras de suelo-
cemento con su respectiva sustitución de caucho, encontrando su contenido de cemento
óptimo y así darle continuidad al siguiente ensayo de durabilidad.
2.1.2.1 Mezcla de suelo – cemento (B-50-2)
Para la preparación de la mezcla Suelo-Cemento se utiliza un porcentaje óptimo de
agua de 11%8. En total se realizan nueve (9) cilindros; tres (3) Cilindros con el 5% de
cemento, tres (3) con el 7% y los tres (3) restantes con el 9%.
La Figura 20 muestra el espécimen a fallar en la maquina universal sin sustitución
de caucho, ilustrando el curado a las 12 horas, a los 7 días y el momento de la ruptura
del espécimen. Igualmente representa el comportamiento de esfuerzo - deformación
unitaria de un espécimen de material B-50-2, sometido a esfuerzos progresivos y
registrando la deformación resultante hasta que se supera el límite elástico. Así, se
disminuye el esfuerzo aplicado lentamente hasta llegar al punto denominado punto de
ruptura, donde el espécimen experimenta una fracturación catastrófica
8 Este es obtenido del ensayo del Proctor
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P á g i n a 55
Curado a las 12 Horas Curado a los 7 Días Falla
Diagrama Esfuerzo Vs Deformación
Figura 20. Registro fotográfico y grafica Tipo del ensayo de resistencia a la compresión B-50-2 Fuente: Elaboración propia
En el grafico esfuerzo - deformación para el material B-50-2 se observa que hasta llegar al
punto a tiene un comportamiento de reacomodamiento de partículas y de la superficie entre
el espécimen y la máquina. De ahí hasta el punto b el material sigue un comportamiento
elástico donde el módulo de elasticidad expresado como la pendiente de la recta entre el
punto a y b es de 40,47 MPa; seguidamente en el punto c el material alcanza un esfuerzo
máximo perdiendo sus propiedades elásticas llegando al punto de ruptura. Ahora bien si se
E = 40,47 Mpa
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Esf
uerz
o(M
Pa
)
Deformación(mm)
b
a
c
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 2. DISEÑO DE MEZCLA SUELO-CEMENTO-CAUCHO
P á g i n a 56
analiza el registro fotográfico se evidencia que el espécimen tiene una falla normal o conoidal
en comparación con las fallas evidenciadas en cilindros de concreto.
Una vez fallados los nueve (9) especímenes9, se procede a realizar una proyección
reemplazando la resistencia deseada de 2.1 MPa según la Tabla 5 en la Ecuación de la
recta. Dicho valor encontrado corresponde a una cantidad de Cemento aproximado de
10%, el cual será posteriormente utilizado para el ensayo de humedecimiento y secado
de mezclas de suelo compactadas.
Figura 21. Resistencia a la compresión- mezcla de B-50-2
Fuente: Elaboración propia
2.1.2.2 Sustituciones con Caucho Pulverizado M-30
El procedimiento que se realiza en el numeral 2.1.2.1, se realiza en este caso, pero
esta vez con su respectivo reemplazo de caucho pulverizado M-30 (25%, 50%, 75% y
100%) y con su respectiva humedad óptima para cada uno de ellos (véase Tabla 9).
9 Cada punto en la gráfica, es el promedio de los tres especímenes fallados
%C = 3.1175(R) + 2.8121
R² = 0.9421
4 %
5 %
6 %
7 %
8 %
9 %
10 %
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
Ca
nti
da
d d
e C
em
en
to (
%)
Resistencia (MPa)
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P á g i n a 57
Después de los 7 días de curado en el cuarto húmedo, los 9 especímenes son llevados
al laboratorio de estructuras para fallarlos individualmente y tomar lectura del esfuerzo
máximo de cada uno de ellos.
Curado a las 12 Horas Curado a los 7 Días Falla
Diagrama Esfuerzo Vs Deformación
Figura 22. Registro Fotográfico y Grafica Tipo del Ensayo de resistencia a la compresión B-50-2-C25%
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 22 se observa el registro fotográfico del ensayo de compresión simple
de unos de los especímenes de material B-50-2-C25% con su respectivo grafico de
esfuerzo-deformación. La falla observada es tipo columnar el cual se presenta
E= 27,05 MPa
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
Esf
uerz
o (
MP
a)
Deformación (mm)
b
a
c
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P á g i n a 58
típicamente en especímenes que presentan una superficie de carga convexa;
posteriormente para calcular el módulo de elasticidad se determina la pendiente de la
recta entre los punto a y b, siendo este de 27,05 MPa.
Curado a las 12 horas Curado a los 7 días Falla
Diagrama Esfuerzo Vs Deformación
Figura 23. Registro fotográfico y grafica tipo del ensayo de resistencia a la compresión B-50-2-
C50%
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 23 se observa el registro fotográfico del ensayo de compresión simple
de unos de los especímenes de material B-50-2-C50% con su respectivo grafico de
E = 16,96 MPa
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
Esf
uerz
o (
MP
a)
Deformación (mm)
b
a
c
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P á g i n a 59
esfuerzo-deformación. La falla observada es tipo cónica el cual se presenta en
especímenes que presentan caras bien formadas en ambos extremos con cargas bien
aplicadas. Para este caso se determinó que el módulo de elasticidad es de 16,96 MPa.
Curado a las 12 Horas Curado a los 7 Días Falla
Diagrama Esfuerzo Vs Deformación
Figura 24. Registro fotográfico y grafica tipo de resistencia a la compresión B-50-2-C75% Fuente: Elaboración propia
En el grafico esfuerzo - deformación para el material B-50-2-C75% se observa que hasta
llegar al punto a tiene un comportamiento de reacomodamiento de partículas y de la
superficie entre el espécimen y la máquina. De ahí hasta el punto b el material sigue un
E = 4,89 MPa
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09
Esf
uerz
o (
MP
a)
Deformación (mm)
b
a
c
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P á g i n a 60
comportamiento elástico donde el módulo de elasticidad expresado como la pendiente de la
recta entre el punto a y b es de 4,89 MPa; seguidamente en el punto c el material alcanza un
esfuerzo máximo perdiendo sus propiedades elásticas llegando al punto de ruptura. Ahora
bien si se analiza el registro fotográfico se evidencia que el espécimen tiene una falla de tipo
cónica y dividida el cual se presenta en especímenes que presentan una cara de aplicación de
carga convexa y por deficiencias en uniformidad en el enrasado del cilindro.
Curado a las 12 Horas. Curado a los 7 Días Falla
Diagrama Esfuerzo Vs Deformación
Figura 25. Registro fotográfico y grafica tipo del ensayo de resistencia a la compresión B-50-2-C100% Fuente: Elaboración propia
E= 7,171 MPa
0
0.2
0.4
0.6
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.18
Esf
uerz
o (
MP
a)
Deformación (mm)
b
a
c
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P á g i n a 61
Por último en la Figura 25 el módulo de elasticidad para el material B-50-C100%
calculado es de 7,17 MPa y se observa una falla de tipo cónica con fisuras verticales a
través de los cabezales.
Por otra parte al igual que en el numeral 2.1.2.1, se determina la cantidad de cemento
con extrapolación. Los resultados obtenidos para uno de ellos se detallan a continuación.
% C = 7,7613(R) - 2,555
R² = 0,8149
4.0
8.0
12.0
16.0
0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3Can
tidad d
e C
emen
to (
%)
Resistencia (MPa)
% C= 18,577(R) - 9,2035
R² = 0,8669
4
14
24
34
0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3Can
tidad d
e C
emen
to (
%)
Resistencia (MPa)
% C= 17,776(R) - 1,7302
R² = 0,9184
4
14
24
34
44
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3Can
tidad d
e C
emen
to (
%)
Resistencia (MPa)
a)
b)
c)
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P á g i n a 62
Figura 26. Resistencia a la compresión. a) B-50-2 C25%, b) B-50-2 C50%, c) B-50-2 C75%, d) B-50-2
C100%. Fuente: Elaboración propia
Con base a la Figura 26 se concluye para cada grafica de resistencia a la compresión
Vs contenido de cemento, lo siguiente:
En la gráfica a), se muestra la relación entre la resistencia de cada espécimen y la
cantidad de cemento que se usó, cabe aclarar que cada punto en la gráfica corresponde
a un promedio de tres especímenes fallados previamente, de manera que si se reemplaza
en la ecuación la resistencia esperada, se halla la cantidad optima de cemento para
alcanzar 2.1 MPa de resistencia, porcentaje que para este caso es del 14%.
En la gráfica b), la mezcla de suelo-cemento con el 50% de reemplazo de caucho,
indica que para llegar a una resistencia de 2.1 MPa la cantidad de cemento a emplear
debe ser de 30%. Este valor corresponde al porcentaje óptimo de cemento con el que se
realiza la prueba de durabilidad.
En la gráfica c), una vez fallados los tres especímenes con un contenido de 75% en
caucho, a partir de la ecuación de la recta se concluye que con un 36% de cemento se
puede alcanzar la resistencia deseada de 2.1 MPa.
% C= 23,031(R) - 7,5349
R² = 0,9788
4
14
24
34
44
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3Can
tidad d
e C
emen
to (
%)
Resistencia (MPa)d)
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P á g i n a 63
En la gráfica d), la cantidad de cemento requerida para llegar a una resistencia de
2.1 MPa para este caso es de un 41%.
Tabla 10: Resumen de la determinación de cemento para alcanzar la resistencia de 2.1 MPa.
Muestra Ecuación de la Recta R2 Cemento (%)
B-50-2 % C = 3.1175(R) + 2.8122 0.9119 10
B-50-2-C25% % C= 7,7613(R) - 2,555 0,8149 14
B-50-2-C50% % C= 18,577(R) - 9,2035 0,8669 30
B-50-2-C75% %C= 17,776(R) - 1,7302 0,9184 36
B-50-2-C100% %C = 23,031(R) - 7,5349 0,9788 41
Fuente: Elaboración propia
Con base en las ecuaciones de las rectas de proyección de la cantidad de cemento
requerida para alcanzar una resistencia de 2.1 MPa, se determina el R2 (R cuadrado) que
es un valor usado en el contexto de un modelo estadístico cuyo principal propósito es
predecir futuros resultados o testear una hipótesis. El coeficiente determina la calidad
del modelo para replicar los resultados y la proporción de variación de estos que puede
explicarse por el modelo. (Steel, 1960). Por ende a medida que el R 2 se acerca a 1, la
ecuación de regresión es más confiable, tal es el caso de las proyecciones calculadas en
la Tabla 10.
2.1.3 Humedecimiento y Secado de Mezclas de Suelo Compactadas – I.N.V.E – 612-
13
Este método de ensayo se emplea para determinar la resistencia que presentan unos
especímenes compactados de suelo–cemento a ciclos de humedecimiento y secado. Sus
resultados se suelen emplear en conjunto con los obtenidos con la aplicación de la norma
I.N.V.E–614, para determinar el contenido mínimo de cemento requerido para obtener
una mezcla de suelo – cemento de fuerza adecuada para soportar el intemperismo en
servicio. (Instituto Nacional de Vías, 2013).
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P á g i n a 64
A lo largo del capítulo 2 se ha venido realizando una muestra con las características
óptimas; como lo es la humedad y el porcentaje de cemento, a fin de tener una muestra
adecuada de suelo-cemento compactada que resista el humedecimiento y secado, “para
poder determinar las pérdidas, los cambios de humedad y los cambios de volumen
(expansión y contracción)”. En total, se preparan 10 muestras distribuidas de la siguiente
manera:
Tabla 11: Distribución de probetas para el ensayo de durabilidad
Muestra No. Probetas
B-50-2 2
B-50-2-C25% 2
B-50-2-C50% 2
B-50-2-C75% 2
B-50-2-C100% 2
Fuente: Elaboración propia
Se realizan dos especímenes por cada porcentaje de caucho (espécimen No.1 y
espécimen No.2)10 y cuando ya se tienen las probetas se procede introducirlas en la
cámara húmeda durante 7 días. Pasados estos días se toman las respectivas mediciones
de diámetro, altura y peso para iniciar con los 12 ciclos de humedecimiento y secado
como lo establece la norma.
Figura 27. Probetas para ensayo de durabilidad
Fuente: Elaboración propia
10 A cada una de las muestras se les hará un procedimiento diferente , por esta razón es importante
especificar cuál es el espécimen No.1 y espécimen No.2
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P á g i n a 65
Figura 28. Mediciones de los especímenes
Fuente: Elaboración propia
El ciclo comienza sumergiendo los especímenes en agua potable durante 5 horas, se
prosigue a retirarlas del baño de agua y se determinan las dimensiones del espécimen
No.1. Se procede a colocarlos en un horno a 71 ± 3°C durante 42 horas, luego se sacan
y se vuelve a tomar las mediciones del espécimen No. 1. Adicionalmente “se dan dos
pasadas firmes al espécimen No. 2 sobre toda su área, empleando el cepillo de cerdas de
alambre”.
Después de 5 horas de sumergido Datos después de 42 horas al horno
Figura 29. Registró fotográfico ciclo de humedecimiento y secado
Fuente: Elaboración propia
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P á g i n a 66
Este proceso se repite hasta completar 12 ciclos, al terminar se secan los
especímenes hasta llegar a masa constante a una temperatura de 110 ± 5° C. Por último
se procede a “calcular los cambios de volumen y de humedad del espécimen No. 1, así
como las pérdidas del suelo-cemento del espécimen No.2”. A continuación se presentan
los resultados obtenidos.
2.1.3.1 Cilindros de suelo – cemento (B-50-2)
En la Tabla 12 se indican los pesos que experimento el espécimen No 2 del B-50-2. De
igual forma se muestra la densidad seca expresada en gramo por metro cúbico.
Tabla 12: Peso para cada ciclo B-50-2 de humedecimiento y secado
Ciclos Peso (kg) Densidad Seca(kg/m3)
1 2,114 1901,77
2 2,114 1901,77 3 2,088 1931,38
4 2,091 2007,09
5 2,082 1982,15 6 2,074 2021,42
7 2,114 1901,77
8 2,045 2004,68
9 2,084 2056,53 10 2,08 2058,59
11 2,078 2061,01
12 2,077 2062,42
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 30, se muestra la variación en peso que tuvo el espécimen No 2 a lo
largo de los 12 ciclos que dura el ensayo de durabilidad, mostrando picos y valles
algunas más resaltados que otros. Se puede concluir que la variación en peso presenta
una pendiente descendente donde a medida que aumenta el número de ciclos disminuye
su masa y por lo tanto su peso.
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Figura 30. Grafica Tipo Variación en Peso B-50-2-C
Fuente: Elaboración propia
Por el contrario en la Figura 31, la densidad seca del B-50-2 no muestra una
tendencia clara, lo que indica que la variación de la densidad seca a través del tiempo el
material no pierde sus propiedades, sin embargo si proyectamos su línea de tendencia
muestra una pendiente ascendente, por ende se puede decir que a medida que pasa el
tiempo la densidad seca de la muestra aumenta.
Figura 31. Grafica tipo densidad seca de B-50-2-C
Fuente: Elaboración propia
2
2.05
2.1
2.15
2.2
2.25
2.3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Peso
(K
g)
Número de Ciclos
1850
1900
1950
2000
2050
2100
0 2 4 6 8 10 12
Den
sid
ad
Seca
(K
g/m
3)
Número de Ciclos
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
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P á g i n a 68
2.1.3.2 Cilindros con Caucho Pulverizado M-30
Una vez realizado el procedimiento descrito en el numeral 2.1.3, se procede a
realizar el mismo para los especímenes B-50-2 con caucho. A continuación en la Figura
32 se muestran los resultados obtenidos. Para cada uno de ellos.
a) Graficas tipo variación en peso y densidad seca B-50-2-C25%
b) Graficas tipo variación en peso y densidad seca B-50-2-C50%
1.5
1.65
1.8
1.95
2.1
0 2 4 6 8 10 12
Peso
(K
g)
Número de Ciclos
1450
1550
1650
1750
1850
0 2 4 6 8 10 12D
en
sidad S
eca (
Kg/m
3)
Número de Ciclos
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
0 2 4 6 8 10 12
Peso
(K
g)
Número de Ciclos
1300
1400
1500
1600
1700
0 2 4 6 8 10 12
Den
sid
ad
Seca
(K
g/m
3)
Número de Ciclos
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 2. DISEÑO DE MEZCLA SUELO-CEMENTO-CAUCHO
P á g i n a 69
c) Graficas tipo variación en peso y densidad seca B-50-2-C75%
d) Graficas tipo variación en peso y densidad seca B-50-2-C100%
Figura 32. Graficas tipo de variación en peso y densidad seca
Fuente: Elaboración propia
Como se puede observar en las anteriores gráficas, no existe una tendencia a lo largo
de los ciclos tanto para la variación en peso como para la variación de densidad seca, lo
cual indica que las muestras sufren de expansión y contracción a través del tiempo por
haber sido expuestas a cambios de temperatura drásticos como lo es el secado al horno
y cuando son sumergidas en agua. Al analizar la tendencia de las gráficas de densidad
seca se infiere que para que la densidad aumente el volumen debe disminuir (fenómeno
de contracción). De igual manera para las gráficas de peso vs número de ciclos, cuando
la tenencia es negativa indica perdidas finales respecto a las iniciales.
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
0 2 4 6 8 10 12
Peso
(K
g)
Número de Ciclos
1100
1300
1500
1700
1900
0 2 4 6 8 10 12
Den
sidad S
eca (
Kg/m
3)
Número de Ciclos
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
0 2 4 6 8 10 12
Peso
(K
g)
Número de Ciclos
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
0 2 4 6 8 10 12
Den
sid
ad
Seca
(K
g/m
3)
Número de Ciclos
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con
Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80 CAPÍTULO 2. DISEÑO DE MEZCLA SUELO-CEMENTO-CAUCHO
P á g i n a 70
Tabla 13: % de Pérdidas en Peso
Muestra % Perdidas
B-50-2 10.08
B-50-2-C25% 10.33
B-50-2-C50% 10.30
B-50-2-C75% 7.61
B-50-2-C100% 13.37
Fuente: Elaboración propia
2.1.4 Resumen Criterios para la mezcla (B-50-2)
A continuación en la Tabla 14, se presenta a medida de resumen los resultados del
Capítulo 2, dándole cumplimiento a cada ensayo realizado de acuerdo al artículo 350-
13.
Tabla 14: Resumen Criterios de diseños para la mezcla suelo cemento
Ensayo
Norma de
Ensayo
INV
Requisito
Artículo 350-13 Resultado Cumple
Durabilidad
Resistencia a la compresión a 7 días,
MPa (Mínima)
B-50-2
E-612 2.1
2,1 CUMPLE B-50-2-C25% 2,1 CUMPLE B-50-2-C50% 2,1 CUMPLE B-50-2-C75% 2,1 CUMPLE B-50-2-C100% 2,1 CUMPLE
Resistencia
Máxima pérdida de masa de la mezcla
compactada en prueba
de humedecimiento y
secado, %
B-50-2
E-614 14
10.08 CUMPLE
B-50-2-C25% 10.33 CUMPLE
B-50-2-C50% 10.30 CUMPLE
B-50-2-C75% 7.61 CUMPLE
B-50-2-C100% 13.37 CUMPLE
Fuente: Artículo 350 – 13 (Invías).
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N°30 Y N°80
CAPITULO 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
P á g i n a 7 1
Capítulo 3. Análisis de resultados
Como resultado de la investigación presentada, es posible analizar que la incidencia
del grano de caucho pulverizado M-30 en las propiedades (límite líquido, límite plástico
y equivalente de arena); el caucho modifica estas propiedades en la mezcla y no se
pueden llevar acabo dichos ensayos debido a que cuando se sustituye el material granular
por grano de caucho, la mezcla se torna inmanejable para colocarla en la cazuela de
Casagrande evidenciado cambios volumétricos debido a la plasticidad del material, de
igual manera los rollitos necesarios para determinar el límite plástico no se pueden
formar; por lo tanto el material no presenta límites de consistencia, del mismo modo el
ensayo de equivalente de arena no se lleva acabo pese a que en la mezcla sustituida con
caucho, el caucho flota en la solución des-floculante por diferencia de densidades,
motivo por el cual el respectivo ensayo no se llevó a cabo.
Para analizar comportamiento mecánico de los materiales en forma general, se
recurre a la experimentación sometiendo a los mismos a esfuerzos progresivos y
registrando la deformación resultante. Estos datos se expresan en diagramas esfuerzo-
deformación, tal y como se muestra en las gráficas de la figuras Figura 20-Figura 25. En
general todas las gráficas toman la forma de curvas similares (en forma) es decir que
todos especímenes fallados aunque tienen diferentes contenidos de caucho o
simplemente no tienen caucho, tienden a tener el mismo comportamiento. En cada
grafica se puede apreciar un tramo inicial de la curva , donde esta es convexa
debido a que no se puede garantizar que la superficie de contacto entre el espécimen a
fallar y la máquina sea totalmente plano y sobresalen partículas que al reacomodasen
pueden generar este comportamiento en la gráfica, representado en cada Figura hasta el
punto a. Posteriormente se observa en la curva esfuerzo deformación, un
comportamiento donde el esfuerzo es directamente proporcional a la deformación. Este
comportamiento constituye la ley de Hooke, que aplica solo para pequeñas
Utilización De Caucho Pulverizado Proveniente De Llantas En Bases Estabilizadas Con Suelo – Cemento Sustituyendo La Franja Granulométrica Entre El Tamiz N° 30 y N° 80
CAPITULO 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
P á g i n a 72
deformaciones, hasta un límite denominado límite de proporcionalidad, representado
encada gráfica por el punto b. En este tramo, el comportamiento del material es elástico,
esto es, si se disminuye el esfuerzo aplicado lentamente, se recorre el mismo tramo de
la curva en sentido contrario, hasta alcanzar el punto de origen donde el esfuerzo y la
deformación son nulos. La proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación en el
tramo a partir de ley de Hooke permite definir el módulo de Young o módulo de
elasticidad (E).
Para deformaciones superiores al límite de proporcionalidad, existe un cierto tramo
de la curva esfuerzo deformación, donde el comportamiento del material es elástico,
aunque no existe proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación. El límite en el que
el comportamiento del material deja de ser elástico se denomina límite elástico,
representado por el punto c de cada gráfica. (Granada, 2007)
Al aumentar el esfuerzo y superarse el límite elástico (punto c), no aumenta la
deformación si no que inmediatamente se produce la falla, comportamiento
característico de materiales frágiles.
En lo que refiere al tipo de falla que presentan los especímenes sometidos a
compresión simple, en general estos fallan conoidalmente como se evidencia en los
distintos registros fotográficos. Una falla en cono se observa cuando se logra una carga
de compresión bien aplicada sobre un espécimen de prueba bien preparado. Es la falla
deseable en compresión aunque en algunos especímenes presenta una falla columnar
debido a que algunos especímenes no estaban bien enrasados, esto produce
concentraciones de esfuerzos en puntos sobresalientes de las caras de aplicación de
carga.
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CAPITULO 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
P á g i n a 73
En la siguiente grafica se puede observar que entre el B-50-2 y el B-50-2-C50 hay
una pendiente del 2%, es decir, que existe un incremento de humedad óptima de
compactación y entre el B-50-2-C50 y el B-50-2-C100 pareciera que la pendiente
permanece constante con una humedad optima de l3%; lo que implica que a pesar de
que se reemplace el 100% de la fracción no va consumir más agua de la que ya consume
en el 50% del reemplazo de caucho; indicando que el contenido de agua no depende de
la cantidad de caucho .Sin embargo en el B-50-2-C75 existe un decremento de un 1% lo
cual no es representativo, este pudo haber sido un error de medición o un cambio de
condiciones ambientales.
Figura 33. Humedad Óptima vs Cantidad de caucho
Fuente: Elaboración propia
En la Figura 34, se observa que la relación que tiene la cantidad de caucho con el
contenido de cemento es directamente proporcional, por ende si el reemplazo en la
fracción fina del B-50-2 con caucho pulverizado aumenta, también lo hará su contenido
de cemento. La cantidad de cemento se incrementa hasta 4 veces con respecto a las
muestras sin caucho, indicando que para la mezcla B-50-2 se necesita solamente un 10%
de cemento del peso original y para la mezcla de B-50-2-C100%, que es el más crítico,
reporta más de un 40% de cemento en peso, de tal modo que por cada 100 g de B-50-2-
C100% se necesita 40 g de cemento (Holcim)
11
12
13
0 25 50 75 100
Hu
med
ad
Óp
tim
a d
e
Co
mp
acta
ció
n (%
)
Cantidad de Caucho (%)
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CAPITULO 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
P á g i n a 74
Figura 34. Densidad Máxima y % de Cemento Vs Cantidad de Caucho
Fuente: Elaboración propia
En cuanto a la estabilidad volumétrica las pérdidas en peso representan el desgaste
ante agentes ambientales y por uso. En la Figura 35 se analiza el comportamiento
obtenido de los especímenes con diferente contenido de caucho pulverizado; denotando
que para especímenes entre el B-50-2 y el B-50-2-C50 el porcentaje de pérdidas en peso
no varía en gran magnitud. Sin embargo el B-50-2-C100 alcanza una pérdida
aproximada hasta del 13% siendo está pérdida admisible según lo estipulado en el
artículo 350-13, pero que representa una variación del 3% con respecto al B-50-2.
Figura 35. % Perdidas en Peso Vs Cantidad de Caucho
Fuente: Elaboración propia
0
10
20
30
40
50
1150
1250
1350
1450
1550
1650
1750
1850
0 25 50 75 100
% d
e C
em
en
to
Den
sidad M
áxim
a (
kg/m
³)
Cantidad de Caucho (%)
Densidad Máxima (kg/m³) (%) Cemento
a
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
0 25 50 75 100
%P
erd
ida
s en
Peso
% de Caucho
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CAPITULO 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS
P á g i n a 75
Figura 36. Densidad seca Vs Cantidad de Caucho
Fuente: Elaboración propia
A partir de la Figura 36, se observa el comportamiento final que registro los
especímenes 1 y 2, especímenes que como se mencionó en el título 2.1.3 se les
realizaron diferentes procedimientos; el cual se comparan los especímenes para cada
porcentajes de sustitución de caucho.
0
6
12
18
0 25 50 75 100
Vari
ació
n D
en
sidad S
eca (
%)
% Cantiad de CauchoEspecimenes 1 Especimenes 2
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CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Capítulo 4. Conclusiones y Recomendaciones
Una vez procesados los datos de límites de Atterberg y el equivalente de arena se
concluye que para materiales granulares modificados con caucho se deberá desarrollar un
método alternativo para determinarlos. Por lo tanto se propone como aporte a una nueva
investigación desarrollar métodos para este tipo de materiales. De igual manera se
recomienda el desarrollo de métodos para evaluar la afectación de la fracción fina por la
inclusión de caucho en la granulometría.
A partir de la Figura 33 se concluye que los reemplazos del caucho con respecto a la
humedad óptima difieren en un 1% lo cual no es representativo, por lo tanto se recomienda
tomar una humedad óptima de compactación del 13% para el suelo-cemento modificado con
caucho pulverizado M-30 independientemente del porcentaje de caucho sustituido.
Los resultados inferidos a partir de la Figura 34 de densidad máxima y contenido óptimo
de cemento se concluye que entre los materiales B-50-2-C25 y el B-50-2-C50 se encuentra
la condición óptima de viabilidad técnica, es decir, que en el punto de compensación 11(punto
a en la gráfica). Del mismo modo se concluye que la relación entre el contenido de caucho y
la densidad seca es inversamente proporcional, pese que a medida que aumenta el porcentaje
de caucho disminuye la densidad de las muestras y por consiguiente indica que el caucho
tiene un efecto sobre la densidad de la muestra, haciendo que la mezcla sea más liviana. Al
evidenciar disminución en la densidad así como en otros estudios, el material es apropiado
para ser utilizado sobre suelos de baja capacidad de soporte o eventualmente terraplenes de
poca altura.
11 Punto donde se encuentra un equilibrio entre la densidad máxima y el porcentaje de cemento respecto a la
cantidad de caucho sustituido
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CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Los R2 obtenidos a partir de las gráficas de resistencia a la compresión y resumidos en
la Tabla 10, son representativos debido a que se aproximan a uno (1), pese a que se obtuvieron
a partir de tres puntos, indicando homogeneidad en la compactación. Sin embargo se
recomienda validar los R2 con otros tipos de materiales granulares en las misma
dosificaciones de caucho pulverizado M-30.
Por otra parte se puede afirmar que si el material natural cumple con los requisitos
exigidos en el Artículo 350 - 13, puede agregarse hasta un 40% de caucho y seguirá siendo
apto para ser estabilizado con cemento hidráulico, pero no se recomienda adicionar caucho
en proporciones mayores al 40%, ya que a medida que aumenta la cantidad de caucho se
disminuye la resistencia y por ende aumenta considerablemente la cantidad de cemento.
Seguidamente en cuanto a la estabilidad volumétrica se considera que hasta el 40% es viable
sustituir con caucho, ya que hasta este punto no hay una pérdida considerable de la muestra;
lo cual es algo positivo debido a que se está sustituyendo material granular por desechos de
llanta sin afectar la estabilidad volumétrica, por consiguiente al adicionar hasta el 40% de
caucho, la mezcla permanece estable volumétricamente comparada con la original.
Por otra parte un consumo alto de cemento implique un incremento de costos en la
fabricación de la muestra, por lo tanto se sugiere que antes de llegar a implementar o
recomendar esta alternativa se realice un análisis económico.
La conclusión final a la que se llegó a partir de los análisis y conclusiones, es no
incrementar más del 40% del reemplazo de caucho pulverizado en el material granular, pese
a que se afecta mecánicamente haciendo la mezcla no viable económica y técnicamente.
Con el fin de aportar a la investigación se recomienda realizar más estudios a las
propiedades de los materiales granulares modificados con caucho pulverizado M-30 en lo
que refiere a: módulo de elasticidad (con strain gauges) e incluir evaluación a la flexión y
módulo resilente.
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CAPITULO 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Es importante resaltar que todo lo plasmado en el presente documento y sus conclusiones
son válidos para un suelo cuyas características den cumplimiento a la siguiente tabla.
Tabla 15: Características del Material granular
Descripción Valor
Límite Líquido 22.1
Índice de Plasticidad 9.7
Clasificación (AASHTO) A2-4
% Pasa Tamiz No. ¾” 94%
% Pasa Tamiz No. 200 31%
Humedad Óptima (%) 11%
Densidad Seca (Kg/m3) 1750
% Óptimo de Cemento 10%
Pérdida de Masa 10.08%
Fuente: Elaboración propia
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ANEXOS
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Anexos
4.1 ANEXO N° 1. LÍMITE LÍQUIDO DE LOS SUELOS – I.N.V.E – 125 – 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
P á g i n a 80
4.2 ANEXO N° 2. LÍMITE PLÁSTICO E ÍNDICE DE PLASTICIDAD DE
SUELOS – I.N.V.E – 126 – 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.3 ANEXO N° 3. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE AGREGADOS
GRUESOS Y FINOS – I.N.V.E – 213 – 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.4 ANEXO N° 4. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS
FINOS – I.N.V.E – 133 – 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.5 ANEXO N° 5. SOLIDEZ DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCIÓN
DE SOLUCIONES DE SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO – I.N.V. E
– 220 – 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.6 ANEXO N° 6. VALOR DE AZUL DE METILENO EN AGREGADOS
GRUESOS Y FINOS Y EN LLENANTES MINERALES – I.N.V. E – 235 – 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.7 ANEXO N° 7. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO ORGÁNICO DE UN
SUELO MEDIANTE EL ENSAYO DE PÉRDIDA POR IGNICIÓN – I.N.V.
E – 121 – 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.8 ANEXO N° 8. RELACIONES DE HUMEDAD –MASA UNITARIO DE
MEZCLAS SUELO CEMENTO – I.N.V. E – 611 - 13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.9 ANEXO N° 9. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE CILINDROS
PREPARADOS DE SUELO CEMENTO – I.N.V.E – 614-13
(DIGITAL)
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ANEXOS
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4.10 ANEXO N° 10. HUMEDECIMIENTO Y SECADO DE MEZCLAS DE
SUELO COMPACTADAS – I.N.V.E – 612-13
(DIGITAL)
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REFERENCIAS
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