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Micro fotografa que muestra la estructura cristalina de un Concreto Zeoltico fabricado con RoadCem.

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MANUAL DE TRABAJO

"no hay nada ms difcil de emprender, ms peligroso de llevar a cabo y con menos garantas de xito, que tomar la iniciativa en la introduccin de un nuevo orden de cosas. Porque la innovacin tiene como enemigos a todos aqullos que se beneficiaron de las condiciones antiguas. La gente teme y desconfa de la persona que promueve el cambio y no cree en nuevas ideas hasta que no tiene una larga experiencia con ellas."

(N. Maquiavelo, El Prncipe).

Prefacio

Nuestra vida es una bsqueda permanente de mejora de algn tipo.

En la bsqueda de una vida mejor, las personas siempre estn buscando mejores productos y servicios.

Las decisiones que hacemos las tomamos con la base a la informacin que tenemos y de

nuestra comprensin e interpretacin de esa informacin.

Muchas veces adquirimos un producto o un servicio sin saber que hay algo mejor

disponible y esto, slo porque no tenemos informacin al respecto y basamos nuestra eleccin en lo que conocemos, en la informacin que tenemos y nuestra habilidad para

interpretarla adecuadamente.

De acuerdo con lo anterior se puede concluir que la mayor barrera para el xito de nuevos e innovadores productos y servicios es, de hecho, la informacin y la calidad de

esta con respecto a los productos o servicios a disponibles para los usuarios potenciales.

Por aos, se han buscado nuevos mtodos y soluciones a los principales problemas de

degradacin ambiental, contaminacin y cambio climtico, con el reclamo de xito en su contribucin a un futuro sostenible de las sociedades humanas.

En esta bsqueda, a menudo se encuentran nuevos mtodos, nuevos materiales y

nuevas tecnologas que, la mayora de las veces, no soportan el rigor de una prueba cientfica.

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PowerCem Technologies, ha desarrollado una gama de productos que hacen que sea posible inmovilizar una amplia gama de contaminantes en el medio ambiente, mientras

que al mismo tiempo, convierten los recursos contaminados en productos tiles y beneficiosos para la sociedad. Sus productos estn basados en materiales bsicos y se

utilizan en combinacin con el cemento tradicional y aglutinantes puzolnicos, para transformar materiales y recursos, previamente intiles, en un producto estructural til,

mientras que al mismo tiempo provocan la reduccin de nuestra huella ambiental.

Estos productos tienen caractersticas bsicas para convertir materiales secundarios,

altamente contaminados y subproductos de la sociedad, en un material-producto-servicio til y lo hacen, tanto con ganancias ecolgicas como financieras.

Al hacer esto, sus productos tambin transforman la manera como vemos los recursos,

as como la metodologa de la construccin y el diseo de algunos de nuestros sistemas de infraestructura.

PowerCem Technologies llega con una innovacin de enorme impacto.

Desafortunadamente, la capacidad de prevenir y reducir la explotacin continua de los

materiales naturales bsicos y el uso de mtodos de construccin, que finalmente destruirn a los bancos naturales, no ha sido suficiente para hacer de la tecnologa de

PowerCem una noticia inmediata y un xito instantneo.

"Teora es conocimiento que no funciona. Prctica es cuando todo funciona y no sabes por qu"

Herman Hesse

En PowerCem nos hemos embarcado en un viaje arduo e incierto, para convencer a

usuarios y clientes potenciales, a gobiernos y sector privado, a cientficos y escpticos, que aqu hay una innovacin, que es real y que cumplir con sus demandas.

Pero como con todo nuevo producto, mtodo o aplicacin dar el primer paso es el reto

ms grande, especialmente en el mundo multidisciplinario de ingeniera civil donde

diferentes especialistas estn trabajando en geotecnia, ingeniera hidrulica, medio ambiente, ingeniera carretera, construccin, etc.

Este manual contiene el resultado de las investigaciones y cooperacin de nuestros

socios, clientes y colaboradores y reconocemos sus respectivos roles y contribuciones.

Prof.dr.ir. Prvoslav Marjanovic

Venga y d el primer y ms importante paso con nosotros

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Sumario

RoadCem es una mezcla de zeolitas sintticas y metales alcalinos que resuelve mejor y

a menor costo los problemas de estabilizacin de suelos.

RoadCem es un modificador de materiales cementantes, como cemento portland y

cenizas volantes, que hace posible aglutinar todos los materiales in situ, incluso fango u otros materiales de desperdicio, transformndolos en un concreto zeoltico, un producto

que puede ser utilizado en ingeniera carretera.

RoadCem modifica la estructura qumica y mineral de un material in situ.

Para entender cmo un cliente elige un producto es necesario saber cmo ste toma su decisin. Para ayudar a los clientes a decidirse por el uso de RoadCem es necesario

mostrarles la diferencia de su uso.

Los principales beneficios son:

Menores costos de construccin. Menores costos de mantenimiento. Periodos de construccin ms cortos. Carreteras ms durables. Se pueden utilizar materiales in situ. Capacidad de inmovilizar hasta fango altamente contaminado, para que pueda ser

utilizado como material de construccin.

Cuando se elaboran los diseos de mezcla y de pavimento,

entonces, el proceso de construccin queda establecido.

Cuando se utilice RoadCem es imprescindible hacerlo bajo un diseo de mezcla apropiado y un buen diseo de pavimento, por ello, es necesario conocer algunos

puntos de criterios bsicos para hacer estos diseos.

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1 Introduccin Va e Vita

1.1 General

PowerCem Technologies, es una compaa holandesa que produce una gama de productos que se utilizan como mejoradores de cemento para diferentes aplicaciones.

Uno de estos productos es RoadCem, que es utilizado primordialmente para la

formacin de Concreto Zeoltico, un producto til en la estabilizacin de suelos para la construccin de carreteras, losas de cimentacin, taludes, diques, rellenos sanitarios y

aplicaciones similares.

RoadCem y los otros productos de PowerCem Technologies han sido usados en demostraciones y proyectos de gran escala en muchos pases en cuatro continentes.

Este manual est basado en la experiencia reunida de diferentes trabajos y proyectos de

investigacin que se han llevado a cabo a travs del mundo y explica QU es RoadCem, CMO puede ser hecho un diseo con RoadCem y CMO es (y puede ser

aplicado) RoadCem en la prctica.

Se le ha dado especial consideracin al hecho de que, en diferentes partes del mundo, existen muchas y diferentes necesidades y demandas para carreteras y diferentes

enfoques y mtodos utilizados para su diseo. Hemos tomado conocimiento de estos

diferentes requisitos y tratamos de dar respuesta a un planteamiento genrico, sin locacin especfica. Este enfoque puede ajustarse a las necesidades particulares de un

determinado lugar o pas y sistema estndar.

1.2 Definiendo el problema

El diseo y construccin carretera tradicionales, han demostrado hacer un uso muy intensivo de materiales y energa. Tambin exigen de importar y exportar enormes

cantidades de material virgen con el fin de que se completen con xito. Esto es especialmente preocupante en situaciones donde la capacidad de carga de los suelos de

base es baja o cuando otras condiciones geotcnicas a lo largo de la ruta de la carretera no son adecuadas.

Como resultado hay diseos de capas mltiples y estructuras basadas en la importacin de grava y/u otro material aceptable, que muchas veces exceden los 100 cm de

espesor. La construccin tradicional se construye en diferentes capas, tales como la capa de rodadura, la capa base y capa de Sub base. Todas estas capas por lo general estn

hechas de material importado.

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Figura 1.1 Diseo y estructura tpica de una carretera.

Los costos de transporte, medio ambiente y otros ms, siguen aumentando debido a las distancias, cada vez ms grandes, desde donde que los materiales han de importarse.

En muchas situaciones y pases, la escasez de materiales importados tambin dar lugar a un incremento de los costos. Por lo mismo, al incrementarse los costos de energa por

excavacin, tambin se incrementarn los costos para el usuario final.

Hoy en da, el principal problema en la construccin de carreteras, desde un punto de vista de sostenibilidad y eficiencia, se ha convertido en nuestra capacidad de encontrar

el enfoque ms racional para su diseo y su construccin.

Es necesario garantizar una menor dependencia de materiales importados y una menor

necesidad de esas grandes cantidades de material para cumplir con los requisitos relativos a la ejecucin de la construccin de carreteras.

Mientras la sociedad se desarrolla, cada vez ms grandes cantidades de materiales de

desecho continan generndose y estas enormes montaas de desperdicios, tambin se estn convirtiendo en un problema. La posibilidad de utilizar stos materiales de

desecho, como reemplazo de material virgen importado en la construccin de carreteras, ha sido reconocida como una opcin por muchos aos.

Slo una porcin limitada de estos desperdicios puede ser considerada para su uso en la

construccin de carreteras debido a los problemas de contaminacin asociados con la reutilizacin de materiales de desecho, tales como la lixiviacin, inmovilizacin, etc.

Si estos obstculos pueden ser evitados, dos problemas podran ser resueltos al mismo tiempo:

1. El control del flujo de residuos y la contaminacin asociada.

2. La disponibilidad de una fuente ms barata y ms respetuosa del medio ambiente, de materiales para la construccin de carreteras.

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El diseo y construccin de caminos con RoadCem permite el uso de material in situ (cualquier tipo de suelo) para la construccin de carreteras. Esto da como resultado la

reduccin del espesor requerido para la estructura del camino, lo que tambin contribuye a la solucin de la extendida exigencia de mejora de la infraestructura sin la

necesidad de ocupar materiales vrgenes.

RoadCem hace posible tener una respuesta apropiada a los problemas identificados con anterioridad y nos permite:

El uso de materiales de desecho en la construccin de carreteras. El uso de materiales in situ, independientemente de su calidad, para la construccin de carreteras. La reduccin del espesor de la estructura carretera con un desempeo equivalente del mismo. Evitar la importacin de materiales vrgenes (de banco) para la construccin. Inmovilizar los contaminantes existentes en los materiales de desecho. Reducir los costos de gestin, manejo y disposicin de residuos. Reducir los insumos energticos necesarios para la construccin de carreteras y La reduccin de los problemas asociados a la huella ambiental y ecolgica por los procesos de construccin.

Este manual est destinado a guiar al lector en el uso de RoadCem para lograr el objetivo deseado, al tiempo que garantiza que el producto final, el camino, rena con

todos los requerimientos.

1.3 Objetivo

Al compilar este manual se han propuesto varias metas.

El objetivo central es garantizar que RoadCem sea utilizado de una manera correcta,

siguiendo un diseo y un proceso de construccin apropiados.

El segundo objetivo es promover el uso de RoadCem, bsicamente, como un producto de eleccin en el diseo y construccin de caminos, sin menoscabo de que pueda ser

utilizado en otras reas de la construccin.

El tercer objetivo es proporcionar suficiente apoyo tcnico a los distribuidores de RoadCem y sus clientes para que sean capaces de redactar las especificaciones

apropiadas y prestar apoyo a diseadores y contratistas.

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1.4 Preparando el terreno

A fin de maximizar los beneficios del uso de RoadCem en la construccin de carreteras,

es necesario que sea utilizado un procedimiento estructurado, minucioso y eficiente en el diseo y su aplicacin.

RoadCem es un material que se utiliza junto con cemento y/o cenizas volantes como

un modificador y mejorador del aglutinante, que permite el uso de toda una gama de

materiales vrgenes y secundarios en la construccin de carreteras. Esto hace posible tener una mejor solucin global para la construccin de carreteras que rene todos los

requerimientos y en particular, una reduccin de costos para los clientes y un alto beneficio ecolgico.

Para lograr los resultados deseados y maximizar los beneficios de RoadCem la primera

condicin previa es tener un claro entendimiento de los requerimientos del cliente y del usuario.

Esto se refleja en las exigencias de las especificaciones de desempeo de la carretera

respecto a un nmero de diferentes criterios los cuales, en esencia, estn determinados por las propiedades y caractersticas del producto terminado: la carretera, y los

materiales utilizados para hacer este producto final.

Por ejemplo: resistencia a la fractura, a la fatiga, comportamiento de deformacin,

agrietamiento, fuerza de soporte, permeabilidad al agua y requerimientos de impacto ambiental asociados como tipo de substancia, la lixiviacin contaminante, resistencia a

agentes de deshielo como sales, resistencia a la corrosin, a cidos y bases, etc.

Adems de estas consideraciones operacionales tambin imponen ciertos requisitos tales como trabajabilidad, durabilidad y un conjunto dado de propiedades fsicas.

La Figura 1.2 muestra la relacin entre los requerimientos del usuario/cliente y la

eleccin de materiales para la construccin de cualquier carretera dada.

La disponibilidad de RoadCem afecta a los elementos relacionados en la Pirmide en la figura 1.2 de una manera profunda y establece la necesidad de un enfoque y

metodologa no convencionales en el diseo, construccin y materiales en la pirmide que se muestra en la Figura 1.3.

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La Pirmide de Proceso.

Figura 1.2 La Pirmide de Proceso. Desde los requerimientos del USUARIO/CLIENTE a la seleccin de materiales.

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Cambios en la Pirmide de Proceso

Figura 1.3 Cambios en la Pirmide de Proceso por el uso de RoadCem.

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Los diseadores de estructuras carreteras tradicionales estn familiarizados con las

propiedades de los materiales y mtodos de construccin.

Ellos estn familiarizados con los materiales secundarios, como mezclas granulares, ripio o cascajo, escoria de alto horno, asfalto granulado, etc., y materiales como grava,

arena, arcilla y limo. Estos diseadores a menudo tambin estn familiarizados con las propiedades de diferentes tipos de lodos y otros residuos y materiales contaminados.

El enfoque tradicional ha eliminado o limitado el uso de este ltimo grupo de materiales y tiene como requisito previo necesario, el que slo ciertos materiales y slo en ciertas

proporciones podran ser utilizados en diseo de carreteras y la construccin.

Ahora de pronto, con RoadCem, estos materiales tienen un valor positivo.

Estos materiales pueden ser utilizados en la construccin de carreteras y estn a menudo disponibles sin costo o a un costo que es una fraccin de los materiales

tradicionales. Al mismo tiempo estos materiales no tradicionales alcanzan los mismos requisitos de desempeo tales como la resistencia a la deformacin y agrietamiento en

espesores ms bajos que los de las capas utilizadas en el pasado.

El efecto global neto se basa exclusivamente en parmetros econmicos y una construccin con RoadCem a menudo resulta en una reduccin del 30% al 70% en el

costo de la construccin de una carretera.

Otros factores como la reduccin o eliminacin de la huella ecolgica ambiental hacen

que la ventaja sea mucho ms importante.

Para lograr estos beneficios, como se indica en la figura 1.3, tanto el diseo como las fases de construccin del proyecto deben ser modificadas.

El gremio de diseadores debe estar familiarizado con las propiedades resultantes de los

materiales modificados por el uso de RoadCem. Esta no es una tarea fcil y requiere una gran cantidad de datos de investigacin y experimentacin antes de que el uso de

RoadCem pueda ser clasificado como un mtodo tradicional de construccin de carreteras.

PowerCem Technologies como empresa seguir enfocndose en construir una base de

datos con la informacin necesaria. Por otro lado, el gremio de diseo y el de

construccin necesitan comenzar a utilizar RoadCem para que puedan establecerse antecedentes y ventajas de su uso y ms adelante sean demostradas y confirmadas.

Este manual intenta ayudar a los diseadores a adoptar el producto ms rpidamente.

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1.5 Estructura del Manual

Para una buena construccin de carreteras con RoadCem es importante trabajar

sistemticamente en conformidad con un procedimiento aceptable. Tomando esto en cuenta se ha desarrollado este manual que puede ser utilizado en todos los pases del

mundo.

El captulo 1 es la introduccin, donde se explica la problemtica de implantar una innovacin.

El captulo 2 est dedicado a una explicacin bsica del mecanismo de modificacin y mejora de los materiales tratados con RoadCem.

El captulo 3 es un resumen de las etapas iniciales de un proyecto y una discusin ms

amplia de las pirmides en las figuras 1.2 y 1.3.

El captulo 4 est dedicado a la recopilacin de datos bsica sobre los materiales in situ y los residuos que pueden ser utilizados para construccin de carreteras y los requisitos

mnimos de datos necesarios para el diseo adecuado utilizando RoadCem.

El captulo 5 se centra en los principios de diseo de materiales basados en el Mtodo RoadCem, el diseo de la estructura de pavimento y el diseo de la optimizacin de

procesos utilizando materiales modificados por RoadCem.

El captulo 6 se ocupa de las cuestiones relacionadas con la construccin en el campo

cuando se utiliza RoadCem; La carretera, pavimentacin y drenaje.

El captulo 7 es el captulo final que resume el Manual de Orientacin.

1.6 Gua de trabajo con RoadCem

El siguiente diagrama muestra un "paso a paso" de cmo trabajar con RoadCem.

Figura 1.4 Gua "paso a paso, trabajando con RoadCem".

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2 RoadCem "El trayecto de la qumica a la ingeniera carretera"

2.1 RoadCem y Productos Hermanos

Si bien este manual se centra en RoadCem, PowerCem Technologies tambin fabrica y

comercializa una gama de productos hermanos que se basan en la misma tecnologa de RoadCem. Estos productos hermanos son:

ImmoCem. Producto que puede ser utilizado en proyectos de inmovilizacin de

contaminantes. Mediante este, incluso los lodos ms contaminados son inmovilizados, de tal manera que el material resultante, cumple con los requisitos necesarios de un

material de categora 1 en construccin.

ConcreCem. Mejora las propiedades de concreto. Las principales mejoras, en

comparacin con el concreto tradicional, son las de lograr una mayor resistencia a la compresin en menor tiempo y una mejora las propiedades de contraccin.

NucliCem. Es un producto de PowerCem Technologies que hace que sea posible

inmovilizar residuos radiactivos.

En aplicaciones muy especficas, puede ser necesario mezclar diferentes productos PowerCem con RoadCem para alcanzar metas especficas, pero esto no es tema de

este manual.

RoadCem. Es un producto en polvo basado en zeolitas sintticas y metales alcalinos complementados con un activador complejo que le otorga propiedades nicas. Est

diseado para la estabilizacin de suelos, principalmente, en la construccin de

carreteras.

Figura 2.1 RoadCem.

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RoadCem mejora y aumenta la fuerza y la flexibilidad de las capas estabilizadas de la carretera y mejora el rendimiento general de los materiales aglutinados con cemento

que son utilizados en la construccin de carreteras.

RoadCem modifica y ampla la qumica del proceso de hidratacin del cemento y extiende el proceso de cristalizacin mediante la formacin de estructuras cristalinas de

agujas largas.

Es un catalizador del proceso de hidratacin del cemento y por lo tanto puede ser

utilizado como una herramienta en diseos personalizados de mezclas para el desempeo requerido.

Cualquier tipo de material que se pueda unir con RoadCem y dar fuerza a la

construccin se puede utilizar en un pavimento. Esto elimina la necesidad de importacin y exportacin de material y al hacerlo, reduce significativamente el costo de

la construccin y los impactos medioambientales de la misma.

2.2 Del proceso qumico al fsico mineralgico.

Con el fin de entender cmo funciona RoadCem primero tenemos que explicar brevemente cmo el Cemento y los materiales puzolnicos actan como aglutinantes de

los diferentes materiales.

2.2.1 Cemento Portland

El cemento necesita de humedad para hidratarse y curar (endurecer) y as convertirse

en un aglutinante efectivo de otros materiales apropiados tales como los agregados ptreos, arena etc. Cuando el aglutinante (cemento) se seca, en realidad para de

endurecer. Un cemento con muy poca agua, puede quedar seco y no va a reaccionar plenamente. Las propiedades de tal pasta seran menores que la de una pasta hmeda.

La reaccin del agua con el cemento es extremadamente importante a sus propiedades como aglutinante y estas reacciones pueden continuar durante muchos aos.

El cemento Portland est formado por cinco componentes principales y unos cuantos

compuestos ms de menor importancia. La composicin del cemento Portland tpico est en la lista por porcentaje de peso en la Tabla 2.1.

Compuesto del Cemento % en Peso Frmula Qumica Frmula Condensada

Silicato Triclcico 50% Ca3SiO5 o 3CaOSiO2 SC3

Silicato Diclcico 25 % Ca2SiO4 o 2CaOSiO2 SC2

Aluminato Triclcico 10 % Ca3Al2O6 o 3CaOAl2O3

Aluminoferrito Tetraclcico 10 % Ca4Al2Fe2O10 o 4CaOAl2O3Fe2O3

Sulfato de Calcio (Yeso) 5% CaSO42H2O

Tabla 2.1 Composicin Qumica del cemento Portland.

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Cuando se aade agua al cemento, cada uno de los compuestos sufre hidratacin y esto contribuye al producto final. Slo los Silicatos de Calcio contribuyen al endurecimiento.

El Silicato Triclcico es responsable de la mayor parte de la resistencia temprana (primeros 7 das). El Silicato Diclcico, que reacciona ms lentamente, contribuye slo a

la resistencia en tiempos posteriores.

La ecuacin para la hidratacin del Silicato Triclcico est dada por:

Silicato Triclcico + Agua ---> Silicato de Calcio hidratado + Hidrxido de Calcio + Calor

2 Ca3SiO5 + 7 H2O ---> 3 CaO2SiO24H2O + 3 Ca(OH)2 + 173.6kJ

Tras la adicin de agua, el Silicato Triclcico reacciona rpidamente para liberar iones calcio, iones hidrxido y una gran cantidad de calor. El pH aumenta con rapidez a ms

de 12 debido a la liberacin de iones hidroxilo (OH-) de carcter alcalino. Esta reaccin de hidrlisis inicial se ralentiza rpidamente despus que comienza dando lugar a una

disminucin en calor desprendido.

La reaccin contina lentamente produciendo iones de calcio e hidrxido hasta que el

sistema se satura. Una vez que esto ocurre, el hidrxido de calcio comienza a cristalizar. Simultneamente, el silicato calcio hidratado de se empieza a formar. Los iones

precipitan fuera de la solucin de acelerando la reaccin de silicato triclcico a iones de calcio e hidrxido. (Principio de Le Chatelier). Entonces la generacin de calor se

incrementa dramticamente.

La formacin de los cristales de hidrxido de calcio y silicato de calcio hidratado proporcionan "semillas" a que puede formar ms silicato de calcio hidratado. Los

cristales de silicato de calcio hidratado crecen ms gruesos, lo que hace ms difcil para las molculas de agua alcanzar al silicato triclcico de anhidro.

La velocidad de la reaccin ahora est controlada por la velocidad a la cual las molculas

de agua se difunden a travs del revestimiento de silicato de calcio hidratado. Este

revestimiento con el tiempo se hace ms espeso, provocando que la produccin de silicato de calcio hidratado sea ms y ms lenta.

Figura 2.2 Ilustracin de los poros en el silicato de calcio a travs de las diferentes etapas de hidratacin.

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El diagrama que se muestra en la figura 2.2 representa la formacin de poros, cuando el silicato de calcio hidratado se forma.

Ntese que en el dibujo (a) que la hidratacin no ha ocurrido todava y los poros,

espacios vacos entre los granos estn llenos de agua.

El dibujo (b) representa el inicio de hidratacin.

En el dibujo (c), la hidratacin contina. A pesar de que an existen espacios vacos,

stos son llenados con agua e hidrxido de calcio.

El dibujo (d) muestra la pasta de cemento casi endurecido. Observe que la mayora del espacio est lleno de silicato de calcio hidratado y lo que no se llena con este hidrato

endurecido es principalmente solucin de hidrxido de calcio. La hidratacin va a continuar en tanto el agua est presente y todava haya compuestos anhidros en la

pasta de cemento.

El Silicato Diclcico tambin afecta a la resistencia del concreto a travs de su hidratacin. El Silicato Diclcico reacciona con el agua de una manera similar al Silicato

Triclcico, pero mucho ms lentamente. El calor liberado es menor que el generado por la hidratacin del Silicato Triclcico porque el Silicato Diclcico es mucho menos reactivo.

Los productos procedentes de la hidratacin del Silicato Diclcico son los mismos que

aquellos del Silicato Triclcico:

Silicato Diclcico + Agua ---> Hidrato de Silicato de Calcio + Hidrxido de Calcio + Calor

2 Ca2SiO4 + 5 H2O ---> 3 CaO2SiO24H2O + Ca(OH)2 + 58.6 kJ

Los otros componentes principales de cemento Portland: el Aluminato Triclcico y

Aluminoferrito Tetraclcico tambin reaccionan con el agua. Su qumica hidratacin es ms complicada y tambin involucran reacciones con el Sulfato de Calcio (yeso). Dado

que estas reacciones no contribuyen significativamente a la fuerza, no sern tomadas en cuenta en esta discusin.

Aunque hemos tratado a la hidratacin de cada compuesto de cemento de forma

independiente, esto no es completamente exacto. El grado de hidratacin de un compuesto puede ser afectado por la variacin de la concentracin de otro. En general,

las tasas de hidratacin durante los primeros das, clasificados del ms rpido al ms lento son:

Aluminato de Triclcico>Silicato Triclcico>Aluminoferrito Tetraclcico>Silicato Diclcico

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El calor evoluciona con la hidratacin del cemento. Esto es debido al rompimiento y

formacin de enlaces qumicos durante la hidratacin. El calor generado se muestra en la figura 2.3 en funcin del tiempo.

Figura 2.3 Grado de evolucin de calor durante la hidratacin del cemento Portland.

En la etapa I la hidrlisis de los compuestos de cemento ocurre rpidamente con un aumento de varios grados en la temperatura.

La etapa II se conoce como el perodo latente. La evolucin de calor disminuye

dramticamente en esta etapa. Este perodo de latencia puede durar de una a tres horas. Durante este perodo, el concreto se encuentra en un estado plstico que permite

al concreto ser transportado y colocado sin ninguna dificultad importante. Esto lo particularmente importante para la industria de la construccin ya que el concreto se

tiene que transportar hasta el lugar de trabajo. Es al final de esta etapa que la

configuracin inicial comienza.

En las etapas III y IV, el concreto comienza a endurecerse y la evolucin calor se incrementa debido principalmente a la hidratacin del Silicato Triclcico.

La etapa V se alcanza despus de 36 horas. Se produce la lenta formacin de productos

hidratados y esta contina en tanto agua y silicatos anhidros estn presentes.

La fuerza de un producto unido con cemento depende, en mucho, de la reaccin de hidratacin que acabamos de discutir.

El agua juega un papel fundamental, sobre todo la cantidad utilizada. La fuerza de los

productos se incrementa, cuando se utiliza una baja cantidad de agua. La reaccin de hidratacin por s misma consume una especfica cantidad de agua.

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Figure 2.4 Dibujos esquemticos para demostrar la relacin agua/cemento y la porosidad

El espacio vaco (porosidad) est determinado por la relacin agua/cemento. La relacin

entre la proporcin agua/cemento y la resistencia se muestran en la figura 2.5.

Figura 2.5 Grfico de resistencia del producto como una funcin de la relacin agua/cemento.

Una baja relacin agua/cemento conduce a una alta resistencia, pero baja

trabajabilidad. Una relacin alta de agua/cemento conduce a una baja resistencia, pero a una buena manejabilidad.

El tiempo tambin es un factor importante para determinar la resistencia del producto.

El producto se endurece conforme al paso del tiempo.

Las reacciones de hidratacin disminuyen cada vez ms conforme se forma el hidrato de Silicato Triclcico. Se necesita una gran cantidad de tiempo, incluso aos para que todos

los enlaces se formen, lo cual determina la resistencia del producto.

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2.2.2 Cemento Portland con RoadCem.

Cuando RoadCem se utiliza con cemento, la humedad sigue siendo necesaria para la

hidratacin y endurecimiento.

Los cinco componentes principales del proceso de hidratacin del cemento siguen siendo los ms importantes productos de hidratacin, pero los productos de menor importancia

en la hidratacin probablemente cambien. Adems, la velocidad a la cual se producen

las reacciones importantes de hidratacin y la relativa distribucin de productos de hidratacin cambian como resultado de la adicin de RoadCem.

Tambin la cristalizacin del Hidrxido de Calcio, en consecuencia, sucede a ritmos

diferentes y se produce una reduccin de la generacin de calor a partir de las reacciones de hidratacin. Cuando RoadCem se aade, hay ms formacin de cristales

durante las reacciones y la matriz cristalina es mucho ms extensa.

Al agregar RoadCem la cantidad de agua atrapada, como agua libre, se reduce y los cristales crecen en los espacios vacos. Esto hace que el producto sea menos permeable

al agua y por tanto ms resistente a todo tipo de ataques, ya sea que dependan del agua o estn influenciados por ella.

Una fraccin ms grande de la agua se convierte en agua cristalina que es el caso de las

reacciones en ausencia de RoadCem. La reducida porosidad y el aumento de matriz

estructural cristalina incrementa la resistencia a la compresin, flexin y rotura del producto y cambia la relacin relativa entre estas resistencias.

El silicato diclcico tambin afecta a la resistencia del concreto a travs de su

hidratacin. El silicato diclcico reacciona con el agua de una manera similar en comparacin con silicato triclcico, pero mucho ms lentamente.

El calor liberado es menor que el de la hidratacin del silicato triclcico porque el silicato

diclcico es mucho menos reactivo. Los productos procedentes de la hidratacin del silicato diclcico son los mismos que aquellos para el silicato triclcico:

2 Ca3SiO5 + 7 H2O ---> 3 CaO2SiO24H2O + 3 Ca(OH)2 + 173.6kJ

2 Ca2SiO4 + 5 H2O ---> 3 CaO2SiO24H2O + Ca(OH)2 + 58.6 kJ

El calor generado durante la hidratacin se reduce especialmente en las fases III y IV de la figura 2.3, lo que indica que algunas reacciones de la fase III y IV podran no estar

ocurriendo o reacciones diferentes a esas se estn produciendo.

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El agua sigue desempeando un papel fundamental, sobre todo la cantidad utilizada. Como antes, resistencia del producto aumenta cuanta menos agua se utiliza para hacer

un producto.

La reaccin de hidratacin en s, ahora tiende a consumir una cantidad diferente de agua. Al agregar RoadCem tambin es posible utilizar el agua salada y lograr un buen

resultado final.

El espacio vaco (porosidad) est todava determinado por la relacin agua/cemento

pero se ve afectado en menor medida como resultado del incremento de la relacin y la magnitud del proceso de cristalizacin.

La relacin entre la proporcin agua/cemento y la resistencia sigue siendo similar a la

mostrada anteriormente, pero la inclinacin de la relacin cambia y lo hace de forma diferente para los diferentes segmentos de la grfica.

El proceso de cristalizacin cambia significativamente cuando se usa RoadCem. El

mecanismo de unin cambia de "pegar" a "envolver" como se muestra en la figura 2.6.

Figura 2.6 Expresiones simuladas de las reacciones de hidratacin y el efecto de cristalizacin "envolvente"

El efecto de "envoltura" est asociado a los productos cristalinos de las reacciones de

hidratacin, las cuales continan con el tiempo y son, en efecto, tambin responsables de la habilidad del cemento modificado con RoadCem para unir incluso arcillas.

Con el slo cemento, esto no puede lograrse satisfactoriamente. Lo mismo es cierto para

la unin de otros materiales no unibles previamente como los lodos y otros desechos.

En adicin a lo anterior, debido a la composicin de RoadCem, otros procesos tambin ocurren simultneamente y especialmente con las arcillas y materiales similares,

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principalmente a travs del intercambio de cationes y aniones y el reemplazo y neutralizacin de las cargas como se indica en la figura 2.7.

Figura 2.7 Reemplazo y neutralizacin de la carga

La sustitucin inica y la modificacin de carga mejoran la unin de las partculas cargadas e incrementan la capacidad de intercambio inico. Este es un proceso

electroqumico.

Este cambio electroqumico es inducido por la adicin de RoadCem. Este hace que sea

posible unir diferentes materiales, incluso en ambientes cidos; y cuando se combina con el "efecto envoltorio", conduce a un producto que tiene caractersticas superiores y

un desempeo de acuerdo con los requisitos.

Usando un microscopio electrnico se puede ver la estructura del material una vez que los procesos fisicoqumico y mineralgico han sido completados. En la figura 2.8 se

muestra la estructura de los materiales bsicos y una estructura tpica de los productos finales con el cemento solo, figura 2.9A, y con cemento y RoadCem agregado en la

figura 2.9B. En estas fotografas puede verse que al agregarse RoadCem se crea una estructura diferente.

Figure 2.8 Microfotografa electrnica de diferentes materiales bsicos.

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Figura 2.9 Producto Final de la Reaccin de Hidratacin por A. Cemento Normal y B. Estados de Cemento Modificado con RoadCem.

2.3. Encapsulacin y Efectos Auxiliares

En la vida diaria utilizamos muchos materiales que estn hechos de sustancias unidas y dainas. Por ejemplo, un vaso de cristal con gran contenido de plomo. Cuando dicho

vaso es usado o cuando el vidrio se rompe no se libera el plomo porque las partculas de plomo estn encerradas en una estructura cristalina, estn "envueltas" en fibras de

cristal.

De manera similar RoadCem y los otros productos de PowerCem Technologies son capaces de encapsular substancias peligrosas y txicas y mantener esas sustancias

contaminadas fuera del medio ambiente, as como prevenir su liberacin.

La "envoltura" y encapsulamiento de sustancias contaminantes dentro de una estructura

cristalina, que es producto de las reacciones de hidratacin del cemento mejorado con RoadCem, crea un material fuerte y estable, el cual tiene cualidades estructurales que

son deseables en la construccin carretera; por ejemplo una gran resistencia a la compresin, gran resistencia de flexin y gran resistencia a la fractura.

25

Figura 2.10 Por qu es de cristal de plomo no es daino para la salud humana si el plomo es altamente txico?

La Figura 2.11 muestra una losa que se ha hecho a partir de lodos, cemento y

RoadCem. No se rompe incluso bajo el peso de una gra hidrulica.

Figura 2.11 Lodo mezclado con producto a base de PowerCem.

El agua en el material con fango ha sido preparada de tal manera, que incluso a 2000C

el agua no se gasifica. Con concreto (B25=38.9 MPa a 28 das) a una temperatura de 400C la mezcla forma gas y el concreto explota.

Figura 2.12 Soplete aplicado a lodo mezclado con una base de producto PowerCem.

26

Figura 2.13 Impermeabilidad en mezcla de suelos con una base de producto PowerCem

Las figuras 2.12 y 2.13 muestran que al agregar RoadCem da como resultado una resistencia ms grande a fuerzas externas y temperaturas y tambin contra ataques de

sales de deshielo, cidos y bases.

Cuando la mezcla est bien compactada entonces se vuelve impermeable al agua y no

ocurre ningn dao provocado por un ciclo de deshielo por ejemplo.

27

3. Criterios de diseo

Cuando sabes lo que quieres, obtienes lo que quieres

3.1 General

El diseo y construccin de carreteras son una parte nica de la ingeniera civil. Cada carretera sirve a dos principales grupos de usuarios:

1. Personas y economa.

2. Proponentes de una carretera.

El cliente tiene demandas que se pronuncian para representar las necesidades de estos

dos grandes grupos de usuarios. Un buen diseo de una carretera por lo tanto, es aquel que satisface las necesidades de los dos principales grupos de usuarios, mientras que al

mismo tiempo, cumple con los requisitos adicionales que el cliente pueda tener.

Los requerimientos de los usuarios y el cliente son tpicamente reflejados en el diseo y otros criterios que el diseador y el agente implementador (el contratista) tienen que

cumplir.

El diseador y el agente ejecutor (el contratista) tendrn que considerar los requerimientos del usuario y el cliente y los criterios asociados y asegurarse de que su

diseo y el producto final -la carretera- se ajusten a los requisitos y criterios previamente definidos.

Al hacer esto, su intencin debe ser siempre llegar a la solucin ptima (calidad,

econmica, ambiental, etc.) para cualquier proyecto de carretera dado. Definir lo ptimo

involucrar el responder a muchas y diversas preguntas:

Cul es la opcin ms econmica para una determinada carretera? Cul es la mejor opcin partiendo del punto de vista O&M (Operacin y

Mantenimiento)? Qu opcin es la ms rpida de implementar?

Cul opcin deja menor huella ambiental? Cul opcin durar por ms tiempo?

Cul opcin es aceptable por la gente? Cul opcin es aceptable en cuanto a economa?

Cul opcin es aceptable por el cliente? La opcin es tcnicamente factible?

Y muchas ms

28

En este captulo consideraremos los requerimientos bsicos del usuario y el cliente antes

de considerar otros aspectos tcnicos y de diseo para la construccin de una carretera.

Los requerimientos bsicos del usuario y el cliente deben ser definidos antes de iniciar el diseo.

El primer paso en cualquier proyecto de carretera es por lo tanto, el definir los

requerimientos y criterios del usuario y el cliente. nicamente despus de que esto haya

sido completado se podr hacer el diseo

Considere el siguiente problema:

Un ro divide una comunidad en particular justo a la mitad. La gente necesita cruzar el

ro para reunirse unos con otros. La panadera necesita entregar el pan a ambas partes de la comunidad. Durante las ltimas elecciones el alcalde prometi que resolvera el

problema de comunicacin entre las dos partes de la comunidad. La comunidad est en recesin y los fondos son limitados. Las comunidades circunvecinas estn creciendo

rpido y nuestra comunidad est empezando a seguir el mismo patrn con ms y ms gente movindose y quejndose de que la infraestructura carretera entre las dos partes

de la comunidad est limitando el crecimiento econmico, las oportunidades, etc. Todos estos factores han surgido conjuntamente y dieron como resultado un consenso de que

necesitamos una solucin para cruzar el ro, de manera segura, rpido, diariamente,

urgentemente y por un largo periodo de tiempo a futuro.

Hay muchas diferentes opciones que podemos utilizar para resolver el problema anterior: diferentes tipos de puentes, un transbordador, un tnel, un helicptero, etc.

Todos estos renen los requerimientos bsicos para cruzar el ro pero cul es la mejor opcin? Cuando la comunidad ha decidido que sea un puente tiene el consultor

suficiente informacin para determinar cul opcin es la mejor?

Figura 3.1 Qu es lo que usuarios y clientes requieren?

A fin de satisfacer los requerimientos de usuarios y clientes y para proyectar un buen

diseo es importante saber lo que los usuarios y clientes realmente quieren!

29

El conocimiento de especificaciones funcionales y sistemas de ingeniera son una

herramienta para dar claridad. El objetivo debe ser que usuarios y cliente queden satisfechos cuando el trabajo est terminado. La regla de oro es:

Satisfaccin = apreciacin + expectativa

Figura 3.2 Experimentando xito.

Junto con los usuarios y el cliente el criterio bsico debe ser definido y descrito para que

sea satisfactorio. Algunas veces esto puede ser factible y otras no, entonces los requerimientos necesitarn ser re especificados.

Los requerimientos de usuarios y el cliente pueden indicar una solucin que no sea

tcnicamente factible (Figura 3.3). En otras ocasiones, el diseador y el agente implementador (contratista) pudiesen estar ms a favor de una solucin que tal vez no

les guste a usuarios y cliente (Figura 3.4).

Como nuestro objetivo es entregar una solucin que rena el mnimo de los requerimientos de usuarios y cliente, mientras que sea tcnicamente factible (espacio de

solucin ptima en figura 3.5), es esencial que los usuarios, el cliente, el diseador y el agente implementador (contratista) se comuniquen unos con otros con respecto a lo que

se quiere y lo que es en realidad es posible.

Figura 3.3 ""Espacio de solucin" y requerimientos iniciales de usuarios y cliente.

30

Figura 3.4 Visin del diseador y contratista del "Espacio de solucin"

Figura 3.5 "Espacio de Solucin ptima" en el cual todos deben estar de acuerdo antes de que inicie el trabajo La

solucin real debe caer dentro del "Espacio de Solucin ptima".

Frente a la disminucin de recursos y a ms estrictos requerimientos reguladores, as

como la necesidad de encontrar soluciones que tengan un menor impacto ambiental, hoy en da los usuarios y clientes han aprendido que hay un margen de mejora y que

por lo general siempre existe una solucin mejor que la tradicional. Como resultado, los usuarios y el cliente modernos cuentan con diferentes maneras de hacer un contrato y

ahora las caractersticas funcionales que requiere la construccin se especifican y el

diseador y el agente implementador (contratista) tienen la libertad de innovar y la posibilidad de trabajar con nuevos materiales y mtodos que conduzcan a una "Solucin

ptima" (Figura 3.6). En esto, el riesgo es transferido al diseador y al agente implementador (contratista) y as, los usuarios y el cliente no conllevan nunca riesgo

alguno.

Figura 3.6 Soluciones tradicionales del pasado y soluciones "ptimas" del presente.

31

Mientras que en el pasado los criterios de adjudicacin de un contrato eran por lo

general la solucin ms barata, en el mundo moderno este criterio es ms amplio e incluye factores tales como:

Bajos costos de construccin;

Bajos costos de mantenimiento; Trabajos de mantenimiento limitados, mayor disponibilidad de la carretera;

Uso ms rpido de la carretera;

Mayor tiempo de vida til; Reciclaje de materiales de construccin;

Contenido adecuado de rigidez; etc.

En los pases en desarrollo puede haber otros criterios tales como:

Trabajo intensivo de los mtodos de construccin; Uso de materiales disponibles localmente, etc.

Este reciente cambio en el enfoque para encontrar la solucin a un problema particular,

ha dado como resultado un enorme empuje para la innovacin por el lado de diseadores y contratistas. La innovacin es impulsada por la oportunidad de obtener un

mejor beneficio. El campo de juego ha sido nivelado y nuevos jugadores vienen al partido.

Esto tambin ha abierto una oportunidad para la innovacin en el uso de materiales y es aqu, donde el nicho de PowerCem Technologies como una empresa y sus productos,

especialmente el RoadCem, se ha abierto.

En la prctica RoadCem ser aplicado cuando los diseadores y agentes de ejecucin (consultores, contratistas, empresas de ingeniera, etc.) tengan la suficiente confianza

en el producto y cuando este sea demostrado a los usuarios y clientes (Ministerios de gobierno, autoridades de agua, compaas del sector privado, etc.)

Por lo tanto, es de fundamental importancia que cuando una solucin est basada en

RoadCem se recomiende que:

1. Los requerimientos del cliente y usuario sean entendidos claramente. 2. Los usuarios y clientes tengan un claro entendimiento de por qu RoadCem es la

mejor solucin.

El punto nmero 2 es de especial inters para PowerCem Technologies. Las siguientes

pginas tienen la intencin de proporcionar suficiente informacin para que los distribuidores de RoadCem, diseadores y agentes de ejecucin puedan convencer a

los usuarios y clientes acerca de las ventajas de la solucin RoadCem.

32

3.2 Puntos bsicos

3.2.1 General

Cuando se hace un diseo de carretera, o mejor dicho, un diseo de un pavimento,

ciertos puntos bsicos deben ser conocidos previamente.

La informacin de estos puntos bsicos puede ser provista por el cliente. Si l no tiene la

informacin disponible, entonces esta puede encontrarse haciendo uso del estudio de la literatura o por la medicin e investigacin de campo.

Cuando se hace un diseo apropiado de pavimento, se requiere informacin acerca de:

El Suelo. La Carga de Trfico. Las Propiedades del Material. La Construccin y el Diseo.

Cada una de stas categoras de datos e informacin necesaria estn dadas en los siguientes prrafos.

3.2.2 Suelo

La informacin de la sub-base puede ser determinada a partir de los reportes de investigacin que ya debe haber tenido lugar en el campo. Estos reportes deben

mencionar la composicin del grano del suelo (Granulometra), la fuerza de soporte (Mdulo Dinmico de Elasticidad) y el nivel de las aguas freticas.

Cuando todava se desconoce esta informacin, entonces se deben llevar a cabo algunas

pruebas. En el captulo 4 se mencionan cules son estas pruebas.

La informacin y datos necesarios son:

Fuerza de soporte de la sub-base (Mdulo Dinmico de Elasticidad). Nivel de las aguas freticas.

Composicin del grano del suelo (desde 0.40 metros bajo la superficie del suelo).

Composicin qumica del suelo. Estructura del suelo (de 2 metros bajo la superficie del suelo).

Capilaridad y comportamiento del suelo. Comportamiento del ciclo de deshielo.

33

3.2.3 Carga de Trfico

La carga de trfico se puede dividir en dos aspectos: la ms pesada carga de eje esperada que use el pavimento (Resistencia a la Ruptura) y la cantidad mxima de

repeticin estndar de carga de ejes (Fatiga).

La informacin sobre la Carga de Trfico generalmente es especificada por el cliente,

pero cuando l no sabe cul es la carga esperada, es entonces cuando los ingenieros pueden hacer una sugerencia de la intensidad del trfico esperado y carga por eje.

Adems, los siguientes datos e informacin tambin son necesarios para hacer un diseo

de buen pavimento:

Tipo de construccin que se est colocando (asfalto, concreto, otros). Funcin de la futura construccin.

La Mxima carga esperada en el pavimento. Configuracin de los ejes de cargas de los diferentes vehculos.

La cantidad de repeticiones de carga por eje. Tiempo de vida deseado del pavimento.

Presin de los neumticos de los vehculos.

Mxima Carga por Eje

La Mxima Carga por Eje es la carga ms alta de eje que se puede esperar en cualquier momento en el pavimento.

Esta puede provenir de transporte pesado o de mala distribucin del peso de un camin

mediante lo cual la carga total se ubica en una rueda. Al dimensionar el pavimento es necesario comprobar que no sea excedida la Resistencia a la Ruptura del material

utilizado en la estructura.

Tipo de vehculo Mxima carga de Ruedas Estndar (kN)

Automvil 5

Camin pesado 50

Gra de alcance (llantas frontales cargadas) 206

Avin A380 en el Despegue Avin A380 en el Aterrizaje

280 194

Tabla 3.1 Se especifican las cargas de ruedas tpicas para diferentes tipos de vehculos.

34

En el diseo de pavimento con los ejes de carga de los diferentes vehculos se asume

que hay 2 ruedas en cada eje. Con vehculos de carga pesada (gras de alcance, aviones) la cantidad puede incrementarse de 4 a 8 ruedas por eje. El nmero de ruedas

depende del Mximo Eje de Carga.

Tipo de vehculo Mxima carga de Eje (kN)

Automvil 10

Camin pesado 200

Gra de alcance (llantas frontales cargadas) 800

Avin A380 en el Despegue

Avin A380 en el Aterrizaje

2,240

1,552

Tabla3.2 Se especifica la carga mxima del eje de la rueda para diferentes tipos de vehculos.

En la prctica se usa un factor seguridad. As, la carga mxima de eje estndar se multiplica por un factor de 2. Esto significa que para una carga mxima por eje estndar

de 100 kN la Carga Mxima Por Eje que se toma en cuenta en el clculo es de 200 kN y la Carga Mxima de Rueda de 100kN.

Figura 3.7 Gra de alcance. Figura 3.8 Antonov An-225. El avin ms grande y pesado del mundo.

Figura 3.9 Ejemplos de alta carga por eje.

35

Estndar Mximo de Repeticin de Eje de Carga.

Para dimensionar los pavimentos en la mayora de los pases el estndar mximo por eje de carga se fija en 100kN por eje y en algunos pases es de 80kN. Es de esperarse que

el estndar por eje de carga se incremente en lo futuro, en cuanto haya ms vehculos pesados en la carretera.

Para la presin de llanta hay un mximo de 1,000 kPa. Cuando la presin de llantas se

incrementa, entonces el peso debe distribuirse sobre una superficie ms pequea y esto

conduce a una mayor presin y deformacin en el pavimento.

El dao del pavimento se crea principalmente por una carga pesada. Los autos en comparacin con los camiones difcilmente contribuyen al dao. Con materiales viscoelsticos, como es el caso de cuando se usa RoadCem, el dao provocado por los autos es de 4 rdenes de magnitud menor que la que para los camiones.

Como un ejemplo, la comparacin siguiente explica cul es el efecto de dao de un

camin y un auto:

La carga por eje de un auto es de 10kN La carga por eje de un camin muy pesado es de 100 kN

La frmula que utilizamos para determinar el factor de dao es:

Por lo tanto el resultado para los dos diferentes tipos de vehculos es:

Como se puede ver el efecto de dao de un camin es comparable al de 10,000

automviles. Por lo tanto, en la ingeniera de carreteras las cargas durante el tiempo de vida en los pavimentos son estimadas por el nmero de camiones y no por el nmero de

autos.

36

Clculo de la Repeticin del Eje de Carga

Para determinar la cantidad de Repeticiones de los Ejes de Carga, es importante saber

cunto trfico de camiones puede esperarse en las vas con las cargas ms pesadas. Dependiendo de qu tan pesados sean los camiones cuando estn cargados, el trfico

esperado se incrementa sobre el tiempo de vida diseado para el pavimento y la duracin del mismo.

La siguiente frmula se utiliza para determinar el estndar mximo de repeticiones de eje de carga:

Donde:

Neq = Cantidad total estndar de repeticiones del eje de carga.

V = Cantidad de camiones en 24 horas.

W = Cantidad de trabajo en das por ao. Fs = Factor de correccin para la cantidad de carriles de conduccin por ao.

Fv = Factor de correccin para el ancho de carril de circulacin. Fr = Velocidad del trfico de vehculos pesados.

Dv = Factor de dao por camiones. G = Crecimiento.

L = Esperanza de vida.

Las diferentes variables y valores tpicos de diseo sern descritos en los siguientes

prrafos.

Camiones, cantidad (V)

Generalmente el cliente tiene un indicativo de la cantidad de camiones que se espera

usen la carretera.

En reas sub urbanas es tpico que haya cantidades limitadas (ej. Camiones de basura, camiones de bomberos, etc.) 2 camiones cada 24 horas es una buena suposicin. En

una carretera la cantidad de camiones esperada es mucho ms alta, variando de 500 a 20,000 cada 24 horas.

37

Figura 3.10 Cantidad de camiones.

Total de das de trabajo (W)

Hay 250 das laborales cada ao pero ltimamente ms y ms camiones estn usando

las carreteras entre semana y das festivos. Por ejemplo, las autoridades de Holanda registraron que entre semana en promedio 1/6 de trfico de transportes pesados estn

presentes, comparados con un da normal de trabajo. Basados en esta informacin se recomienda el uso de 270 das laborales por ao como criterio de diseo.

Velocidad de trfico de camiones (Fr)

Si la velocidad del trfico es ms lenta que 80 km/h (velocidad de diseo para manejo de camiones) entonces el factor de dao como resultado de trfico lento se

incrementar. Es claro que los congestionamientos tambin tienen un efecto negativo sobre la vida til de una construccin de pavimento asfltico. La velocidad de trnsito

tiene muy poco efecto en una construccin de pavimento de concreto. Los embotellamientos en carreteras de asfalto incrementan la carga en la superficie de la

carretera con un factor de 1.76.

La velocidad del trnsito es una informacin bsica importante para el diseo porque un pavimento RoadCem es tambin un material viscoelstico como el asfalto. La eleccin de velocidad de trfico para un diseo depende fuertemente de la ruta y en

la velocidad legalmente permitida en la carretera.

Velocidad km/h Fr

20 1.76

40 1.33

60 1.12

80 1.00

Tabla 3.3 Coeficiente de correccin para la velocidad de trnsito de camiones, Fr.

38

Amplitud de carril Fv

La posicin de los camiones en un carril depende de la amplitud del carril. En carriles ms pequeos la distribucin de la carga de trfico es menor y ms perjudicial conforme

los camiones continen pasando por el mismo carril. En la tabla 3.4 se prescriben los coeficientes de correccin.

Amplitud de carril Fv

< 3.00 m 1.14

3.00 m 3.50 m 1.07 > 3.50 m 1.00

Tabla 3.4 Coeficiente de correccin para la amplitud de carril, Fv.

Figura 3.11 Es el carril lo suficientemente ancho?

Cantidad total de carriles Fs

Con ms carriles disponibles en la carretera los camiones se dispersarn en los diferentes carriles. Cuando hay ms carriles en una direccin, entonces los camiones

usarn principalmente el carril del lado derecho con un uso parcial de los otros carriles. En la tabla 3.5 los factores de correccin se establecen basndose en la experiencia de

Los Pases Bajos.

Nmero de carriles Fs

Un carril. Carril especial.

Sin carril para rebasar.

1.00

Dos carriles 0.95

Tres carriles o ms 0.90

Tabla 3.5 Coeficiente de correccin para la cantidad de carriles Fs.

39

Figura 3.12 Carril especial nicamente para camiones y autobuses.

Factor de dao por camiones Dv

Para estimar el factor de dao por camiones, es necesario determinar el tipo de trfico de camiones en la carretera. Por lo tanto hay 3 categoras. Consecuentemente los

factores son dados en la tabla 3.6. Estos factores de dao se usan para materiales viscoelsticos como el asfalto y RoadCem.

Tipo de Trfico de

Camiones

Dv

Camiones de Servicio Ligero 1.2

Camiones de Servicio Mediano 1.6

Camiones de Servicio Pesado 2.0

Tabla 3.6 Coeficiente de correccin para el factor de dao por camiones, Dv.

Figura 3.13 Transporte pesado.

40

Crecimiento (G)

El crecimiento esperado en una carretera depende del tipo de carretera y del desarrollo

econmico y de espacio. El crecimiento puede variar del 3 al 10% por ao.

Figura 3.14 Incremento del trfico de camiones en Holanda y el extranjero.

Tiempo de vida (L)

Con respecto al Tiempo de Vida lo diferenciamos en 4 categoras:

Tiempo de vida funcional. Tiempo de vida estructural.

Tiempo de vida financiera. Tiempo de vida social.

El Tiempo de Vida Social de un pavimento es especificado por el cliente. l determina el

tiempo que debe ser usada la carretera.

El Tiempo de Vida Financiera depende del tiempo que el cliente necesite para amortizar los costos de fabricacin y mantenimiento de la carretera.

El Tiempo de Vida Social y Financiera determina el Tiempo de Vida Estructural. sta

termina cuando ocurren grietas y daos grandes en el pavimento

El Tiempo de Vida Funcional est relacionado con el mantener el funcionamiento de la

carretera en un nivel apropiado. El pavimento puede fallar pero no colapsarse y el trnsito puede continuar.

La falla de una carretera puede resultar en insuficiencia de rigidez o insuficiencia en la

absorcin de ruido por lo que la carretera ya no cumplir con los requerimientos y slo podr manejarse de A a B. La capa de la superficie necesita de las propiedades ms

funcionales que una carretera pueda reunir.

41

3.2.4 Propiedades del material

Es necesario conocer las propiedades fsicas de los diferentes materiales utilizados en la

construccin para poder determinar el espesor de la capa de cada material. Esto aplica tambin para las propiedades fsicas de la sub base; stas requieren ser determinadas

antes de cada proyecto.

Las propiedades fsicas de los diferentes materiales son:

Mdulo Dinmico de Elasticidad de la futura base.

Viscosidad. Resistencia a la compresin.

Resistencia a la ruptura. Valor de compresin.

Valor de rigidez. Propiedades de fatiga.

Permeabilidad al agua.

El valor de estas propiedades es utilizado como punto inicial cuando se hace el diseo. Antes de llevar a cabo el diseo se necesita conocer estos valores o deben hacerse

conclusiones apropiadas.

Capas de recubrimiento

Todos los materiales tradicionales pueden ser utilizados en una base de RoadCem,

como:

Asfalto; Adoquines de concreto;

Construcciones de concreto.

Pero tambin es posible utilizar RoadCem como capa final en una superficie terminada.

Material de Base

Diferentes materiales de base son utilizados en la construccin de carreteras y estos pueden ser divididos en materiales para construccin conformados y no conformados.

Es posible comparar los materiales tradicionales con un material con RoadCem basndose en estas propiedades.

Las propiedades de un material con RoadCem dependen de las propiedades del

agregado presente y la cantidad de cemento/cenizas volantes, RoadCem y agua.

42

3.2.5 Construccin y aspectos de ejecucin.

Adems de los factores anteriores tambin es necesario considerar las condiciones existentes que se esperan durante la construccin del pavimento.

Los factores de importancia son:

Expectativas climticas durante la construccin del producto; Contenido ptimo de humedad para la compresin; Equipo disponible; Materiales in-situ; Costos de los diferentes materiales; Costos para la aplicacin de materiales. El clima tiene influencia en la realizacin de la tarea. Por ejemplo cuando es caluroso o

hay mucho viento entonces es necesario agregar agua a la mezcla de cemento conforme haya ms evaporacin como resultado de un contenido ms bajo de agua.

Con temperaturas mayores a 20C o con vientos fuertes es necesario agregar

aproximadamente un 1% de agua adicional en relacin con la densidad ptima de agua. Esto es esencial para lograr la unin correcta de pavimentos conformados con cemento.

Tambin debe ponerse atencin con los climas muy fros. Una mezcla de concreto no puede unirse cuando est ms fra que -4C. Basados en la experiencia, se sabe que al

agregar RoadCem, la construccin puede ser realizada hasta con una temperatura de -10C. Cuando la temperatura est bajo 0C el agua necesita calentarse previamente.

La disponibilidad del equipo es tambin importante. Una motoniveladora puede mezclar

el material pero en una capa ms gruesa de 25 cm es aconsejable que se use una recicladora o un tractor de cultivo.

La compactacin de las capas se necesita hacer de forma segura utilizando una

apisonadora esttica. Si slo hay disponible una apisonadora ligera entonces se tendr que compactar en capas ms delgadas.

En algunos pases los costos de los diferentes materiales utilizados en la construccin de

carreteras, el concreto y el RoadCem podrn ser diferentes. Esto debe ser considerado

cuando se haga el diseo y la ejecucin del proyecto.

Se recomienda hablar de todos estos aspectos con el cliente antes de que el clculo se realice, especialmente cuando stos han sido aceptados por el contratista.

43

3.3 Conclusiones

La informacin dada en este captulo es la mnima necesaria. Hay otros factores que tambin pueden ser importantes en diferentes situaciones de proyectos. En resumen

uno puede concluir que la especificacin detallada de los siguientes aspectos principales necesita ser preparada para un diseo de pavimento exitoso y para la identificacin de

una Solucin ptima:

Requerimientos del usuario y del cliente.

Intensidad de la carga de trfico y su dinmica. Disponibilidad y especificacin de los materiales.

Disponibilidad y especificacin del equipo. Especificaciones econmicas y de desarrollo.

Cuando se conocen los dos primeros aspectos antes mencionados se puede aplicar un

proceso estructurado de diseo para mostrar cuales son las ventajas del uso de una solucin a base de RoadCem. Para hacer que una solucin a base de RoadCem sea

aceptable por lo general se requerir preparar al menos dos diseos comparativos: uno basado en una aproximacin convencional y otro basado en la tecnologa RoadCem.

Cuando estos hayan sido hechos apropiadamente, por lo general los usuarios y el cliente quedan convencidos de que el considerar a RoadCem es una mejor solucin que la

convencional y tambin la ptima.

Hasta el momento en que las soluciones basadas en RoadCem sean consideradas

importantes, la necesidad de hacer diseos comparativos ser necesaria y en tanto se reducir la ventaja econmica total de un mtodo basado en RoadCem, pero ste,

como regla ser an, la ms econmica y viable solucin.

44

4. Suelo Debilsimo, ms dbil, dbil, alto, ms alto, altsimo

4.1 Introduccin

Para soportar la carga de trfico y el peso de la construccin carretera, la sub base debe tener cierta fuerza de soporte. Tradicionalmente el suelo no era considerado un material

valioso para la construccin de carreteras y muy aparte de ser utilizado como una sub base por lo general se evitaba su uso para la construccin de carretera, desechndolo e

importando material apropiado.

Sin embargo sabemos que el suelo puede tambin ser utilizado como una material estructural. Por ejemplo, se han construido presas de tierra en pases a lo largo del

mundo, se han construido casas usando suelo como un bloque principal y diferentes

suelos han sido utilizados en la manufactura de ladrillos y otros materiales estructurales por siglos. Por qu entonces esos suelos no han sido considerados como un buen

material en la construccin de carreteras?

La respuesta a la pregunta anterior yace parcialmente en nuestra tendencia a seguir la prctica comn y soluciones pasadas y parcialmente en nuestra incapacidad para

preguntar:

"Cmo podemos utilizar cualquier tipo de suelo en la construccin de carreteras?"

Ahora esta interrogante ya ha sido formulada y algunas de las repuestas han sido entregadas. RoadCem es una de esas respuestas que nos permite no solo mejorar el

suelo como sub base sino tambin utilizar el suelo para construccin de carreteras

apropiadas.

En el siguiente captulo se hablar de cmo se puede utilizar RoadCem para permitirnos el uso de cualquier tipo de suelo para la construccin de carreteras. En este

captulo nos enfocamos en el suelo y la importancia de sus caractersticas para nosotros, desde el punto de vista para la construccin de carreteras. El propsito principal de este

captulo es por lo tanto:

"Entender las propiedades importantes de los suelos como un material de construccin de carreteras"

45

4.2. Propiedades del suelo

4.2.1 General

Figura 4.1 Podemos utilizar el suelo para una construccin de carreteras estructural?

Lo primero que uno necesita para caracterizar el suelo/sub-base es adoptar un sistema de clasificacin de suelos.

La adopcin de los principios de la Mecnica de Suelos por la profesin de ingeniera, ha inspirado numerosos intentos para concebir un sistema simple de clasificacin que les

diga a los ingenieros las propiedades de un suelo dado. Como consecuencia, han surgido muchas clasificaciones basadas en ciertas propiedades de los suelos como la textura,

plasticidad, resistencia y otras caractersticas.

Unos cuantos sistemas de clasificacin han ganado una aceptacin bastante amplia, pero rara vez algn sistema ha provisto de la informacin completa del suelo y que el

ingeniero necesita.

Casi todos los ingenieros que practican la Mecnica de Suelos agregarn un juicio y experiencia personal como modificadores a cualquier sistema de clasificacin de suelos

que usen. Obviamente, dentro de una dependencia, dada (donde los diseos y planos son revisados por personas completamente ajenas al proyecto) es necesaria una base

comn de clasificacin de suelos, para que cuando un ingeniero clasifique un suelo como

un tipo determinado, esta clasificacin transmita las caractersticas apropiadas y el comportamiento de un material.

Para nuestros propsitos recomendamos que se use el Sistema de Clasificacin Unificada

de Suelos (SCUS). Pero tambin, cuando sea apropiado, se dar una referencia para otro Sistema de Clasificacin de Suelos

El SCUS est basado en la identificacin de suelos de acuerdo con sus cualidades de

textura y de plasticidad y en su agrupacin con respecto a su comportamiento.

46

Los suelos rara vez existen en la naturaleza separadamente como arena, grava, o

cualquier otro componente individual. Generalmente se encuentran como mezclas con proporciones variables de partculas de diferentes tamaos; cada parte componente

aporta sus caractersticas a la mezcla del suelo. El USCS se basa en las caractersticas del suelo que indican la forma en que se comportar como material de construccin en

ingeniera.

Las siguientes propiedades se han encontrado ms tiles para ste propsito y forman la

base de la identificacin de suelos:

Porcentaje de grava, arena y finos (fraccin que pasa por la malla No. 200). Forma de la curva de distribucin del tamao de grano.

Caractersticas de plasticidad y compresibilidad.

En el SCUS, se le da un nombre descriptivo al suelo y una letra como smbolo indicando sus caractersticas principales.

Estas pueden ser determinadas por unas simples pruebas y con experiencia, pueden ser

estimadas con cierta exactitud. El mtodo SCUS est resumido en la figura 4.2.

Basados en estos parmetros, las diferentes categoras de suelos tambin han sido clasificadas por su aplicabilidad para la construccin de carreteras y pistas areas.

Esta clasificacin tradicional de aplicabilidad se muestra en la figura 4.3.

47

Procedimiento SCUS Parte A

Figura 4.2 Procedimiento SCUS Parte A

48

Procedimiento SCUS Parte B

Figura 4.2 Procedimiento SCUS Parte B

49

Caractersticas de los Grupos de Suelos pertenecientes a carreteras y pistas areas

DIVISIONES MAYORES

LETRA COLOR NOMBRE VALOR COMO SUB BASE CUANDO NO EST SUJETA

A ACCIN DE HELADAS

ACCIN POTENCIAL EN

HELADAS

COMPRESIBILIDAD Y EXPANSIN

CARACTERSTICAS DE DRENAJE

EQUIPO DE COMPACTACIN PESO

ESPECFICO SECO KG/M3

VALORES TPICOS

CBR MDULO K

DE SUBBASE KG/M3

SU

EL

OS

DE

GR

AN

O G

RU

ES

O G

RA

VA

S Y

SU

EL

OS

GR

AV

OS

OS

GW

RO

JO

GRAVAS BIEN GRADUADAS O MEZCLAS

DE GRAVA ARENA, POCO O NADA DE FINOS

EXCELENTE NINGUNA O MUY LEVE

CASI NINGUNA EXCELENTE

TRACTOR DE ORUGA; RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLO DE

ACERO CON LLANTAS NEUMTICAS.

1250-1400 40-80 50-90

GP

GRAVAS MAL CLASIFICADOS O

MEZCLAS DE GRAVA

ARENA, POCO O NADA DE FINOS

BUENO A EXCELENTE NINGUNA O MUY LEVE

CASI NINGUNA EXCELENTE

TRACTOR DE ORUGA; RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLO DE

ACERO CON LLANTAS NEUMTICAS.

1110-1400 30-60 50-90

GM

d

AM

AR

ILL

O

GRAVAS LIMOSAS; MEZCLAS DE GRAVA-

ARENA-LIMO

BUENO A EXCELENTE LEVE A MEDIA MUY LEVE ACEPTABLE A

POBRE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA:

CONTROL DE HUMEDAD ESCRUPULOSO

1250-1450 40-60 50-90

u BUENO LEVE A MEDIA LEVE POBRE A

PRCTICAMENTE IMPERMEABLE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA:

1150-1350 20-30 35-90

GC GRAVAS ARCILLOSAS; MEZCLAS DE GRAVA-

ARENA-LIMO BUENO LEVE A MEDIA LEVE

POBRE A PRCTICAMENTE

IMPERMEABLE

TRACTOR DE ORUGA; RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLO DE

ACERO CON LLANTAS NEUMTICAS.

1300-1450 20-40 35-90

AR

EN

AS

Y S

UE

LO

S A

RE

NO

SO

S

GW

ROJO

ARENAS BIEN GRADUADAS O MEZCLA

DE ARENA GRAVOSA CON POCOS O NULOS FINOS

BUENO NO MUY LEVE CASI NINGUNA EXCELENTE

TRACTOR DE ORUGA; RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLO DE

ACERO CON LLANTAS NEUMTICAS

1100-1300 20-40 35-70

SP

ARENAS MAL GRADUADAS O MEZCLA

DE ARENA GRAVOSA CON POCOS O NULOS FINOS

REGULAR A BUENO NO MUY LEVE CASI NINGUNA EXCELENTE

TRACTOR DE ORUGA; RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLO DE

ACERO CON LLANTAS NEUMTICAS

1050-1350 10-40 25-70

SM

d

AM

AR

ILL

O ARENA LIMOSA,

MEZCLAS DE ARENA-LIMO

REGULAR A BUENO LEVE A ALTA MUY LEVE REGULAR A

BUENO RODILLO DE NEUMTICOS;

RODILLOS PATA DE CABRA: 1200-1350 15-40 25-70

u REGULAR LEVE A ALTA LEVE A MEDIA POBRE A

PRCTICAMENTE IMPERMEABLE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA:

CONTROL DE HUMEDAD ESCRUPULOSO

1000-1300 20-10 20-50

SC ARENA ARCILLOSA,

MEZCLAS DE ARENA-ARCILLA

POBRE A REGULAR LEVE A ALTA LEVE A MEDIA POBRE A

PRCTICAMENTE IMPERMEABLE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA

1000-1350 20-5 20-50

SU

EL

OS

DE

GR

AN

O F

INO

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

LL

< 50

ML

VE

RD

E

LIMO INORGNICO Y ARENAS MUY FINAS, HARINA DE ROCA, ARENAS FINAS O

ARCILLOSAS.

POBRE A REGULAR MEDIA A MUY

ALTA LEVE A ALTA

REGULAR A POBRE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA:

CONTROL DE HUMEDAD ESCRUPULOSO

900-1300 15 O

MENOS 20-35

CL

ARCILLAS INORGNICAS DE BAJA A MEDIA

PLASTICIDAD, ARCILLAS GRAVOSAS, ARCILLAS ARENOSAS, ARCILLAS LIMOSAS, ARCILLAS

MAGRAS.

POBRE A REGULAR MEDIA A ALTA MEDIA PRCTICAMENTE

IMPERMEABLE RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA

900-1300 15 O

MENOS 10-25

OL

LIMOS ORGNICOS Y ARCILLAS LIMOSAS

ORGNICAS DE BAJA PLASTICIDAD

POBRE MEDIA A ALTA MEDIA A ALTA POBRE A

PRCTICAMENTE IMPERMEABLE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA

900-1050 5 O

MENOS 10-20

LIM

OS

Y A

RC

ILL

AS

LL

> 50

MH

AZ

UL

LIMOS INORGNICOS, ARENAS FINAS

MICCEAS O DIATOMEAS O SUELOS LIMOSOS, LIMOS ELSTICOS

POBRE MEDIA A MUY

ALTA ALTA

REGULAR A POBRE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA

800-1050 10 O

MENOS 10-20

CH ARCILLAS INORGNICAS DE ALTA PLASTICIDAD,

ARCILLAS GRASAS POBRE A REGULAR MEDIA ALTA

PRCTICAMENTE IMPERMEABLE

RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA

900-1050 15 O

MENOS 10-25

OH

ARCILLAS ORGNICAS DE MEDIA A ALTA

PLASTICIDAD, LIMOS ORGNICOS

POBRE A MUY POBRE MEDIA ALTA PRCTICAMENTE

IMPERMEABLE RODILLO DE NEUMTICOS; RODILLOS PATA DE CABRA

800-1100 5 O

MENOS 5-20

SUELOS ALTAMENTE ORGNICOS

PL

NA

RA

NJA

TURBA Y OTROS SUELOS ALTAMENTE ORGNICOS

NO ADECUADO LEVE MUY ALTA REGULAR A

POBRE COMPACTACIN NO PRCTICA

Figura 4.3 Caractersticas de los Grupos de Suelos pertenecientes a carreteras y pistas areas.

50

Figura 4.4 Comparacin de Diferentes Sistemas de Clasificacin de Suelos de uso comn.

Es de notarse que cuando se usa RoadCem no hay tal cosa como suelos pobres para la construccin, pero sin embargo, necesitamos entender el sistema de clasificacin de

suelos antes de que podamos hacer un diseo apropiado de pavimento basado en

RoadCem. Esto ser desarrollado ms adelante en este manual.

La Figura 4.4 nos da una comparacin de diferentes sistemas de clasificacin que son utilizados de manera comn hoy en da y describe la relacin entre las clases de

tamaos de las partculas y sistemas diferentes de clasificacin. Utilizando esta figura uno puede hacer referencia al Sistema de Clasificacin Unificada de Suelos como

base para propsitos de diseo de pavimentos.

El SCUS y otros sistemas de clasificacin de suelos se enfocan en la distribucin del grano por tamao y contenido orgnico, que son los parmetros primarios en los cuales

est basada la clasificacin de suelos. Estos dos parmetros tambin tienen efecto en otras propiedades importantes para la construccin de carreteras.

Las propiedades ms importantes del suelo para el punto de vista de construccin de

carreteras son:

Composicin del grano y color.

Estructura y textura del suelo. Qumica y morfologa del suelo.

Contenido orgnico. Consistencia (plasticidad, rigidez, resistencia a la penetracin).

Fuerza de soporte. Comportamiento.

Nivel de aguas freticas.

Cada uno de estos parmetros ser discutido a ms detalle en los siguientes prrafos.

51

4.2.2 Composicin del grano y Distribucin de partculas por tamao.

La composicin del grano, distribucin de partculas por tamao y la condicin de la sub-base, indican la capacidad de soporte del suelo in situ y la intervencin / diseo que

pueda ser necesaria para darle al suelo capacidad de soporte para el valor deseado (diseo de mezcla suelo/cemento/RoadCem, etc.)

La distribucin de partculas por tamao se determina de acuerdo al siguiente procedimiento:

Figura 4.5 Procedimiento para determinar la distribucin de partculas por tamao.

Inspeccin visual

Tomar

muestras de

Suelo

Prueba de

cribado seco

Prueba de

cribado

hmedo

52

Paso 1 Inspeccin visual (in-situ)

GENERAL

Una inspeccin visual puede determinar aproximadamente de que est compuesta la sub

base. Hay lugares donde, como resultado de una erosin se producen muchas estras y fracturas finas. Esto requiere de cierto discernimiento para conocer las causas de la

erosin.

Rocas de canto rodado, gravas, arenas y arcillas, son agrupadas de acuerdo al tamao

del grano. La erosin ocurre por flujos de agua o de viento.

Figura 4.6 Erosin por viento, Gran Can. Figura 4.7 Erosin por agua.

Los granos ms grandes son encontrados principalmente en las montaas donde se

originan los ros. Los granos ms pequeos y finos son encontrados en los valles de las montaas, en la parte del ro donde el flujo del agua es menor.

Figura 4.8 Origen, grano grande. Figura 4.9 Granos finos en la boca del ro.

53

La comparacin del volumen de un grano de arena, limo y una partcula de arcilla est representada en una figura 4,10:

Arena Barro Arcilla

Figura 4.10 Reporte esquemtico de comparacin de granos de arena, barro y arcilla.

A continuacin se muestran los materiales en bruto:

Arcilla Barro Arena Grava Rocas Canto Rodado

Figura 4.11 Apariencia tpica de la arcilla, barro, arena, grava, pedrusco y rocas.

Los tamaos tpicos de partcula de estos diferentes grupos son:

Materiales crudos Tamao del grano

Canto Rodado > 100 mm

Rocas > 60 mm

Grava 60 mm 2 mm Arena 2 mm 0.063 mm Barro 63 m -0.002 m Arcilla < 0.002 m

Tabla 4.1 Tamao de granos.

54

DESCRIPCIN DE CAMPO DE SUELOS

Entender e interpretar los suelos es un proceso iterativo que inicia con una descripcin

del suelo y nos lleva a una valoracin adecuada de los suelos para un trabajo en particular. Los factores a considerar son:

Descripcin del perfil,

Condiciones de humedad, Restricciones del sitio,

Condiciones anaerbicas, Drenaje interno vs. externo.

La evaluacin de los suelos es slo un componente de la valoracin completa de un sitio.

Por dnde empezamos a describir un suelo?

Justo como una receta de estofado de marmota empieza con "primero encontrar el hoyo de la marmota" as entonces para la descripcin del suelo primero debemos encontrar

un hoyo o el suelo a describir. En las Figuras 4.12 y 4.13 se dan algunos ejemplos de diferentes suelos y perfiles de suelos.

Una vez que ha sido cavado el hoyo es necesario tomar decisiones con respecto a lo que

se describe. El nivel de detalles de sta descripcin estar relacionado a uso del suelo propuesto, sin embargo una descripcin de suelo debe incluir la mayora, si no todos, los

siguientes:

Horizonte, Profundidad,

Color, Textura,

Elementos,

Consistencia, Estructura,

Poros, Races y

Reaccin.

Cada componente de la descripcin ayudar en la interpretacin global, sin embargo, dependiendo de la intencin que se tenga para su uso, algunos sern ms importantes

que otros. Para nuestros propsitos los factores importantes son:

Color, Textura y

Estructura.

55

As como los parmetros de consistencia, como son:

Plasticidad, Viscosidad y

Resistencia a la Penetracin.

COLOR DEL SUELO

El color es la primera propiedad del suelo que hay que empezar a discutir. Es tal vez la

caracterstica ms obvia del suelo y fcil de determinar. A partir del color del suelo se pueden inferir importantes caractersticas.

Los suelos bien drenados tienen colores de brillo uniforme. Los suelos con una capa

fretica fluctuante tienen un patrn moteado de colores gris, amarillo, y/o naranja. La materia orgnica oscurece el suelo y est generalmente asociada con las capas de la

superficie. La materia orgnica enmascarar los otros agentes colorantes. El hierro (Fe) es el agente colorante primario en el subsuelo. Los colores naranja y marrn asociados

con los suelos bien drenados son el resultado de las manchas de xido hierro que contienen las partculas individuales.

El Manganeso (Mn) es comn en algunos suelos dando como resultado un color negro

muy oscuro o morado casi negro. Varios de otros tipos de materiales tienen distintos colores, por lo que se puede hacer una identificacin directa. Por ejemplo, la gluconita es

verde. El cuarzo tiene varios colores pero por lo general es blanco o gris, el rango de los

feldespatos va de marrn claro a blanco, las micas pueden ser blancas, negras parduzcas o doradas, y la caolinita aparece de gris a blanca.

La determinacin del color puede ser muy subjetiva, si solo se utiliza una descripcin

verbal. En general cada persona puede percibir los colores de diferente manera, por lo tanto es necesaria la estandarizacin.

Figuras 4.12 Diferentes tipos de suelos y perfiles. Figura 4.13 Diferentes tipos de suelos y perfiles.

56

A principios de 1900 se realiz un estudio para hacer ms fcil descripcin del color. El mtodo desarrollado utiliza la rueda de color de la artista. Cada corte representa una

determinada longitud de onda del espectro o Matiz (R = rojo, etc.). Estos cortes podran ser divididos en secciones an ms pequeas (1R=10% Rojo, 10R=100% Rojo). Por lo

general slo el 25, 50, 75 y 100% son utilizados (2.5, 5, 7.5 y 10).

El Matiz no cuenta toda la historia. El sombreado (Valor) y pureza o intensidad (Saturacin) son entonces agregados. Una medida de claridad u oscuridad fueron

entonces agregados. El Valor se refiere a que tan claro u oscuro es el color (escala de

gris). El valor indica el grado de claridad u oscuridad de un color con relacin al gris. El Valor se extiende de negro puro (0/) a blanco puro (10/) y es una medida de la cantidad

de luz que el ojo puede alcanzar, el gris se percibe cerca de la mitad entre el negro y el blanco y tiene un valor de notacin de 5/. Los colores ms claros tienen valores entre 5/

y 10/; los colores ms oscuros entre 5/ y 0/. El Saturacin es la pureza relativa o la fuerza del color espectral. El Saturacin indica el grado de saturacin de gris neutral por

el color espectral. Las saturaciones se extienden de /0 para colores neutros a /8 para la expresin ms fuerte de color.

Figure 4.14 El Sistema de Color Munsell para el color del suelo Pgina de ejemplo.

Poniendo todo esto junto, fue creado el Sistema de Color Munsell (Figura 4.14) diseado

inicialmente para la manufacturacin, pero pronto se abri camino hacia cualquier campo en que fuese necesario registrar y comunicar el color.

El Matiz se refiere a la longitud de onda dominante de la luz (rojo, amarillo, verde, etc.)

(Figura 4.15).

57

Figura 4.15 Matiz - Longitud de onda espectral dominante.

El Valor se refiere a la claridad y oscuridad de un color en relacin a una escala de gris

neutro. (Figura 4.16)

Figura 4.16 Claridad u oscuridad del color

El Saturacin es la relativa pureza o intensidad del Matiz

Figura 4.17 Saturacin.

58

La notacin tpica de color es un trmino alfanumrico del Matiz Valor/Saturacin o 10YR 5/6. Algunos colores tienen smbolos como N 6/. Estos son totalmente acromticos (color neutral), y no tienen Matiz ni Saturacin, nicamente un Valor.

Los colores deben ser registrados en un modo especfico. El suelo debe estar hmedo.

Aunque esta es la manera ms comn en que los colores del suelo pueden ser registrados, tambin pueden ser registrados en un estado seco. El estado de humedad

de las muestras debe tenerse en cuenta todo el tiempo. Use siempre una cara expuesta

fresca o registre lo que est siendo coloreado. No comprima o friccione el suelo antes de obtener un color, a menos que sea una muestra orgnica. Los colores siempre deben ser

determinados en luz natural (luz directa del sol). Adems, los colores no deben determinarse muy temprano o muy tarde durante el da, en tanto el ngulo del sol

pudiese alterar el color que se est observando. Los colores nunca deben determinarse bajo una luz artificial. Finalmente, los colores no deben determinarse si se usa lentes de

sol, o entintados.

Al describir los colores es importante determinar la variacin de color a travs del sol. La matriz del color es aquel que ocupe el volumen ms grande. Algunos suelos tienen

varios colores a travs del perfil, el color que ms aparezca es el primero en registrarse y as sucesivamente.

El contraste se refiere a que tan fcil es observar una caracterstica en comparacin con

la matriz. Hay tres clases de contrastes; tenue, claro y prominente. El contraste tenue

es evidente slo en un examen minucioso. Un contraste claro se ve fcilmente pero moderado al color con el cual se est comparando. El contraste prominente son colores

fuertemente contrastantes con los cuales son comparados. (Tabla 4.2).

Clase de

contraste Cdigo Diferencia de color entre Matriz y Moteado

Tinte Valor Saturacin

Tenue F igual 0 a 0

Tabla 4.2 Carta de contraste.

Paso 2 Tomando muestras de suelo (in-situ)

Se toman muestras para medir con precisin la composicin del grano.

La cantidad de muestras necesarias depende de la locacin. Cuando hay diferentes tipos de suelo presentes entonces las pruebas deben ser llevadas a cabo en todos los

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diferentes tipos de suelo. Los diferentes tipos de suelo pueden separarse visualmente en base a su color, cambio de altitud de la ruta trazada, etc.

Son necesarios 25 dm por cada muestra de suelo. Esta cantidad es importante para

llevar a cabo pruebas extra en una etapa posterior. Tambin es importante el peso de la muestra de suelo en el sitio antes de empacarla en una bolsa hermtica. Por este medio

es posible determinar el contenido de humedad en la sub-base.

Figura 4.18 Medicin del peso de muestras antes de empacarlas en una bolsa hermtica.

Paso 3 Prueba de tamizado en seco (laboratorio)

La granulometra de granos grandes se determina haciendo la prueba de tamizado seco. Se utiliza una muestra para esta prueba, la