Documento Anteproyecto de Investigación

 

DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO PARA MEJORAR LA ESTABILIDAD DE LOS SUELOS IMPLICADOS EN EL PLAN DE INTERVENCIÓN DE VÍAS RURALES EN EL MUNICIPIO DE RIONEGRO

JUAN SEBASTIÁN CANTOR APOLINAR CÓDIGO: 0120161075  ALDO FERNANDO MORENO SOLER CÓDIGO: 0120161043 DIDIER CASTRO RENGIFO CÓDIGO: 0120161080 EDGAR FERNANDO GORDILLO SANABRIA CÓDIGO: 0120151078

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES - ESING FACULTAD DE INGENIERÍA, DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL EDUCACIÓN A DISTANCIA BOGOTÁ 2017  

 

DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO PARA MEJORAR LA ESTABILIDAD DE LOS SUELOS IMPLICADOS EN EL PLAN DE INTERVENCIÓN DE VÍAS RURALES EN EL MUNICIPIO DE RIONEGRO

JUAN SEBASTIÁN CANTOR APOLINAR CÓDIGO: 0120161075  ALDO FERNANDO MORENO SOLER CÓDIGO: 0120161043 DIDIER CASTRO RENGIFO CÓDIGO: 0120161080 EDGAR FERNANDO GORDILLO SANABRIA CÓDIGO: 0120151078

 Anteproyecto de Investigación (Parte 1)

Dr. Francisco Numael Rodríguez Cruz Tutor asignatura de Metodología de la Investigación

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARES - ESING FACULTAD DE INGENIERÍA, DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL EDUCACIÓN A DISTANCIA BOGOTÁ 2017  

 

CONTENIDO Pág.

INTRODUCCIÓN

10 

1.  PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN

12 

1.1 

12 

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.1 Enunciado el problema.

12 

1.1.2 Formulación del problema.

14 

2.  OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

17 

2.1 OBJETIVO GENERAL

17 

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

17 

3.  JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

18 

3.1 JUSTIFICACIÓN

18 

3.2 DELIMITACIÓN

18 

3.2.1 

Limitación de Tiempo

19 

3.2.2 

Limitación de espacio o territorio

19 

3.2.3 

Limitaciones de recursos.

20 

4.  MARCO DE REFERENCIA DE LA INVESTIGACÓN

21 

4.1 

MARCO TEÓRICO

21 

4.2 

MARCO LEGAL

22 

3

 

4.2.1 

Materiales.

22 

4.2.1.1 De relleno.

22 

4.2.1.2 Cemento.

22 

4.2.1.3 Agua

23 

4.2.1.4 Equipo

23 

4.2.2 

23 

Diseño de la mezcla y normas.

5.  CONCLUSIONES

32 

6.  RECOMENDACIONES

33   

BIBLIOGRAFÍA

34

4

 

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Perfil del proyecto de intervención vial.

5

19 

 

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Veredas a ser intervenidas según el Plan de Desarrollo del municipio de Rionegro “Rionegro para todos”. 

20 

Tabla 2. Requerimientos típicos de cemento para varios tipos de suelos.

23 

Tabla 3. Regulación del suelo cemento en Colombia.

24 

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GLOSARIO CAPACIDAD PORTANTE: es la capacidad del terreno del  terreno para soportar las cargas aplicadas sobre él. INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA:  se concibe como un conjunto de procesos sistemáticos y empíricos que se aplican al estudio de un fenómeno; es dinámica, cambiante y evolutiva. Se puede manifestar de tres formas: cuantitativa, cualitativa y mixta. Esta última implica combinar las dos primeras. Cada una es importante, valiosa y respetable por igual. Tal clase de investigación cumple dos propósitos fundamentales: a) producir conocimiento y teorías (investigación básica) y b) resolver problemas (investigación aplicada). INVESTIGACIÓN CUANTITATIVA: Usa la recolección de datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica y el e l análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías. LLUVIA DE IDEAS: (O Brainstorming ) es una técnica de grupo para generar ideas originales en un ambiente relajado. PROYECTO: ordenación de un conjunto de actividades que, que , combinando recursos humanos,, materiales humanos materiales,, financieros y técnicos, técnicos, se realizan con el propósito de articulan,, se conseguir un determinado objetivo o resultado. Estas actividades se s e articulan interrelacionan y coordinan entre sí. El propósito de todo proyecto es alcanzar un resultado (efecto concreto que se logra con su realizació realización) o un producto (ele (elemento material o de se servici rvicio o qu que e se genera efecto).  Además  Además,, todo proyecto se realiza dentro de los límites de para producir el efecto). un presupuesto y de un período dados. De todas las de consid conside eraciones precedentes, precedentes, se pueden señalar las siguientes características los proyectos: a. Todo proyecto comporta una serie de actividade actividadess de duración determinada. Esto diferencia a los proyectos de de la prestación de de servicio servicioss que supo supone un ontinuo.. processo continuo proce b. En los los proyect proyecto os se combina la utilización de de re reccursos humanos, humanos, técnicos cnicos,, financie financi eros y mate materiale rialess. ecto tiene que alca alcanzar pr  pr oductos oductos y resultados, resultados, de acuerdo con los c. Todo proy proye bjetivo os previs previstos en su diseño y conceptualización. conceptualización .  objetiv

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SUBRASANTE: Es el suelo que sirve como fundación para todo el paquete estructural de un pavimento. SUELO  – CEMENTO: Es una mezcla en seco de suelo o tierra con determinadas características granulométricas, cemento Portland y, en su caso, aditivos. A la mezcla se le adiciona una cierta cantidad de agua para su fraguado y posteriormente se compacta. SUELO MEJORADO: O modificado con con cemento, se define como una mezcla de suelo y una cantidad pequeña de cemento, generalmente inferior al 2% en peso, añadida con el fin de mejorar algunas propiedades de los suelos.

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RESUMEN El presente documento es un anteproyecto, el cual consiste en una propuesta sobre un proyecto de investigación que ha de ser efectuado. No obstante, esta primera entrega es un avance en el que se da desarrollo a las primeras etapas de la metodología de la investigación científica que se ha propuesto para un proceso de investigación del método general de investigación según han llegado a común acuerdo al interior de la comunidad científica.

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INTRODUCCIÓN Según la define R. Hernández Sampieri et. al. “ la la investigación es un conjunto de procesos sistemáticos, críticos y empíricos que se aplican al estudio de un fenómeno”1. El mundo actual se caracteriza por estar “inundado” de investigación en muchos

aspectos de la sociedad. Desde los dispositivos, materiales, equipos, instrumentos e infraestructura con tecnología de última generación, pasando por aquellas actividades de investigación que todo profesional debe realizar con miras a resolver r esolver un problema en su ámbito disciplinar, hasta en las actividades más cotidianas del diario vivir, la investigación comporta una herramienta básica para generar conocimiento y podernos relacionar mejor con el mundo que nos rodea. En la actualidad se ha alcanzado un nivel de complejidad sobre el tema de la Investigación que es realmente sorprendente, gracias a un constante proceso evolutivo de reflexión filosófica. En este sentido vale la pena resaltar el concepto co ncepto de método de investigación que es “ el conjunto de postulados, reglas y normas para el estudio y la solución de los problemas de investigación” 2. En relación con este está el concepto de Metodología de la Investigación que es el “conjunto de aspectos operativos del proceso investigativo”3. No obstante, la enorme cantidad de métodos de investigación y de metodologías asociadas, puede establecerse un “proceso de investigación científica a través de un método general”4, el cual se caracteriza por coincidir en los siguientes pasos: 1. La selección del tema de investigació investigación. n. 2. El problema de investigación. 3. Objetivos generales y específicos. 1  HERNÁNDEZ

SAMPIERI, Roberto; FERÁNDEZ COLLADO, Carlos y BAPTISTA LUCIO, Pilar. Metodología de la investigación. [En línea]. México D.F.: Editorial McGraw Hill, 2010. 2 010. p. 4 [Citado el 17 de agosto de 2017]. Disponible en: https://www.esup.edu.pe/descargas/dep_investigacion/Metodologia%20de%20la%20investigaci%C 3%B3n%205ta%20Edici%C3%B3n.pdf. ISBN: 978-607-15-0291-9. 2  BERNAL, Cesar A. Metodología de la investigación, administración, economía, humanidades y ciencias sociales. Tercera Edición. Bogotá D.C.: Pearson Education. 2010. 320p. ISBN: 978-958699-128-5. p. 58. 3 Ibid. p. 59. 4 Ibid. p. 76.

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4. El marco teórico. 5. Los recursos humanos, institucio institucionales, nales, técnicos y económicos. 6. La caracterizac caracterización ión y delimitaci delimitación ón de la población. 7. La selección de los métodos, las técnicas y los instrumentos de investigación. 8. La fuente de datos. 9. El trabajo de campo y trabajo de gabinete. 10. La tabulación, el análisis y la interpretación de datos 5.

Los anteriores pasos permiten concebir un proyecto de investigación el cual es “un conjunto de actividades concretas, interrelacionadas y coordinadas entre sí, que se realizan con el fin de producir determinados bienes y servicios capaces de satisfacer necesidades o resolver problemas”6. Muy relacionado con el anterior está el anteproyecto, el cual es un documento que muestra la propuesta a realizar sobre el proyecto de investigación. Como tal, el anteproyecto es un documento en el que se menciona lo que se hará7, razón por la cual debe ser revisado y aprobado para su ejecución 8. Bajo todo lo anteriormente expuesto, el presente documento se constituye en un avance del anteproyecto de investigación, el cual comprenderá los cuatro primeros pasos de la lista mencionada con anterioridad, pero que además hace parte de un ejercicio lúdico que pretende permitir que el estudiante adquiera las bases sobre la formulación de investigación que permita dotarle de mejores herramientas de paraproyectos definir su trabajo de grado disciplinar.

5 Ibid.

p. 76.

6  ANDER-EGG,

Ezequiel y AGUILAR IDAÑEZ, María José. CÓMO ELABORAR EL ABORAR UN PROYECTO. Guía para diseñar proyectos sociales y culturales. [En línea]. 18ª edición. Buenos Aires, Argentina: Editorial LUMEN/HVMANITAS, 2005. p. 16 [Citado el 17 de agosto de 2017]. Disponible en: http://abacoenred.com/wp-content/uploads/2017/05/Como-elaborar-un-proyecto-2005-Ed.18 Ander-Egg-Ezequiel-y-Aguilar-Id%C3%A1%C3%B1ez-MJ.pdf.pdf.  Ander-Egg-Ezequiel-y-Aguilar-Id%C3%A1%C3%B1ez-MJ.pdf. pdf. ISBN 950-724-416-6. 7 BERNAL, Op. Cit., p. 191. 8 BERNAL, Op. Cit., p. xiii.

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1. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1.1 Enunciado el problema. Los municipios de los departamentos, a falta de recursos para el desarrollo de las vías terciarias, ven con buenos ojos la implementación del suelo-cemento. Una de las políticas de desarrollo, desde principios del actual gobierno nacional, nac ional, ha puesto énfasis en el mejoramiento de la infraestructura del país por medio de la promoción de varios frentes de desarrollo. Como consecuencia de las negociaciones de paz, este programa ha tomado más impulso recientemente. Las vías terciarías son aquellas que comunican las zonas rurales de los municipios con la cabecera urbana. Este complejo es de gran importancia para nuestro país ya que por allí los campesinos sacan sus productos para distribuirlos y venderlos hacia el interior del país. El gran problema radica en que más de los 170 mil kilómetros kilómetr os de vías terciarías que tiene el país, apenas apena s un bajo porcentaje ha sido intervenido en los últimos años. Además, en muchos municipios estas vías son verdaderas trochas lo que hace imposible el trasporte de productos agrícolas. En los acuerdos de La Habana, se establece como una de las principales metas del primer punto o el punto agrario, la creación de un Plan Nacional de Vías Terciarías, que significa la intervención de por lo menos 20 mil kilómetros de vías para mejorar las condiciones de vida del mundo rural y obviamente mejorar la competitividad comercial del campesinado colombiano9. 

No obstante, como se mencionó, desde antes se han venido haciendo importantes inversiones para modernizar la red vial nacional al introducir construcciones de nueva generación. Así, …bajo este contexto, la intervención de la red vial terciaria juega un papel

fundamental para potencializar el impacto de la inversión en las vías de 4G y otras vías primarias y secundarias, logrando reducir los costos de transporte, dinamizando la economía en las zonas rurales del país, y aumentando la accesibilidad a servicios básicos y la calidad de vida de las comunidades. Los últimos gobiernos han prestado especial atención a la inversión en la infraestructura vial, con el propósito de aumentar la competitividad del país. Los proyectos de Asociación Público Privada, plantean un gran hito para el desarrollo 9 ÁVILA,

Ariel. La esperanza de las vías terciarias [en línea]. Revista Semana. 09/12/2016 [citado el 14 de octubre de 2017]. Disponible en internet: < http://www.semana.com/opinion/articulo/ariel-avilahttp://www.semana.com/opinion/articulo/ariel-avilavias-terciarias-en-colombia/508627>

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de la infraestructura carretera, concesionando la red vial primaria, con una inversión superior a $40 billones de pesos. En la actualidad el gobierno ha venido destinando recursos importantes para intervenir la red terciaria, donde el reto es aún mayor, pues son cerca de 143.000 km que benefician a los 1.122 municipios del país. En nuestros días, de cara al proceso de postconflicto, el Gobierno Nacional planea destinar recursos recur sos cercanos a los 1,26 billones de pesos para dotar de una adecuada infraestructura a las regiones. Existen múltiples opciones para pavimentar la red vial terciaria, pero siempre se debe hacer una evaluación objetiva para elegir la más idónea desde el punto de vista no sólo técnico, sino también económico, sostenible y constructivo. Históricamente las administraciones municipales han optado por el afirmado como la alternativa de intervención y mantenimiento de sus vías terciarias; pero los desempeños de esta modalidad son limitados en durabilidad, pues una vez llega la temporada de lluvias se produce un deterioro acelerado que afecta el tránsito y el confort de los usuarios; esto lleva a que la alternativa de menores costos directos termina convirtiéndose en un paliativo de corta duración y de mayor costo final.  Aunque el a afirmado firmado separa h haya ayalos utilizado como paliativo histórico, reconoce reconocer que existe un recurso trazados de las vías que puededebemos aprovecharse parar dotar de mejor infraestructura a la red terciaria a partir de la incorporación de cemento. Esta técnica se conoce como suelo cemento o materiales tratados con cemento, y consiste en aprovechar los materiales existentes en la vía, que se mezclan con cemento para mejorar sus propiedades mecánicas, convirtiéndolos en una capa de soporte de mayor capacidad estructural, utilizables para estructuras en pavimentos10 

De manera que, la implementación del suelo cemento en los municipios es la esperanza de la ruralidad. Principalmente de los pequeños productores y poseedores de tierra, esto ayudará al desarrollo del país como tal y que los municipios se vean beneficiados por la intervención intervenc ión de estas vías. Hoy podemos ver que, ya muchos municipios de Colombia que han implementado este sistema, ha mejorado así la infraestructura vial siendo uno de los casos más importantes a resaltar, el de La Alcaldía Municipal de Rionegro (Antioquia), [que] había intervenido algunos tramos de sus vías rurales a través de métodos tradicionales mediante mantenimientos correctivos, aplicando base granular y aplanando el terreno con maquinaria, lo cual funcionaba como medida temporal para el mejoramiento a corto plazo de las vías, que quedaban sometidas al deterioro anual en temporada de lluvias.

10 GÓMEZ,

Carlos Mario. Suelo cemento: Alternativas de pavimentación para vías de bajo tráfico. EN: Noticreto: La revista de la técnica y la construcción. Julio  – Agosto 2017. No. 143. p. 36  – 40. ISSN 0120-8489

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En búsqueda de una solución definitiva, desde el año 2016 y con la implementación del Plan de Desarrollo Municipal “Rionegro Tarea de Todos”, la

administración local y las empresas privadas se dieron a la tarea de investigar los procedimientos constructivos y los materiales que pudieran cumplir con el objetivo de mejorar la calidad de las vías. Fue entonces seopción presentó ante la administración localmunicipios. el sistema Los de suelo cemento cuando como una de positivos resultados en otros directivos de Rionegro aprobaron someter a prueba desde ese mismo año un tramo de la vía en ascenso y alta transitabilidad en la vereda Ojo de Agua. La modalidad de suelo cemento tienen un componente destacable en el aspecto de sostenibilidad, pues utiliza el cemento para reforzar los materiales existentes en las vías rurales y, por tanto, disminuye la explotación de recursos naturales en la construcción de los tramos. Los resultados de las pruebas piloto evidenciaron las bondades del proceso y se emprendió la investigación de la optimización de recursos, maquinaria y personal, realizando pruebas con tractores y rotovitos (…). La experiencia en campo también llevó se a concluir método de suelo cemento obtenida se garantiza siempre y cuando cumplanque treselcondiciones cruciales: la primera corresponde al estudio de suelos, que va a determinar la dosificación y reemplazos, en caso necesario. La segunda es la necesidad de controlar la calidad mediante pruebas permanentes de laboratorio en campo, y la tercera, la necesidad de realizar estudios hidrológicos e hidráulicos que determinen las obras transversales y complementarias para garantizar la estabilidad de la obra intervenida11. “Los planes de la administración municipal consideran intervenir 250km de

carreteras rurales con suelo cemento; se espera que para finales de 2017 se hayan ejecutado 100km y al final de la administración se cumpla la meta estipulada ”12. 1.1.2 Formulación Formu lación del problema. En virtud de lo anteriormente expuesto, el presente estudio busca apoyar la innovadora propuesta de la administración del municipio de Rionegro, al apostarle a una tecnología vanguardista, estableciendo, en forma sistemática y ordenada, la cantidad óptima de cemento que ha de ser adicionada a las diferentes zonas de suelos encontradas en el área a ser intervenida por medio del plan de mejoramiento de la red vial de las zonas rurales del municipio, y busca responder a los siguientes interrogantes:

11 Empresa

de Desarrollo Sostenible EDESO. Pavimento para bajo tráfico con suelo-cemento: Un caso exitoso. EN: Noticreto. Julio/Agosto 2017. No. 143. p. 18 – 19. 12 GÓMEZ, Op. Cit., p. 39.

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

  ¿Es el suelo-cemento una gran alternativa para la pavimentación para vías de bajo tráfico?

La implementación de este sistema es fundamental para potencializar p otencializar el impacto de la inversión en las vías 4G y otras primarias y secundarias, esto lograra reducir costos de transporte mejorando financieramente los municipios de las zonas rulares del país. Aumentado la accesibilidad a servicios básicos y mejorando la calidad de vida de las comunidades. 

  ¿La aplicación de suelo cemento estabiliza el terreno?

La estabilización del terreno con Suelo Cemento, tiene la finalidad por medio de sus componentes o agentes estabilizantes, mejorar las propiedades geotécnicas como lo son: estabilidad volumétrica, resistencia, permeabilidad, comprensibilidad y durabilidad. 

  ¿Por qué elegir suelo cemento?

El suelo cemento se de ha posicionado como una de no las solo alternativas competitivas para la intervención la red vial terciaria, pues presentamás costos iniciales reducidos, sino que también se plantea como una alternativa durable y sostenible.  Algunos municipios del país han venido adoptando esta tecnología para la intervención de su red vial. Un caso a resaltar es el de Rio Negro, Antioquia, donde la administración optó por el suelo cemento después de haber revisado múltiples alternativas, con lo cual aprovechó el afirmado existente en el trazado de las vías y agregó diferentes porcentajes de cemento, dependiendo de la clasificación del suelo. Además de la capa de suelo cemento se aplica una capa de concreto asfáltico, lo que permite alcanzar mayor durabilidad al pavimento y se entrega a las comunidades una infraestructura de mejor calidad y mayor confort. Los planes de la administración municipal consideran intervenir 250 km de carreteras rurales en suelo cemento; se espera que para finales de 2017 se hayan ejecutado 100 km y al final de la administración se cumpla la meta estipulada. La Gobernación de Antioquia definió como plan de acción la pavimentación de 1.000 km de red terciaria, distribuidos en todos los municipios del departamento; dentro de ese proyecto, el suelo cemento ha ido ganando un espacio gracias a su desempeño técnico, a sus costos y a sus beneficios. 

  ¿En qué condicio condiciones nes físicas y mecánicas se encuentran llos os suelos de los terrenos en los cuales se han de construir los tramos de carreteras del Plan de Intervención de la red vial rural del municipio de Rionegro?

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



  ¿Puede zonificarse llos os diferentes suelos encontrados de acuerdo con un común denominador de propiedades físicas y mecánicas que permitan establecer un tipo específico, más o menos homogéneo, de suelos?   ¿Pueden mejorarse las propiedades fí físicas sicas y mecánicas de los diferentes tipos de suelos encontrados, por medio de la adición de cierta cantidad de cemento con el objetivo de optimizar su desempeño al ser empleados como subrasantes en proyectos de construcción vial?   Si efectivamente se puede mejorar el desempeño de los suelos suelos encontrados en el terreno por medio de la adición de cemento, ¿qué cantidad de cemento ha de dosificarse a los diferentes tipos de suelos encontrados en los tramos de carreteras a ser construidos en el Plan de Intervención de las vías rurales del Municipio de Rionegro?

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2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 2.1 OBJETIVO GENERAL Plantear el uso del suelo cemento como alternativa para el mejoramiento de las propiedades de los suelos que presentan bajas resistencias mecánicas sobre la carga portante. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS





  Definir los parámetros técnicos y procedimientos constructivos para el uso adecuado de suelo cemento para el mejoramiento de los suelos.   Elaborar el marco teórico para el uso de suelo cemento en la pavimentación de

vías de bajo tráfico, principalmente en la red de vías terciarias de Colombia.   Formular los diferentes tipos de mezclas para el uso en suelos de baja resistencia de acuerdo con las características propias de cada zona. 



  Plantear la creación de incentivos ttributarios ributarios para todos los entes territoriales que implementen el uso del suelo cemento en sus obras viales.   Proponer la obligatoriedad del uso del suelo cemento en la pavimentación de la lass vías de la red terciaria de Colombia, mediante la modificación de los Planes de Ordenamiento Territorial y la legislación correspondiente a las obras de infraestructura.

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3. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACI DELIMITACIÓN ÓN DE LA INVESTIG INVESTIGACIÓN ACIÓN 3.1 JUSTIFICACIÓN La presente investigación presenta una justificación práctica, ya que por medio de ella se pretende establecer la cantidad de cemento que debe ser dosificada en obra, en cada uno de los tramos más representativos de suelos que están cobijados dentro de los 250km que serán intervenidos como parte del plan de desarrollo del municipio de Rionegro (Antioquia). Para lograr ello, el presente estudio se enfoca en primer lugar en determinar los tramos críticos de suelos que, por sus propiedades físicas y mecánicas aceptablemente homogéneas, pero que por sus características presentan bajo desempeño constructivo, requieren ser estudiados, para luego, con base en ello, realizar ensayos a nivel laboratorio para determinar los rangos de dosificación óptima de cemento que permitirán mejorar dichas propiedades mecánicas y físicas de tal manera que se garantice un desempeño adecuado de estos suelos al ser tratados como subrasantes en proyectos de construcción vial. 3.2 DELIMITACIÓN La siguiente imagen resume el perfil del proyecto de d e mejoramiento de la red vial de Rionegro.

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Figura 1. Perfil del proyecto de intervención vial.

FUENTE:http://www.rionegro.gov.co/Proyectos/Paginas/DetalleProyecto.aspx?IdPry=4 3.2.1 Limitación de Tiempo. Como se mencionó en la sección de planteamiento del problema, la administración municipal de Rionegro contempla construir un total de 250km de vías terciarias hasta el momento de culminación del presente periodo de gobierno local, el cual finaliza el 31 de diciembre de 2019. Por otro lado, de este total, planea completar aproximadamente 100km al finalizar el año 2017. Obviamente, es deseable que losdar resultados de esta investigacióndelestén listos de lo más pronto posible para poder continuidad al cronograma proyecto construcción de vías planificado por la alcaldía y los mismo no podrían dilatarse ya que perjudicarían los plazos de cumplimiento de dichas actividades. Sin embargo, dando un periodo prudencial para el análisis de datos y el procesamiento de las muestras, se contempla dar como plazo límite a este proyecto hacia mediados del 2018. 3.2.2 Limitación de espacio o territorio. La reali realización zación del proyecto se adel adelantará antará en dos sitios: nstalaciones de los Laboratorios Laboratorios de Suelos d de e la Escuela   Principalmente en las iinstalaciones de Ingenieros Militares (ESING) de Bogotá (Carrera 50 No. 18-06, Barrio Puente 19

 

 Aranda, Cantón Militar Francisco José de Caldas) donde se efectuarán los ensayos y análisis de las diferentes muestras de suelo-cemento.



  En zzona ona rural del municipio de Rionegro deberán efectuarse la toma de m muestras uestras de suelos para caracterizar las propiedades de interés de los tipos de suelo encontrados en el área de intervención de las vías terciarias.

Tabla 1. Veredas a ser intervenidas según el Plan de Desarrollo del municipio de Rionegro “Rionegro para todos”. 

FUENTE: EDESO, Empresa de Desarrollo Sostenible Colombia. 3.2.3 Limitaciones de recursos. La fin financiación anciación del proyecto estará a cargo principalmente por la Alcaldía de Rionegro que cuenta con un fondo proveniente de la Nación destinado para el propósito de intervención de las vías terciarias.

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4. MARCO DE REFERENCIA REFERENCIA DE LA INVES INVESTIGACÓN TIGACÓN 4.1 MARCO TEÓRICO El suelo modificado con cemento puede ser una mezcla de suelo endurecido, no endurecido o semiendurecido con cemento. Aunque es menos utilizado, también existe el ssuelo uelo cemento plástico, el cual es una combinación de los m mismos ismos materiales que el Suelo Cemento, sólo que se adiciona aditivos para conseguir una consistencia fluida. Debido a que el Suelo Cemento es un elemento estructural, su comportamiento depende de los materiales que lo forman; es decir, de la clase de suelo y del tipo de cemento. Pero adicionalmente, también es fundamental el curado. Normalmente se espera que bajo condiciones de curado adecuadas se obtengan resistencias entre 2 y 6 MPa. El módulo de elasticidad a 28 días alcanza valores cercanos a los 7.000 MPa. Los materiales del Suelo Cemento básicamente son suelo, cemento y agua. Su proceso de producción es económico comparado con procesos p rocesos que involucran otros materiales que deben recorrer largas distancias para poder ser usados. Los tipos de suelos que son generalmente empleados en Suelo Cemento son: finos, materiales arenosos, gravas, limos y arcillas, piedra caliza, granito, entre otros. En algunas ocasiones, también son empleadas cenizas volantes y escorias de alto horno. Para poder pod er establecer las cantidades de cemento a utilizar para el diseño de suelo cemento, se deben enviar al laboratorio muestras del tipo de suelo. Con los resultados del laboratorio se determina la cantidad mínima de cemento requerida para cada tipo de suelo, así como las relaciones volumétricas y la humedad óptima .Su proceso constructivo consta de dos etapas fundamentalmente, que son la preparación inicial y el procesamiento. En la primera, se realiza la conformación del área para obtener el ancho y las pendientes de diseño, se corrigen las zonas inestables y se humedece el suelo. En el procesamiento, se realiza la mezcla, la cual puede ser en sitio o en planta. p lanta. Si la mezcla es hecha en sitio, primero se agrega el cemento hidráulico y se mezcla con el suelo. Posteriormente, se agrega agua y se mezcla nuevamente. Si la mezcla es en planta, se espera en sitio a que llegue el suelo cemento, el cual, una vez en obra, se extiende, se compacta, se perfila y se cura. Como cualquier estructura, el suelo cemento debe ser inspeccionado en diferentes momentos. La inspección inicia desde el tipo de suelo, contenido de agua, contenido de cemento (diseño de la mezcla) y continúa con el mezclado, la compactación y 21

 

el curado.  curado.  Los espesores de las bases de Suelo Cemento, generalmente, se encuentran entre los 100 y 200 mm. Por el contrario, si el volumen de tránsito es alto y se requiere un espesor superior de los 200 mm, se deberá construir en dos capas o más, procurando que el espesor nunca de cada una no sea menor a 100 mm. Las bases de suelo cemento están diseñadas para que fallen, por lo cual siempre se van a agrietar. Para minimizar el impacto y la continuidad de las grietas hacia la superficie de rodadura, se usa actualmente un geotextil inhibidor de grietas entre el Suelo Cemento y la superficie de rodadura. 4.2 MARCO LEGAL El cemento hidráulico empleado para establecido en la norma NTC 121.

Suelo Cemento debe

cumplir con

lo

Se tiene enutilizar cuentaelque según lo estipulado en el Articulo Invias,NT1, se recomienda suelo estabilizado con cemento para vías341 condel transito debido principalmente a la baja investigación realizada sobre el particular. 4.2.1 Materiales. 4.2.1.1 De relleno. El material puede provenir de una cantera cercana al proyecto, o de material del sitio, los cuales deben estar libres de materia orgánica u otro material que pueda afectar el correcto comportamiento y fraguado del cemento. Como recomendación general, el material deberá cumplir los contenidos dados en la especificación A-341, Tabla 341.1 se tiene adicionalmente las siguientes recomendaciones: se recomienda material a estabilizar cuente con más delGranulometría: cuarenta por ciento (40%) enque pesoel de partículas retenidasnoy más de 50% en peso de partículas par tículas que pasen el tamiz de 75 m (No.200). El tamaño máximo se recomienda que sea menor de 3”, ni superior a la mitad del espesor de

la capa compactada. Plasticidad: se recomienda que la fracción inferior al tamiz N° 40 tenga un límite liquido inferior al 35% y un índice plástico menor a 15. 4.2.1.2 Cemento. El cemento a utilizarse para la estabilización será Portland tipo 1; este deberá cumplir con lo especificado en las normas norma s A-501 del INVIAS y la norma NTC 121 y NTC 321.

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4.2.1.3 Agua. El agua deberá ser limpia y estará libre de materia orgánica, álcalis y otras sustancias deletéreas. Se deben cumplir: - PH: deberá estar comprendido entre cinco y medio y ocho (5.5 - 8.0) - Sulfatos (SO4), no podrá ser superior a un gramo por litro (1 g/l). 4.2.1.4 Equipo. Como equipo se recomienda incluir una máquina estabilizadora, una motoniveladora, una retroexcavadora y/o equipos escarificadores, elementos para la compactación compactadores o vibro compactadores, elementos de transporte (volquetas, doble troques, etc.), y herramientas menores. 4.2.2 Diseño de la mezcla y normas. Para el diseño de la mezcla se recomienda utilizar la metodología dada en los ensayos INV E- 809 “RESISTENCIA A LA COMPRESION DE CILINDROS PREPARADOS DE SUELO CEMENTO”; este

ensayo debe garantizar una resistencia mínima de 21 Kg/cm2, a los siete (7) días de curado húmedo. En cuanto a los ensayos dados en la norma INVE E-807 “HUMEDIMIENTO Y SECADO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO COMPACTADAS”; en este caso, el contenido de ensayo cementodedeberá ser tal que laperdida de la mezcla compactada sometida al “Humedecimiento Secado” no supere los límites en la siguiente tabla.

Tabla 2. Requerimientos típicos de cemento para varios tipos de suelos.

FUENTE: GÓMEZ, Carlos Mario. Noticreto 143.  Se debe tener en cuenta igualmente la norma INV E-806 “RELACIONES HUMEDAD MASA UNITARIA DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO” , a través de la cual se puede determinar la relación entre la humedad y la masa unitaria de las mezclas. Como resultado de los ensayos se busca determinar la humedad óptima y la densidad máxima, los cuales serán usados durante la construcción.

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En Colombia el suelo cemento se encuentra reglamentado por artículos descritos por INVIAS (instituto Nacional de Vías) encargado del control, manejo y ejecución de vías en Colombia. Tabla 3. Regulación del suelo cemento en Colombia.  ARTICULO AÑO CONTENIDO 235 2013 Estabilización de suelos de subrasante 350 2013 Suelo-cemento 351 2013 Base tratada con cemento FUENTE: Gómez, Carlos Mario. Noticreto 143. Cada artículo define las especificaciones que deben tenerse en cuenta para los materiales equipos y proceso constructivo entre otros Tomamos como ejemplo el cemento en el artículo 235 numeral 2.2: El cemento utilizado será hidráulico, de marca aprobada oficialmente, el cual deberá cumplir lo indicado en el Artículo 501, “Suministro de cemento hidráulico”. Si los documentos del proyecto o una especificación particular no

señalan algo diferente, se empleará cemento hidráulico de uso general. El Constructor deberá presentar los resultados de todos los ensayos físicos y químicos relacionados con el cemento, como parte del diseño de la mezcla. Si por alguna razón el cemento ha fraguado parcialmente o contiene terrones del producto endurecido, no podrá ser utilizado. Tampoco se permitirá el empleo de cemento extraído de bolsas usadas en jornadas anteriores.  Articulo 350 numeral 2.3 y artic articulo ulo 351 n numeral umeral 2. 2.3 3 El cemento para la estabilización deberá ser cemento hidráulico hidr áulico de uso general, el cual deberá cumplir lo especificado en el Artículo 501, “Suministro de cemento hidráulico”.

No se permitirá el empleo de cemento que haya fraguado parcialmente o que contenga terrones del producto endurecido. Tampoco se permitirá el empleo de cemento extraído de bolsas usadas en jornadas anteriores 13.

13 COLOMBIA.

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVÍAS). Artículo 235-13: Estabilización Estabili zación de suelos de subrasante con cemento, Artículo 350-13: Suelo-Cemento, Artículo 351-13: Base tratada con cemento.

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TIPO DE INVESTIGACIÓN Estudio correlacional: busca medir la relación entre las propiedades mecánicas y propiedades físicas del suelo con el contenido de cemento que tenga.  Alcance exploratorio: Visitar cada una de las zonas que están incluidas dentro del programa de Intervención vial de la alcaldía. Tomar muestras de suelos de cada una de estas zonas. Realizar ensayos en el laboratorio para determinación de propiedades físicas y mecánicas de los suelos de cada una de estas zonas determinadas.  Alcance descriptivo: Con base en los anteriores resultados, realizar un “mpa” de los tipos de suelos

encontrados en las diferentes zonas, enfatizando qué BERNAL, Cesar A. Metodología de la investigación, administración, economía, humanidades y ciencias sociales. Tercera Edición. Bogotá D.C.: Pearson Education. 2010. 320p. ISBN: 978-958-699-128-5. COLOMBIA. INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS (INVÍAS). Artículo 235-13: Estabilización de 351-13: suelos de subrasante cemento, Artículo 350-13: SueloCemento, Artículo Base tratada concon cemento. GÓMEZ, Carlos Mario. Suelo cemento: Alternativas de pavimentación para vías de bajo tráfico. EN: Noticreto: La revista de la técnica y la construcción. Julio  – Agosto 2017. No. 143. p. 36 – 40. ISSN 0120-8489 Empresa de Desarrollo Sostenible EDESO. Pavimento para bajo tráfico con suelocemento: Un caso exitoso. EN: Noticreto. Julio/Agosto 2017. No. 143. p. 18  – 19.

HERNÁNDEZ SAMPIERI, Roberto; FERÁNDEZ[En COLLADO, CarlosD.F.: y BAPTISTA LUCIO, Pilar. Metodología de la investigación. línea]. México Editorial McGraw Hill, 2010. 614 p. [Citado el 17 de agosto de 2017]. Disponible en: https://www.esup.edu.pe/descargas/dep_investigacion/Metodologia%20de%20la% 20investigaci%C3%B3n%205ta%20Edici%C3%B3n.pdf. ISBN: 978-607-15-02919.

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