Trabajo de Mezcla de Suelos

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INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCIÓN En las obras civiles el ingeniero se ve enfrentado a una serie deinconvenientes (en algunos casos) en lo referente en los agregados minerales que puede utilizar en la fabricación del hormigón, la preparación de morteros, la construcción de bases, bas es, sub  bases y carpetas de rodadura en los pavimentos, etc., pero pero el gran problema se da cuando en el lugar de construcción de la obra está alejada para la consecución de los materiales o en el medio no se encuentran los materiales especificados o presentan alguna deficiencia que es necesaria corregir por algún método.Una forma de mejorar  los agregados minerales minerales es realizando la la mezcla entre entre dos o más más agregados, que corresponde a la llamada estabilización de suelos, la cual pretende encontrar un material acorde a las especificaciones especifica ciones requeridas.

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MEZCLA DE SUELOS Cuando se estabilizan los agregados minerales por cualquier método selogran mejorar  algunas de sus propiedades físicas y mecánicas de los agregados, como son:

y

La compresibilidad

y

La durabilidad.

y

La permeabilidad.

y

Los cambios volumétricos.

y

La resistencia mecánica.

MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE AGREGADOS PARA LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS Existen diferentes métodos de dosificación de agregados que pretenden suplir las necesidades y dar una herramienta más que facilite este proceso. Dentro de los diferentes métodos los hay empíricos, analíticos, gráficos yotros por simple intuición. Dentro de estos podemos destacar los siguientes:

y

Método gráfico para dos agregados.

y

Método gráfico para tres agregados.

y

Método analítico (del tamiz crítico) para dos agregados.

y

Método analítico (del tamiz crítico) para tres agregados.

y

Método gráfico de la curva ideal.

y

Método de Gauss.

Mediante los métodos de dosificación de agregados se pretenden determinar el  porcentaje o los porcentajes de mezcla de dos o más materiales, que dencomo resultado una mezcla dentro de las especificaciones, que sea funcionaly económica. Dentro de los métodos de dosificación se destacan algunos por ser másprecisos que otros, como lo son los métodos gráficos, pero que en realidadtienen un trabajo más dispendioso; otros son más rápidos y no tan precisos y podríamos pensar que se clasifican como métodos

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de campo y de oficina. Es importante entonces que el lector elija el método según sus necesidades. a. MÉTODO GRÁFICO DE DOS AGREGADOS: Se pretende mediante este método, obtener un rango de porcentajes decada material   para realizar una mezcla que posteriormente será comparadacon las especificaciones, que es donde determinamos si la mezcla fue posible o no; momento entonces en el cual se deben tomar las determinaciones necesarias, como es la de aceptar o rechazar el material, conseguir un reemplazo o un material para dosificar. Este método de dosificación es bastante preciso, pues su resultado es claroy muestra si la mezcla fue  posible o no (esto también ocurre en el métodográfico para tres agregados), lo cual no ocurre en los otros métodos donde generalmente los resultados iniciales, son el primer   paso a una serie de tanteos; es aquí donde es importante el criterio y la experiencia de quién calcula. Para desarrollar el método se deben tener en cuenta los siguientes numerales: Información preliminar: y

Granulometrías originales de cada uno de los materiales a mezclar, expresadas en porcentajes del material que pasa.

y

Especificación requerida o banda de trabajo.

y

Límites de consistencia (sí el material lo permite).

Pasos: -

Verificar que el número de las mallas o tamices de la especificación coincidan con las de las granulometrías originales (esto con el fin de facilitarla elaboración del gráfico) si no coinciden, del dibujo de las granulometrías originales se deben determinar los valores de porcentaje pasa de material de las mallas faltantes (paso que se debe realizar en todos los métodos de dosificación sí es necesario).

-

Elaborar un cuadro donde las divisiones en las ordenadas y abscisas sean de 10% en 10% hasta 100%. La abscisa superior llevará la escala en sentido inverso (ver  gráfico del ejemplo de aplicación).

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-

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Colocar la descripción de los materiales en la abscisa u ordenadarespectiva (ver  gráfico del ejemplo de aplicación).

-

Colocar en las ordenadas de los materiales #1 y # 2 los valores del porcentaje pasa de material correspondiente a cada malla o tamiz.2.1.2.5 Unir mediante líneas rectas los puntos ubicados en las ordenadas delmaterial #1 y #2 y que correspondan a la misma malla. Se recomienda colocar el número de la malla sobre la línea con el fin de facilitar la identificación de las fracciones de material.2.1.2.6 Colocar en las ordenadas los valores de porcentaje pasa de materialde la especificación, teniendo  presente que el límite de la especificación que representa a los finos coincida con el material fino que se está dosificando, lo mismo se debe tener en cuenta para el material grueso.

-

Trazar una línea horizontal en cada punto de la especificación hastaque corte la diagonal que une los puntos de porcentaje pasa de las granulometrías originales de los materiales. Lo anterior conformará una franja en cada diagonal que corresponde a la porción que está dentro de la especificación, si no se presenta la franja indica que esa porción del material no cumple con lo especificado..

-

Ubicar para cada material, el punto más alejado de la ordenada, quecorresponde al encontrado por la intersección entre la horizontal trazada y ladiagonal (obtenido en el numeral anterior). Ese punto corresponde alporcentaje pasa de la especificación (tener en cuenta lo especificado en el numeral 2.1.2.6), sobre esos puntos trazar una vertical, con lo cual, se obtendrá una franja que determina el rango de porcentajes de mezcla para cada material.2.1.2.9 Determinar el porcentaje de mezcla de los materiales, eligiendo un valor en la franja de la abscisa inferior que corresponde al material #2, el porcentaje del material #1 se obtiene de la siguiente expresión: % de materia l # 1 = 100% - % de materia l # 2 En este paso es importante tener en cuenta los costos de los materiales paraasí  poder obtener una mezcla económica.

-

Indice de plasticidad: Se determina mediante la siguiente expresión:

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Ejemplo de Aplicación:

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 b. MÉTODO ANALÍTICO PARA DOS AGREGADOS O DEL TAMIZ CRÍTICO Los resultados obtenidos en este método son un valor inicial para continuaruna serie de tanteos, que nos permitan optimizar la mezcla. Información preliminar: Se requiere la misma del método anterior. Pasos: -

Determinar el promedio de la especificación.

-

Realizar la diferencia entre los porcentajes pasa del material grueso ylos promedios de la especificación.

-

Identificar el tamiz que presente la mayor diferencia de las obtenidasen el numeral anterior, el cual se denominará ³tamiz crítico´.

-

Determinar el porcentaje de mezcla del material grueso mediante la siguiente expresión:

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Determinar el porcentaje de mezcla del material fino mediante la siguiente expresión:

Ejemplo de aplicación:

Podemos ver en la anterior tabla que en la malla #100 la mezcla se sale de la especificación aproximadamente en un 1%, como esto corresponde a lafracción fina, debemos pensar en disminuir la cantidad de agregado fino conel fin de minimizar este efecto. Se tomaran entonces los siguientes valores:% de agregado fino = 35 %% de agregado grueso = 65 %Para lo cual se obtiene el mismo resultado del ejemplo del método anteriormente mencionado.

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c. MÉTODO GRÁFICO PARA TRES AGREGADOS Este método se basa en el método gráfico para dos agregados, peroteniendo en cuenta que se debe contar con un material grueso, unointermedio y uno fino. Información preliminar  Se requiere la misma de los métodos anteriores. Pasos -Dibujar dos cuadros continuos, teniendo en cuenta los requerimientosdel método gráfico para dos agregados. - Clasificar los materiales del más grueso al más fino y enumerarlos enel mismo orden. -Dosificar el material #1 y #2 en el cuadro de la derecha, siguiendo el mismo   procedimiento del método gráfico para dos agregados, lo mismo conrespecto a la especificación. -Trazar una vertical en el promedio de la franja de mezcla ydeterminar el porcentaje de mezcla de los materiales. También en la intersección con la diagonal de cada malla, trazar una horizontal que corte la ordenada izquierda. Lo anterior conformará el resultado de la mezcla entre el material #1 y #2. - Realizar en el cuadro de la derecha la dosificación entre la mezcladel material #1 + #2 y el material #3, además ubicar la especificación y determinar la franja de porcentajes de mezcla. - Trazar una vertical en el promedio de la franja de la mezcla de losmateriales y determinar los porcentajes teniendo en cuenta lo siguiente: y

El último cuadro le entregará el porcentaje de mezcla correspondiente al material # 3 y el de la mezcla entre el material #1 y #2.

y

Para determinar el porcentaje correspondiente al material # 1 y almaterial #2, se emplea el siguiente criterio: El porcentaje de la mezcla se multiplica por cada uno de los porcentajes obtenidos en la dosificacióndel primer cuadro.2.3.2.6 Realizar los cálculos con los porcentajes obtenidos, obtener lamezcla final y compararla con la especificación requerida.

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Ejemplo de aplicación Información preliminar:

Resultados obtenidos de la gráfica

Cálculos y resultados para obtener los porcentajes de mezcla:

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d. MÉTODO ANALÍTICO PARA TRES AGREGADOS O DEL TAMIZ CRÍTICO Información preliminar: Se requiere la misma de los métodos anteriores. Pasos: -Determinar el promedio de la especificación e identificar cada uno delosmateriales (Arena, grueso, llenante, intermedio, etc.) - Determinar el promedio de la especificación. - Realizar la diferencia entre los porcentajes pasa del material grueso ylos promedios de la especificación. - Identificar el tamiz que presente la mayor diferencia de las obtenidas en el numeral anterior, el cual se denominará ³tamiz crítico ´. -Realizar la mezcla entre el agregado intermedio y el agregadogrueso, empleando la metodología del método analítico para dos agregados.2.4.2.5 En el paso anterior se va a evidenciar defecto de material fino, para lo cual se debe proceder con las siguientes expresiones: Aporte de agregado fino

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Ejemplo de aplicación: -Información preliminar: La misma del ejemplo de aplicación del método anterior. -Mezcla del agregado intermedio y el agregado grueso:

Porcentajes finales de la mezcla:

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e.

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MÉTODO DE LA CURVA IDEAL: En este método se emplean las gráficas de las curvas granulométricas y lade la especificación (promedio de la especificación), dando una mejor apreciación de los materiales originales con respecto a la especificaciónexigida. Información preliminar  y

Porcentajes pasa de los materiales (granulometría original).

y

Curvas granulométricas de las granulometrías originales y de laespecificación.

y

Límites de consistencia.

Pasos -Determinar el promedio de la especificación.2.5.2.2 Dibujar las granulometrías originales, el promedio de la especificacióne identificar cada una de ellas, teniendo en cuenta lo siguiente: y

El material # 1 es el fino

y

El material # 2 es el intermedio

y

El material # 3 es el grueso

-Determinar el porcentaje de mezcla del material # 1, teniendo encuenta lo siguiente: Trazar una vertical de la malla de mayor abertura (por la que pasa el100% del material) de este material y trazando otra en la malla última del material # 2. En este paso se observa que se desechan los valores de porcentaje pasa de las mallas de menor abertura, se debe a que esos porcentajes son muy pequeños. -Trazar una vertical en el tamaño medio (tamiz) de la banda creada y en el corte con el   promedio de la especificación trazar una horizontal que corte la ordenada de los  porcentajes pasas, ese valor corresponde al porcentajede mezcla de material M#1.

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-Determinar el porcentaje de mezcla del material # 2, para lo cual se realiza el mismo  procedimiento del numeral anterior, pero utilizando los materiales #2 y #3. El resultado corresponde entonces a la suma de porcentaje de mezcla de los materiales #1 y #2. el  porcentaje de mezcla del material #2, se obtiene mediante la siguiente expresión:

-Determinar el porcentaje de mezcla del material #3, se obtiene mediante la siguiente expresión:

-Calcular la mezcla total y dibujarla para compararla con la especificación. Si el resultado final no se ajusta a la especificación se deben realizar los tanteos respectivos. Ejemplo de aplicación:

Resultados de la mezcla:

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f. MÉTODO DE LA RELACIÓN CON GAUSS Este método es totalmente empírico y lo que se pretende al aplicarlo, es daruna herramienta de campo a quién diseña. Su utilización es delicada pues los resultados generados por el sistema de solución de ecuaciones Gauss enalgunas ecuaciones son negativos y la suma es mayor o menor del 100%,luego este método sólo da una idea inicial de los posibles porcentajes de mezcla. El método en lo posible se basa en la clasificación de los materiales teniendoen cuenta lo siguiente: -Si se dosifican dos materiales se generan dos ecuaciones, una antes dela malla # 4 y otra después. -Si se dosifican tres materiales se generan tres ecuaciones así: y

Una antes de la malla # 4

y

Una entre las mallas # 4 y # 40

y

Una después de malla # 40

-Se generan tantas ecuaciones como materiales se piensan dosificar y laelección de las ecuaciones queda a criterio de quién diseña. Por ejemplo, se podría sacar ecuaciones donde los materiales se presenten muy alejados de la especificación. Información preliminar  La misma utilizada en los métodos anteriores. Pasos -Generar las ecuaciones teniendo en cuenta que:

y

Los materiales serán las incógnitas y el término independiente será el promedio de la especificación.

y

Utilizar el método de Gauss para la solución de ecuaciones (serecomienda para mayor agilidad utilizar un programa de computadora o calculadora  programable).

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y

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Determinar los porcentajes de mezcla de cada material, para lo que se debe tener  en cuenta que los números negativos se desechan y el valorcon el que este se reemplaza corresponde a la diferencia entre el 100% y elporcentaje de mezcla de los otros materiales.

y

Calcular la mezcla total multiplicando el porcentaje de mezcla decada material con su respectiva granulometría original y realizando la suma.

y

Comparar el resultado de la mezcla con la especificación requerida y hacer los ajustes necesarios.

-Comparar el resultado de la mezcla con la especificación requerida y hacer los ajustes necesarios. Ejemplo de aplicación Se tomara para este ejemplo para dos materiales y dos materiales de los ejemplos materiales. Para dos materiales: Ecuaciones generadas y resultados por Gauss:

Para tres materi ales:

Ecuaciones generadas y resultados por Gauss:

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En los anteriores resultados podemos observar que la suma de losporcentajes de mezcla es 92,1%, lo cual sería ilógico. Se pueden pensar entonces en hacer lo siguiente: y

Mezclar 7,9% del material #1, 50,4% del material #2 y 41,7% del material#3.

y

Mezclar 7,9% del material #1, 42,5% del material #2 y 49,6% del material#3.

y

Manejar la diferencia a criterio, el cual depende de las tendencias de las granulometrías originales. La primera mezcla cumple con la especificación requerida y la segunda tiene un problema de desfase del 1,5% en la malla #8, lo cual quiere decir que se puede disminuir un poco el aporte del material fino o del material intermedio. Se puede observar también que el rango de mezcla de estos materiales es bastante amplio