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Evaluación de los materiales de canteras utilizados como base y sub - base de Pavimentos en la ciudad de Barranca - 2016

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(1)

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

Escuela académico profesional de Ingeniería Civil

TESIS

“EVALUACION DE LOS MATERIALES DE CANTERAS UTILIZADOS COMO BASE Y SUB-BASE DE PAVIMENTOS EN LA CIUDAD DE

BARRANCA – 2016”

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL

DE INGENIERO CIVIL

PRESENTADO POR LA BACHILLER:

Tesista:

HUAMÁN PALACIOS, HELIDEN ESTEFANY

Asesor:

MSC. ING. ELIO ALEJANDRO, MILLA VERGARA

(2)

ii

DEDICATORIA

A:

Dios, por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudio.

Mi madre Carmen Palacios Vicuña, por darme la vida y a mi padre Wuilbet Huamán Gutiérrez, por su gran amor y paciencia, por creer siempre en mí y darme su apoyo incondicional. Todo se lo debo a ustedes.

(3)

iii AGRADECIMIENTO

Mi agradecimiento eterno a Dios por brindarme la oportunidad de vivir los momentos más maravillosos tanto en mi vida profesional como personal.

Mi reconocimiento al Ing. Elio Alejandro, Milla Vergara, Por brindarme su tiempo y paciencia, por sus grandes aportes y comentarios como asesor de mi tesis.

A los técnicos del laboratorio E.M.V. David Calvo, Alfredo Calvo y a los Docentes del Programa de Titilación con Tesis 2016 de la Facultad de Ingeniería Civil de la Unasam, Ing. Richard de Paz y al Ing. Víctor Raúl Villegas Zamora

A mis tres grandes amigas Nora Segura Rodrigas, Ruth Olivas Mendoza y Roxana Huertas Quintana por estar presente en cada etapa de la realización de mi tesis, por brindarme su apoyo y amistad.

De alguna manera a todas las personas que fueron parte de mi formación profesional a mis profesores y compañeros de la universidad.

(4)

iv

INDICE

AGRADECIMIENTO iii

RESUMEN viii

INTRODUCCION ix

CAPITULO I. PLANTIAMIENTO DE LA INVESIGACION 1

1.1. SITUACION PROBLEMÁTICA 1

1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA 2

GENERAL 2

ESPECIFICO 2

1.3. JUSTIFICACION 3

1.4. HIPOTESIS Y VARIABLES 3

1.4.1 HIPOTESIS 3

1.4.2 VARIABLES 3

1.5. DEFINICION DE TERMINOS 4

1.6. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION. 6

1.6.1. GENERAL 6

1.6.2. ESPECIFICOS 6

CAPITULO II. MARCO TEORICO 7

2.1. ANTECEDENTES DE INVESTIGACION 7

2.2. BASES TEORICAS. 9

CAPITULO III. MRTODOLOGIA DE LA INVESTICACION 28

3.1. PERSPECTIVA METODOLOGIA Y TIPO DE INVESTIGACION 28

3.1.1. PERSPECTIVA METODOLOGICA 28

3.1.2. TIPO DE INVESTIGACION 28

3.1.3. DISEÑO DE INVESTIGACION 29

3.2. LIMITES DE LA INVESTIGACION 29

3.3. CONTEXTO Y UNIDAD DE ANALISIS: POBLACION Y MUESTRA 29

3.4. METODOS Y RECURSOS EMPLEADOS 32

3.5. PROCEMIENTO DE RECOLECCION Y ANALISIS DE DATOS 34

CAPITULO IV. RESULTADOS Y DISCUSION 62

3.6 DETERMINACIÓN LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS Y

MECÁNICAS 62

3.7 MEJORAS EN LAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS, FÍSICAS Y/O

MECÁNICAS. 63

3.8 CONTRASTACION DE HIPOTESIS 65

CONCLUSIONES 66

RECOMENDACIONES 67

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA 68

ANEXOS 69

ANEXOS - A CANTERA UPACA 70

ANEXOS - B CANTERA JULQUILLAS 76

ANEXOS – C CANTERA RIO SECO 82

(5)

v

ANEXOS – E UPACA 50%+ RIO SECO 50% 104

ANEXOS – F UPACA 75%+JULQUILLAS 25% 120

ANEXOS – G UPACA 75%+RIO SECOS 25% 134

ANEXOS – H PLANO DE UBICACIÓN DE LAS TRES CANTERAS 148

ANEXOS – I PANEL FOTOGRAFICO 155

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Requerimientos granulométricos para Base Granular. ... 10

Tabla 2: Características del CBR. ... 11

Tabla 3: Requerimiento para el agregado grueso para base granular. ... 11

Tabla 4: requerimiento del agregado fino para la base granular. ... 11

Tabla 5: Requerimientos granulométricos para Sub - Base Granular. ... 12

Tabla 6: requerimiento de ensayos especiales para la Sub - Base granular... 13

Tabla 7: Clasificación de suelos por el método AASHTO ... 20

Tabla 8: Sistema unificado de clasificación de suelo. ... 21

Tabla 9: Granulometría de la muestra de agregado para ensayo ... 24

Tabla 10 Calculo de la Potencia de la Cantera Rio Seco... 30

Tabla 11 Calculo de la Potencia de la Cantera Julquillas ... 31

Tabla 12 Cuadro de volumen de material de la cantera Upaca ... 32

Tabla 13 : Índice de plasticidad de la cantera Rio Seco ... 45

Tabla 14: Índice de plasticidad de la cantera Julquillas ... 46

Tabla 15: Índice de plasticidad de la cantera Upaca ... 46

Tabla 16 Índice de plasticidad de las dos proporciones para la base granular. ... 49

Tabla 17. Equivalente de arena de las dos proporciones para la base granular. .... 52

Tabla 18. Sales solubles del agregado fino de las dos proporciones para la base granular ... 52

Tabla 19 Abrasión los Ángeles de las dos proporciones para la base granular. ... 53

Tabla 20 Partículas chatas y alargadas de las dos proporciones para la base granular. ... 53

Tabla 21 Sales solubles del agregado grueso de las dos mezclas para la base granular. ... 54

Tabla 22 Partículas con una o dos caras fracturadas de las dos mesclas para la base granular. ... 55

(6)

vi

Tabla 24 Durabilidad al sulfato de magnesio al agregado grueso. ... 56

Tabla 25 Indice de plasticidad de las dos proporciones para la sub - base granular. ... 60

Tabla 26 Equivalente de arena las dos proporciones para la sub - base granular. 60 Tabla 27 Sales solubles de las dos proporciones para la sub - base granular. ... 60

Tabla 28 Abrasion los Angeles de las dos proporciones para la sub - base granular. ... 61

Tabla 29 Particulas chatas y alargadas de las dos proporciones para la sub - base granular. ... 61

Tabla 30 Cuadro de resumen de las características físicas. ... 62

Tabla 31 Cuadro resumen de las características físicas de las proporciones para la conformación de la base- granular ... 63

Tabla 32 Cuadro resumen de las características químicas de las proporciones para la conformación de la base- granular ... 64

Tabla 33 Cuadro resumen de las características mecánicas de las proporciones para la conformación de la base- granular. ... 64

Tabla 34 Cuadro resumen de las características físicas de las proporciones para la conformación de la Sub - Base- granular. ... 64

Tabla 35 Cuadro resumen de las características químicas de las proporciones para la conformación de la Sub - base- granular. ... 64

Tabla 36 Cuadro resumen de las características mecánicas de las proporciones para la conformación de la Sub - base- granular. ... 65

Tabla 37 cuadro de resultados ... 66

LISTA DE FIGURAS Fig. 1 Estructura de un pavimento flexible ... 9

Fig. 2 Estructura de un pavimento rígido ... 9

Fig. 3: Procedimiento de cuarteo ... 14

Fig. 4 Esquema de las fases del suelo ... 15

Fig. 5 Equipos para el ensayo granulométrico ... 16

Fig. 6 Estados del suelo susceptible a ser plástico. ... 16

Fig. 7 Equipos para el ensayo de límite liquido ... 17

(7)

vii

Fig. 9 Moldes para ensayo de compactación de 6" ... 22

Fig. 10 Equipos para el ensayo de Proctor Modificado ... 22

Fig. 11 Equipo para el ensayo de abrasión por medio de la maquina Los Ángeles . 24 Fig. 12 Equipo para el ensayo de Equivalente de Arena ... 25

Fig. 13 Calibrador proporcional para la determinación de las partículas chatas y alargadas ... 27

Fig. 14 ubicación de la cantera Rio Seco ... 30

Fig. 15 Ubicación de la cantera Julquillas ... 31

Fig. 16 Ubicación de la cantera Upaca ... 32

Fig. 17. Proporciones para la obtención de material para la base granular ... 37

Fig. 18. Proporciones para la obtención de material para la Sub-base granular .... 38

Fig. 19 Curva granulométrica de la cantera Rio Seco ... 43

Fig. 20 Curva granulométrica de la cantera Julquillas ... 44

Fig. 21 Curva granulométrica de la cantera Upaca... 45

Fig. 22 Curva granulométrica de la proporción: Upaca 50% + Julquillas 50% .... 47

Fig. 23 Curva granulométrica de la proporción: Upaca 50% + Rio Seco 50% ... 48

Fig. 24 Curva de compactación de la proporción: Upaca 50% + Julquillas 50% ... 50

Fig. 25 Curva de compactación de la proporción: Upaca 50% + Rio Seco 50% .... 51

Fig. 26 Curva granulométrica de la proporción: Upaca 75 % + Julquillas 25% ... 57

Fig. 27 Curva granulométrica de la proporción: Upaca 75 % + Rio Seco 25% ... 57

Fig. 28 Curva de compactación de la proporción: Upaca 75% + Julquillas 25% .. 58

(8)

viii RESUMEN

El desempeño de obras de pavimento en carreteras y/o pistas, depende del

comportamiento de los materiales empleados en las diferentes capas estructurales del

pavimento (Base y Sub Base). En la presente tesis se detalla el análisis hecho al

material granular utilizados como base y sub-base de pavimentos proveniente de las

canteras Upaca, Juquillas y Rio seco, en laboratorio se realizaron los ensayos de las

propiedades físicas, químicas y mecánicas requeridos por la Norma EG-2013 y

teniendo como guía para la realización el Manual de Ensayo de Materiales del

M.T.C.

La investigación tuvo un tipo de investigación aplicada – descriptiva debido a que se

utilizaron conocimientos ya establecidos y se describió las características de los

materiales. Aplicando las estrategias de cuadros comparativos mostrando cada

diferencia de las canteras.

Al tener los resultados en cuadros comparativos de cada cantera se concluyó que las

tres canteras mencionadas no cumplían con las propiedades físicas para ser

empleadas como base y/o sub-base de pavimentos.

Por ello se realizó el mejoramiento de sus propiedades físicas con mezclas granulares

entre las tres canteras llegando a tener dos propuestas para la conformación de la

base (Upaca (50%) + Julquillas (50%) y Upaca (50%) + Rio Seco (50%)) y dos para

la sub-base (Upaca (75%) + Julquillas (25%) y Upaca (75%) + Rio Seco (25%)).

De las dos propuestas mencionadas para ser empleada como base de pavimento el

que tuvo mejor resultado en su propiedad mecánica es (Upaca (50%) + Julquillas

(50%)) obteniendo un C.B.R. de 96.40% y para ser empleada como sub-base (Upaca

(75%) + Julquillas (25%)) obteniendo un C.B.R. de 76.50%.

(9)

ix INTRODUCCION

La ciudad de Barranca está en un proceso de transformación y adaptación debido al

crecimiento poblacional de ello el surgimiento de nuevas habilitaciones urbanas

donde está cambiando nuestra estructura vial y dada la importancia de las vías de

comunicación en el desarrollo y progreso de una sociedad.

Para la realización de dichas modificaciones viales se realizarán, calles y carreteras de gran magnitud donde se necesitarán una gran cantidad de materiales, para este caso el material de base y sub-base granular.

Actualmente estos materiales son extraídos de la cantera Upaca, Juquillas y Rio Seco. La presente investigación tiene como objetivo determinar las características físicas, químicas y mecánicas de cada cantera para poder determinar si cumplen con los parámetros establecidos en la norma EG-2013 del M.T.C.

Para poder determinar sus características se realizó primeramente el análisis de las propiedades físicas, se observó que en los ensayos de análisis granulométrico e índice de plasticidad no cumplían con lo establecido en la norma, por ello no se pudo seguir con el análisis de las demás propiedades.

Se realizó el mejoramiento de sus propiedades físicas con mesclas granulares entre las tres canteras teniendo dos propuestas para la conformación de base (Upaca (50%) + Julquillas (50%) y Upaca (50%) + Rio Seco (50%)) y dos para la sub-base (Upaca

(75%) + Julquillas (25%) y Upaca (75%) + Rio Seco (25%)). con estas propuestas se

mejoró sus propiedades físicas y se realizó posteriormente ensayos basados en los requerimientos para la conformación de la base y sub-base de la EG-2013. donde se

analizó su contenido de humedad, granulometría , limite líquido, limite plástico,

índice de plasticidad, C.B.R. , abrasión los ángeles, sales solubles, partículas chatas y

alargadas, partículas con una o dos caras fracturadas y equivalente de arena.

Con los resultados en cuadros comparativos se concluyó que (Upaca (50%) +

Julquillas (50%) y (Upaca (75%) + Julquillas (25%) tiene mejores propiedades

(10)

CAPITULO I.

PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION

1.1.SITUACION PROBLEMÁTICA

La exploración de canteras está orientada a ubicar la calidad, distancia y volumen de

los tipos de materiales necesarios para la construcción, para ello, se debe ubicar y

definir las canteras más convenientes por cada tipo de material. Una vez identificadas

se procede a realizar las exploraciones, describiendo el material encontrado en cada

una. Los agregados usados en construcción son de suma importancia, pues son la

materia prima para las construcciones de obras civiles en general.

En la actualidad en el Perú hay un número indeterminado de canteras informales e

ilegales que producen materiales que son insumo para la industria de la construcción,

pero que no garantiza que los agregados sean aptos para el tipo de obra a emplear.

Debido al crecimiento poblacional de la Ciudad de Barranca, surgen nuevas

habilitaciones urbanas y por ello la necesidad de ejecutar obras de Infraestructura,

principalmente las obras viales, debido a la importancia de las vías de comunicación

en el desarrollo y progreso de una sociedad.

La mayor parte de las canteras que producen, procesan y comercializan piedra

chancada, arena fina arena gruesa, hormigón, material de afirmado, base y sub-base

(11)

2

final sin garantía, siendo esto un factor importante para que nuestras obras de viales

no tengan un tiempo de vida útil por el cual fueron diseñadas.

Por ello, el presente tema de investigación tiene por objetivo enfatizar la importancia

del agregado usado en obras viales , que garantice un estudio previo de las canteras, a

través de ensayos de laboratorio que determinen sus características físicas, químicas,

mecánicas y especifiquen su uso, sea para sub-base y/o base .

Por lo tanto, es necesario hacer un estudio de los materiales utilizados principales

canteras que se explotan en nuestro medio abarcando las canteras más importantes de

la ciudad de Barranca.

Mediante el presente estudio se determinará las características de los agregados, cuál

de las canteras cumple con el requerimiento del MTC y en caso de no cumplir

proponer nueva combinación granular que permita que los materiales de base y

sub-base cumplan con las normas del M.T.C

1.2.FORMULACION DEL PROBLEMA

GENERAL

¿Cuáles son las características de los materiales de canteras utilizados como base y

sub-base de pavimentos, en la ciudad de Barranca – 2016?

ESPECIFICO

 ¿Cuáles son las características físicas, químicas y mecánicas de los materiales

de canteras utilizados como base y sub-base de pavimentos, en la ciudad de

Barranca -2016

 ¿Cuál es el grado de cumplimiento de los materiales de canteras utilizados como

base y sub-base de pavimentos, en la ciudad de Barranca -2016, aplicando las

(12)

3

 ¿En caso que no cumplan la normatividad del Ministerio de Trasporte y

Comunicaciones será necesario realizar un mejoramiento físico, químico y/o

mecánico de los materiales de canteras utilizados como base y sub-base de

pavimentos, en la ciudad de Barranca -2016?

1.3.JUSTIFICACION

La importancia de obtener las capas de base y sub-base con la durabilidad,

resistencia y rigidez adecuados, evaluando los materiales granulares, dependiendo de

la proveniencia de los agregados en la ciudad de Barranca, es la razón principal de

esta tesis.

En Barranca se debe aplicar los estudios correspondientes a todos los proyectos de

ingeniería, llevando al laboratorio los agregados de las canteras que se va utilizar y

ver que cumpla con lo requerido de las Normas Técnicas del Ministerio de Trasporte

y Comunicaciones y el Reglamento de Edificación CE-010 Pavimentos Urbanos

La investigación de las canteras para obras viales de la ciudad de Barranca, permitirá

a la Municipalidad Provincial de Barranca, como a empresas vinculadas al sector de

la construcción, disponer de un nuevo enfoque respecto a las diferentes canteras y

estudio técnico de los materiales de Base y Sub Base, cuya calidad influye de forma

determinante en la construcción de nuevas carreteras.

1.4.HIPOTESIS Y VARIABLES

1.4.1 HIPOTESIS

Las características de los materiales de las canteras, cumplen con las exigencias de reglamento para ser empleadas en base y sub-base de pavimentos en la ciudad de Barranca – 2016.

1.4.2 VARIABLES

 Características de materiales.

(13)

4

1.5.DEFINICION DE TERMINOS

Abrasión:Desgaste mecánico de agregados y rocas resultante de la fricción y/o impacto.

Adhesividad: Los agregados pétreos han de ser a fines con los ligantes asfálticos que vayan a ser empleados en la construcción del pavimento, y en

caso de problemas de afinidad, será necesario el uso de activantes, para

garantizar el buen comportamiento de las mezclas asfálticas. (Padilla Alejandro,

2010)

Agregado: Material granular de composición mineralógica como arena, grava, escoria, o roca triturada, usado para ser mezclado en diferentes tamaños.

Agregado fino:Material proveniente de la desintegración natural o artificial de partículas cuya granulometría es determinada por las especificaciones técnicas

correspondientes. Por lo general pasa la malla N° 4 (4,75 mm) y contiene finos.

Agregado grueso:Material proveniente de la desintegración natural o artificial de partículas cuya granulometría es determinada por las especificaciones técnicas

correspondientes. Por lo general es retenida en la malla N°4 (4,75 mm).

Arcillas: Partículas finas con tamaño de grano menor a 2 µm (0,002 mm) provenientes de la alteración física y química de rocas y minerales.

Asentamiento: Desplazamiento vertical o hundimiento de cualquier elemento de la vía

Base. Es la capa que se encuentra bajo la capa de rodadura de un pavimento asfáltico. Debido a su proximidad con la superficie, debe poseer alta resistencia a

la deformación, para soportar las altas presiones que recibe. Se construye con

materiales granulares procesados o estabilizados y, eventualmente, con algunos

materiales marginales (Sánchez Fernando, 2008)

Cantera.Las canteras son la fuente principal de materiales pétreos los cuales se constituyen en uno de las materias primas fundamentales en el sector de la

(14)

5  Densidad: Depende de la gravedad específica de sus constituyentes sólidos

como de la porosidad del material mismo. Las bajas densidades indican también

que el material es poroso, débil y de alta absorción.

Dureza: Se define como dureza de un agregado a su resistencia a la erosión abrasión o en general al desgaste. La dureza de las partículas depende de sus

constituyentes.

Granulometría. Representa la distribución de los tamaños que posee el agregado mediante el tamizado según especificaciones técnicas, a partir del cual

se puede estimar, con mayor o menor aproximación, las demás propiedades que

pudieran interesar (M.T.C. 2014, p. 36)

Límite líquido. Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el

suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.

(Universidad de Ingeniería , 2009)

Límite plástico. Es el contenido de humedad por debajo del cual se puede considerar el suelo como material no plástico. (Universidad de Ingeniería , 2009)

Límite de contracción. Es el contenido de humedad por debajo del cual no se produce reducción adicional de volumen o contracción en el suelo. (Universidad

de Ingeniería , 2009

Plasticidad. Es la propiedad de estabilidad que representa los suelos hasta cierto límite de humedad sin disgregarse, por tanto la plasticidad de un suelo depende,

no de los elementos gruesos que contiene, sino únicamente de sus elementos

finos (M.T.C. 2014, p. 36).

Sub-base. Es una capa de material especificado y con un espesor de diseño la cual soporta a la base, y a la carpeta, además se utiliza como capa de drenaje y

controlador de la capilaridad del agua. Dependiendo del tipo, diseño y

dimensionamiento del pavimento, esta capa puede obviarse, esta capa pude ser

del material granular (CBR>=40%)

Muestra: es una porción que se elige del lote y que se considera representativa de él. puede estar constituida por un determinado número de muestras parciales

(Montejo Alfonso, 2006)

(15)

6  Contenido de humedad: Volumen de agua de un material determinado bajo

ciertas condiciones y expresado como porcentaje de la masa del elemento

húmedo, es decir, la masa original incluyendo la sustancia seca y cualquier

humedad presente.

Consolidación: Proceso de duración variable, según sus propias características, que sigue una capa de suelo o firme, sometida a cargas, hasta alcanzar un

volumen estable.

Compactación: aumento de la “densidad” de un determinado suelo o capa del

firme al comprimirlo empleando medios mecánicos.

1.6.OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION.

1.6.1. GENERAL

Evaluar las características de los materiales de canteras utilizados como base y

sub-base de pavimentos, en la ciudad de Barranca - 2016, aplicando las normas del

Ministerio de Transporte y Comunicaciones.

1.6.2. ESPECIFICOS

 Determinar las características físicas, químicas y mecánicas de los materiales de

canteras utilizados como base y sub-base de pavimentos, en la ciudad de

Barranca, aplicando las normas del Ministerio de Transporte y Comunicaciones.

 Evaluar el grado de cumplimiento de los materiales de canteras utilizados como

base y sub-base de pavimentos, en la ciudad de Barranca, aplicando las normas

del Ministerio de Transporte y Comunicaciones.

 Proponer mejoras en las características químicas, físicas y/o mecánicas de los materiales de canteras utilizados como base y sub-base de pavimentos, que no

(16)

7 CAPITULO II.

MARCO TEORICO

2.1.ANTECEDENTES DE INVESTIGACION

Para el presente estudio se tomara como referencia las siguientes investigaciones:

Acosta y Macias 2008, Colombia “Estudios sobre materiales granulares de la

cantera del río de oro utilizados Como bases granulares para pavimentos

flexible” tuvo como objetivo el análisis al material granular proveniente de la

cantera del Río de Oro, por el bajo desempeño mostrado por los pavimentos

constituidos en su capa de base por dicho material.. Llegando a la conclusión que

materiales de la cantera del Río de Oro tienen una serie de propiedades que se

encuentran dentro de las exigencias definidas por el INVIAS, pero su resistencia al

desgaste bajo la acción de cargas abrasivas no es congruente con un buen material

constituyente de una capa tan importante en la composición de un pavimento.

La base granular es la capa que recibe la mayor parte de los esfuerzos producidos

por los vehículos, es decir, es estructuralmente la capa más importante de un

pavimento flexible por su cercanía con la capa de rodadura.

Su función principal es resistir los esfuerzos inducidos por los vehículos y dar un

soporte homogéneo a la superficie de rodamiento, transmitiendo a las capas

(17)

8 Mendoza y Ramos (2008). México “base y sub-base.” Estudio las características

principales de la base y sub-base, tanto su proceso constructivo así como los

materiales y/o agregados (para mejorar las condiciones del suelo) que han de

emplearse. Concluyo que es de suma importancia que los materiales cumplas con las

normas técnicas y al mismo tiempo es fundamental la adecuada ejecución

constructiva de la base y sub-base de carreteras ya de que de esa forma la vida útil de

esta se cumplirá, y es probable que con el adecuado mantenimiento se eviten algunas

fallas.

Ballesta José 2008, Murcia “Estudio sobre canteras de áridos para hormigones

y viales” menciona que la Calidad del hormigón empleado, así como la de las bases

y firmes de carreteras dependen fundamentalmente de los componentes empleados

en su elaboración. El proceso garante de un buen producto final pasa por el uso de

materias primas adecuadas, y la garantía de su adecuación se consigue mediante un

control sistemático de los materiales previo a su comercialización y empleo.

Teniendo como objetivo realizar una publicación sobre los suministradores de esta

materia prima, aportando información sobre las canteras y las características de sus

áridos, los resultados de los ensayos y su adecuación a un uso determinado.

Rivas Manuel 2009, Madrid “Estudio de los materiales utilizados en capa de base y

sub-base en carreteras”. Realizo un estudio de las características que definen a las

capas granulares con el fin de mejorar el empleo de estas capas en las estructuras de

pavimentos utilizadas en la actualidad, e intentar diseñar nuevas estructuras, con

capas granulares en su composición, que mejoren las prestaciones de las actuales.

Las características mecánicas de las capas granulares compuestas por material de

granulometría continua varían considerablemente del estado seco (contenido de

humedad Inferior al 0,5 %) a la situación de encontrarse en presencia de agua

(contenido de humedad próximo al óptimo del Próctor modificado).

Quispe Freddy 2014 “Estabilización de suelos no aptos con desechos de

policloruro de vinilo para su uso en la conformación de la capa base y sub base

de pavimentos” realizo la evaluación de las propiedades mecánicas del suelo que no

(18)

9

estabilizando con desecho de Policloruro de Vinilo, para ser aplicadas como capa de

pavimento.

2.2.BASES TEORICAS.

Estructura que se apoya sobre el terreno de fundación o subrasante, y que está conformado por capas de materiales de diferentes calidades y espesores, que obedecen a un diseño estructural, se denomina pavimento. La estructura del pavimento está destinada a soportar las cargas estáticas y móviles por un periodo de tiempo. Los pavimentos se dividen en flexible y rígido, mismos que se comportan muy diferente al aplicarles una carga.

El pavimento flexible está conformado por una carpeta asfáltica apoyada generalmente sobre dos capas no rígida, la base y sub-base no obstante puede prescindirse de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades particulares del proyecto. ( Minaya y Ordoñes,2006, 01)

Fig. 1 Estructura de un pavimento flexible

(19)

10 2.2.1 BASE GRANULAR

Capa de material pétreo seleccionado que se construye generalmente sobre la Sub Base, cuyas funciones principales son: proporcionar un apoyo uniforme a la carpeta asfáltica, soportar las cargas que esta trasmite aminorando los esfuerzos inducidos y distribuyéndolos adecuadamente a la capa inmediatamente inferior, proporcionar a la estructura de pavimento rigidez necesaria para evitar deformaciones excesivas, drenar el agua que se pueda infiltrar e impedir el ascenso capilar del agua” (Mendoza Mendiola & Guadarrama Ramos, 2008)

El valor cementante (Valor Relativo de Soporte) en una Base es indispensable para proporcionar una sustentación adecuada a las carpetas asfálticas delgadas. En caso contrario, cuando las Bases se construyen con suelos inertes y se comienza a transitar por la carretera, los vehículos provocan deformaciones transversales y longitudinales.

(Freddy Quispe ,2014)

2.2.1.1CARACTERÍSTICAS FISICAS, QUIMICAS Y MECÁNICAS

a) Agregados

Los agregados para la construcción de la Base deberán ajustarse a la siguiente franja granulométrica:

Tabla 1: Requerimientos granulométricos para Base Granular.

La curva de gradación “A” deberá emplearse en zonas cuya altitud sea igual o superior a

3000 m.s.n.m.

Tamiz

Porcentaje que pasa en peso Gradación A

(*)

Gradación B Gradación C Gradación D

50 mm (2”) 100 100 --- ---

25 mm (1”) --- 75 – 95 100 100

9.5 mm (3/8”) 30 - 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100

4.75 mm (Nº 4) 25 - 55 30 – 60 35 – 65 50 – 85

2.0 mm (Nº 10) 15 - 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70

4.25 um (Nº 40) 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45

75 um (Nº 200) 2 – 8 5 – 15 5 -15 8 – 15

Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras EG-2013, Ministerio de

(20)

11 El material de Base Granular deberá cumplir además con las siguientes características mecánicas que a continuación se indican:

Tabla 2: Características del CBR.

b)Agregado grueso

Se denomina así a los materiales retenidos en la malla N° 4. Los requerimientos que deberán cumplir se resumen en la tabla 3.

c) Agregado fino

Se denominará así a los materiales pasantes la malla Nº 4. Los requerimientos que deberán cumplir se resumen en la tabla 4.

Valor Relativo de Soporte, CBR

Tráfico en ejes equivalentes (<106) Mín. 80%

Tráfico en ejes equivalentes (>=106) Mín. 100%

Ensayo Norma MTC Norma ASTM Norma AASHTO Requerimientos altitud < 3000 msnm

> = 3000 msnm

Partículas con una cara fracturada

MTC E 210

D 5821 80% mín. 80% mín.

Partículas con dos caras fracturadas

MTC E 210

D 5821 40% mín. 50% mín.

Abrasión Los Ángeles MTC E

207

C 131 T 96 40% máx. 40% máx.

Partículas chatas y alargadas

D4791 15% máx. 15% máx.

Sales solubles totales MTC E

219

D 1888

0,5% máx. 0,5% máx.

Durabilidad al sulfato de magnesio

MTC E 209

C 88 T 104 18% máx.

Ensayo

Norma MTC

Requerimientos Altitud < 3000 msnm > = 3000 msnm

Índice plástico MTC E 111 4% máx. 2% mín.

Equivalente de arena MTC E 114 35% mín. 45% mín.

Sales solubles MTC E 219 0,5% máx. 0,5% máx

Durabilidad al sulfato de magnesio MTC E 209 --- 15%

Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras EG-2013, Ministerio de

Transportes y Comunicaciones.

Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras EG-2013, Ministerio de

Transportes y Comunicaciones.

Tabla 3: Requerimiento para el agregado grueso para base granular.

Tabla 4: requerimiento del agregado fino para la base granular.

Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras EG-2013, Ministerio de

(21)

12 2.2.2 SUB-BASE GRANULAR

Capa de materiales pétreos, cuyas funciones principales son: proporcionar un apoyo uniforme a la base de una carpeta asfáltica o una losa de concreto hidráulico, soportar las cargas que estas transmiten aminorando los esfuerzos inducidos y distribuyéndolos adecuadamente a la capa inmediatamente inferior; otra característica es que previene la migración de finos hacia las capas superiores.

2.2.2.1FUNCIONES DE LA SUB BASE GRANULAR

Como la calidad es inferior al de la Base (En cuanto al CBR, Abrasión, Índice de Plasticidad), la Capa Sub Base tiene también un efecto en la economía de la obra; ya que nos ahorra dinero al poder transformar un cierto espesor de la capa de Base a un espesor equivalente de material de Sub Base.

La capa Sub Base impide que el agua de las terracerías ascienda por capilaridad y evita que el pavimento sea absorbido por la Sub Rasante. También deberá transmitir en forma adecuada los esfuerzos a las terracerías (Mendoza Mendiola & Guadarrama Ramos, 2008).

2.2.2.2CARACTERÍSTICAS FISICAS, QUIMICAS Y MECÁNICAS

Los agregados para la construcción de la Sub - Base deberán ajustarse a la siguiente franja granulométrica:

Tabla 5: Requerimientos granulométricos para Sub - Base Granular.

Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras EG-2013, Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

Tamiz

Porcentaje que pasa en peso Gradación A

(*)

Gradación B

Gradación C Gradación D

50 mm (2”) 100 100 --- ---

25 mm (1”) --- 75 – 95 100 100

9.5 mm (3/8”) 30 - 65 40 – 75 50 – 85 60 – 100

4.75 mm (Nº 4) 25 - 55 30 – 60 35 – 65 50 – 85

2.0 mm (Nº 10) 15 - 40 20 – 45 25 – 50 40 – 70 4.25 um (Nº 40) 8 – 20 15 – 30 15 – 30 25 – 45

(22)

13 Además, el material también deberá cumplir con los requisitos de calidad, indicados en la Tabla 6.

2.2.3 DESCRIPCIÓN DE ENSAYOS DE SUELO PARA EL CONTROL DE CALIDAD DE LA BASE Y SUB-BASE.

2.2.3.1 Cuarteo de muestras en laboratorio MTC E 105 – 2000

Para poder efectuar los diferentes ensayos de suelos en laboratorio se requiere contar con material representativo de suelo en cantidad suficiente, de manera que satisfagan los requerimientos de procedimientos de ensayos con lo cual se realiza previamente una operación de reducción de las muestras denominada cuarteo, de manera que al finalizar su proceso quede una muestra tal que refleje exactamente las características del terreno o cantera. (Freddy Quispe, 2014,44)

Ensayo Norma MTC Norma ASTM Norma AASHTO Requerimientos Altitud < 3000 msnm

> = 3000 msnm

Abrasión Los Ángeles MTC E

207

C 131 T 96 50 % máx. 50 % máx.

CBR (1) MTC E

132

D 1883 T 193 40% mín. 40% mín.

Límite Líquido MTC E

110 D 4318

T 89 25% máx. 25% máx.

Índice de Plasticidad MTC E

111 D 4318

T 90 6% máx. 6% máx.

Equivalente de Arena MTC E

114

D 2419 T 176 25% min. 35% min.

Sales Solubles MTC E

219

1% máx. 1% máx.

Partículas Chatas y

Alargadas

D 4791 20% máx. 20% máx.

Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras EG-2013, Ministerio de

Transportes y Comunicaciones.

(23)

14

2.2.3.2 Contenido de humedad MTC-108

Siendo el suelo un medio poroso, se distinguen tres fases constituyentes: la fase solida conformada por partículas minerales u orgánicas, la fase liquida conformada por agua que llena parcial o totalmente los vacíos y la fase gaseosa conformada esencialmente por aire.

A partir de estas fases del suelo, es posible determinar fácilmente en laboratorio el peso de las muestras húmedas y secas al horno, parámetros que nos permiten establecer algunas relaciones físicas como es el cálculo del contenido de humedad de una muestra representativa. ((Freddy Quispe, 2014,47)

1

4 3

2

1) Mesclado de la muestra. 2) obtener una muestra uniforme.

3) Dividir la muestra uniforme en cuatro partes iguales. 4) separación de

dos de las porciones opuestas.

(24)

15 Se calcula el contenido de humedad de la muestra, mediante la siguiente fórmula:

𝑊(%) = 𝑊𝑤

𝑊𝑠 𝑥 100

W (%) = es el contenido de humedad. Ww = es el peso del agua.

Ws = es el peso del suelo seco Obtenemos

W suelo seco = (W tara + W suelo seco) – (W tara) W suelo húmedo = (W tara + W suelo húmedo) – (W tara) Wagua = W suelo húmedo - W suelo seco

2.2.3.3 Análisis granulométrico por tamizado MTC E- 107

Los granos que conforman en suelo tienen diferente tamaño, van desde los grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los que no se pueden ver con un microscopio. El análisis granulométrico al cuál se somete un suelo es de mucha ayuda para la construcción de proyectos, tanto en estructuras como en carreteras porque con este se puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo. Además, las propiedades mecánicas dependen directamente de la distribución de las partículas constituyentes según sus tamaños.

Fase gaseosa

Fase liquida

Fase solida

Volúmenes Pesos

(25)

16

2.2.3.4 Límites de Atterberg o de Consistencia

Se basan en el concepto de que los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden

encontrarse en diferentes estados, dependiendo de su propia naturaleza y la cantidad de agua

que contengan. Así, un suelo se puede encontrar en un estado sólido, semisólido, plástico y

líquido o viscoso. El contenido de agua con que se produce el cambio entre estados varía de

un suelo a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de

humedad para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta

deformaciones sin romperse (plasticidad).

Pero, si el análisis granulométrico nos permite conocer la magnitud cuantitativa de la

fracción fina, los límites de Atterberg nos indican su calidad, completando así el

conocimiento del suelo.

1 4

2

4 3

1. Recipiente 2. Juego de

tamices 3. Brocha 4. Balanza

Fig. 5 Equipos para el ensayo granulométrico

(26)

17

2.2.3.5 Límite líquido – MTC E 110

Es el contenido de humedad por debajo del cual el suelo se comporta como un material plástico. A este nivel de contenido de humedad el suelo está en el vértice de cambiar su comportamiento al de un fluido viscoso.

2.2.3.6 Limite plástico

Se denomina límite plástico (L.P.) a la humedad más baja con la que pueden formarse barritas de suelo de unos 3,2 mm (1/8") de diámetro, rodando dicho suelo entre la palma de la mano y una superficie lisa (vidrio esmerilado), sin que dichas barritas se desmoronen.

1)Copa de Casagrande. 2)Pipeta.

3)Recipiente de Porcelana. 4)Espátula 4

4 2

4 3

4 1

4

1)Agua destilada. 2) Recipiente de porcelana. 3)Taras 4)Espátula 4) Vidrio Esmerilado 1 4 5 4 2 3 4 4 4

(27)

18 El límite plástico es el promedio de las humedades de ambas determinaciones. Se expresa como porcentaje de humedad, con una cifra decimal y se calcula así:

𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑜 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜 𝑎𝑙 ℎ𝑜𝑟𝑛𝑜𝑥100

2.2.3.7 Índice de plasticidad - MTC E111

Se puede definir el índice de plasticidad de un suelo como la diferencia entre su límite líquido y su límite plástico. Es lo más importante, dado que su valor permite conocer cuan plástico es un material. Representado por el siguiente valor:

𝑰. 𝑷. = 𝑳. 𝑳. −𝑳. 𝑷.

Dónde:

L.L. = Límite Líquido. P.L. = Límite Plástico.

L.L. y L.P., son números enteros.

 Cuando el límite líquido o el límite plástico no puedan determinarse, el índice de plasticidad se informará con la abreviatura NP (no plástico).

 Así mismo, cuando el límite plástico resulte igual o mayor que el límite líquido, el

índice de plasticidad se informará como NP (no plástico).

 Cuan mayor es el índice de plasticidad, mayores son los problemas asociados con

el uso del suelo en materia de ingeniería.

 Un IP elevado indica un exceso de arcilla o de coloides en el suelo. El índice de plasticidad también da una buena indicación de la compresibilidad. Mientras mayor sea el IP, mayor será la compresibilidad del suelo.

2.2.3.8 Clasificación de suelos

(28)

19 relaciones cuantitativas y detalle respecto a las propiedades mecánicas, resultaría excesivamente complicado y de engorrosa aplicación práctica.

Un sistema útil de clasificación, normalmente sirve para normar el criterio del técnico de laboratorio con respecto al suelo de que se esté tratando, previamente a un conocimiento más profundo y extenso de las propiedades del mismo. Entre los sistemas de clasificación propuesto de mayor aceptación en el campo de la ingeniería destacan el sistema de clasificación AASHTO y el sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), dado que son los que mejor satisfacen los diferentes campos de aplicación de la mecánica de suelos. (Freddy Quispe, 2014,57)

a) Sistema de clasificación de suelos AASHTO

El sistema de clasificación de suelos de la American Association of State Higway and Transportation Officials (AASHTO) es uno de los más utilizados actualmente y se basa en las prestaciones de suelos utilizados en la práctica para construir carreteras De acuerdo con este sistema y con base en su comportamiento, los suelos están clasificados en ocho grupos designados por lo símbolos del A-1 al A-8. En este sistema de clasificación los suelos inorgánicos se clasifican en siete grupos que van del A-1 al A-7. Estos a su vez se dividen en un total de doce subgrupos. Los suelos con elevada proporción de materia orgánica se clasifican como A-8.

b) Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS)

Este sistema de clasificación fue originalmente desarrollado por su uso en la construcción de aeropuertos, y fue adaptado y divulgado por el Dr. Arthur Casagrande en 1948.

(29)

20 Tabla 7: Clasificación de suelos por el método AASHTO

Clasificación general Material granular (35%, o menos pasa el tamiz N°200) Material limo - arcillosos (Más del 35% pasa el

tamiz N°200)

Grupos A-1

A-3

A-2

A-4 A-5 A-6

A-7

Subgrupos A-1a A-1b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7

A-7-5

A-7-6

Porcentaje que pasa el tamiz :

N°10 (2.00mm) 50 máx. - - - - - - - - -

N°40 (0.425mm) 30 máx. 50 máx. 51 min. - - - -

N°200 (0.075mm) 15 máx. 25 máx. 10 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 35 máx. 36 min. 36 min. 36 min.

Características del

material que pasa el tamiz N°40 (0.425mm)

Limite liquido - - 40 máx. 41 min. 40 máx. 41 min. 40 máx. 41 min. 40 máx. 41 min.

Índice de plasticidad 6 máx. NP 10 máx. 10 máx. 11 min. 11 min. 10 máx. 10 máx. 11 min. 11 min.

Terreno de fundación

Excelente a bueno

excelente a

bueno Excelente a bueno Regular a malo

El índice de plasticidad del subgrupo A-7-5, es igual o menor a LL-30 El índice de plasticidad del subgrupo A-7-5, es igual o menor a LL-30

(30)

UNASAM PROYECTO DE INVESTIGACIÓN “EVALUACION DE LOS MATERIALES DE CANTERAS UTILIZADOS COMO BASE Y SUB-BASE DE PAVIMENTOS EN LA CIUDAD DE BARRANCA – 2016”

21 Tabla 8: Sistema unificado de clasificación de suelo.

DIVISION MAYOR SIMBOLO NOMBRES TIPICOS

CRITERIOS DE CLASIFICACION EN EL LABORATORIO S U ELO S D E P A R TI C U LA S G R U ESA S M ás d e la m it ad d el ma te ri al e s re te n id o e n l a m al la n u mer o 2 0 0 La s p ar tí cu la s d e 0 .0 7 4 mm d e d iá me tr o ( la ma ll a N o .2 0 0 ) so n , ap ro x ima d amen te , la s m ás p eq u eñ as v is ib le s a si mp le v is ta . G R A V A S M as d e la m it ad d e la f ra cc ió n g ru esa e s ret en id a p o r la m al la N °4 P A R A C LA S IF IC A C IO N V IS U A L P U ED E U S A R S E 1 /2 c m. C O M O EQ U IV A LEN TE A LA A B ER TU R A D E LA M A LLA N °4 G R A V A S LI M P IA S P o co o n ad a d e p ar tí cu la s fi n as GW

Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de finos

D ETER M ÍN ESE LO S P O R C EN TA JES D E G R A V A Y A R EN A D E LA C U R V A G R A N U LO M ÉT R IC A , D EPEN D IE N D O D EL P O R C EN TA JE D E F IN O S ( fr ac ci ó n q u e p as a p o r la mal la N o . 2 0 0 ) LO S S U ELO S G R U E S O S S E C LA S IF IC A N C O M O S IG U E: M en o s d el 5 % : G W , G P , S W , S P ; más d el 1 2 % : G M , G C , S M , S C . En tr e 5 % y 1 2 %: C as o s d e fr o n te ra q u e re q u ie re n e l u so d e sí mb o lo s d o b le s * *

Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 4.

Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3. Cu = D60 / D10 Cc = (D30)2 /

(D10)(D60)

GP

Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena con poco o nada de finos

NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN

PARA GW. G R A V A S C O N F IN O S C an ti d ad a p re ci ab le d e p ar tí cu la s fi n as * GM d

Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo

LÍMITES DE ATTERBERG ABAJO DE LA “LÏNEA A” O I.P.

MENOR QUE 4.

Arriba de la “línea A” y con I.P. entre 4 y 7 son

casos de frontera que requieren el uso

de símbolos dobles. u

GC

Gravas arcillosas mezclas de gravas, arena

y arcilla

LÍMITES DE ATTERBERG ARRIBA DE LA “LÏNEA A” CON I.P. MAYOR QUE

7. A R EN A S M as d e la m it ad d e la f ra cc ió n g ru esa p as a p o r la m al la N

°4 AR

EN A LI M P IA P o co o n ad a d e p ar tí cu la s fi n as SW

Arenas bien graduadas, arena con gravas, con poca o nada de finos.

Cu = D60 / D10 mayor de 6 ; Cc = (D30)2 / D10)(D60) entre 1 y 3.

SP

Arenas mal graduadas, arena con gravas, con poca o nada de finos.

No satisfacen todos los requisitos de graduación para SW

A R EN A C O N F IN O S C an ti d ad a p re ci ab le d e p ar tí cu la s fi n

as SM * d

Arenas limosas, mezclas de arena y limo.

Límites de Atterberg abajo de

la “línea a” o IP. menor que 4.

Arriba de la “línea A” y con I.P. entre 4 y 7 son

casos de frontera que requieren el uso de símbolos

dobles. u

GC

Arenas arcillosas, mezclas de arena y

arcilla.

Límites de Atterberg arriba de la “línea a” con IP.

mayor que 7.

S U ELO S P A R TI C U LA S F IN A S M ás d e la m it ad d el ma te ri al p asa p o r la m al la n ú mer o 2 0 0 LI M O S Y A R C ILLA S Li mi te Li q u id o M en o r d e 5 0 ML Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos o arcillosos ligeramente plásticos.

G – Grava, S – Arena, O – Suelo Orgánico, P – Turba, M – Limo

C – Arcilla, W – Bien Graduada, P – Mal Graduada, L

CL

Arcillas inorgánicas de baja o media plasticidad,

arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas

limosas, arcillas pobres.

OL

Limos orgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja

plasticidad. LI M O S Y A R C ILLA S Li mi te Li q u id o M ay o r d e 5 0 MH Limos inorgánicos, limos micáceos o diatomáceos, más

elásticos.

CH

Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas

francas.

OH

Arcillas orgánicas de media o alta plasticidad,

limos orgánicos de media plasticidad. SUELO ALTAMENTE

ORGANICO P

Turbas y otros suelos altamente orgánicos.

(31)

Con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. Esto se traduce en determinar cuál es la humedad que se requiere, con una energía de compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir para un determinado suelo. La humedad que se busca es definida como humedad óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de compactación dada. Se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se consigue para la humedad óptima.

1. Probeta. 2. Cuchara.

3. Molde cilíndrico. 4. Capsula metálica. 5. Regla metálica.

6. Pisón.

6 3

2 5

1

Fig. 9 Moldes para ensayo de compactación de 6"

(32)

23 Se calcula la densidad seca de cada uno de los especímenes, con la siguiente relación:

𝐷𝑠 = 𝐷ℎ 1 +100𝑊

Dónde:

Ds: Densidad seca.

W: Contenido de humedad de la muestra. Dh: Densidad húmeda de la muestra.

𝐷ℎ = (𝑃1 − 𝑃2) 𝑉

P1: Peso de la muestra húmeda más molde. P2: Peso del molde.

V: Volumen del molde.

2.2.3.10 CBR (Relación de soporte de California) de suelos compactados en

el laboratorio – MTC E 132

La finalidad de este ensayo, es determinar la capacidad de soporte (CBR) de suelos y agregados compactados en laboratorio, con una humedad óptima y niveles de compactación variables. Y sirve para evaluar la calidad relativa del suelo para sub-rasante, sub-base y base de pavimentos.

2.2.3.11 Abrasión por medio de la máquina de los Ángeles MTC E- 207

(33)

24 Por esta razón los agregados que están en, o cerca de la superficie, como son los materiales de Base y Carpeta Asfáltica, deben ser más resistentes que los agregados usados en las capas inferiores (Sub Base) de la estructura del pavimento, la razón se debe a que las capas superficiales reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de cargas del tránsito.

Por otro lado, los agregados transmiten los esfuerzos a través de los puntos de contacto donde actúan presiones altas. El Ensayo de Desgaste de Los Ángeles, mide básicamente la resistencia de los puntos de contacto de un agregado al desgaste y/o a la Abrasión.

       

Fuente: Especificaciones técnicas generales para construcción de carreteras EG-2013, Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

(34)

25 El resultado del ensayo se expresa en porcentaje de desgaste, calculándose como la diferencia entre el peso inicial y final de la muestra de ensayo con respecto al peso inicial.

% 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑔𝑎𝑠𝑡𝑒 =𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − 𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑋 100

Dónde:

P

inicial

=

Peso de la muestra seca antes del ensayo

P

final

=

Peso de la muestra seca después del ensayo, previo lavado sobre el tamiz de 1.7mm (N° 12).

2.2.3.12 Equivalente de arena MTC E 114

Este ensayo se realiza en suelos destinados a infraestructuras viales como: carreteras, autovías,

vías urbanas, etc., para mezclas bituminosas y asfalto. Es necesario que las distintas capas de

suelos dispuestas por debajo de la capa de asfalto posean un equivalente de arena normalmente

superior a 35%, de esta manera se consigue que dichas capas sean drenantes y no contaminantes

simultáneamente.

Cálculos:

Equivalente de arena = 𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑐𝑖𝑙𝑙𝑎 x 100

Fig. 12 Equipo para el ensayo de Equivalente de Arena

1 2

3 4

5

6

1. Probetas graduada de plástico 4. Tapón de caucho

2. Tubo irrigador de acero 5. Botella de un galón

(35)

26

2.2.3.13 Partículas con una o dos caras fracturadas MTC E – 210

Este ensayo especifica un método para determinar el porcentaje de partículas con caras de

fractura en una muestra de árido grueso natural. El ensayo consiste en la separación manual de

partículas de una muestra de ensayo de áridos gruesos en los siguientes grupos: Partículas

trituradas y Partículas redondeadas.

Cálculos

Calcular el porcentaje de masa o porcentaje de conteo de partículas con el número especificado de caras fracturadas con aproximación al 1% de acuerdo con lo siguiente:

𝑃 = 𝐹

(𝐹 + 𝑁) 𝑋 100

P = Porcentaje de partículas con el número especificado de caras fracturadas,

F = Masa o cantidad de partículas fracturadas con al menos el número especificado de caras fracturadas.

N = Masa o cantidad de partículas en la categoría de no fracturadas o que no entran en el criterio de partícula fracturada.

2.2.3.14 Partículas chatas y alargadas ASTM D 4791

Los agregados con alto contenido de partículas planas o achatadas son más susceptibles a fallar al momento de que se aplique una presión mínima debido a que su forma no están apropiada por ser muy delgada por eso es importantes determinar la cantidad de ellas presentes en el agregado grueso

(36)

27

Cálculos

𝐶𝑎 = 𝑚𝑎𝑀 𝑋 100

Ca=porcentaje de masa de partículas con formas alargada (%)

ma = masa de las partículas con forma alargada determinada en cada una de las muestras de ensayo, según corresponda en (g.)

M = masa total de la muestra para cada una de las muestras de prueba, en (g.)

Fig. 13 Calibrador proporcional para la

(37)

CAPITULO III.

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION

3.1.PERSPECTIVA METODOLOGIA Y TIPO DE INVESTIGACION

3.1.1. PERSPECTIVA METODOLOGICA

La perspectiva metodológica es cuantitativa.

En esta investigación se realizó la recolección de datos en campo, luego las muestras

fueron llevadas al laboratorio, se realizó el estudio de sus propiedades física, químicas y

mecánicas. Seguidamente se realizó la comparación con las normas del Ministerio de

Trasporte y Comunicaciones y se propuso mejoras de sus características físicas.

3.1.2. TIPO DE INVESTIGACION

Investigación Aplicada: Debido a que se aplicó los conocimientos ya establecidos para dar solución a la problemática.

Investigación Descriptiva: Este tipo de investigación implico observar y describir las características de los materiales de las canteras de Rio Seco, Julquillas y Upaca

(38)

29

3.1.3. DISEÑO DE INVESTIGACION

El diseño de la investigación fue no experimental, de corte transversal, donde se observó de manera natural los hechos o fenómenos, es decir tal y como se dan en su contexto natural.

Fue de corte transversal debido a que se recolectaron datos en un solo momento, en un tiempo único.

3.2.LIMITES DE LA INVESTIGACION

La presente investigación se enmarco en el estudio de tres canteras Rio Seco, Julquillas y Upaca las cuales se tomaron como muestra intencionada por encontrarse más cerca de la ciudad de Barranca y por tener mayor demanda.

Por lo anteriormente expuesto; es necesario mencionar que solo se realizara el estudio de los materiales de base y sub-base para pavimentos flexibles.

3.3.CONTEXTO Y UNIDAD DE ANALISIS: POBLACION Y MUESTRA La presente investigación se realizará en:

Distrito: Barranca Provincia: Barranca Departamento: Lima

La muestra tomada será igual a la población: Rio Seco, Julquillas y Upaca.

a) Cantera Rio Seco

Se encuentra ubicada políticamente:

Departamento: Ancash

Provincia: Huarmey

Distrito: Huarmey

En el kilómetro 293 de la panamericana norte, en el margen del río Huarmey, a

(39)

30 En el anexo H se muestra los planos

b)Julquillas

Se encuentra ubicada políticamente:

Departamento: Ancash.

Provincia: Ocros.

Distrito: San Pedro

De la ciudad de Barranca a la cantera se encuentra 25.00 km al margen derecho de la

Carretera Pativilca -Huaraz.

CUADRILLA (m2)

ALTURA

(m)

PARCIAL DE POTENCIA (m3)

100,000 8.00 800,000

100,000 10.00 1,000,000

100,000 11.00 1,100,000

100,000 13.00 1,300,000

Volumen bruto 4,200,000

Fig. 14 ubicación de la cantera Rio Seco

(40)

31 En el anexo H se muestra los planos

c) Upaca

Se encuentra ubicada políticamente:

Departamento: Lima.

Provincia: Barranca.

Distrito: Pativilca

De la ciudad de Barranca a la cantera se encuentra 16.00 km al margen derecho del

panamericano norte.

CUADRILLA (m2)

ALTURA (m)

PARCIAL DE POTENCIA (m3)

100000 13.00 1,300,000

100000 10.00 1,000,000

100000 11.00 1,100,000

50000 8.50 425,000

Volumen bruto 3,825,000

Fig. 15 Ubicación de la cantera Julquillas

(41)

32 En el anexo H se muestra los planos

3.4.METODOS Y RECURSOS EMPLEADOS

Análisis de documentos: Los instrumentos cualitativos empleados en la investigación fueron las siguientes:

Manual de Carretera. Suelos, Geología, Geotecnia y Pavimento. Sección Suelos y Pavimentos

Este manual es un documento que trata aspectos tanto normativos como de recomendación general. Es una guía y herramienta para los ingenieros relacionados al diseño de estructuras de pavimentos proporcionándoles criterios homogéneos en materia de suelos y pavimentos que faciliten la aplicación en el diseño de capas superiores y de

CUADRILLA (m2)

ALTURA (m)

PARCIAL DE POTENCIA (m3)

20000 15.50 310,000

30000 11.20 336,000

15000 8.50 127,500

Volumen bruto 773,500

Fig. 16 Ubicación de la cantera Upaca

(42)

33 la superficie de rodadura, dotándolas de estabilidad estructural para lograr su mejor desempeño posible en términos de eficiencia técnico - económico.

Manual de Ensayos de Materiales

Tiene por finalidad estandarizar el método y procedimientos, para la ejecución de los ensayos de laboratorio y de campo, de los materiales que se utilizan en los proyectos de infraestructura vial, con el objeto de asegurar que sus comportamientos correspondan a los estándares de calidad propuestos en los estudios, para las obras y actividades de mantenimiento vial. (M.T.C. – 2016)

Especificaciones Técnicas Generales – EG- 2013

Tiene por finalidad uniformizar las condiciones, requisitos, parámetros y procedimientos de las actividades relativas a las obras de infraestructura vial, con el propósito de estandarizar los procesos que conduzcan a obtener los mejores índices de calidad de la obra, que a su vez tienen por objeto prevenir y/o evitar las probables controversias que se generan en la administración de los contratos.

Norma CE-010. Pavimentos Urbanos.

Esta Norma tiene por objeto establecer los requisitos mínimos para el diseño, construcción, rehabilitación, mantenimiento, rotura y reposición de pavimentos urbanos, desde los puntos de vista de la Mecánica de Suelos y de la Ingeniería de Pavimentos, a fin de asegurar la durabilidad, el uso racional de los recursos y el buen comportamiento de aceras, pistas y estacionamientos de pavimentos urbanos, a lo largo de su vida de servicio.

Internet: Para la búsqueda de información sobre estudios realizados nacional o internacional sobre los materiales utilizados como base y sub-base de pavimentos.

Observación: Con el registro a través de fichas técnicas y ensayos de laboratorio, los cuales fueron:

 Hoja resumen - ensayos estándar - clasificación SUCS-AASTHO  Análisis granulométrico por tamizado

 Límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad de suelos

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34  Relación de soporte de california (C.B.R.)

 Resistencia al desgaste del agregado grueso por abrasión  Equivalente de arena

 Determinación de partículas chatas y alargadas

 Determinación del porcentaje de caras fracturadas en el agregado grueso

Todas las fichas fueron tomadas de acuerdo al manual de Ensayos de Material del Ministerio de Transporte y Comunicaciones, los cálculos realizados se encuentran detallados en los anexos A, B, C, D, E, F, G,

3.5.PROCEMIENTO DE RECOLECCION Y ANALISIS DE DATOS

3.5.1 RECOLECCIÓN DE DATOS

Se determinó la Ubicación de las tres Canteras donde se delimito con un GPS Garmin 62Sc. En el anexo H se muestra los planos de cada cantera donde se realizó la investigación y la recopilación de datos.

Se realizó la extracción de los materiales utilizados como base y sub-base de pavimentos de las tres canteras Rio Seco, Julquillas y Upaca del cual se determinó las siguientes propiedades físicas:

Al tener las muestras en laboratorio se realizó los siguientes pasos.

Obtención en laboratorio de muestras representativas (cuarteo)

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35

Determinación del contenido de humedad de un suelo.

Al realizar el cuarteo también se tomó una muestra representativa para hallar el contenido de humedad, para el cual se tomó dos contenedores limpios y secos, previamente a cada uno se halló su masa, se colocó el espécimen con un peso aproximadamente de 200g en cada uno de los contenedores, lego estas muestras se pesaron en una balanza con una sensibilidad de 0.01g, posteriormente la muestra se colocó en el horno a una temperatura de 100 ± 5 °C por un espacio de 12 a 16 horas, el material fue sacado del horno hasta que tuviera una temperatura ambiente y fuera manipulado cómodamente. Se determinó el peso del contenedor y el material secado a horno usando la misma balanza y se obtuvo el peso de la muestra.

Análisis granulométrico de suelo por tamizado.

La muestra tomada para realizar este ensayo fue aproximadamente 2000g para la realización de este ensayo se tomó los siguientes juego de tamices: tapa, 3”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”,3/8”, #4, #10, #20, #40, #60, #140, #200 y el fondo <#200, la muestra fue dividida en el tamiz #10, posteriormente se realizó el lavado en el tamiz #10 para la muestra gruesa y para el fino en tamiz #200, ambas muestras fueron colocadas en recipientes para su secado a temperatura ambiente, luego del secado se pesó las dos fracciones, para el material fino se tomó aproximadamente 115g.

Ambas fracciones gruesa y fina se pasaron por el juego de tamices separados respectivamente, en la operación del tamizado manual se movió los tamices de un lado a otro y recorriendo circunferencias de forma que la muestra se mantuvo en movimiento sobre la malla, para comprobar si se realizó un buen tamizado se comprobó desmontando cada tamiz y por el lapso de un minuto se observó que la muestra no pasaba el 1% de la parte retenida a la siguiente malla, cuando las muestras quedaba en los tamices se limpiaban con cepillos para no tener pérdida de la muestra .

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36 pesos de las fracciones y compararlos con el peso de la muestra inicial no difirió más del 1%.

Límites de consistencia

Determinación del límite líquido de los suelos.

Se tomó una muestra de suelo de 150g a 200g del material pasante el tamiz #40, se colocó la muestra en un recipiente de porcelana, añadiéndole algunas gotas de agua destilada y con una espátula se mezcló hasta obtener una masa uniforme.

Se colocó una porción del suelo preparado en el aparato de Casagrande en el punto que la copa descansa sobre la base, se aprisiono y esparció la muestra hasta una profundidad de aproximadamente 10 mm en el punto más profundo hasta lograr obtener una superficie horizontal, utilizando el acanalador se dividió la muestra contenida en la copa, haciendo una ranura a través de la muestra siguiendo una línea desde el punto más alto al punto más bajo, se verifico que no existiesen restos de suelo por debajo de la copa, se comenzó a levantar y soltar girando el manubrio a una velocidad constante de dos golpes por segundo, hasta que las dos mitades se logren juntar una ranura de 13 mm este procedimiento se realizó con tres proporciones diferentes de agua y en tres puntos diferentes de goles, para un cierre que requiera de 25 a 35 golpes, otra para 20 y 30 golpes y una para un cierre de 15 a 20 golpes. Cada vez que se registraba el número de golpes se tomaba una tajada de suelo aproximadamente el ancho donde se juntaba la ranura y se colocó en un recipiente de peso conocido y se pesó con la muestra en una balanza con sensibilidad de 0.01g para finalizar se colocaba la muestra en el horno por el lapso de 12 a 16 horas hasta obtener una masa constante y todos los datos se registraban.

Determinación del límite plástico.

Referencias

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