TRABAJO CON SUELOS COMBINADOS

En las obras civiles el ingeniero se ve enfrentado a una serie de inconvenientes (enalgunos casos) en lo referente en los agregados minerales que puede utilizar en lafabricación del hormigón, la preparación de morteros, la construcción de bases, sub-bases y carpetas de rodadura en los pavimentos, etc., pero el gran problema se dacuando en el lugar de construcción de la obra está alejada para la consecución de losmateriales o en el medio no se encuentran los materiales especificados o presentanalguna deficiencia que es necesaria corregir por algún método. Una forma demejorar los agregados minerales es realizando la mezcla entre dos o más agregados, quecorresponde a la llamada estabilización de suelos, la cual pretende encontrar un materialacorde a las especificaciones requeridas.

Cuando se estabilizan los agregados minerales por cualquier método se logranmejorar algunas de sus propiedades físicas y mecánicas de los agregados, como son:

La compresibilidad La durabilidad. La permeabilidad. Los cambios volumétricos. La resistencia mecánica.

MÉTODOS DE DOSIFICACIÓN DE AGREGADOS PARA LAESTABILIZACIÓN DE SUELOS.

Existen diferentes métodos de dosificación de agregados que pretenden suplir lasnecesidades y dar una herramienta más que facilite este proceso. Dentro de losdiferentes métodos los hay empíricos, analíticos, gráficos y otros por simple intuición.Dentro de estos podemos destacar los siguientes:

Método gráfico para dos agregados. Método gráfico para tres agregados. Método analítico (del tamiz crítico) para dos agregados. Método analítico (del tamiz crítico) para tres agregados. Método gráfico de la curva ideal. Método de Gauss.

Mediante los métodos de dosificación de agregados se pretenden determinarel porcentaje o los porcentajes de mezcla de dos o más materiales, que den comoresultado una mezcla dentro de las especificaciones, que sea funcional y económica.Dentro de los métodos de dosificación se destacan algunos por ser más precisos queotros, como lo son los métodos gráficos, pero que en realidad tienen un trabajo másdispendioso; otros son más rápidos y no tan precisos y podríamos pensar que seclasifican como métodos de campo y de oficina.

MÉTODO GRÁFICO DE DOS AGREGADOS:Se pretende mediante este método, obtener un rango de porcentajes de cadamaterial para realizar una mezcla que posteriormente será comparada con lasespecificaciones, que es donde determinamos si la mezcla fue posible o no; momentoentonces en el cual se deben tomar las determinaciones necesarias, como es la deaceptar o rechazar el material, conseguir un reemplazo o un material para dosificar. Estemétodo de dosificación es bastante preciso, pues su resultado es claro y muestra si lamezcla fue posible o no (esto también ocurre en el método gráfico para tres agregados),lo cual no ocurre en los otros métodos donde generalmente los resultados iníciales, sonel primer paso a una serie de tanteos; es aquí donde es importante el criterio y laexperiencia de quién calcula. Para desarrollar el método se deben tener en cuenta lossiguientes numerales:

Información preliminar: Granulometrías originales de cada uno de los materiales a mezclar, expresadas

en porcentajes del material que pasa.

Especificación requerida o banda de trabajo. Límites de consistencia (sí el material lo permite)

Pasos:

Verificar que el número de las mallas o tamices de la especificación coincidan con lasde las granulometrías originales (esto con el fin de facilitarla elaboración del gráfico) sino coinciden, del dibujo de las granulometrías originales se deben determinar losvalores de porcentaje pasa de material de las mallas faltantes (paso que se debe realizaren todos los métodos de dosificación sí es necesario).

1. Elaborar un cuadro donde las divisiones en las ordenadas y abscisas sean de10% en10% hasta 100%. La abscisa superior llevará la escala en sentido inverso(ver gráfico del ejemplo de aplicación).

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

3. Colocar en las ordenadas de los materiales #1 y # 2 los valores del porcentajepasa de material correspondiente a cada malla o tamiz. Unir mediante líneasrectas los puntos ubicados en las ordenadas del material #1 y #2 y quecorrespondan a la misma malla. Se recomienda colocar el número de la mallasobre la línea con el fin de facilitar la identificación de las fracciones dematerial. Colocar en las ordenadas los valores de porcentaje pasa de material dela especificación, teniendo presente que el límite de la especificación querepresenta a los finos coincida con el material fino que se está dosificando, lomismo se debe tener en cuenta para el material grueso.

4. Trazar una línea horizontal en cada punto de la especificación hasta que corte ladiagonal que une los puntos de porcentaje pasa de las granulometrías originalesde 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 lafranja indica que esa porción del material no cumple con lo especificado.

5. Ubicar para cada material, el punto más alejado de la ordenada, que correspondeal encontrado por la intersección entre la horizontal trazada y la diagonal(obtenido en el numeral anterior). Ese punto corresponde al porcentaje pasa de laespecificación, sobre esos puntos trazar una vertical, con lo cual, se obtendrá unafranja que determina el rango de porcentajes de mezcla para cada material.Determinar el porcentaje de mezcla de los materiales, eligiendo un valor en lafranja de la abscisa inferior que corresponde al material #2, el porcentaje delmaterial #1 se obtiene de la siguiente expresión:

% d e m a t e r i a l # 1 = 1 0 0 % - % d e m a t e r i a l # 2

6. Índice de plasticidad: Se determina mediante la siguiente expresión:( ) = + …+ …Donde:( ) == .= .= 1de mallas involucradas (desde la que pasa el 100% del material).

MÉTODO ANALÍTICO PARA DOS AGREGADOS O DEL TAMIZ CRÍTICO.Los resultados obtenidos en este método son un valor inicial para continuar una serie detanteos, 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 y los promedios dela especificación.Identificar el tamiz que presente la mayor diferencia de las obtenidas en el numeralanterior, el cual se denominará “tamiz crítico”.

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

% = −−Donde:

%A.F. = % de la mezcla del agregado fino.

F = % de fino correspondiente a la columna del tamiz critico.

E = % del promedio de la especificación, correspondiente a la columna al tamiz critico

G = % de grueso correspondiente a la columna del tamiz critico.

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

% A.G. = 100 – % A.F

Donde:

% A.F. = % de la mezcla de agregado fino.

% A.G. = % de la mezcla de agregado grueso.

MÉTODO GRÁFICO PARA TRES AGREGADOS.

Este método se basa en el método gráfico para dos agregados, pero teniendo en cuentaque se debe contar con un material grueso, uno intermedio y uno fino.

Información preliminar:

Se requiere la misma de los métodos anteriores.

Pasos.

Dibujar dos cuadros continuos, teniendo en cuenta los requerimientos del métodográfico para dos agregados.

Clasificar los materiales del más grueso al más fino y enumerarlos en el mismo orden.-Dosificar el material #1 y #2 en el cuadro de la derecha, siguiendo elmismo procedimiento del método gráfico para dos agregados, lo mismo con respecto ala especificación.-Trazar una vertical en el promedio de la franja de mezcla y determinarel porcentaje de mezcla de los materiales. También en la intersección con la diagonal decada malla, trazar una horizontal que corte la ordenada izquierda. Lo anteriorconformará el resultado de la mezcla entre el material #1 y #2.- Realizar en el cuadro de laderecha la dosificación entre la mezcla del material #1 + #2 y el material #3, ademásubicar la especificación y determinar la franja de porcentajes de mezcla.

Trazar una vertical en el promedio de la franja de la mezcla de los materiales ydeterminar los porcentajes teniendo en cuenta lo siguiente:

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

Para determinar el porcentaje correspondiente al material # 1 y al material #2, seemplea el siguiente criterio: El porcentaje de la mezcla se multiplica por cadauno de los porcentajes obtenidos en la dosificación.

Realizar los cálculos con los porcentajes obtenidos, obtener la mezcla final ycompararla con la especificación requerida.

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 de losmateriales (Arena, grueso, llenante, intermedio, etc.).

Determinar el promedio de la especificación. Realizar la diferencia entre los porcentajes pasa del material grueso y los

promedios de la especificación. Identificar el tamiz que presente la mayor diferencia de las obtenidas en el

numeral anterior, el cual sedenominará “tamiz crítico”. Realizar la mezcla entre el agregado intermedio y el agregado grueso,

empleando la metodología del método analítico para dos agregados. En el pasoanterior se va a evidenciar defecto de material fino, para lo cual se debe procedercon las siguientes expresiones:

Aporte de agregado fino.

MÉTODO DE LA CURVA IDEAL:

En este método se emplean las gráficas de las curvas granulométricas y la de laespecificación (promedio de la especificación), dando una mejor apreciación de losmateriales originales con respecto a la especificación exigida.

Información preliminar:

Porcentajes pasa de los materiales (granulometría original). Curvas granulométricas de las granulometrías originales y de la especificación. Límites de consistencia.

Pasos:

Determinar el promedio de la especificación.2.5.2.2 Dibujar las granulometríasoriginales, el promedio de la especificación e identificar cada una de ellas, teniendo encuenta lo siguiente:

El material # 1 es el fino. E l material # 2 es el intermedio. El material # 3 es el grueso.

Determinar el porcentaje de mezcla del material # 1, teniendo en cuenta 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 sedesechan los valores de porcentaje pasa de las mallas de menor abertura, se debe a queesos porcentajes son muy pequeños.Trazar una vertical en el tamaño medio (tamiz) de la banda creada y en el corte conel promedio de la especificación trazar una horizontal que corte la ordenadade los porcentajes pasas, ese valor corresponde al porcentaje de mezcla de materialM#1.Determinar el porcentaje de mezcla del material # 2, para lo cual se realiza elmismo procedimiento del numeral anterior, pero utilizando los materiales #2 y #3. Elresultado corresponde entonces a la suma de porcentaje de mezcla de los materiales #1y #2. el porcentaje de mezcla del material #2, se obtiene mediante la siguienteexpresión:

Determinar el porcentaje de mezcla del material #3, se obtiene mediante la siguienteexpresión:

Calcular la mezcla total y dibujarla para compararla con la especificación. Si elresultado final no se ajusta a la especificación se deben realizar los tanteos respectivos.

MÉTODO DE LA RELACIÓN CON GAUSS.

Este método es totalmente empírico y lo que se pretende al aplicarlo, es dar unaherramienta de campo a quién diseña. Su utilización es delicada pues los resultadosgenerados por el sistema de solución de ecuaciones Gauss en algunas ecuaciones sonnegativos y la suma es mayor o menor del 100%, luego este método sólo da una ideainicial de los posibles porcentajes de mezcla.

El método en lo posible se basa en la clasificación de los materiales teniendo en cuentalo siguiente:

-Si se dosifican dos materiales se generan dos ecuaciones, una antes de la malla # 4 yotra después.-Si se dosifican tres materiales se generan tres ecuaciones así:Una antes de la malla # 4.Una entre las mallas # 4 y # 40.Una después de malla # 40.-Se generan tantas ecuaciones como materiales se piensan dosificar y la elección de lasecuaciones queda a criterio de quién diseña. Por ejemplo, se podría sacar ecuacionesdonde 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:

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

Utilizar el método de Gauss para la solución de ecuaciones (se recomienda paramayor agilidad utilizar un programa de computadora ocalculadora programable).

Determinar los porcentajes de mezcla de cada material, para lo que se debetener en cuenta que los números negativos se desechan y el valor con el que estese reemplaza corresponde a la diferencia entre el 100% y el porcentaje demezcla de los otros materiales.

Calcular la mezcla total multiplicando el porcentaje de mezcla de cada materialcon su respectiva granulometría original y realizando la suma.

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

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