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Combinaci�n granulom�trica de material granular con agregados finos de arena de playa proveniente de la costa en la Provincia de Manab� para el mejoramiento de subbases

 

Granulometric combination of granular material with fine aggregates of beach sand from the coast in the Province of Manab� for the improvement of subbases

 

Combina��o granulom�trica de material granular com agregados finos de areia de praia do litoral da Prov�ncia de Manab� para o melhoramento de sub-bases

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: aibarra@uagraria.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnica y Aplicadas ���

Art�culo de Investigaci�n

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* Recibido: 23 de abril de 2023 *Aceptado: 12 de mayo de 2023 * Publicado: �26 de junio de 2023

 

1. Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.
2. Departamento de Construcciones Civiles y Arquitectura, Facultad de Ciencias Matem�ticas, F�sicas y Qu�micas, Universidad T�cnica de Manab�, Portoviejo, Ecuador.

Resumen

Las combinaciones realizadas a un material granular para pavimentos flexibles como la subbase con conglomerantes hidr�ulicos se ha convertido en una opci�n factible para el mejoramiento a la hora de aumentar la eficiencia y resistencia del dise�o de este. Con la finalidad de verificar el criterio que ofrece este proceso, se ha seleccionado un material granular de subbase com�n de cantera y arena de playa de la zona costera de Manab�, con la finalidad de experimentar en laboratorio de suelos su comportamiento posterior a la combinaci�n del agregado de arena de playa m�s cemento hidr�ulico. Con los ensayos realizados sin la combinaci�n y con esta, se ha demostrado que las caracter�sticas naturales del material granular de subbase luego de la combinaci�n aumentaron, siendo estas la densidad m�xima y la resistencia a CBR. Todo esto utilizando el procedimiento de aplicaci�n emp�rico-mecanicista de la Gu�a de Dise�o AASTHO (American Association of State Highway and Tranportation Officials) y ASTM (American Society for Testing and Materials), el cual puede demostrar el proceso que conlleva la realizaci�n de este experimento para una subbase estabilizada con arena y cemento hidr�ulico.

Palabras Clave: Material granular; subbase estabilizada; arena de playa; pavimento flexible; cemento hidr�ulico; resistencia a CBR.

 

Abstract

The combinations made to a granular material for flexible pavements such as the subbase with hydraulic binders has become a feasible option for improvement when it comes to increasing the efficiency and resistance of its design. In order to verify the criteria offered by this process, a granular material of common quarry subbase and beach sand from the coastal area of Manab� has been selected, in order to experiment in a soil laboratory its behavior after the combination of beach sand aggregate plus hydraulic cement. With the tests carried out without the combination and with it, it has been shown that the natural characteristics of the subbase granular material after the combination increased, these being the maximum density and the resistance to CBR. All this using the empirical-mechanistic application procedure of the AASTHO (American Association of State Highway and Transportation Officials) and ASTM (American Society for Testing and Materials) Design Guide, which can demonstrate the process involved in carrying out this experiment. for a subbase stabilized with sand and hydraulic cement.

Keywords: Granular material; stabilized subbase; Beach sand; flexible pavement; hydraulic cement; CBR resistance.

 

Resumo

A combina��o de um material granulado para pavimentos flex�veis como a sub-base com ligantes hidr�ulicos tornou-se uma op��o vi�vel de melhoria no que diz respeito ao aumento da efici�ncia e resist�ncia de seu projeto. Para verificar os crit�rios oferecidos por este processo, foi selecionado um material granulado de sub-base de pedreira comum e areia de praia da zona costeira de Manab�, a fim de experimentar em um laborat�rio de solo seu comportamento ap�s a combina��o de areia de praia agregado de areia mais cimento hidr�ulico. Com os testes realizados sem a combina��o e com ela, foi demonstrado que as caracter�sticas naturais do material granulado de sub-base ap�s a combina��o aumentaram, sendo elas a densidade m�xima e a resist�ncia ao CBR. Tudo isso usando o procedimento de aplica��o emp�rico-mecanicista do guia de design da AASTHO (American Association of State Highway and Transportation Officials) e da ASTM (American Society for Testing and Materials), que pode demonstrar o processo envolvido na realiza��o desse experimento. estabilizado com areia e cimento hidr�ulico.

Palavras-chave: Material granular; sub-base estabilizada; areia da praia; pavimento flex�vel; cimento hidr�ulico; Resist�ncia CBR.

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Introducci�n

Los materiales granulares est�n presentes en diferentes ramas de la Ingenier�a Civil, como en la construcci�n vial, la cual usa diferentes tipos de capas de este material ya estudiado y tratado, ya que dependiendo de este tipo de capas como lo son la base, subbase y subrasante, se van a tener en cuenta la calidad del proyecto vial (Cambou, 1998). Las especificaciones viales requieren ciertas propiedades para las bases, subbases y subrasantes de los pavimentos flexibles que les permitan soportar las altas cargas generadas por el tr�fico pesado, asegurando as� un buen desempe�o en el tiempo de largo plazo bajo las condiciones m�s adversas (Zambrano Meza & Tejeda Piusseaut, Materiales granulares tratados con emulsi�n asf�ltica para su empleo en bases o subbases de pavimentos flexibles., 2019).

El Departamento de Ingenier�a Mec�nica de la Universidad de Sebelas Maret en Indonesia realiz� una investigaci�n que mencionan las propiedades que tiene la arena de mar la cual contiene principalmente �xido de silicio () �y magnetita (), La presencia de �y los compuestos cer�micos �que permiten que la arena de mar forme compuestos con propiedades superiores (Ilham Akbar, Surojo, Ariawan, Rio Prabowo, & Imanullah, 2021). Adem�s, que a trav�s de un estudio realizado en China se pudo llegar a la conclusi�n que las arenas con gravas calc�reas aumentan la resistencia a la deformaci�n (Shen, Wang, Cui, & Zhu, 2022).

Debido a una elevada solicitud de arena, las fuentes de extracci�n como canteras aluviales, r�os, lagos o dep�sitos volc�nicos se est�n desgastando parcialmente, a lo que lleva a los investigadores a realizar estudios de c�mo mejorar las especificaciones t�cnicas de cualquier material en combinaci�n de un nuevo material que no se utiliza o se utiliza poco frecuente, como lo que puede ser la arena de playa, y teniendo en cuenta que Ecuador tiene una gran zona costera la cual abunda la arena de playa, y esta podr�a ser una opci�n considerable en alguna investigaci�n para el mejoramiento de un material granular para un proyecto vial como lo es la subbase granular como lo propone la norma ecuatoriana MTOP que la considera �ptima para una estabilizaci�n con arena.

El cemento ha sido un importante material de construcci�n, tanto para viviendas como en obras viales, donde ha tenido un significativo uso (Carvajal De La Rosa & Pozo Tomal�, 2019). En Ecuador se usa el Cemento de moderado calor de hidrataci�n Holcim Base Vial ECO Planet Tipo MH para proyectos viales, ya que este aporta caracter�sticas extras de mejoramiento a los diferentes tipos de capas de un pavimento como lo es la subbase.

Las mezclas granulares, debidas a m�ltiples mecanismos de mejoramiento de materiales que necesitan llevar una resistencia requerida, son medios comunes en que se aplican en la ingenier�a civil. Por ejemplo, las mezclas de subbases con geotextiles, debidas al aumento de resistencia portante y mejoras en muchas v�as, es una de las m�s representativas en este campo, es por esto que se va a experimentar la mejora de un material granular de subbase con arena de playa m�s cemento hidr�ulico para demostrar esta funci�n con el material (Jian, Jun, & Liang, 2019).

El objetivo de la investigaci�n es demostrar el incremento de la resistencia a CBR que experimenta un material granular, mediante la incorporaci�n de arena de playa m�s el Cemento de moderado calor de hidrataci�n Holcim Base Vial ECO Planet Tipo MH. Debido a que esta t�cnica ampl�a enormemente la aplicabilidad de casi todos los suelos, la combinaci�n con cemento los mejorar� capacidad de carga, es decir, mejora la capacidad de portante m�s ciclos con carga debido a la cantidad de transportes, adem�s de manejar m�s ciclos lluvia que el suelo granular convencional (Carvajal De La Rosa & Pozo Tomal�, 2019).

 

M�todos

Esta investigaci�n se la plante� en realizar por medio del m�todo investigativo y cuantitativo-experimental, en primer lugar, se acudi� a recoger muestras de arena de playa en distintos sitios de la costa de Manab� tales que se localizan en:

-La playa de Manta en las coordenadas 532141.64 m E y 9894992.94 m S

-La playa de San Vicente en las coordenadas 565838.01 m E y 9933614.77 m S

-La playa de Crucita en las coordenadas 551476.13 m E y 9904690.43 m S

Despu�s con un planteamiento cient�fico se va a llevar a cabo la combinaci�n granulom�trica con el material granular obtenida de la cantera URUZCA tipo sub base y el Cemento de moderado calor de hidrataci�n Holcim Base Vial ECO Planet Tipo MH bas�ndonos en las normas ecuatorianas (Ministerio de Transporte y Obras P�blicas, 2002) que se aplican un estudio para subbase de pavimento flexible.

Sobre la humedad natural de cada muestra de los ensayos que se van a realizar, ya sea la energ�a de compactaci�n del Proctor Modificado, el ensayo de CBR o el ensayo de gravedad especifica de finos, se va a utilizar el mismo procedimiento basado en la norma (ASTM D2216, 2019), por lo que se tomara dos peque�as muestras del material con la misma proporci�n de cada ensayo hecho, los cuales se pesan y se verifica que no excedan los 200 g y luego se los colocara en el horno de secado a temperaturas de 110 � 5 �C durante 24 � 4 horas.

La determinaci�n de la granulometr�a en seco se obtuvo mediante la norma ecuatoriana (NTE INEN 696, 2011) y la (ASTM C136, 2020) para lo que ser�a el material m�s grueso donde se utiliza los tamices de 3�, 2 ��, 2�, 1,5�, 1�, ��, ��, 3/8� y N�4, ya que para el material m�s fino se va a considerar el lavado estimando la norma ecuatoriana (NTE INEN 697, 2010) y la (ASTM C117, 2020) tal que se va a utilizar los tamices N�10, N�40 y N�200, y a pesar que se puede usar una m�quina de vibrado se opt� por realizarlo manualmente usando un tamiz individual durante un minuto golpeando fuerte un lado del tamiz y con un movimiento hacia arriba con la otra mano, este paso es importante para la especificaci�n del porcentaje de contenido de arcilla y limo en los materiales.

Para la densidad del agregado fino se usa la norma (ASTM C128, 2023), la cual indica que la muestra del agregado se debe sumergir en agua durante 24 � 4 horas para su saturaci�n, luego se quita el agua y se seca la muestra para despu�s hacer 3 capas del material en un cono, a la primera y segunda capa se dan 8 golpes con el pis�n y a la ultima 9 golpes, dando un total de 25 golpes por lo consiguiente se levanta el cono y el material debe de tener un derrumbamiento para que est� listo. Para el ensayo se toma 500gr de muestra, los cuales se introducen en un picn�metro con agua a un nivel aproximado del 90% de este, al que se lo puede llevar a ba�o mar�a y se agita hasta que el material no contenga ninguna burbuja de vac�o o se coloca en una bomba de vac�os en un lapso de tiempo de 5 � 10 min, y manualmente con un dedo tapa el picn�metro durante 15 � 20 minutos, por �ltimo se llena de agua hasta don indique la marca de calibraci�n del picn�metro con finalidad de pesarlo para despu�s colocar el contenido en un recipiente y dejarlo secar en el horno durante 24 � 4 horas a 110 � 5 �C y luego volver a pesar esta muestra. (Sebastian David Lascano, 2010)

La subbase granular es un material conformado ya sea por suelos naturales o combinaci�n con agregados obtenidos por proceso de trituraci�n o de cribado (Zambrano Meza, Tejeda Piusseaut, & Alonso Aaenlle , Materiales granulares mejorados con emulsi�n asf�ltica cati�nica para subbases de pavimentos., 2020). Estos se rigen a cumplir ciertos par�metros de calidad, instaurando que la capacidad portante m�nima sea de 30% y la cantidad de material que pase el tamiz N�40 se establece que debe tener un �ndice de plasticidad menor que 6 y un l�mite liquido m�ximo de 25 como lo indica (NTE INEN 691, 1982)/ (NTE INEN 692, 1982) y (ASTM D4318, 2018). El material de subbase granular tiene que estar libre de materias vegetales, basura, pedazos de arcilla o sustancias que ya complementadas en la capa de subbase granular puedan causar fallos en el pavimento. Aquellas especificaciones t�cnicas est�n establecidas en las normas ecuatorianas (Ministerio de Transporte y Obras P�blicas, 2002).

Seg�n el MTOP las subbases granulares se clasifican en tres tipos. Las subbases de clase 1 que est�n construidas con agregados obtenidos por trituraci�n de roca o gravas y graduados uniformemente dentro de los l�mites indicados para la granulometr�a Clase 1. Por lo menos el 30 % del agregado preparado deber� obtenerse por proceso de trituraci�n. Las subbases de clase 2 que est�n construidas con agregados obtenidos mediante trituraci�n o cribado en yacimientos de piedras fragmentadas naturalmente o de gravas y graduados uniformemente dentro de los l�mites indicados para la granulometr�a Clase 2. Y las subbases de clase 3 que est�n construidas con agregados naturales y que se hallen graduados uniformemente dentro de los l�mites indicados para la granulometr�a Clase 3 (Ministerio de Transporte y Obras P�blicas, 2002).

Para obtener la densidad seca m�xima del material granular se tom� en cuenta la norma (ASTM D1557, 2021), la que establece que se debe tamizar y recoger el material que pasa el tamiz ��, luego este ser� colocado en un molde cil�ndrico de 6 pulg. (152,4mm) de di�metro en 5 capas las cuales cada una ser� golpeada 56 veces por un pis�n de 10 lbf (44,48 N) desde una altura de 18 pulgadas (457mm) sometiendo as� al suelo a un esfuerzo aproximado de 56000 pie-lbf/pie3 (2700 kN-m/m3). Despu�s se toma el peso unitario, todo el proceso se vuelve a repetir con la finalidad de obtener una relaci�n curvil�nea conocida como curva de compactaci�n con la cual se consigue los valores de �ptimo contenido de agua y m�ximo peso unitario seco modificado.

Luego de obtener el contenido de agua �ptimo de cada muestra se procede a realizar el ensayo de CBR seg�n la norma (ASTM D1883, 2021), cual apunta a utilizar m�s de 5 kg de muestra ya saturada por el porcentaje de agua optimo por cada molde cil�ndrico cuya dimensi�n de estos son de 152,4 � 0,66 mm (6 � 0,026�) de di�metro interior y 177,8 � 0,46 mm (7 � 0,018�) de altura y encima de este un collar de 50,8 mm (2�) con una placa de base de 9,53 mm (3/8�) de espesor, antes de colocar la muestra se coloca al fondo un disco espaciador de 150,8 mm (5 15/16�) de di�metro exterior y de 61,37 � 0,127 mm (2,416 � 0,005�) de espesor, se colocaran 3 capas en 2 moldes, cada uno golpeado por un pis�n igual al del ensayo de Proctor Modificado 61 veces para uno y el otro 27 veces, despu�s se coloca un medidor de expansi�n y encima de este una o dos pesas anulares de 4,54 � 0,02 kg de masa y una pesa ranurada de 2,27 � 0,02 kg de masa, tales ser�n de metal, ya tomado todos los pesos los moldes se sumergen por completo en agua durante 96 horas (4 d�as) para luego tomar medidas con el deform�metro y llevar el molde a la prensa de carga para obtener la penetraci�n y las cargas de las muestras.

Por ende, el ensayo de CBR puede ser apropiada para evaluar la resistencia en la mezcla, determin�ndose del mismo modo la resistencia conservada, hallando la diferencia porcentual de mejora entre el CBR de natural de la subbase y el CBR de la mezcla entre la subbase, arena de playa y el cemento hidr�ulico. Asimismo, compactando las muestras de la subbase natural con la energ�a de compactaci�n del Proctor Modificado, para fijar el contenido de agua con el cual se debe compactar las mezclas (Zambrano Meza, Tejeda Piusseaut, & Alonso Aaenlle , Materiales granulares mejorados con emulsi�n asf�ltica cati�nica para subbases de pavimentos., 2020).

 

Desarrollo

Caracterizaci�n de la Arena de mar

La arena de playa y sus diferentes tama�os se determinan a trav�s de la geomorfolog�a costera, olas, transporte litoral, vientos, reg�menes mareales, descargas fluviales cerca de la playa y la composici�n de la arena, entre otros factores (Kasper-Zubillaga, Carranza-Edwards, & Morales-De la Garza, 2007), de modo que, se considera que las playas contienen una composici�n total de arena. A las arenas de playa que se escogi� para este caso de estudio en primer lugar se les realizo un estudio granulom�trico para descartar si su estructura es arcillosa o limoso tal como se indica en las tablas 1, 2 y 3, donde se tiene un resume de las propiedades granulom�tricas de serie fina obtenidas por medio del m�todo de lavado que conforman las arenas de las tres diferentes zonas elegidas, las cuales son Manta, San Vicente y Crucita ubicadas en la costa de Manab� estudiadas bajo la norma (NTE INEN 697, 2010) / (ASTM C117, 2020).

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 1: Granulometr�a por lavado de arena de playa de Manta

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 2: Granulometr�a por lavado de arena de playa de San Vicente

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 3: Granulometr�a por lavado de arena de playa de Crucita

 

En ninguna de las tres muestras de arenas en lo que pasa el tamiz No. 200 el material no supera m�s del 5% de contenido de fino por lo que se las considera como arenas limpias como se muestra en las tablas 1, 2 y 3. En el gr�fico 1 se observa como la arena de la playa de San Vicente presenta una granulometr�a m�s fina, por lo que se la considero a previo diagnostico t�cnico que es la apropiada seg�n las especificaciones granulom�tricas que se indican en las normas (NTE INEN 697, 2010)/ (ASTM C117, 2020).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 1: An�lisis granulom�trico de arenas de playas de Manab�

 

Para tener datos de referencias y poder contar con una diferencia f�sica entre las tres arenas examinadas se realizaron ensayos espec�ficos con la ayuda didacta del laboratorio SUELCON & ASF. Para el �ndice de plasticidad en la arena se sabe por lo general que son consideras no pl�sticas (NP)� para los tres casos, al� obtener su humedad natural de las muestras se tom� en consideraci�n 200 gr para cada una, siendo la muestra de Manta con mayor contenido de humedad con un 5,92%, siguiendo con la gravedad especifica bulk, se obtuvo con 500 gr de muestra de arena y tras el proceso con el picn�metro y el secado en el horno se puede considerar a la arena de San Vicente con el cociente de densidades de mayor gravedad especifica con 2,588, y lo mismo con la gravedad especifica bulk en condici�n saturada y superficialmente seca S.S.S. donde la muestra de San Vicente sigue con el cociente de densidades en el aire mejor con 2,664 y tenemos el porcentaje de absorci�n del agua entre los poros permeables del material donde las muestras de Manta y Crucita tienen un 2,99%. Y por lo tanto todos estos pasos que fueron aplicados se obtuvieron mediante la gu�a de las normas (ASTM D2216, 2019), y tal como se indica en la tabla 4, considerando todos los puntos experimentados la muestra de la arena de San Vicente al tener mejores caracter�sticas se puede llegar aproximar a ser una arena notablemente gradada para la investigaci�n.

 

 

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Tabla 4: Caracterizaci�n f�sica de arenas de playas de Manab�

 

Caracterizaci�n del Material granular de cantera (Uruzca) tipo subbase

Alrededor de unos 25 km de distancia de la playa de Manta, en el kil�metro 12 de v�a Portoviejo - Manta, se ubica la cantera URUZCA, la cual presenta material sedimentario de la Formaci�n R�o de Oro para uso general de construcciones civiles (Cede�o Cede�o, Ch�vez Chon Long, Mac�as S�nchez, & Ortiz Hern�ndez , 2022). Para el desarrollo de los ensayos de laboratorio se trabaj� con material de la cantera Uruzca designado por sus instalaciones como subbase Clase 3 triturada.

Con la ayuda del laboratorio SUELCON & ASF y de la Universidad t�cnica de Manab� se consigui� realizar todos los ensayos que se necesitan para obtener que tipo de caracter�sticas presentaba el material y en qu� tipo de clasificaci�n AASHTO se encuentra seg�n la (ASTM D3282, 2016) y las Especificaciones Generales para la Construcci�n de Caminos y Puentes (Ministerio de Transporte y Obras P�blicas, 2002), para la granulometr�a se emple� una muestra con un peso aproximado de 24.00 kg y adem�s �300 gr para el material fino como se ilustra en la tabla 5 la cual se cataloga a la subbase como buena.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 5: Clasificaci�n del material mediante sistema AASHTO

 

Tambi�n la granulometr�a realizada en base a la norma (NTE INEN 696, 2011) / (ASTM C136, 2020) y (NTE INEN 697, 2010) / (ASTM C117, 2020) confirm� el tipo de clase 3 que pertenece a la subbase, al tener los porcentajes que pasan de material entre el 100% en el tamiz 3� siendo el 100% de la muestra, entre el 30% - 70% en el tamiz N� 4 siendo el 43,09% de la muestra y entre el 0% - 20% en el tamiz N� 200 siendo 6,90% de la muestra, tal como se indica en la norma referenciada en la tabla 6 y comparando los resultados granulom�tricos realizados y obtenidos que se indican en la tabla 7.

El an�lisis granulom�trico del material granular se lo clasifica como un suelo bien gradado con presencia de arcilla y limos, tambi�n se observa en su mayor�a mezcla de grava y arena. Adem�s, el material granular tipo subbase es No pl�stico (NP) por la escasa presencia de finos (Rodr�guez Rinc�n, Rond�n Quintana, V�lez Pinz�n, & Aguirre Aguirre, 2006; Holcim Ecuador S.A. (n.d.), 2023). Y para a�adir una peque�a referencia m�s al material granular de subbase se opt� en clasificarla por el m�todo de la ASSHTO colocando a esta como A-1 teniendo en cuenta todos los datos previos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 6: Clasificaci�n granulom�trica para material de subbase

������������������������� ����������������������Fuente: MTOPT 001-F-2002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tabla 7: Granulometr�a del material de subbase de la cantera Uruzca

 

Para obtener la humedad natural del material nos basamos en la norma (ASTM D2216, 2019) la cual se obtuvo un promedio del 5,13% entre las dos muestras, y para tener en cuenta los requisitos de la INEN sobre los l�mites f�sicos del material, en la tabla 7 se muestra su respectiva comparaci�n.

 

 

 

Tabla 8: Caracter�stica del material granular tipo subbase de Cantera Uruzca

 

Ejecutando la norma (ASTM D1557, 2021), se realizo el ensayo de compactaci�n, ejecutado con la Energ�a del Proctor Modificado con un peso de 6kg y una secuencia de 2% de contenido de agua equivalente a la muestra, es decir (120ml). Se obtuvo el porcentaje de humedad �ptima del material granular el cual resulto tener el 13,60% y con una densidad seca m�xima de 1975 kg/m3 como se observa en el grafico 2. Continuando con estos datos de acuerdo a la norma (ASTM D1883, 2021) se realiz� el ensayo California Bearing Ratio: Ensayo de Relaci�n de Soporte de California (CBR) se emple� un peso aproximado de 12kg el cual permiti� conocer la capacidad de resistencia del material, tal como indica el grafico 3 el material al 100% de su m�xima densidad seca nos aporta un CBR del 35,8% con la humedad indicada aplicada.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 2: Curva de compactaci�n para relaci�n Humedad-Densidad de material granular

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 3: L�nea de compactaci�n para relaci�n CBR-Densidad de material granular

 

Proceso de la Combinaci�n Granulom�trica

Al tener una subbase que llega a cumplir con las especificaciones que se requiere en la elaboraci�n de un pavimento vial, pero al mismo tiempo hay resultados que se podr�an mejorar, este material se puede estabilizar con la arena de las tres diferentes playas seleccionadas y Cemento de moderado calor de hidrataci�n Holcim Base Vial ECO Planet Tipo MH el cual ofrece una mejor capacidad de resistencia portante por su bajo costo en el mercado. (Holcim Ecuador S.A. (n.d.), 2023)

Para un material de subbase tipo A-1-a la empresa Holcim Ecuador recomienda aplicar un porcentaje de 5% de cemento Holcim Base Vial Tipo MH para los ensayos de humedad y densidad, pero tomando en cuenta que la subbase ya contaba con un considerable porcentaje de material catalogado como grava con finos, y agregaremos un 5% de arena del peso total de la muestra, se consider� aplicar 1% de este cemento a la combinaci�n experimental de las tres muestras.

Se ensayaron tres muestras las cuales cada una conten�a 18 kg de material de subbase dividi�ndola en dos siendo 6 kg para sus respectivos moldes, agregando 0,9kg de arena de playa siendo estos los 5% referenciados y 0,18kg de cemento Holcim Base Vial Tipo MH siendo este 1% que se referencia.

Aplicando la norma (ASTM D1557, 2021) se les realiza a las tres muestras estabilizadas el ensayo de compactaci�n Proctor modificado con un peso de 6 kg, con la misma secuencia del aumento del 2% del material granular ya mencionada equivaliendo a la porci�n de agua (120ml), para la muestra de Manta resulto tener una humedad optima de 10,8% y una densidad seca m�xima de 2064 kg/m3, a continuaci�n la muestra de San Vicente resulto con una humedad optima de 10,5% y una densidad seca m�xima de 2080 kg/m3 y por �ltimo la muestra de Crucita resulto una humedad optima de 9,20% y una densidad seca m�xima de 2072 kg/m3 tal como se refleja en los gr�ficos 4, 5 y 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 4: Curva de compactaci�n para relaci�n Humedad-Densidad de material granular estabilizado con arena de playa de Manta y cemento Holcim Base Vial Tipo MH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 5: Curva de compactaci�n para relaci�n Humedad-Densidad de material granular estabilizado con arena de playa de San Vicente y cemento Holcim Base Vial Tipo MH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 6: Curva de compactaci�n para relaci�n Humedad-Densidad de material granular estabilizado con arena de playa de Crucita y cemento Holcim Base Vial Tipo MH

Tras obtener los resultados de los ensayos de compactaci�n Proctor de las muestras estabilizadas proseguimos bas�ndonos en las normas (ASTM D1883, 2021) para realizar el ensayo de CBR a las tres muestras de 12kg cada una. Tal que el material estabilizado con la muestra de arena de Manta en su m�xima densidad seca tiene un CBR del 36,30% siendo la capacidad menor entres las tres muestras, ya que se puede asociar este resultado con la de la gravedad especifica de esta arena.

La muestra con arena de San Vicente en su m�xima densidad seca tiene un CBR del 47% siendo la capacidad portante mayor de las otras dos muestras, este resultado se pudo deducir desde que se compar� las propiedades f�sicas de las arenas y tomando en cuenta que la gravedad especifica bulk es la mejor.

La muestra con arena de Crucita en su m�xima densidad seca tiene un CBR del 41% tal como indica el grafico 7, 8 y 9, puesto a que la muestra con arena de San Vicente presenta un mejor CBR, es la que se considera con mayor capacidad portante y al combinar con el cemento Holcim Base Vial Tipo MH se pudo llegar a obtener este aumento de resistencia portante.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 7: L�nea de compactaci�n para relaci�n CBR-Densidad de material granular estabilizado con arena de playa de Manta y cemento Holcim Base Vial Tipo MH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 8: L�nea de compactaci�n para relaci�n CBR-Densidad de material granular estabilizado con arena de playa de San Vicente y cemento Holcim Base Vial Tipo M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gr�fico 9: L�nea de compactaci�n para relaci�n CBR-Densidad de material granular estabilizado con arena de playa de Crucita y cemento Holcim Base Vial Tipo MH

 

A continuaci�n, se podr� observar en la tabla 9 ilustra un resumen general de los resultados obtenidos tras la investigaci�n realizada, obteniendo las propiedades f�sicas del material en su estado natural y estabilizado con los materiales agregados:

 

Tabla 9: Resumen general de las propiedades f�sicas del material de subbase de todos los ensayos

 

Conclusiones

Como resultado de la investigaci�n experimental se llega a las siguientes conclusiones generales: La granulometr�a siendo unos de los primeros ensayos importantes realizados al material de subbase junto a la humedad natural, hizo que se identificara al material como Clase 3 tal y como indica la norma MTOP y en el caso de la arena se realiz� un ensayo de lavado el cual demostr� que su composici�n no conforma m�s del 5% del contenido de fino cumpliendo as� con los requisitos para la investigaci�n.

Las tres combinaciones realizadas aumentaron su densidad en el ensayo de Proctor considerablemente esto se debe a que el cemento hidr�ulico y la arena de playa tienden a presentar la peculiar relaci�n entre sus part�culas de unificar al no crear demasiados poros, y, por ende, se da una mejor compactaci�n con el material granular de subbase dando a esa una aportaci�n mayor de resistencia, tal y como pasa en un fraguado de hormig�n.

La resistencia portante mejoro en todas las combinaciones, siendo la combinaci�n con la arena de San Vicente la mejor es aspecto de resistencia, esto se debe a que la muestra de arena presente estad�sticas mejores en densidad, haciendo que la muestra en combinaci�n obtenga mejores resistencias tal que esta se convierte en una mezcla homog�nea y m�s la humedad aplicada al material tiende a solidificarse mejor con esta arena ya que se tiene en presente que a cada una de las muestra se le aplico el mismo porcentaje de cemento hidr�ulico por ensayo.

Tomando en cuenta el criterio econ�mico puede resultar factible utilizar cierto porcentaje de arena de playa de San Vicente, ya que se demostr� que con solo 1% de cemento hidr�ulico utilizado, m�s el 5% de arena de playa, la resistencia portante del material granular de subbase aumento en un 11.2% en el mejor resultado, considerando que se recomienda un 5% de cemento hidr�ulico para tipos de suelo A-1, y por el lado ambiental se tiene que estimar un l�mite de recolecci�n de arena o zona precisas que est�n evaluadas para esta acci�n, si se quisiera realizar alg�n mejoramiento de alg�n proyecto, para as� tampoco no perjudicar el ecosistema elegido.

El material granular de subbase en general tras el mejoramiento con agregados cumple con las normas que pronuncia la MTOP para una subbase de clase 3, ya que el CBR en su estado no saturado del material y tambi�n en todas las muestras combinadas ensayadas supera el 30% de su capacidad portante, adem�s sus propiedades granulom�tricas est�n dentro del intervalo que rige la norma y por ende sus propiedades f�sicas tambi�n cumple con estas.

 

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