Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
2017
Evaluación del índice de CBR de un suelo areno limoso con Evaluación del índice de CBR de un suelo areno limoso con
adición de emulsión asfáltica de rompimiento lento y tirillas de adición de emulsión asfáltica de rompimiento lento y tirillas de
polisombra polisombra
Camilo Andres Murcia Niño Universidad de La Salle, Bogotá
Ivon Natalia Fonseca Rodríguez Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil
Part of the Civil Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Murcia Niño, C. A., & Fonseca Rodríguez, I. N. (2017). Evaluación del índice de CBR de un suelo areno limoso con adición de emulsión asfáltica de rompimiento lento y tirillas de polisombra. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_civil/318
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Civil by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
EVALUACIÓN DEL ÍNDICE DE CBR DE UN SUELO ARENO LIMOSO CON
ADICIÓN DE EMULSIÓN ASFÁLTICA DE ROMPIMIENTO LENTO Y
TIRILLAS DE POLISOMBRA.
CAMILO ANDRES MURCIA NIÑO
IVON NATALIA FONSECA RODRÍGUEZ
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGNIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2017
Evaluación del índice de CBR de un suelo areno limoso con adición de emulsión asfáltica
de rompimiento lento y tirillas de polisombra.
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil
Director Temático
Ing. Edgar Alexander Padilla González
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2017
Nota de aceptación:
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
____________________________
Firma del presidente del jurado
____________________________
Firma del jurado
___________________________
Firma del jurado
AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan sus agradecimientos a:
La Universidad de La Salle por abrirnos las puertas y admitirnos ser parte de la
comunidad lasallista, guiandonos en la formación como profesionales, preparándonos para
el camino como ingenieros civiles. Así mismo, agradecer por permitirnos llevar a cabo este
trabajo de grado en las instalaciones que han sido acomodadas para que los estudiantes
hagamos uso de ellas.
Nuestro director de tesis, el Ingeniero Edgar Alexander Padilla, especiales
agradecimientos por permitirnos acudir a sus conocimientos y llevar a cabo este proyecto,
siendo de gran apoyo y guía enseñándonos siempre un poco más. De la misma manera
agradecerle a todos los profesores de los que adquirimos continuos conocimientos.
El laboratorista Luis Eduardo Borja Vargas, quien sirvió de gran ayuda para poder
realizar los ensayos de laboratorio, que junto con su experiencia y dedicación permitió que
se desarrollaran correctamente.
DEDICATORIA
Dedico primeramente a Dios por permitirme hacer de este sueño una realidad y
dejarme llegar a este momento tan especial en mi vida, permitiéndome superar las
adversidades para lograr todos mis objetivos.
Doy gracias a mi familia por el apoyo brindado en especial a mi abuela Fanny por
extenderme la mano. siempre pensando en mis metas y ser incondicional en las
circunstancias que se presentaron en el camino. Dedico este triunfo a mis padres por
impulsarme a lograr mi proyecto de vida, mi mama por que con su experiencia siempre
tiene una vos de aliento para sobrepasar los problemas en cualquier momento, a mi papa
por apoyarme en todo lo que me propongo sin importar las consecuencias, a mi hermano
por ser un ejemplo de constancia y superación, a mi tío enrique por brindarme sus
concejos y su ayuda cuando lo necesito, por ultimo a todos los familiares que directa e
indirectamente estuvieron apoyándome y fueron parte fundamental de este logro.
Así mismo le doy las gracias a mi compañera Ivon por su dedicación por ser una
excelente compañía en este proyecto, sin la ayuda de ella esto no habría sido posible, le
agradezco a mis amigos y a todas esas personas que se me pasan en estos momentos por
haber estado a lo largo de mi camino ofreciendo su ayuda en este proyecto.
Camilo Andres Murcia Niño
En primer lugar quiero dedicarle este trabajo de grado a mis padres Josefina y Gilberto,
pues son quienes me han dado su ejemplo, apoyo y consejos durante toda la carrera, me
han dado su compresión y guía para lograr todas las metas propuestas en el camino.
A mis hermanos Jhon y Diego, quienes han sido un modelo a seguir para lograr lo que me
propongo, poder seguir adelante con mis proyectos y seguir construyendos sueños para un
futuro.
A mis compañeros que fueron fieles testigos del trabajo y esfuerzo colocado a lo largo de
este proyecto y quienes colocaron un granito de arena para el progreso y cumplimiento de
este proyecto.
Ivon Natalia Fonseca Rodríguez
Tabla de contenido
Introducción ............................................................................................................................ 1
Problema ................................................................................................................................. 1
Planteamiento del problema ................................................................................................... 1
Formulación del problema .................................................................................................. 2
Justificación ........................................................................................................................ 3
Delimitación ....................................................................................................................... 3
Objetivos ................................................................................................................................. 3
Objetivo general ................................................................................................................. 3
Objetivos específicos .......................................................................................................... 4
Marco referencial .................................................................................................................... 4
Marco teórico conceptual ................................................................................................... 4
Subrasante: ......................................................................................................................... 4
Mejoramiento del suelo: ..................................................................................................... 4
Emulsión asfáltica: ......................................................................................................... 5
Emulsiones aniónicas: .................................................................................................... 5
Emulsiones catiónicas: ................................................................................................... 5
Rompimiento de las emulsiones asfálticas: .................................................................... 5
Estabilización con emulsión asfáltica: ............................................................................ 7
Polisombra: ..................................................................................................................... 8
Polietileno. ...................................................................................................................... 8
Antecedentes ........................................................................................................................... 9
Marco legal ....................................................................................................................... 14
Metodología .......................................................................................................................... 16
Tipo de investigación ....................................................................................................... 16
Diseño experimental ......................................................................................................... 16
Primera fase: Recopilación de información.................................................................. 16
Segunda fase. Obtención del material .......................................................................... 17
Tercera fase. Ensayos de laboratorio ............................................................................ 17
Cuarta fase. Análisis de resultados y conclusiones ...................................................... 19
Plan de ensayos ................................................................................................................. 19
Materiales y métodos ............................................................................................................ 21
Materiales ......................................................................................................................... 21
Emulsión ....................................................................................................................... 21
Polisombra .................................................................................................................... 23
Suelo natural. ................................................................................................................ 24
Trabajo ingenieril ............................................................................................................. 26
Caraterización del suelo natural ........................................................................................... 29
Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos INV E – 123 - 13............. 29
Determinación del límite líquido de los suelos INV E-125-13 ........................................ 30
Límite plástico e índice de plasticidad de los suelos INV E-126-13 ................................ 32
Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) de muestras de suelo,
roca y mezcla de suelo agregado INV E-122-13 .............................................................. 33
Relaciones de humedad - peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E-141-13 .......................................................................................... 34
CBR de suelos compactados en el laboratorio INV E 148-13 ......................................... 36
Ensayos para la mezcla 1 ...................................................................................................... 38
Relaciones de humedad - peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E-141-13 .......................................................................................... 38
CBR de los suelos compactados en el laboratorio INV E-148-13 ................................... 43
Ensayos para la mezcla 2 ...................................................................................................... 49
Relaciones de humedad – peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E 141-13 ........................................................................................... 49
CBR de los suelos compactados en el laboratorio INV E-148-13 ................................... 54
Ensayos para la mezcla 3 ...................................................................................................... 61
Relaciones de humedad – peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E 141-13 ........................................................................................... 61
CBR de los suelos compactados en el laboratorio INV E-148-13 ................................... 62
Análisis de resultados ........................................................................................................... 65
Conclusiones ......................................................................................................................... 66
Recomendaciones ................................................................................................................. 67
Fuentes de información bibliográfica ................................................................................... 67
Lista de tablas
Tabla 1. Ensayos realizados al suelo .................................................................................... 14
Tabla 2. Ensayos realizados a la emulsión asfáltica. ............ ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 3. Ensayos realizados a la mezcla 1............................ ¡Error! Marcador no definido.
Tabla 4. Ensayos para la mezcla 2. ....................................................................................... 15
Tabla 5. Mezclas para el porcentaje óptimo de emulsión asfáltica. ..................................... 18
Tabla 7. Convenciones de las mezclas utilizadas. ................................................................ 19
Tabla 8. Número de ensayos realizados para el suelo. ......................................................... 20
Tabla 9. Datos de la emulsión asfáltica CRL-1. ................................................................... 22
Tabla 10. Requisitos para el material. .................................................................................. 26
Tabla 11. Resultados de humedades y densidades de la mezcla 1. ...................................... 41
Tabla 12. Resultados de CBR de la mezcla 1. ...................................................................... 48
Tabla 13. Resultados de humedades y densidades de la mezcla 2 ....................................... 52
Tabla 14. Resultados del CBR de la mezcla 2 ...................................................................... 59
Tabla 15. Resumen de los ensayos realizados. ..................................................................... 64
Lista de figuras
Figura 1. Fases de la emulsión asfáltica. ................................................................................ 5
Figura 2. Rompimiento de la emulsión sobre el material pétro.............................................. 6
Figura 3. Clasificación de emulsiones asfálticas según su carga eléctrica. ............................ 7
Figura 4. Requisitos de la emulsión asfáltica. ...................................................................... 22
Figura 5. Resistencia a la tensión de diferentes longitudes de fibras de polisombra. .......... 23
Figura 6. Gráfica del porcentaje de deformación en las diferentes longitudes de fibras de
polisombra. ........................................................................................................................... 24
Figura 7. Tirillas de polisombra de 4cm. .............................................................................. 24
Figura 8. Ubicación de la cantera Dromos. .......................................................................... 25
Figura 9. Material separado por el tamiz #4. ........................................................................ 25
Figura 10. Laboratorio Geolab. ............................................................................................ 26
Figura 11. Espacio para llevar a cabo los ensayos de límites. .............................................. 27
Figura 12. Cazuela de Casagrande. ...................................................................................... 27
Figura 13. Herramienta usada para el ensayo de CBR. ........................................................ 28
Figura 14. Máquina Marshall. .............................................................................................. 28
Figura 15. Tamices utilizados para llevar a cabo el ensayo. ................................................ 29
Figura 16. Curva granulométrica del suelo. ......................................................................... 30
Figura 17. Ensayo de límite líquido...................................................................................... 30
Figura 18. Unión de la muestra dividida con 15, 25 y 36 golpes respectivamente. ............. 31
Figura 19. Muestras húmedas del ensayo. ............................................................................ 31
Figura 20. Muestras secas del ensayo de límite plástico. ..................................................... 31
Figura 21. Curva de fluidez del suelo. .................................................................................. 32
Figura 22. Rollos formados con el material. ........................................................................ 33
Figura 23. Muestra del suelo húmedo que pasa por el tamiz #4. ......................................... 34
Figura 24. Muestra húmeda del material SBG-50. ............................................................... 34
Figura 25. Proctor realizado al suelo .................................................................................... 35
Figura 26. Curva de compactación del suelo. ....................................................................... 35
Figura 27. Papel filtro colocado en la muestra. .................................................................... 36
Figura 28. Muestras de CBR en inmersión. ......................................................................... 36
Figura 29. Gráfica de expansión del suelo. .......................................................................... 37
Figura 30. Curvas de penetración del suelo .......................................................................... 37
Figura 31. Curva de densidad seca del suelo. ....................................................................... 38
Figura 32. Muestra del proctor realizado a la mecla 1 con 3, 6 y 9% de emulsión
respectivamente .................................................................................................................... 39
Figura 33. Curva de compactación de la mezcla S-3-0. ....................................................... 39
Figura 34. Curva de compactación de la mezcla S-6-0. ....................................................... 40
Figura 35. Curva de compactación de la mezcla 1 S-9-0. .................................................... 41
Figura 36. Relación de densidades de la mezcla 1. .............................................................. 42
Figura 37. Dispersión de las densidades de la mezcla 1. ...................................................... 42
Figura 38. Relación de densidades de la mezcla 1. .............................................................. 43
Figura 39. Dispersión de las humedades de la mezcla 1. ..................................................... 43
Figura 40. Gráfica de expansión de la mezcla S-3-0. ........................................................... 44
Figura 41. Curvas de penetración de la mezcla S-3-0. ......................................................... 44
Figura 42. Curva de densidad seca de la mezcla S-3-0. ....................................................... 45
Figura 43. Gráfica de expansión de la mezcla S-6-0. ........................................................... 45
Figura 44. Curvas de penetración de la mezcla S-6-0. ......................................................... 46
Figura 45. Curvas de densidad seca de la mezcla S-6-0. ...................................................... 46
Figura 46. Gráfica de expansión de la mezcla S-9-0. ........................................................... 47
Figura 47. Curvas de penetración de la mezcla S-9-0. ......................................................... 47
Figura 48. Curvas de densidad seca de la muestra S-9-0. .................................................... 48
Figura 49. Relación de CBR de la mezcla 1. ........................................................................ 49
Figura 50. Dispersión de CBR de la mezcla 1 ...................................................................... 49
Figura 51. Curva de compactación de la mezcla S-0-0,5. .................................................... 50
Figura 52. Curva de compactación de la mezcla S-0-1,0. .................................................... 51
Figura 53. Curva de compactación de la mezcla S-0-1,5. .................................................... 51
Figura 54. Relaciones de humedad de la mezcla 2. .............................................................. 52
Figura 55. Dispersión de humedades mezcla 2. ................................................................... 53
Figura 56. Relaciones de densidad de la mezcla 2. .............................................................. 53
Figura 57. Dispersión de densidades de la mezcla 2. ........................................................... 54
Figura 58. Gráfica de expansión de la mezcla S-0-0,5 ......................................................... 54
Figura 59. Curvas de penetración de la mezcla S-0-0,5. ...................................................... 55
Figura 60. Curva de densidad seca de la mezcla S-0-0,5. .................................................... 55
Figura 61. Gráficas de expansión de la mezcla S-0-1,0. ...................................................... 56
Figura 62. Curvas de penetración de la mezcla S-0-1,0. ...................................................... 56
Figura 63. Gráfica de densidad seca de la mezcla S-0-1,0. .................................................. 57
Figura 64. Gráfica de expansión de la mezcla S-0-1,5. ........................................................ 57
Figura 65. Curvas de penetración para la mezcla S-0-1,5. ................................................... 58
Figura 66. Curva de densidad seca de la muestra S-0-1,5. ................................................... 58
Figura 67. Relación de CBR de la mezcla 2. ........................................................................ 59
Figura 68. Dispersión de CBR de la mezcla 2. ..................................................................... 60
Figura 69. Determinación de los materiales para la mezcla 3. ............................................. 61
Figura 70. Curva de compactación de la mezcla S-3-1,0. .................................................... 62
Figura 71. Gráfica de expansión de la mezcla S-3-1,0. ........................................................ 62
Figura 72. Curvas de compactación de la mezcla S-3-1,0.................................................... 63
Figura 73. Curva de densidad seca de la mezcla S-3-1,0. .................................................... 63
1
Introducción
De acuerdo a la resistencia de algunos materiales, éstos no se consideran adecuados para
el uso de carreteras, es por esto que se decide evaluar el comportamiento que tienen la
emulsión asfáltica y la polisombra de alta densidad al ser adicionados a una arena limosa y
de esta manera ver si es viable esta opción para aumentar la resistencia del suelo y así
mismo economizar la realización de las estructuras viales.
Se tomó como alternativa innovadora la polisombra, siendo este un material reciclado
sobrante de las obras, teniendo una percepción amigable con el medio ambiente con el fin
de encontrar un segundo uso a este material. La adición de las tirillas se realizó en
diferentes dosificaciones de acuerdo al peso del suelo (0.5, 1.0 y 1.5%), evaluando el
comportamiento del suelo, se obtuvo una cantidad óptima para realizar la mezcla junto a la
emulsión asfáltica.
De acuerdo a las especificaciones del INVIAS, la emulsión asfáltica para llevar a cabo
este proceso debe ser de rompimiento lento, la cual, de la misma manera que la polisombra,
se adicionó en distintos porcentajes con respecto al suelo (3, 6 y 9%) y se determinó un
porcentaje óptimo para realizar la mezcla final.
Problema
Planteamiento del problema
El trabajo ingenieril en las vías terrestres colombianas exige de un mayor trabajo
investigativo en el área de las propiedades del suelo y de la solución que se puede dar para
mejorar sus características. En cuanto a las propiedades de los suelos, muchos no cuentan
2
con las características suficientes para clasificar como adecuados en la utilización de
estructuras viales, por ello, con la implementación de la emulsión asfáltica y la polisombra,
se busca mejorar los materiales con el fin de lograr las características adecuadas, por eso es
importante analizar y procesar todos los resultados para poder priorizar las dosificaciones
de los materiales que le serán adicionados.
Tomando como referencia la polisombra, siendo el material a investigar como aditivo
para el mejoramiento del suelo que se encuentra en las diferentes construcciones en el país,
se opta por generar un proyecto que fomente la reutilización de este producto en el
mejoramiento del suelo en las diferentes vías que cuenten con un mal material en cuanto a
la resistencia, disminuyendo la contaminación ambiental a causa de la reutilización de
residuos sólidos.
De acuerdo con el Decreto nacional 4741 de 2005, los residuos sólidos de origen
domiciliario serán objeto del proyecto de Acuerdo 113 del 2011, “por medio del cual se
establecen los centros de disposición de residuos domiciliarios peligrosos para Bogotá,
D.C.”. Teniendo entonces que diariamente se producen alrededor de 6500 toneladas de
residuos sólidos, donde el 70% tienen potencial de reciclaje. A nivel nacional se hablan de
27.300 toneladas de basura y anualmente 10’037.500 toneladas, de los cuales el 10% de los
residuos sólidos es recuperado (Decreto 4741, 2005).
Formulación del problema
¿Cuál es el cambio en el índice CBR de un suelo areno limoso al adicionar tirillas de
polisombra y emulsión asfáltica de rompimiento lento?
3
Justificación
El proyecto está enfocado en realizar ensayos experimentales que permitan determinar
que la mezcla de suelo con la polisombra y la emulsión asfáltica sean materiales que
podrían mejorar el índice de CBR, lo cual indica que ofrecería características beneficiosas
que mejoren la resistencia del suelo, y así se pueda generar una nueva alternativa a este
producto. Por otro lado, se busca disminuir costos en estos tipos de construcciones,
haciendo que la reutilización de la polisombra reciclada sea una mejor opción en el
mejoramiento de suelos, dejando abierta una investigación para futuros grupos
investigativos que se enfoquen en este ramo, dando un avance a la ingeniería civil, con
innovadoras ideas que bajen costos y así mismo ayuden a preservar el medio ambiente.
Delimitación
Para llevar a cabo el proyecto se usará un suelo areno limoso (clasificación A-2-4 según
AASHTO) extraída de la cantera de la Planta Dromos Pavimentos S.A. ubicada en el Km 3
vía Balsillas-Cundinamarca, la cual es un material que cuenta con las propiedades
adecuadas para llevar a cabo el proyecto, las cuales se quieren incrementar para permitir un
mejor funcionamiento de este material en una estructura de pavimentos, definiendo así que
el objetivo del proyecto sea estudiar las mejoras que pueda haber en cuanto a la resistencia
del suelo.
Objetivos
Objetivo general
Estudiar el comportamiento de índice de CBR de un suelo areno limoso con la adición
de emulsión asfáltica y polisombra en diferentes dosificaciones.
4
Objetivos específicos
Evaluar la capacidad portante del suelo al adicionar la emulsión asfáltica y la
polisombra.
Identificar la influencia que tiene la adición de diferentes porcentajes de polisombra con
respecto a la resistencia del suelo.
Realizar una comparación en cuanto a resistencia del suelo con las mezclas suelo-
emulsión, suelo-polisombra y suelo-emulsión-polisombra.
Marco referencial
Marco teórico conceptual
Subrasante: La subrasante corresponde a un suelo que sirve como fundación para la
estructura del pavimento, las cuales cuentan con propiedades ingenieriles tales como la
clasificación de suelos, plasticidad, resistencia al corte, susceptibilidad a las heladas y
drenaje (Díaz Rodríguez, 2010)
Mejoramiento del suelo: Las técnicas de mejoramiento de suelos consisten en mejorar
el comportamiento de un suelo por una acción física como lo son las vibraciones o por la
inclusión en el suelo de una mezcla del suelo con un material más resistente, con el fin de,
según el tipo de suelo, aumentar la capacidad y/o la resistencia al corte, disminuir los
asentamientos incrementando su estabilidad volumétrica. Del mismo modo se busca que no
sea susceptible al agrietamiento, mejorar su resistencia a la erosión y en casos específicos
de procura disminuir su permeabilidad. Los ámbitos de aplicación de las distintas técnicas
dependen esencialmente de la naturaleza y la granulometría de los terrenos que se quieran
mejorar (Cortez, 2009).
5
Emulsión asfáltica: Se puede definir una emulsión como una dispersión fina más o
menos estabilizada de un líquido en otro, los cuales son no miscibles entre sí y están unidos
por un emulsificante, emulsionante o emulgente. Las emulsiones son sistemas formados por
dos fases parcial o totalmente inmiscibles, en donde una forma la llamada fase continua (o
dispersante) y la otra la fase discreta (o dispersa). Esto puede apreciarse en la Figura 1, en
donde se muestra un dibujo esquemático de una emulsión (Rodríguez, Castaño, &
Martínez, 2001).
Emulsiones aniónicas: En este tipo de emulsiones el agente emulsificante les confiere
una polaridad negativa a los glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga negativa.
Emulsiones catiónicas: En este tipo de emulsiones el agente emulsificante les confiere
una polaridad positiva a los glóbulos, o sea que éstos adquieren una carga positiva.
Figura 1. Fases de la emulsión asfáltica (Rodríguez et al. 2001).
Rompimiento de las emulsiones asfálticas: Al utilizar emulsiones asfálticas hay que
controlar el rompimiento de la emulsión lo cual indica que este fenómeno tiene que tener
un tiempo determinado para desarrollar la capa sobre el material pétreo, esto se genera por
6
las cargas eléctricas que tiene el material pétreo y el asfalto lo cual permite que se adhieran,
durante este proceso se elimina el agua (Rodríguez et al.,2001).
Figura 2. Rompimiento de la emulsión sobre el material pétro (Rodríguez et al.,2001).
Emulsiones de rompimiento rápido: Estas emulsiones no tienen capacidad de mezclarse
con agregados, se utilizan para riegos de sello, sellos de arena y tratamientos superficiales
ya que reaccionan rápidamente con el agregado y revierten al estado del asfalto.
Emulsiones de rompimiento medio: Estas emulsiones no rompen al instante al entrar en
contacto con el agregado. Normalmente se emplean para carpetas de mezcla en frío
elaboradas en planta, especialmente cuando el contenido de finos es menor o igual al 2%,
así como en trabajos de conservación tales como bacheos, renivelaciones y sobrecarpetas.
Emulsiones de rompimiento lento: Estas emulsiones se diseñan para mezclarse con
agregados finos. Se emplean para carpetas de mezcla en frío elaboradas en planta y para
estabilizaciones asfálticas. Son designadas para máxima estabilidad del mezclado
(Rodríguez et al.,2001).
7
Figura 3. Clasificación de emulsiones asfálticas según su carga eléctrica (Rodríguez et al.,
2001).
Estabilización con emulsión asfáltica: Los materiales bituminosos son ideales para la
estabilización de suelos con índice de plasticidad menor a 10, estas le confieren resistencia,
impermeabilidad y cierta resiliencia al suelo tratado. La posibilidad de estabilizar suelos de
grano fino depende de su plasticidad y de la cantidad de material que pasa el tamiz #200.
De acuerdo al tipo de suelo que se deba estabilizar, varía la función de la emulsión asfáltica
como uso en la estabilización, en el caso de los suelos granulares, su función será
suministrar resistencia cohesiva e impermeabilizar el suelo que posee altos valores de
resistencia friccional. Para las arenas, el material bituminoso ideal serán las emulsiones
asfálticas de endurecimiento lento como EB-L.
Al combinar el ligante asfáltico de una emulsión con un material o componente mineral,
se mejorarán sus características resistentes, siendo este el principal objetivo de su
estabilización. El material bituminoso se redistribuye en forma de película continua,
envolviendo parcial o totalmente el material a estabilizar, tratando de que se logre una
resistencia apreciable, disminuyendo su capacidad de absorción y aumentando su capacidad
de cohesión (González, Jiménez, & López , 2009).
8
Polisombra: La polisombra es una malla tejida compuesta de fibras en polietileno de
alta resistencia, con un aditivo UV que protege el material de la decoloración y los rayos
Ultra violeta, así como también de las inclemencias de cualquier tipo de clima. Se fabrica
en diferentes porcentajes, los cuales se refieren al grado de abertura en porcentaje de los
orificios en la malla de la siguiente manera: 35%, 50%, 65% y 80%. Entre el número sea
más bajo, el tejido tiene una mayor abertura y por ejemplo en la Polisombra al 80% la
abertura es mínima (muy cerrada) (Plastempack, s.f.).
Polietileno.
El polietileno es un polímero resultante de la polimerización del etileno, sometiéndolo a
bajas presiones. Comúnmente se diferencian dos tipos, los polietilenos de baja densidad y
los de alta densidad, que son en los cuales se realizará el énfasis para el desarrollo del
estudio.
Polietileno de alta densidad: El polietileno de alta densidad es un polímero de cadena
lineal no ramificada, es más duro, fuerte y un poco más pesado que el polietileno de baja
densidad, pero menos dúctil. Su principal uso se da en la obtención de láminas y botellas.
En presencia de la luz se produce una degradación incluso a temperaturas ordinarias y en
presencia del oxígeno, el polietileno es mucho menos estable, se produce oxidación y
degradación de las moléculas del polímero a 50°C. La fotooxidación produce coloración,
deterioro en las propiedades físicas y pérdida de resistencia mecánica, lo cual conlleva al
agrietamiento y ruptura de las muestras sometidas a tensión (Gomez, 2011).
9
Antecedentes
En cuanto a la problemática de los desechos producidos en Colombia con respecto a las
obras civiles, se ha tratado de promover la reutilización de materiales no degradables una
vez que haya cumplido su vida útil, así como el PET, las llantas usadas, el PVC, la malla
Raschell, entre otros materiales que puedan causar un impacto ambiental negativo. Así
mismo, se implementa el uso de la emulsión asfáltica en suelos granulares. Para ello, se han
realizado varios estudios que ayuden a la correcta aplicación de estos materiales en el
mejoramiento de los suelos, siendo una base para poder llevar a cabo el presente proyecto.
En el 2010, Calidonio, E, Carrillo, S, y Meléndez, C. realizaron la tesis Diseño de
mezcla suelo-agregado-emulsión como alternativa para mejoramiento de caminos de bajo
volumen de tránsito, en donde expresan una problemática en el país del salvador, que indica
que no hay vías transitables y el método de transformarlas en una vía transitada es
utilizando el asfalto. Calidonio, E, Carrillo, S, y Meléndez, C, dieron una opción que sea
económica y amigable con el medio ambiente, realizando un diseño de mezcla para realizar
el proyecto llamado SAE (suelo-agregado-emulsión). Se encontraron dos tipos de suelos a
lo largo de los 200 metros que según la clasificación AASHTO fue A-2-4 y A-1-a.
Realizando ensayos como granulometría, límites de consistencia, gravedad específica,
proctor modificado, humedad, CBR, destilación residual asfalto, densidad, carga de la
partícula, asentamiento, viscosidad saybolt, penetración, punto de reblandecimiento y
resistencia a la compresión simple.
El porcentaje de emulsión que se utilizó fue bajo, debido a la composición granular de la
mezcla, teniendo porcentajes de 4%, 6% y 8% de emulsión asfáltica. Obteniendo el
porcentaje óptimo de esta mezcla de 4% ya que el resultado de CBR fue de 22%, su
10
resistencia en seco fue de 28,74 kg/cm2, su resistencia en inmersión de 19,36 kg/cm
2, con lo
cual se pudo determinar una mezcla óptima para hacer parte de una de una vía, pero esta
debe ser de bajo tránsito. Calidonio, E, Carrillo, S, y Meléndez, C. dieron como
recomendaciones evitar el tránsito de carros y peatones por dos horas después de su
elaboración para evitar ahuellamiento; se debe compactar en dos capas, cada una de 12,5
cm y si se utiliza una humedad inicial de 2% y se realiza al mismo tiempo, la mezcla será
un poco más manejable por la cantidad de agua (Calidonio, E, Carrillo, S, y Meléndez, C.,
2010).
En la Universidad de La Salle se realizó un estudio reciente realizado por Moyano C. y
Tirano A. llamado Análisis de la resistencia y durabilidad de un suelo-cemento adicionando
material no biodegradable polietileno malla raschel (polisombra) reciclada en diferentes
porcentajes en relación con el peso del suelo en el 2016, con el fin de determinar la
resistencia y durabilidad de un suelo-cemento adicionando un material no biodegradable
como lo es la polisombra en diferentes porcentajes, los cuales fueron de 0,5%, 1% y 1,5%
en seis longitudes diferentes (4cm, 6cm, 8cm, 10cm, 12cm y 14cm). Para la caracterización
del suelo realizaron ensayos básicos de identificación (granulometría y límites de
Attemberg), ensayos complementarios de identificación (Humedad, densidad natural y
contenido de materia orgánica) y ensayos de caracterización del comportamiento
(resistencia a la compresión simple, durabilidad, proctor modificado, resistencia a la
compresión y relación humedad-densidad). Para determinar la longitud de las tirillas para
agregar a la mezcla, realizaron el ensayo de tensión de costilla proveniente de las Normas
Técnicas Colombianas NTC 5492 – 07.
11
Por medio de los ensayos de caracterización se determinó que el suelo usado es un suelo
A-2-4 se acuerdo al sistema de clasificación AASHTO, el cual resulta ser un suelo areno
limoso con alta plasticidad. Con base a los ensayos realizados, se notó que existe un mayor
desgaste con las adiciones de 1% y 1,5% de fibras. Moyano y Tirano (2016) concluyen que
a medida que se incrementa el porcentaje de tirillas, aumenta la humedad de la mezcla.
Finalmente determinando que con 1% de tirillas se consiguió una mejor resistencia, mejor
durabilidad y menor costo (Moyano, C. & Tirano, A., 2016)
En Argentina, Vettorelo P. y Clariá J. realizan el estudio de Arenas reforzadas con fibras
sintéticas. Variación del comportamiento con la compacidad en el año 2012, con el fin de
agregar polipropileno con una longitud de 10mm y un diámetro de 1,5mm en diferentes
dosificaciones (1% y 2%), llevando a cabo ensayos para determinar el peso unitario mínimo
y máximo, realizando también ensayos de velocidad de onda, triaxiales y corte directo de
los cuales se determinó que la incorporación de fibras a la arena produce un incremento a la
resistencia al corte cuando está en una compacidad media a suelta y cuando está densa, las
fibras no afectan la resistencia al corte máxima.
Vettorelo y Clariá (2012) observaron que la resistencia al corte residual crece con el
contenido de fibras, siendo el incremento independiente de la relación de vacíos o densidad
inicial, así mismo, el módulo de Young disminuye con el incremento de fibras, de donde se
concluyó que la adición de fibras no necesariamente se traduce en mejoras en el caso de las
arenas densas, ya que los cambios que se presentaron no fueron significativos en la
investigación, teniendo en cuenta la resistencia de pico y los parámetros deformacionales
(Vettorelo P. & Clariá J., 2012).
12
En la Universidad Técnica de Manabí, Cusme, W, y Tapia, R, realizaron un proyecto
investigativo con el tema Estudio del comportamiento del material de mejoramiento tratado
con emulsión asfáltica para su utilización como base/sub-base en la estructura de
pavimentos en el año 2016. En el cual realizaron un estudio del comportamiento de un
material tratado con emulsión asfáltica para su utilización en la estructura de pavimentos
realizando ensayos de humedad natural, granulometría, límites de consistencia, abrasión,
CBR y estabilidad de la emulsión con tres porcentajes diferentes de emulsión (5%, 7% y
9%). De donde los resultados en cuanto al CBR seco dieron mucho más altos que los
sumergidos en agua, ya que estos arrojaron los valores más desfavorables, siendo de donde
analizaron el porcentaje óptimo de emulsión, obteniendo 7% con un valor de CBR de 70,3
lb/pulg2, cumpliendo con lo establecido teniendo un valor mayor a 50 para que trabaje
como una buena subbase (Cusme, W, & Tapia, R, 2016).
En Ecuador, Rosero F. realizó un trabajo de grado en cuanto a Bases estabilizadas con
emulsión asfáltica para pavimentos (aplicación calle Nogales parroquia nayón L= 1.0 km)
en el año 2013. En donde su enfoque principal fue la estabilización de bases con emulsión
asfáltica en el año 2013, realizando ensayos de peso unitario, granulometría, abrasión,
equivalente de arena, límites líquidos y plásticos, proctor modificado y CBR en dos tipos
de suelos provenientes de diferentes minas, los cuales no cumplen con las especificaciones
requeridas para poder hacer parte de una estructura de pavimento. Luego de la adición de
una emulsión catiónica de tipo CSS-1h, la mezcla es apta para este tipo de usos de acuerdo
a las especificaciones del Manual Básico de Emulsiones Asfálticas MS 19.
Donde Rosero (2013) a partir de los ensayos determinó porcentajes óptimos de emulsión
para los dos materiales, siendo el primero de 6,2% de emulsión y 7,8% de agua y para el
13
segundo de 5,3% de emulsión y 6,5% de agua. La utilización de emulsión asfáltica para la
estabilización de bases ayuda a la reducción de costos, causa menores molestias para el
tráfico vehicular y reduce el impacto ambiental. (Rosero F., 2013).
En el 2015, Vera J. realizó la tesis Mejoramiento con emulsiones asfálticas de bases
granulares, para pavimento en la región Lambayeque, Perú, donde tuvo como objetivo
principal realizar el mejoramiento de bases granulares para pavimentos por medio de
emulsiones asfálticas, lo cual sirve como guía para tener en cuenta las propiedades
modificadas que se obtuvo en el material. Realizando ensayos de laboratorio para definir
las propiedades mecánicas del material tales como análisis granulométrico por tamizado,
límite plástico, límite líquido, índice de plasticidad, equivalente de arena, Proctor
Modificado, CBR y abrasión por la máquina de los Ángeles, para poder comparar los
resultados con tres materiales provenientes de diferentes canteras.
A partir del ensayo granulométrico se determinó que se trabajó con materiales cuyas
partículas son pasantes del tamiz de 1 ½” hasta pasantes de tamiz No. 200, teniendo que los
materiales tienen una granulometría continua bien graduada y según los requerimientos de
una de las franjas granulométricas es de una gradación B propuesta por el Manual de
Carreteras EG 2013. Con base a los ensayos de CBR se obtuvieron valores de 86,94%,
75,75% y 68,83%
Vera (2015) realizó briquetas con tres porcentajes diferentes de emulsión asfáltica (5%,
6% y 7%), determinando un porcentaje óptimo del 5%, concluyendo que una vez que se
pase el porcentaje óptimo de emulsión, disminuye el desempeño de la base estabilizada.
Partiendo del ensayo de proctor modificado se calcularon porcentajes tentativos de
emulsión calculados de forma teórica correspondientes a 6,44%, 6,16% y 5,92% para cada
14
uno de los materiales, cumpliendo con los requerimientos para poder ser parte de una
estructura vial (Vera J., 2015).
Marco legal
Las normas mencionadas a continuación son las más acopladas para llevar a cabo el
proyecto. En donde se tuvo como base el artículo del INVIAS del año 2013, del cual se
determinaron los ensayos a realizar a cada una de las mezclas con adición de emulsión y así
mismo los ensayos para la emulsión asfáltica, verificando que la utilizada en la mezcla si
cumpla con los requerimientos establecidos.
En primera instancia se tienen los ensayos que se le realizarán al suelo, los cuales se
muestran en la tabla 1.
Tabla 1. Ensayos realizados al suelo
INV-E Ensayo
123-13 Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos
125-13 Determinación del límite líquido de los suelos
126-13 Límite plástico e índice de plasticidad de los suelos
122-13 Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) de
muestras de suelo, roca y mezcla de suelo-agregado
141-13 Relaciones de humedad - peso unitario seco en los suelos (ensayo noraml
de compactación)
152-13 Compresión incofinada en muestras de suelos
148-13 CBR de suelos compactados en el laboratorio
15
Se generaron los ensayos a la mezcla 1 (suelo-emulsión) mostrados en la tabla 2, de
donde se determinó el porcentaje óptimo de la emulsión que es con el cual se llevó a cabo
el estudio.
Tabla 2. Ensayos realizados a la mezcla 1.
INV-E Ensayos
141-13 Relaciones humedad – Peso unitario seco en los suelos (ensayo normal
de compactación)
148-13 CBR de suelos compactados en el laboratorio
Así mismo, se realizaron los ensayos mostrados en la tabla 3 para la mezcla 2 (suelo-
polisombra) de donde se determinó el poncentaje óptimo de la adición de polisombra para
realizar la última mezcla.
Tabla 3. Ensayos para la mezcla 2.
INV-E Ensayo
141-13 Relaciones humedad – Peso unitario seco en los suelos (ensayo normal
de compactación)
148-13 CBR de suelos compactados en el laboratorio
Finalmente, se realizaron los ensayos mostrados en la tabla 4 para la mezcla 3 (suelo-
emulsión-polisombra) la cual tiene los materiales adicionados con el porcentaje óptimo
obtenido y así poder realizar la comparación con respecto al índice de resistencia de las
mezclas 1 y 2.
16
Tabla 4. Ensayos para la mezcla 3.
INV-E Ensayo
141-13 Relaciones humedad – Peso unitario seco en los suelos (ensayo normal
de compactación)
148-13 CBR de suelos compactados en el laboratorio
Metodología
Tipo de investigación
La presente investigación es identificada como tesis experimental, debido a que los
resultados obtenidos pueden variar independientemente de lo esperado. Las actividades que
se tendrán en cuenta para evaluar el comportamiento del material a estudiar son regidas por
las especificaciones del INVIAS del año 2013, teniendo como base las propiedades de cada
material, como lo es la arena limosa, la polisombra y la emulsión asfáltica.
Diseño experimental
Primera fase: Recopilación de información
En esta etapa se realizó la búsqueda de la información en la que se está basando el
proyecto, para esto, con la investigación de antecedentes que fueron la principal fuente de
información al momento de realizar los ensayos de laboratorio, se recopilaron todos los
datos para poder llevar a cabo el estudio del comportamiento del suelo de acuerdo a las
diferentes dosificaciones de los materiales.
17
Segunda fase. Obtención del material
Se obtuvo el material a evaluar en la cantera de la planta Dromos pavimentos S.A.
ubicada en el km 3 vía Balsillas-Cundinamarca, este material está clasificado como una
arena limosa (clasificación A-2-4 según AASHTO), la cual es utilizada para el proyecto de
manera que cumpla con las especificaciones necesarias. La polisombra se obtuvo en obras
diferentes existentes que ya haya hecho uso de este material, para así poder ser reciclado y
la emulsión asfáltica fue obtenida en la empresa IncoAsfaltos, asegurando que las
especificaciones cumplan con los requerimientos necesarios para el proyecto.
Tercera fase. Ensayos de laboratorio
Caracterización del suelo.
En esta fase se realizaron ensayos de granulometría, límite plástico, límite líquido,
índice de plasticidad, humedad, proctor estándar y CBR. Éstos ensayos se realizaron con el
fin de tener unos parámetros básicos del material, determinando los valores relevantes y de
esta manera determinando si el material cumple para ser estabilizado y así se tendrá un
resultado del proctor estándar, el cual determinará una humedad óptima para poder evaluar
el índice de CBR.
Caracterización de la mezcla suelo-emulsión (mezcla 1).
De la misma manera que el suelo, se realizó la caracterización de la mezcla 1 (suelo-
emulsión) por medio de los ensayos de humedad y CBR. Los ensayos determinaron cual
porcentaje de emulsión asfáltica es el que responde de mejor manera frente a la resistencia
de la mezcla para tomarlo como óptimo, siendo evaluado a diferentes porcentajes con
18
respecto al peso del suelo, los cuales fueron 3%, 6% y 9%. Esto se realizó sin presencia de
polisombra como se expresa en la tabla 5, determinando la mejor combinación.
Tabla 5. Mezclas para el porcentaje óptimo de emulsión asfáltica.
Porcentaje de emulsión
(%)
Porcentaje de polisombra
(%)
Mezcla
3 0 S-3-0
6 0 S-6-0
9 0 S-9-0
Caracterización del suelo-polisombra (mezcla 2).
Se realizaron los ensayos de proctor estándar y CBR para determinar la adición que
mejor se comporta con respecto al índice de resistencia, estos fueron 0.5%, 1.0% y 1.5%
del peso del suelo, los cuales se expresan en la tabla 6 mostrada a continuación.
Tabla 6. Mezclas para el porcentaje óptimo de polisombra.
Porcentaje de emulsión
(%)
Porcentaje de polisombra
(%)
Mezcla
0 0,5 S-0-0,5
0 1,0 S-0-1,0
0 1,5 S-0-1,5
Caracterización del suelo-asfalto-polisombra (mezcla 3).
Posteriormente, se realizaron los ensayos de la mezcla 3 (suelo-emulsión-polisombra) de
la misma manera que las mezclas anteriores, con los ensayos de humedad y CBR. Teniendo
en cuenta que ya se tiene un porcentaje óptimo de emulsión asfáltica y de polisombra
determinados en los pasos anteriores para eliminar combinaciones innecesarias.
19
Las mezclas que se tuvieron en cuenta en el proyecto serán mostradas en la tabla 7,
mostrando las convenciones utilizadas para cada una.
Tabla 6. Convenciones de las mezclas utilizadas.
Convención Descripción
S-3-0 Suelo con 3% de emulsión y 0% de polisombra
S-6-0 Suelo con 6% de emulsión y 0% de polisombra
S-9-0
S-0-0,5
S-0-1,0
S-0-1,5
Suelo con 9% de emulsión y 0% de polisombra
Suelo con 0% de emulsión y 0,5% de polisombra
Suelo con 0% de emulsión y 1,0% de polisombra
Suelo con 0% de emulsión y 1,5% de polisombra
S-POE-POP Suelo con el porcentaje óptimo de emulsión y polisombra
Cuarta fase. Análisis de resultados y conclusiones
Teniendo los resultados de los ensayos de laboratorio, se compararon las tres mezclas
diferentes, determinando que tipo de reacción tiene el suelo con respecto a la adición de la
emulsión y de la polisombra, dando las conclusiones respectivas al proyecto de
investigación. Recopilando toda la información se lleva a cabo la entrega final, cumpliendo
con el objetivo de aportar a futuras investigaciones que aporten el desarrollo de la
ingeniería civil.
Plan de ensayos
La realización de los ensayos se efectuó bajo el artículo del INVIAS, mencionando en la
tabla 7 la cantidad de ensayos que se llevaron a cabo para la caracterización del suelo.
20
Tabla 7. Número de ensayos realizados para el suelo.
Título de norma Norma Cantidad
Determinación de los tamaños de las partículas de los
suelos
INVE - 123-13 2
Determinación del límite líquido de los suelos INVE - 125-13 2
Límite plástico e índice de plasticidad de los suelos INVE - 126-13 2
Determinación en laboratorio del contenido de agua
(humedad) de muestras de suelo, roca y mezcla de suelo-
agregado
INVE - 122-13 2
Relaciones de humedad - peso unitario seco en los suelos
(ensayo modificado de compactación)
INVE - 142-13 2
CBR de suelos compactados en el laboratorio INVE - 148-13 2
La caracterización de la mezcla 1 que contiene suelo y emulsión asfáltica fue guiada a
partir de las normas INVIAS como se muestra en la tabla 8.
Tabla 8. Número de ensayos para la mezcla 1.
Título de norma Norma Cantidad
Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad)
de muestras de suelo, roca y mezcla de suelo-agregado.
INV E-122-13 2
CBR de suelos compactados en el laboratorio. INV E-148-13 2
La caracterización de la mezcla 2 que contiene suelo y polisombra será guiada a partir de
las normas INVIAS como se muestra en la tabla 9.
21
Tabla 9. Ensayos para la mezcla 2.
Título de norma Norma Cantidad
Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad)
de muestras de suelo, roca y mezcla de suelo-agregado.
INV E-122-13 2
CBR de suelos compactados en el laboratorio. INV E-148-13 2
Finalmente, se tiene la caracterización de la mezcla 3 que tiene los tres materiales
(suelo, emulsión y polisombra), la cual fue guiada a partir de las normas INVIAS como se
muestra en la tabla 10.
Tabla 10. Número de ensayos para la mezcla 3.
Título de norma Norma Cantidad
Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad)
de muestras de suelo, roca y mezcla de suelo-agregado.
INV E-122-13 2
CBR de suelos compactados en el laboratorio. INV E-148-13 2
Materiales y métodos
Materiales
Emulsión
De acuerdo con la especificación 340 del INVIAS, éste material bituminoso debe ser
una emulsión asfáltica catiónica de rotura lenta, que corresponda a los tipos CRL-1 o CRL-
1h, la cual cumpla con los requisitos de calidad establecidos en el artículo 411, en este caso
se utilizó la emulsión de tipo CRL-1 con sus especificaciones mostradas en la figura 4.
22
Figura 4. Requisitos de la emulsión asfáltica.
Tomado del artículo 411 del INVIAS
ENSAYO/ANÁLISIS UNIDAD NORMA DE
ENSAYO INV
ESPECIFICACIÓN RESULTADO
Min Max
Contenido de asfalto % Evaporación 57 - 58,18
Viscosidad Saybolt Furol a 25°C s E - 763 - 200 20
Contenido de agua en volumen % E - 751 - 43 41,8
Estabilidad en almacenamiento -
Sedimentación a los 7 días
% E - 764 - 5 4,2
Destilación - Contenido de asfalto
residual
% E - 762 57 - 58,2
Destilación - Contenido de
disolventes
% E - 765 - 0,1 0,0355
Tamizado - Retenido tamiz No. 20 % E - 766 Reportar 0,18
Carga de partícula E - 767 Positiva Positiva
pH E - 768 - 6 2
Tabla 10. Datos de la emulsión asfáltica CRL-1.
Modificado de la gestión de producción de materiales asfálticos Incoasfaltos.
23
Polisombra
Para la caracterización de la polisombra, se tuvo como base la tesis “Análisis de la
resistencia y durabilidad de un suelo-cemento adicionando malla Raschel reciclada en
relación con el peso del suelo” por Tirano y Moyano (2017), en la que se llevó a cabo el
ensayo “Propiedades de tensión de Geomallas – Método de tensión de costilla sencilla o
multicostillas – resistencia última” regido por la norma NTC 5492-07 en donde se falló la
polisombra a longitudes de 4, 6, 8, 10 y 12cm, de acuerdo con las figuras 5 y 6 se determina
que la longitud de las tirillas no afecta su resistencia, de tal modo que por manejabilidad se
trabajó con las tirillas de 4cm mostradas en la figura 7.
Figura 5. Resistencia a la tensión de diferentes longitudes de fibras de polisombra.
Tomado y modificado de: Análisis de la resistencia y durabilidad de un suelo-cemento
adicionando malla Raschel reciclada en relación con el peso del suelo” por Tirano y
Moyano (2017).
Res
iste
nci
a a
la t
ensi
ón
(M
Pa)
Longitud de las tirillas de polisombra (cm)
24
Figura 6. Gráfica del porcentaje de deformación en las diferentes longitudes de fibras de
polisombra.
Tomado y modificado de: Análisis de la resistencia y durabilidad de un suelo-cemento
adicionando malla Raschel reciclada en relación con el peso del suelo” por Tirano y
Moyano (2017).
Figura 7. Tirillas de polisombra de 4cm.
Suelo natural.
El material fue extraído de la cantera Dromos Pavimentos mostrada en la figura 8,
ubicada en el municipio de Mosquera, siendo caracterizada con un SBG-50 que cumpliera
Def
orm
ació
n f
ibra
s d
e p
oli
som
bra
(%
)
Longitud de las tirillas de polisombra (cm)
25
con las especificaciones necesarias. Para llevar a cabo los ensayos de laboratorio se separó
el material por el tamiz #4 como se muestra en la figura 9.
Figura 8. Ubicación de la cantera Dromos. Fuente: Google Maps (2017).
Figura 9. Material separado por el tamiz #4.
Teniendo como referencia las especificaciones del artículo 340 del INVIAS
correspondiente a la estabilización de bases con emulsión asfáltica, el suelo con el que se
trabajó cumplió con los requerimientos mostrados en la tabla 11.
26
CARACTERÍSTICA Norma de ensayo INV Requisito
Límite líquido, máximo (%) E – 125 35
Índice de plasticidad,
máximo (%)
E – 125 y E – 126 7
Tabla 11. Requisitos para el material.
Modificado del artículo 340 del INVIAS
Trabajo ingenieril
En la figura 10 se muestra el laboratorio de Geolab ubicado en la Universidad de La
Salle donde se llevaron a cabo los ensayos de laboratorio. Es de especificar, que no se tenía
un control de la temperatura o de la humedad existente en el ambiente.
Figura 10. Laboratorio Geolab.
Para realizar los ensayos de límites al material, se tiene el espacio mostrado en la figura
11, el cual se encuentra en un lugar cerrado sin corrientes de viento que puedan afectar la
humedad del material.
27
Figura 11. Espacio para llevar a cabo los ensayos de límites.
Al llevar a cabo el ensayo de límite líquido, se tiene la cazuela de Casagrande mostrada
en la figura 12, calibrada correspondientemente según la norma INV E 148-13. La espátula
usada para realizar la división del material sobre la cazuela es un ranurador curvo debido a
que el material que se usa tiene partículas limosas, evitando que la muestra se deslice a
través de la superficie.
Figura 12. Cazuela de Casagrande.
Las herramientas usadas para llevar a cabo el ensayo de CBR son las mostradas en la
figura 13, lo cuales son un martillo de compactación y un molde compuesto por un cilindro,
una base y una corona. La máquina Marshall se usa para fallar las muestras de CBR,
mostrada en la figura 14.
29
Caraterización del suelo natural
Determinación de los tamaños de las partículas de los suelos INV E – 123 - 13
De acuerdo a esta norma, se puede determinar la cantidad de las partículas de un suelo
después de lavado extrayendo todas las partículas finas pasantes al tamiz 200. El material
se pasó por cada tamiz mostrado en la figura 15, lo cuales son los regidos por la norma INV
E – 123 – 13 para partículas menores a 4,75mm.
Figura 15. Tamices utilizados para llevar a cabo el ensayo.
En la figura 16 se muestra la gráfica granulométrica resultante del suelo, tomando como
referencia los tamices indicados en la figura 15, hallada a partir del porcentaje de material
que pasa por cada tamiz (APÉNDICE A) en donde se define que el porcentaje de fino que
posee el suelo corresponde al 35%. De manera que el material que se desea usar para una
subrasante, no se encuentran unos límites superior e inferior especificados en las normas
del INVIAS para el tipo de investigación que se llevó a cabo.
30
Figura 16. Curva granulométrica del suelo.
Determinación del límite líquido de los suelos INV E-125-13
Este ensayo se llevó a cabo para determinar la consistencia o índice de liquidez de la
fracción fina del suelo separando el material por el tamiz #40. Se humedeció el suelo de la
manera indicada en la figura 17, logrando la consistencia mostrada, colocando una muestra
en la cazuela Casagrande con una profundidad de 10mm y haciendo una ranura en medio
dividiéndola en dos partes iguales evitando que se deslice sobre la superficie de la cazuela,
logrando finalmente que las dos partes fluyan como resultado de los golpes dados (15, 25 y
35 golpes).
Figura 17. Ensayo de límite líquido.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,010,1110
Po
rce
nta
je q
ue
pas
a (%
)
Diámetro de las partículas (mm)
Curva granulométrica
31
Se gira la manija de manera tal que la cazuela tenga contacto con la base hasta que las
dos porciones de las muestras se unan a una distancia aproximada de 13mm como se
muestra en la figura 18.
Figura 18. Unión de la muestra dividida con 15, 25 y 35 golpes respectivamente.
Se toma una muestra del material húmedo (figura 19), anotando pesos húmedos y pesos
secos, los cuales son tomados después de dejar el material en un horno a una temperatura
de 110°C hasta que se haya desaparecido su humedad higroscópica (figura 20).
Figura 19. Muestras húmedas del ensayo.
Figura 20. Muestras secas del ensayo de límite plástico.
32
Se calculó la curva de fluidez mostrada en la figura 21 que representa la relación entre el
contenido de humedad de la muestra y el correspondiente número de golpes dados en la
cazuela (APÉNDICE B).
Figura 21. Curva de fluidez del suelo.
Límite plástico e índice de plasticidad de los suelos INV E-126-13
Al igual que el ensayo de límites plásticos, este ensayo se llevó a cabo con el material
que pasa el tamiz #40 para determinar el rango de contenidos de agua cuando el suelo se
comporta plásticamente. Se humedece el material hasta tal punto que se puedan formar
rollos sin desmoronarse, de manera que el material tiene contenido de limos, el diámetro
mostrado en la figura 22 será mayor a lo indicado en la norma (3.2 mm).
16,00
17,00
18,00
19,00
20,00
21,00
22,00
10 100
Co
nte
nid
o d
e h
um
ed
ad (
%)
Número de golpes
Curva de fluidez
33
Figura 22. Rollos formados con el material.
Se toman los datos del material húmedo y el material seco, determinando el contenido
de humedad correspondiente (APÉNDICE B), el cual fue de 15,4%, tomando este dato
como el índice de plasticidad, lo que indica que el material tiene baja plasticidad. El índice
de plasticidad se determinó a través del límite líquido, con el que por medio de la carta de
plasticidad se dice que es un material de doble clasificación (ML-CL) y por medio de la
clasificación del sistema unificado se llega a determinar que el material corresponde a una
arena limosa o arena arcillosa (SM-SC). Especificando que el mas del 12% de la masa pasa
el tamiz #200.
Determinación en laboratorio del contenido de agua (humedad) de muestras de suelo,
roca y mezcla de suelo agregado INV E-122-13
Este ensayo se llevó a cabo con el fin de determinar el contenido de agua por masa en la
muestra de suelo utilizada, en este caso se tienen dos muestras; la que se muestra en la
figura 23 es la que pasa el tamiz #4, la cual es con la que se llevaron a cabo los demás
ensayos, por otro lado, se tiene el material mostrado en la figura 24 que es la muestra del
suelo SBG-50 que posee partículas de mayores tamaños correspondiente a una sub-base
granular.
34
Figura 23. Muestra del suelo húmedo que pasa por el tamiz #4.
Figura 24. Muestra húmeda del material SBG-50.
Obteniendo de acuerdo al APÉNDICE A que el material que pasa el tamiz #4 tiene una
humedad correspondiente al 11,25% y el suelo SBG-50 tiene una humedad del 7,93%.
Relaciones de humedad - peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E-141-13
Con este ensayo se logra determinar la relación entre la humedad y el peso unitario seco
del material compactado, el cual no ha pasado con un proceso de compactación
previamente. Este proceso se llevó a cabo con tres capas de muestra, cada una con 25
golpes distribuidos por toda la superficie (figura 25). Para determinar la humedad óptima
del material se prueban tres porcentajes diferentes con respecto al peso (3, 5, 8, 12 y 15%).
35
Figura 25. Proctor realizado al suelo.
Generando en el APÉNDICE C la gráfica mostrada en la figura 26. En donde se
determina a partir de los puntos más altos, que se tiene una densidad máxima de laboratorio
de 1,97g/cm3 hallado por promedio de los dos ensayos realizados y una humedad óptima de
11,89%.
Figura 26. Curva de compactación del suelo.
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Mas
a u
nit
aria
sec
a (g
/cm
3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
36
CBR de suelos compactados en el laboratorio INV E 148-13
La importancia de este ensayo implica en la determinación del índice de resistencia de
los suelos. El suelo se compactó en tres capas con 10, 25 y 56 golpes distribuidos en la
superficie. Se coloca un papel filtro en la parte inferior y superior de la muestra como se ve
en la figura 27 y sobre éste se coloca una sobrecarga, tomando el dato de expansión inicial
y se somete a inmersión durante cuatro días como se muestra en la figura 28, al finalizar
este periodo de tiempo, se toma la lectura de expansión final y se falla la muestra en la
máquina Marshall.
Figura 27. Papel filtro colocado en la muestra.
Figura 28. Muestras de CBR en inmersión.
Se toman los datos mostrados en el APÉNDICE D y se genera la gráfica de expansión
mostrada en la figura 29 después de tener las muestras sumergidas, las curvas de
37
penetración mostradas en la gráfica de la figura 30 y la curva de densidad seca mostrada en
la figura 31.
Figura 29. Gráfica de expansión del suelo.
Figura 30. Curvas de penetración del suelo
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0 1 2 3 4 5
Lect
ura
(p
ulg
)
Días
Gráfica de expansión
10 golpes
25 golpes
56 golpes
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Esfu
erzo
(M
Pa)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 golpes 25 golpes 56 golpes
38
Figura 31. Curva de densidad seca del suelo.
Obteniendo un valor de CBR correspondiente a 14,8% hallado a partir del promedio de
los ensayos realizados y tomando el 100% de la densidad del suelo, siendo este un valor
regular usado para la subrasante de una carretera.
Ensayos para la mezcla 1
Relaciones de humedad - peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E-141-13
Al igual que la caracterización del suelo, se realiza el ensayo correspondiente para hallar
densidad y humedad óptima de la mezcla 1 (suelo-emulsión). De manera que se le
agregaron diferentes cantidades de emulsión con respecto al peso (3, 6 y 9%) como se
muestra en la figura 32 y distintas humedades (3, 5, 8, 12 y 15%).
y = 0,0094x + 1,8415
1,84
1,86
1,88
1,90
1,92
1,94
1,96
1,98
2,00
0 2 4 6 8 10 12 14 16
De
nsi
dad
(g/
cm3)
CBR (%)
Gráfica de densidad seca
39
Figura 32. Muestra del proctor realizado a la mezcla 1 con 3, 6 y 9% de emulsión
respectivamente
Generando en el APÉNDICE E la gráfica mostrada en la figura 33. En donde se
determinó a partir de los puntos más altos, que se tiene una densidad máxima de 1,90 g/cm3
hallado por promedio de los dos ensayos realizados y una humedad óptima de 12,43% para
la mezcla 1 con una adición de 3% de emulsión.
Figura 33. Curva de compactación de la mezcla S-3-0.
1,70
1,72
1,74
1,76
1,78
1,80
1,82
1,84
1,86
1,88
1,90
1,92
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Mas
a u
nit
aria
se
aca
(g/c
m3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
40
De la misma manera, se genera en el APÉNDICE F, la gráfica mostrada en la figura 34.
En donde se determina a partir de los puntos más altos, que se tiene una densidad máxima
de 1,885 g/cm3 hallado por promedio de los dos ensayos realizados y una humedad óptima
de 11,9% para la mezcla 1 con una adición de 6% de emulsión.
Figura 34. Curva de compactación de la mezcla S-6-0.
Finalmente, se genera en el APÉNDICE G, la gráfica mostrada en la figura 35.
Determinando una densidad máxima de 1,89 g/cm3 y una humedad óptima de 10,2% para la
mezcla 1 con una adición de 9% de emulsión.
1,72
1,74
1,76
1,78
1,80
1,82
1,84
1,86
1,88
1,90
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Mas
a u
nit
aria
se
ca (
g/cm
3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
41
Figura 35. Curva de compactación de la mezcla 1 S-9-0.
A continuación, en la tabla 12 se muestran los resultados obtenidos en la mezcla 1 y las
relaciones con respecto a las densidades máximas y humedades óptimas obtenidas.
Mezcla Humedad (%) Densidad (g/cm3)
S-3-0 12,43 1,90
S-6-0 11,90 1,88
S-9-0 10,20 1,89
Tabla 12. Resultados de humedades y densidades de la mezcla 1.
Se muestra el comportamiento de la mezcla con diferentes adiciones de emulsión
asfáltica, una con respecto a otra, teniendo en cuenta parámetros como la densidad (Figura
36) y la humedad (Figura 38), así mismo, de acuerdo a los ensayos realizados, las figuras
37 y 39 muestran la dispersión de los datos con respecto a la media obtenida.
1,65
1,7
1,75
1,8
1,85
1,9
1,95
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Mas
a u
nit
aria
se
ca (
g/cm
3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
42
Figura 36. Relación de densidades de la mezcla 1.
Figura 37. Dispersión de las densidades de la mezcla 1.
S-3-0 S-6-0 S-9-0
Series1 1,9 1,885 1,89
1,875
1,88
1,885
1,89
1,895
1,9
1,905D
en
sid
ad (
g/cm
3 )
Relación de densidades
43
Figura 38. Relación de densidades de la mezcla 1.
Figura 39. Dispersión de las humedades de la mezcla 1.
CBR de los suelos compactados en el laboratorio INV E-148-13
Se toman los datos mostrados en el APÉNDICE H y se genera la gráfica de expansión
mostrada en la figura 40, las curvas de penetración mostradas en la gráfica de la figura 41 y
la curva de densidad seca mostrada en la figura 42, de la cual se determina un índice de
resistencia equivalente a 7,7%.
S-3-0 S-6-0 S-9-0
Series1 12,43 12,05 10,2
0
2
4
6
8
10
12
14H
um
ed
ad (
%)
Relación de humedades
44
Figura 40. Gráfica de expansión de la mezcla S-3-0.
Figura 41. Curvas de penetración de la mezcla S-3-0.
0,025
0,027
0,029
0,031
0,033
0,035
0,037
0,039
0,041
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Lect
ura
(p
ulg
)
Días
Gráfica de expansión
25 GOLPES 10 GOLPES 56 GOLPES
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 2 4 6 8 10 12 14
Esfu
erz
o (
MP
a)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 GOLPES 25 GOLPES 56 GOLPES
45
Figura 42. Curva de densidad seca de la mezcla S-3-0.
De la misma manera se siguen generando las gráficas, teniendo en la figura 43 la gráfica
de expansión de la mezcla S-6-0, las curvas de penetración en la figura 44 y en la figura 45
la curva de densidad seca con un CBR de 2,9% generado a partir del APÉNDICE I.
Figura 43. Gráfica de expansión de la mezcla S-6-0.
y = 0,0128x + 1,7914
1,80
1,81
1,82
1,83
1,84
1,85
1,86
1,87
1,88
1,89
1,90
1,91
1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 9,5
De
nsi
dad
(g/
cm3 )
CBR (%)
Gráfica de densidad seca
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 1 2 3 4 5
Exp
ansi
ón
(P
ulg
)
Días
Gráfica de expansión
10 Golpes
25 Golpes
56 Golpes
46
Figura 44. Curvas de penetración de la mezcla S-6-0.
Figura 45. Curvas de densidad seca de la mezcla S-6-0.
Para la última adición de emulsión se tiene el APÉNDICE J generando la figura 46
donde se muestra la gráfica de expansión de la mezcla S-9-0, la figura 47 de curvas de
penetración y la figura 48 que muestra un índice de resistencia de 4,52%.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
esfu
erzo
(M
Pa)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 Golpes 25 Golpes 56 Golpes
y = 0,0875x + 1,6337
1,760
1,780
1,800
1,820
1,840
1,860
1,880
1,900
1,920
1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,1 3,3
De
nsi
dad
(g/
m3 )
CBR (%)
Curva de densidad seca
47
Figura 46. Gráfica de expansión de la mezcla S-9-0.
Figura 47. Curvas de penetración de la mezcla S-9-0.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0 1 2 3 4 5
Pe
ne
trac
ión
(p
ulg
)
Días
Gráfica de expansión
10 GOLPES
25 GOLPES
56 GOLPES
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Esfu
erz
o (
MP
a)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 GOLPES 25 GOLPES 56 GOLPES
48
Figura 48. Curvas de densidad seca de la muestra S-9-0.
Mostrando en la tabla 13 los datos obtenidos a partir de los ensayos de CBR, pudiendo
compararlos con respecto a las diferentes adiciones.
Mezcla CBR (%)
S-3-0 7,7
S-6-0 2.9
S-9-0 4,52
Tabla 13. Resultados de CBR de la mezcla 1.
La figura 49 muestra el comportamiento de la mezcla con diferentes adiciones de
emulsión asfáltica, una con respecto a otra, teniendo en cuenta el índice de resistencia, así
mismo, de acuerdo a los ensayos realizados, la figura 50 muestra la dispersión de los datos
con respecto a la media obtenida.
y = 0,0358x + 1,7231
1,780
1,800
1,820
1,840
1,860
1,880
1,900
1,920
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
De
nsi
dad
(g/
m3 )
CBR (%)
Curva densidad seca
49
Figura 49. Relación de CBR de la mezcla 1.
Figura 50. Dispersión de CBR de la mezcla 1
Ensayos para la mezcla 2
Relaciones de humedad – peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E 141-13
S-3-0 S-6-0 S-9-0
Series1 7,7 1,87 2,52
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9C
BR
(%
)
Relación de CBR
50
En la figura 51 se muestra la curva de compactación generada a partir del APÉNDICE
K, mostrando una densidad máxima de 1,495 gr/cm3
y una humedad óptima de 8,2% para
la mezcla 2 con la adición de polisombra de 0,5% (S-0-0,5).
Figura 51. Curva de compactación de la mezcla S-0-0,5.
En la figura 52 se muestra la curva de compactación para la mezcla 2 con adición de 1%
de polisombra (S-0-1,0) con respecto al peso, mostrando una densidad máxima de 1,47
gr/cm3 y una humedad óptima de 11,6% generada a partir del APÉNDICE L.
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1,55
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00
Mas
a u
nit
aria
se
ca (
g/cm
3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
51
Figura 52. Curva de compactación de la mezcla S-0-1,0.
De acuerdo a la figura 53, que corresponde a la adición de polisombra de 1,5% generada
en el APÉNDICE M, se tiene una densidad seca máxima de 1,64 g/cm3 y una humedad
óptima de 11,2%.
Figura 53. Curva de compactación de la mezcla S-0-1,5.
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Mas
a u
nit
aria
se
ca (
g/cm
3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
0,90
1,00
1,10
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
1,70
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00
Mas
a u
nit
aria
se
ca (
g/cm
3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
52
A continuación, en la tabla 12 se muestran los resultados obtenidos en la mezcla 2 y las
relaciones con respecto a las humedades óptimas y las densidades máximas obtenidas.
Mezcla Densidad Humedad
S-0-0,5 1,49 8,2
S-0-1,0 1,47 11,6
S-0-1,5 1,64 11,2
Tabla 14. Resultados de humedades y densidades de la mezcla 2.
Las figuras 54 y 56 muestran el comportamiento de la mezcla con diferentes adiciones
de polisombra, una con respecto a otra, teniendo en cuenta parámetros como la densidad y
la humedad, así mismo, de acuerdo a los ensayos realizados, las figuras 55 y 57 muestran la
dispersión de los datos con respecto a la media obtenida.
Figura 54. Relaciones de humedad de la mezcla 2.
S-0-0,5 S-0-1,0 S-0-1,5
Series1 8,2 11,6 11,2
0
2
4
6
8
10
12
14
Hu
me
dad
(%
)
Relaciones de humedad
53
Figura 55. Dispersión de humedades mezcla 2.
Figura 56. Relaciones de densidad de la mezcla 2.
S-0-0,5 S-0-1,0 S-0-1,5
Series1 1,495 1,47 1,64
1,35
1,4
1,45
1,5
1,55
1,6
1,65
1,7
De
nsi
dad
(/c
m3 )
Relaciones de densidad
54
Figura 57. Dispersión de densidades de la mezcla 2.
CBR de los suelos compactados en el laboratorio INV E-148-13
Se toman los datos mostrados en el APÉNDICE N y se generan las gráficas de
expansión de la mezcla S-0-0,5 en la figura 58, las curvas de penetración mostradas en la
gráfica de la figura 59 y la curva de densidad seca mostrada en la figura 60, de la cual se
determina un índice de resistencia equivalente a 3,55%.
Figura 58. Gráfica de expansión de la mezcla S-0-0,5
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0 1 2 3 4 5
Exp
ansi
ón
(P
ulg
)
Días
Gráfica de expansión
10 Golpes
25 Golpes
56 Golpes
55
Figura 59. Curvas de penetración de la mezcla S-0-0,5.
Figura 60. Curva de densidad seca de la mezcla S-0-0,5.
Se toman los datos mostrados en el APÉNDICE O y se generan las gráficas de
expansión de la mezcla S-0-1,0 mostradas en la figura 61, las curvas de penetración
mostradas en la gráfica de la figura 62 y la curva de densidad seca mostrada en la figura 63,
de la cual se determina un índice de resistencia equivalente a 11,8%.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000
Esfu
erz
o (
MP
a)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 Golpes
25 Golpes
56 Golpes
y = 0,02x + 1,4289
1,43
1,44
1,45
1,46
1,47
1,48
1,49
1,5
1,51
1,52
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
De
nsi
dad
(g/
cm3 )
CBR (%)
Gráfica de densidad seca
56
Figura 61. Gráficas de expansión de la mezcla S-0-1,0.
Figura 62. Curvas de penetración de la mezcla S-0-1,0.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Exp
ansi
ón
(P
ulg
)
Días
Gráfica de expansión
10 Golpes 25 Golpes 56 Golpes
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0,000 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000
Esfu
erz
o (
MP
a)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 Golpes
25 Golpes
56 Golpes
57
Figura 63. Gráfica de densidad seca de la mezcla S-0-1,0.
Se toman los datos mostrados en el APÉNDICE P y se genera la gráfica de expansión
mostrada en la figura 64, las gráficas de penetración mostradas en la gráfica de la figura 65
y la curva de densidad seca mostrada en la figura 66, de la cual se determina un índice de
resistencia equivalente a 2,1%.
Figura 64. Gráfica de expansión de la mezcla S-0-1,5.
y = 0,006x + 1,4071
1,39
1,4
1,41
1,42
1,43
1,44
1,45
1,46
1,47
1,48
1,49
0 2 4 6 8 10 12 14
De
nsi
dad
(g/
cm3 )
CBR (%)
Gráfica de densidad seca
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0 1 2 3 4 5
Exp
ansi
ón
(P
ulg
)
Días
Gráfica de expansión
10 Golpes 25 Golpes 56 Golpes
58
Figura 65. Curvas de penetración para la mezcla S-0-1,5.
Figura 66. Curva de densidad seca de la muestra S-0-1,5.
En la tabla 13 se muestran los resultados obtenidos de CBR para la mezcla 2,
comparando los valores de CBR obtenidos, con respecto a las diferentes adiciones de
polisombra.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 2 4 6 8 10 12 14
Esfu
erz
o (
MP
a)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 Golpes
25 Golpes
56 Golpes
1,56
1,57
1,58
1,59
1,6
1,61
1,62
1,63
1,64
1,65
1,66
0 0,5 1 1,5 2 2,5
De
nsi
dad
(g/
cm3 )
CBR (%)
Gráfica de densidad seca
59
Mezcla CBR (%)
S-0-0,5 1,49
S-0-1,0 1,47
S-0-1,5 1,64
Tabla 15. Resultados del CBR de la mezcla 2
La figura 67 muestra el comportamiento de la mezcla con diferentes adiciones de
emulsión asfáltica, una con respecto a otra, teniendo en cuenta el índice de resistencia, así
mismo, de acuerdo a los ensayos realizados, la figura 68 muestra la dispersión de los datos
con respecto a la media obtenida.
Figura 67. Relación de CBR de la mezcla 2.
60
Figura 68. Dispersión de CBR de la mezcla 2.
La determinación de dosificaciones óptimas de los materiales se da de acuerdo a la figura
69, donde existe una mayor proximidad a los datos del suelo con 3% de emulsión y 1% de
polisombra. Siendo estos valores los que generan una menor pérdida del índice de CBR y la
densidad con respecto al valor del suelo.
61
Figura 69. Determinación de los materiales para la mezcla 3.
Ensayos para la mezcla 3
Relaciones de humedad – peso unitario seco en los suelos (ensayo normal de
compactación) INV E 141-13
En la figura 70 se muestra la curva de compactación generada a partir del APÉNDICE
Q, mostrando una densidad máxima de 1,83 gr/cm3
y una humedad óptima de 13,2% para
la mezcla 3 con la adición de polisombra de 0,5% y de emulsión de 3%.
Suelo 3% 6% 9%
0,5% 1% 1,5%
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
De
nsi
dad
(g/
cm3 )
CBR(%)
Densidad vs. CBR
Suelo
suelo+emulsión
suelo + polisombra
62
Figura 70. Curva de compactación de la mezcla S-3-1,0.
CBR de los suelos compactados en el laboratorio INV E-148-13
Se toman los datos mostrados en el APÉNDICE R y se genera la gráfica de expansión
de la mezcla S-3-1,0 mostradas en la figura 71, las curvas de penetración mostradas en la
gráfica de la figura 72 y la curva de densidad seca mostrada en la figura 73, de la cual se
determina un índice de resistencia equivalente a 5,2%.
Figura 71. Gráfica de expansión de la mezcla S-3-1,0.
1,60
1,65
1,70
1,75
1,80
1,85
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 18,00
Mas
a u
nit
aria
se
ca (
g/cm
3 )
Humedad (%)
Curva de compactación
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0 1 2 3 4 5
Exp
ansi
ón
(P
ulg
)
Día
Gráfica de expansión
10 Golpes
25 Golpes
56 Golpes
63
Figura 72. Curvas de compactación de la mezcla S-3-1,0.
Figura 73. Curva de densidad seca de la mezcla S-3-1,0.
Finalmente se muestran los resultados de todas las mezclas resumidos en la tabla 14,
teniendo en cuenta todos los ensayos realizados tanto al suelo como a las mezclas con
adición de emulsión asfáltica y polisombra.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
0 2 4 6 8 10 12 14
Esfu
erz
o (
MP
a)
Penetración (mm)
Curvas de penetración
10 Golpes
25 Golpes
56 Golpes
y = 0,0406x + 1,6186
1,70
1,72
1,74
1,76
1,78
1,80
1,82
1,84
1,86
2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00
De
nsi
dad
(g/
cm3 )
CBR (%)
Curva de densidad seca
64
Suelo
natural
Mezcla 1 Mezcla 2 Mezcla
3 3,0% 6,0% 9,0% 0,5% 1,0% 1,5%
Límite líquido 19,58
Límite plástico 4,14
Humedad (%) 11,25
Densidad seca (g/cm3) 2,02 1,90 1,89 1,90 1,5 1,47 1,64 1,83
Humedad óptima (%) 11,75 12,4 12,15 10,2 8,25 11,5 10,3 13,2
CBR (%) 14,8 7,7 2,87 4,52 4,3 11,3 1,9 5,2
Tabla 16. Resumen de los ensayos realizados.
65
Análisis de resultados
Se determina que al adicionar emulsión y polisombra en porcentajes óptimos al suelo areno
limoso, su índice de resistencia baja con referencia a los resultados del suelo en su estado
natural en un 65%.
Se identificó que al adicionar polisombra de forma individual en un porcentaje de 1% al
suelo, este provoca la menor pérdida de capacidad portante que sufrió el suelo con respecto
al resto de mezclas, causando un 22% de pérdidas.
En comparación de la humedad del material tamizado y la muestra con material
granular, se tiene que el material que pasa el tamiz #4 tiene una humedad superior al
material con sobretamaños en un 30%, lo que quiere decir que los materiales más finos
pueden conservar mayor humedad y las partículas mayores a 3” afectan notablemente la
cantidad de agua presente en el suelo.
Al hacer la comparación de la mezcla 2 con la cantidad óptima de polisombra, con
respecto al suelo solo, se tiene una resistencia relativamente cercana, sin embargo, la
densidad de la mezcla 2 es inferior un 25%, lo que podría disminuir pesos en una estructura
de subrasante sin afectar su funcionalidad.
Se realiza una comparación entre las diferentes mezclas, lo cual indica que el
comportamiento del suelo con la polisombra en una adición de 1% no causa un
decrecimiento notable, al igual que la mezcla con 3% de emulsión. Estas mezclas no se ven
afectadas de gran manera con referencia al índice de resistencia del suelo natural, lo cual es
66
totalmente diferente en la mezcla de emulsión y polisombra, donde el decrecimiento se da
en más de la mitad del valor inicial.
Conclusiones
Al realizar la caracterización del suelo, éste cumple con todos los requisitos necesarios
dados por el INVIAS, teniendo un límite líquido inferior a 35% y un índice de plasticidad
inferior a 7, siendo estos valores los mínimos recomendados por la norma. Así como al
realizar la granulometría se tiene 35% de finos.
Es evidente que la densidad de las mezclas disminuye con respecto a la densidad del
suelo, debido a sus características físicas individualmente, en caso de que se deseara tener
un material menos denso, con las propiedades de resistencia obtenidas, la mezcla de suelo
con polisombra sería una opción viable, teniendo en cuenta que los valores siguen estando
en las características de un suelo regular.
Al realizar la caracterización del suelo, se tiene un CBR de 14,8% el cual corresponde a
un valor regular para un material, donde de acuerdo a la clasificación del sistema unificado,
el suelo puede ser parte de una subrasante de una calidad regular.
Se percibe al momento de realizar los laboratorios que al utilizar el porcentaje de 1,5%
de polisombra esta mezcla pierde resistencia, generando una gran cantidad de vacíos, lo que
ocasiona que no sea fácil su manejabilidad, haciéndose evidente en la pérdida del índice de
resistencia en esta mezcla. Descartando la posibilidad del uso de porcentajes mayores de
adición para este tipo de mezclas.
67
Al generar parámetros de comparación se determina que ninguna combinación logra
superar el índice de resistencia que arrojaron los resultados del suelo natural, el más
cercano fue al agregar 3% de emulsión y 1% de polisombra, pero aun así fue inferior al
índice del suelo natural.
Al realizar la mezcla final (mezcla 3), la cual fue el propósito final de esta investigación,
se nota que se pierde un 55% de la resistencia del suelo, lo que implica que la capacidad de
soporte del material disminuye más de la mitad, descartando la posibilidad de usar la
mezcla de polisombra y emulsión para el mejoramiento de este tipo de suelos.
Recomendaciones
Dado que en esta investigación los porcentajes de emulsión asumidos, 3%, 6% y 9%,
se basaron en la revisión de los antecedentes, se recomienda que para futuras
investigaciones realizar el diseño de adición de la emulsión, teniendo en cuenta las normas
y especificaciones para ello.
En este trabajo de investigación no se consideró el tiempo de curado de la emulsión, así
que los porcentajes de humedad totales corresponden al agua del suelo y a la de la
emulsión. En este sentido se recomienda en investigaciones futuras considerar el curado
para contrastar los resultados con los obtenidos en este trabajo.
Con base en la clasificación del suelo estudiado en esta investigación, se recomienda
realizar el ensayo de Proctor Modificado, (Norma INV E-142), debido a que su calidad
permite que se le proporcione una mayor energía de compactación. En esta investigación
se trabajó con el Proctor Estándar.
68
Por razones de limitación de material en esta investigación solo se pudieron realizar dos
muestras por cada ensayo, sin embargo se recomienda que para otras investigaciones con
este tipo de material se realicen al menos tres pruebas para tener mayor y mejor
repetitividad en los resultados obtenidos.
Fuentes de información bibliográfica
Tesis y trabajos de grado
Tirano, A, y Moyano, C. (2016). Análisis de la resistencia y durabilidad de un
suelo-cemento adicionando material no biodegradable polietileno malla raschel
(polisombra) reciclada en diferentes porcentajes en relación con el peso del suelo
(tesis de pregrado). Universidad de La Salle, Bogotá, Colombia.
González, W, Jiménez, M, y López R. (2009). Guía básica para el uso de emulsiones
asfálticas en la estabilización de bases en caminos de baja intensidad en el
salvador (tesis). Universidad de El Salvador, San Salvador, El Salvador.
Calidonio, E, Carrillo S, y Meléndez C. (2010). Diseño de mezcla suelo-agregado-
emulsión como alternativa para mejoramiento de cambios de bajo volumen de
tránsito (trabajo de grado). Universidad de El Salvador, Santa Ana, El Salvador.
Vettorelo, P, y Clairá, J. (2012). Arenas reforzadas con fibras sintéticas. Variación del
comportamiento con la compacidad (proyecto de grado). Universidad Nacional de
Córdoba, Argentina.
Cusme, W, y Tapia R. (2016). Estudio del comportamiento del material de
mejoramiento tratado con emulsión asfáltica para su utilización como base/sub-
69
base en la estructura de pavimentos (proyecto investigativo). Universidad técnica
de Manabí, Manabí, Ecuador.
Rosero, F. (2013). Bases estabilizadas con emulsión asfáltica para pavimentos
(Aplicación calle Nogales parroquia Nayón L=1.0Km) (trabajo de graduación).
Universidad Central del Ecuador, Quito, Ecuador.
Vera, J. (2015). Mejoramiento con emulsiones asfálticas de bases granulares, para
pavimentos en la región Lamayeque (tesis de grado). Escuela profesional de
ingeniería civil, Lambayeque, Perú.
Libros
Díaz, R., (2010). Mecánica de suelos, naturaleza y propiedades, México: Trillas.
Juarez, E. & Rico, A, (2005). Mecánica de suelos. México, D.F. México: Limusa, S.A.
Bilurbina, L. & Liesa, F (1990). Materiales no metálicos resistentes a la corrosión. Barcelona.
España: Marcombo.
Documentos técnicos
Rodríguez, R, Castaño, V, y Martínez, M., (2001). Emulsiones asfálticas, México.
Artículos
Camacho, J. F., Reyes, O. J., Mayorga, C. & Méndez D. F. (2006). Evaluación de
aditivos usados en el tratamiento de arcillas expansivas, 16 (2), 48.
Rodríguez, E, Rondón, H, Vélez D, & Aguirre L. (2006). Influencia de la inclusión de
desecho de PVC sobre el CBR de un Material granular tipo subbase, 5 (9), 22.
Cibergrafía
70
Cortez, A., 2009, Mejoramiento de suelos. Recuperado de
https://es.scribd.com/doc/131110367/Mejoramiento-de-Suelos
Plastempack, sf, Bogotá, Colombia. Recuperado de http://www.plastempack.com/telas-
y-mallas/polisombra.html
Gómez, M. (01 de junio de 2011), Tecnología de los plásticos. Recuperado de
http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.co/2011/06/polietileno-de-alta-
densidad.html
Normas jurídicas
Ministro de ambiente, vivienda y desarrollo territorial. (30 de diciembre de 2005).
[Decreto 4741 de 2005]. DO: 46137.
Recommended