MANUAL DE LA NANO-TECNOLOGÍA EN PAVIMENTOS CON ZEOLITAS SINTÉTICAS (V.14)
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Manual de la Nano-tecnología en Pavimentos del Concreto Zeolítico Sintético Transformación de suelos en un Concreto Zeolítico Sintético, con el uso de Zeolitas Sintéticas, Compuestos Alcalinos y Activadores de Patente Manual de la Nano-tecnología en Pavimentos del Concreto Zeolítico Sintético Transformación de suelos en un Concreto Zeolítico Sintético, con el uso de Zeolitas Sintéticas, Compuestos Alcalinos y Activadores de Patente Robin de La Roij Christophe Erik Gustaaf Egyed 1 Título: “Manual de la Nano-tecnología en Pavimentos del Concreto Zeolítico Sintético”, “Transformación de suelos en un Concreto Zeolítico Sintético, con el uso de Zeolitas Sintéticas, Compuestos Alcalinos y Activadores de Patente” Director General: Lic. Rolando Montero Casillas Autores: Dr. Robin de La Roij, Ing. Christophe Erik Gustaaf Egyed Colaborador: Ing. Javier de Jesús Montero Ávila † Adaptación: Ing. Ernesto G. Orozco Escoto NUR-código: 956 NUR-descripción: Ingeniería Civil Diciembre, 2014 © ASOCIACIÓN MEXICANA DE INGENIERÍA DE VÍAS TERRESTRES, A.C. Camino a Santa Teresa núm. 187 Col. Parque del Pedregal México, D.F. C. P. 14010 El proyecto de investigación para este libro se realizó con el número de registro asignado por el IPN-SIP: 20101064 ISBN 978-607-9191-05-4 La información y conclusiones vertidas en este texto expresan exclusivamente la opinión de los autores. La Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A.C. no se hace responsable del contenido de esta publicación. IMPRESO EN MÉXICO / PRINTED IN MEXICO 2 XX MESA DIRECTIVA DE LA AMIVTAC La Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A.C., AMIVTAC, con el deseo de difundir los conocimientos generados y realizados por la ingeniería mexicana de Vías Terrestres y los adelantos en la última década, la XX Mesa Directiva se dio a la tarea de impulsar a sus asociados a escribir y transmitir tales conocimientos, dando por resultado el presente ejemplar. Deseamos que este impulso siga dando frutos y que, de esta manera, se divulgue la ingeniería mexicana de Vías Terrestres. Esta XX Mesa Directiva está integrada por los siguientes ingenieros: LUIS ROJAS NIETO LUIS HUMBERTO IBARROLA DÍAZ CARLOS BUSSEY SARMIENTO MIGUEL ANGEL VEGA VARGAS OSCAR E. MARTINEZ JURADO AARON ANGEL ABURTO AGUILAR CARLOS ALBERTO CORREA HERREJON JOSE MARIO ENRIQUEZ GARZA JOSE MARÍA FIMBRES CASTILLO AMADO DE JESÚS ATHIÉ RUBIO BELISARIO GARCÍA NAME JORGE COLONIA ALBORNOZ ALEJANDRO ALENCASTER GONZÁLEZ JOSE ROBERTO VÁZQUEZ GONZÁLEZ JESÚS FELIPE VERDUGO LÓPEZ GERMÁN FCO. CARNIADO RODRÍGUEZ HÉCTOR ARMANDO CASTAÑEDA MOLINA BERNARDO JOSÉ ORTIZ MANTILLA ERNESTO CEPEDA ALDAPE VERÓNICA FLORES DE LEÓN JULIO CÉSAR CHACÓN VIVANCO HÉCTOR MANUEL BONILLA CUEVAS OSCAR E. MARTINEZ JURADO RUBÉN FRÍAS ALDARACA JOSE MARÍA FIMBRES CASTILLO PETRONILO HERNANDEZ HERNANDEZ HÉCTOR LÓPEZ GUTIÉRREZ FEDERICO DOVALÍ RAMOS ALBERTO MENDOZA DÍAZ EDUARDO A. CADENA LEONARDO GUZMÁN L. JUAN CARLOS CAPISTRAN FERNANDEZ SERGIO LÓPEZ NORIEGA PRESIDENTE VICEPRESIDENTE 1 VICEPRESIDENTE 2 VICEPRESIDEMTE 3 SECRETARIO PROSECRETARIO TESORERO SUBTESORERO VOCAL 1 VOCAL 2 VOCAL 3 VOCAL 4 VOCAL 5 VOCAL 6 VOCAL 7 VOCAL 8 VOCAL 9 COORDINADOR de C. Y T. COORDINADOR de D. COORDINADORA de E. S. C. y C. COORDINADOR de S. COORDINADOR de C. T. P.-A. COORDINADOR del C. E. Y B. COMITÉ TÉCNICO de P. COMITÉ TÉCNICO de C. COMITÉ TÉCNICO de F. COMITÉ TÉCNICO de P. COMITÉ TÉCNICO de A. COMITÉ TÉCNICO de S. V. COMITÉ TÉCNICO de C. R. COMITÉ TÉCNICO de T. COMITÉ TÉCNICO de C. de C. COMITÉ TÉCNICO A y de S. PATROCINADOR DE ESTA EDICIÓN: 3 4 PRESENTACIÓN La AMIVTAC es una asociación que se preocupa por el desarrollo de las tecnologías y requerimientos en la Ingeniería Civil, en la rama de las Vías Terrestres, para mantenerse a la vanguardia y brindar el apoyo a los técnicos y especialistas, con el fin de no rezagarse en los avances y descubrimientos en la materia. En esta ocasión, en especial nos toca ser la instancia organizadora de la celebración del 40 aniversario de nuestra Asociación a celebrarse en la Ciudad de México, la cual cumple ampliamente con la función de la Asociación de capacitar y actualizar a sus agremiados. La importancia de publicar el “Manual de la Nano-tecnología en Pavimentos del Concreto Zeolítico Sintético. Transformación de suelos en un Concreto Zeolítico Sintético, con el uso de Zeolitas Sintéticas, Compuestos Alcalinos y Activadores de Patente” se enmarca dentro de los objetivos de la AMIVTAC, que son los de promover y desarrollar la ciencia y la tecnología de la especialidad en Vías Terrestres, desde los puntos de vista técnico, administrativo y operativo. Y en relación con las distintas modalidades del transporte, en beneficio de la colectividad y del país. Este libro pone a la disposición del lector, además de las definiciones pertinentes, las aplicaciones, los criterios de diseño, el método para trabajar con los aditivos Zeolíticos Sintéticos que desarrollan un Concreto Zeolítico Sintético, el proceso químico, las especificaciones de las mezclas, las propiedades de los materiales (antes y después del proceso), los protocolos para las pruebas de laboratorio, los criterios para llevar una Supervisión eficiente y poder llevar al cabo un Control de Calidad adecuado. El uso de esta Nano-tecnología, es una alternativa altamente efectiva para la construcción y la rehabilitación de carreteras, logrando hacer estructuras más estables, ecológicas y con una mayor vida útil. Los beneficios más destacados de éste proceso constructivo son; el uso de cualquier material “in situ” y evitar, casi por completo, el deterioro ambiental por la explotación irracional de materiales, por lo que se reduce el desperdicio de los recursos naturales, logrando así, un considerable ahorro en costos y tiempo. Adicionalmente, se incluye una serie de ejemplos resueltos para diferentes tipos de estructuras de Pavimento, secciones tipo y algunas de las obras nacionales y extranjeras en las que se ha utilizado esta Nano-tecnología. 5 Cabe hacer mención, que la nueva Sociedad Mexicana de Geomateriales, A.C. está haciendo la labor de dar seguimiento e investigación a todos los tipos de Concretos y ha catalogado y aceptado a esta Nano-tecnología como un transformador de suelos en un Concreto Zeolítico Sintético y le ha dado la siguiente definición: “Material constituido por la mezcla de suelos (gravas, arenas, arcillas, humus, coloides y materia orgánica) con Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, más cemento Portland y agua. Capaz de utilizarse en Vías Terrestres, Obras Hidráulicas, Edificaciones, Cimentaciones, etc. δos llamados materiales de “mala calidad” (marginales o conflictivos), como los suelos arcillosos expansivos o colapsables, se pueden transformar en una losa (Concreto Zeolítico Sintético), con las propiedades fundamentales que se deseen, como: monolítico, resistencia a la abrasión, a la erosión, a la tensión por flexión, a la compresión simple y al esfuerzo cortante. Impermeabilidad al agua o el aire, flexibilidad sin agrietamientos, homogeneidad en la distribución de cargas (esfuerzos y deformaciones) y gran durabilidad.” Es por ello que nos hemos dado a la tarea de impulsar esta publicación, no sólo para hacer del conocimiento de los lectores la existencia de tan revolucionaria tecnología, sino también para que conozcan las ventajas, aplicaciones, ahorros y rendimientos que se pueden obtener. Es obligado recordar que la publicación aquí impresa, está cargada de experiencia y buena voluntad de los autores, al propiciar la transmisión de conocimientos, que deben continuarse en acciones aplicadas con ética, inteligencia y generosidad. Ése es, aquí y ahora, el verdadero desafío para nosotros, donde demostramos de manera fehaciente, dejando plasmado en estas ediciones conmemorativas, el éxito que es palpable para la AMIVTAC, dado que cumplimos con el objetivo primordial de coadyuvar en la capacitación de los ingenieros involucrados en el desarrollo de la infraestructura de Vías Terrestres que demanda la sociedad. Agradecemos ampliamente al patrocinador que, con su aportación económica, han hecho posible la impresión de esta obra, así como a los autores y a los miembros del Comité de Libros de la AMIVTAC por su constante labor de revisión. Ing. Luis Rojas Nieto Presidente de la XX Mesa Directiva de la AMIVTAC 6 ÍNDICE “Mi país nunca fue tan rico que podían permitirse malas carreteras” Guillermo El Conquistador 1066 XX Mesa Directiva de la AMIVTAC……………………...…….………………………………….….. 03 PRESENTACIÓN por el Ing. Luis Rojas Nieto ………………....……………………….…………. 05 PRÓLOGO… en memoria del Ing. Don Javier de Jesús Montero Ávila†…..…………………. 10 INTRODUCCIÓN ……….…………………………………………………………………………….….. 11 CAPÍTULO 1.- Generalidades …………..…………………….…................................................... 1.1.- Generalidades y Definiciones ………………………………………………………...……..……. 1.2.- Objetivo del εanual ……....…………………………………………………………………….…. 1.3.- Preparativos Preliminares ………….………………………………………………………….….. 1.4.- Estructura del εanual ……...……….………………………………………………………….….. 12 12 20 20 23 CAPÍTULO 2.- δa Química en la Ingeniería de Vías Terrestres ……………………………………. 25 2.1.- Generalidades ………………………………………………………………………………………. 25 2.2.- El Cemento Portland ……………………………………………………………………………….. 26 2.3.- El Cemento Portland adicionando Zeolitas Sintéticas …....……………………………………. 31 2.4.- εecanismos de Reacción ……………………………….......……………………………………. 35 2.5.- Encapsulamiento (cristalización envolvente) y sus efectos ……………………………………. 37 CAPÍTULO 3.- Criterios para el Diseño de Pavimentos ……………………………………………... 40 3.1.- Generalidades ………………………………….…………………..………………………………. 40 3.2.- Requerimientos Iniciales del Proyecto …………………………..………………………………. 41 3.3.- εecánica de Suelos ……………..………………………………………………………………… 46 3.3.1.- Visita al Sitio, Inspección General ……………..……………………………………… 47 3.3.2.- En el Sitio, Inspección Detallada ….…………..……………………………………… 48 3.3.3.- Sondeos ……………………………………….…..…………………..………………… 49 3.3.4.- εuestreo de los Diferentes Tipos de εateriales ….………....……………………… 50 3.3.5.- Definir las pruebas a realizar ……....…………..……………………………………… 52 3.3.6.- Aplicar las Pruebas en el δaboratorio ….……..……………………………………… 52 3.3.6.1.- Color ……………….………………………..……..………………………… 53 3.3.6.2.- Granulometría …………..…………..……..……..………………………… 56 3.3.6.3.- Textura ………….………………….…..…..……..………………………… 58 3.3.6.4.- Clasificación ……………..………..………..……..………………………… 59 3.3.6.5.- Química y εorfología …….………………..……..………………………… 61 3.3.6.6.- Pruebas Físicas y Mecánicas …………....……..………………………… 65 CBR ……………………………………………………………..………… 65 Plasticidad ……………………………………………………………….… 66 7 Permeabilidad …………………………………………………………..… 68 Consolidación …………………………………………………………..… 68 Esfuerzo Cortante ………………………………………………………… 69 Compactación …………………………………………………………..… 70 Resistencia a la Compresión Simple………………………………….… 71 Resistencia a la Tensión por Flexión …………………………………… 72 Resistencia a la Tensión por Compresión Diametral “Brasileña” …… 73 Fatiga …………………………………………………………………….…73 Prueba de εódulo de Resiliencia (εr) ……………………………….… 74 εódulo Elástico (E) …………………………………………………….… 74 3.4.- δa Ingeniería de Tránsito …………..……………………………………………………………… 76 3.5.- Las Condiciones de Factibilidad Ambiental …………….……….…..…………………………. 81 3.6.- Otros Factores y Conclusiones ……………….…………..……………………………………… 83 CAPÍTULO 4.- Diseño de Pavimentos con Zeolitas Sintéticas ……..………….…………………… 84 4.1.- Generalidades y Definiciones ….………………………………………………………………….. 84 4.2.- Conceptos Actuales para el Análisis y Diseño de Pavimentos …......…………….………….. 86 4.3.- Conceptos Mecanicistas para el Análisis y Diseño de Pavimentos …..........…….………….. 87 4.3.1.- Datos de Entrada ………………………………………..........…………...………….. 88 4.3.2.- Diseño de Prueba ……………………………………………............…….………….. 88 4.3.3.- Respuesta Estructural (σ, , y ) ……….…………………............…….………….. 94 4.3.4.- Predicción del Comportamiento (Criterio de Fallas) …………………....………….. 98 4.3.5.- Verificación del Comportamiento (Vida Útil) ....…………..............…….……….….. 102 4.3.6.- Proceso Constructivo (Especificaciones)y Secciones Tipo ...……..……………….. 102 4.3.7.- Secciones Tipo ...……..…………………………………………………………..…….. 119 4.4.- Ejemplos Resueltos “Paso a Paso” …..…………………………………………………………... 121 4.4.1.- Criterio MEPDG – AASHTO 2008, Pavimentos Rígidos ….……...…….………….. 122 4.4.2.- Criterio MEPDG – AASHTO 2008, Pavimentos Flexibles ……..……….………….. 124 4.4.3.- Ejemplo Resuelto 1 (Pavimento Rígido con Zeolitas Sintéticas) ...…….…..….….. 130 4.4.4.- Ejemplo Resuelto 2 (Pavimento Rígido Convencional) ...….………..………….….. 135 4.4.5.- Ejemplo Resuelto 3 (Pavimento Flexible con Zeolitas Sintéticas) ...….………….... 140 4.4.6.- Ejemplo Resuelto 4 (Pavimento Flexible Convencional) ...….……………….…….. 146 4.5.- Resumen y Conclusiones …………………………………..…………………….………..….….. 155 CAPÍTULO 5.- Otros ejemplos para el Diseño de Pavimentos ……………..………..………..…… 5.1.- Generalidades …..….……………………………………………….………..……………..……… 5.2.- Aeropuerto ………….……………………………………………….………..……………..……… 5.3.- Vía Ferroviaria ….………………….……………………………….………..……………..……… 5.4.- Otros Proyectos y Conclusiones …..…….………………………………………………..……… 158 158 159 165 167 CAPÍTULO 6.- Protocolos de δaboratorio ……..……………………………………….…………....... 170 6.1.- Procedimientos Preliminares…………………………………….………..………………..……… 170 6.2.- Básico de Laboratorio y Campo con Mezclas Hechas en Sitio…………….…………..……… 177 6.3.- Elaboración de Cilindros con Mezcla Hecha en Laboratorio.………..…………….…..……… 180 6.4.- Elaboración de Cilindros con Mezcla Hecha en Sitio………..…………………………..……… 191 6.5.- Extracción de Corazones.……………………………….………..………………………..……… 192 6.6.- Normas de Referencia…….……………………………….………..……………..…………….… 195 8 CAPÍTULO 7.- Obras en εéxico ……………………………….……..……………………………...... 199 7.1.- Tabasco ….……………………………………………………..…………………………………... 199 7.2.- Entronque Charo, en εorelia, εich.……..……………………...………………………………... 204 7.3.- δaguna de Cuyutlán, εanzanillo, Colima ……….……………………………..………………... 206 7.4.- Plataforma, Querétaro, Qro. ...………………………………………..………..………………... 207 7.5.- Camino de Acceso, Poza Rica, Ver.……..……….…..……..…………………………………... 208 7.6.- Experimento, εorelia, εich. ……..…………………….……..…………………………………... 209 7.7.- Puente Tonalá I, Veracruz-Tabasco ……..…………………….………………………………... 210 7.8.- Tramo de Prueba en la Autopista México-Querétaro ……..…………………………….……... 211 7.9.- Autopista del Sol, Cuernavaca-Acapulco ……..…………………………………….…………... 212 7.10.- Patio de εaniobras de una Nave Industrial, δeón, Gto. ……..…………………………….... 213 7.11.- Patio de εaniobras y de Entrenamiento de Autobuses en Oaxaca, Oax. ……..…………... 214 7.12.- Calles en δeón, Gto. ……..…………………………………..…………………………………... 215 7.13.- Patio de Carga y Descarga, Celaya, Gto. ……..………………………….…………………... 216 7.14.- Rehabilitación δateral, Salamanca, Gto. ……..………………………………………………... 216 7.15.- Terminal εultimodal Puerta εéxico, Toluca, Edo. de εéxico ……..………………………... 217 7.16.- Ferrocarril Suburbano, εéxico, D.F. ……..………………………………...…………………... 218 7.17.- Cuidad Valle, Tamaulipas ……..………………………………………..…………..…………... 218 7.18.- Autopista México-Tuxpan ……..………………………..…..…………………………………... 219 7.19.- Anden en Central de Autobuses Tapo, εéxico D.F. ……..…………………………………... 219 CAPÍTULO 8.- Obras de Éxito en el εundo …………….……………..…………………………...... 220 8.1.- Fotos ……………………………………………………………..………………………………….. 220 REFERENCIAS.- …..…………………………………………………………………………………….. 228 AGRADECIMIENTOS.- …..…………………..……………………………………………………….. 9 231 PRÓLOGO En Memoria del Ing. Don Javier de Jesús Montero Ávila † Nació en Tlaltenango de Sánchez Román, Zacatecas, México, un día martes 28 de marzo de 1944. Estudió la carrera de Ingeniería Civil en la Facultad de Ingeniería de la UNAM, de 1962 a 1967. Su Tesis Profesional fue: “Puente sobre el arroyo El Jaloco”. Tomó diversos cursos y especialidades en Vías Terrestres, fabricación de Concretos y Concretos Pre-esforzados, entre otros. Fue Fundador y Director General de la empresa proyectista CAXCAN, que toma su nombre de una tribu Náhuatl, que habita en el sur del Estado de Zacatecas. Proyectó la mayoría de los puentes fronterizos de México, así como una innumerable cantidad de proyectos para la Infraestructura de las Vías Terrestres. Aportó las directrices para la realización de esta publicación. Hombre de gran corazón, humilde, sencillo, muy inteligente y con el gusto de enseñar. Se nos adelantó el 22 de octubre del 2013. 10 INTRODUCCIÓN “Innovación es la habilidad de ver el cambio como una oportunidad, no como una amenaza” Anónimo Este manual es una guía para el uso de las Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, para crear un Concreto Zeolítico Sintético en la construcción de Vías Terrestres, complementado con información adicional relevante. Las Zeolitas Sintéticas son usadas junto con el cemento Portland, el cual hace posible utilizar aglutinantes cementados en todo tipo de materiales naturales (“in situ”), y así crear una estructura más estable y durable, que puede utilizarse en las Vías Terrestres. Las Zeolitas Sintéticas modifican la dinámica y la química del proceso de hidratación del cemento Portland a una escala nano-métrica, mejorando (potencializando) los procesos de cristalización, formando una estructura cristalina de agujas largas (entramado molecular), de forma multidireccional y densa. En el manual también hay una descripción de los procesos de elaboración (método constructivo) y la forma de hacer una mezcla apropiadamente dentro de un buen diseño estructural de Pavimentos. Para lograrlo, es necesario contar con toda la información requerida; como son los alcances, la viabilidad, el tipo de estructura, el estudio completo de Mecánica de Suelos, la Ingeniería de Tránsito, el Clima y sus variaciones. Dentro del manual se encuentra toda la información necesaria para poder entender el funcionamiento de las Zeolitas Sintéticas, cómo hacer un diseño de mezcla, como aplicarlas, de qué forma realizar mediciones para llevar una Supervisión y Control de Calidad adecuadas y mucha información actualizada como Conceptos Mecanicistas en Pavimentos. El manual muestra los principales beneficios como; menores costos de construcción, menores costos de mantenimiento, obras más durables, periodos más cortos de construcción, procesos en beneficio del medio ambiente (ecológico), dispersión y absorción de esfuerzos y deformaciones en la parte superior de la estructura y contiene los conocimientos más importantes, así como toda la experiencia que hasta hoy se tiene sobre el trabajo con Zeolitas Sintéticas para elaborar un Concreto Zeolítico Sintético. 11 CAPÍTULO 1 Generalidades “Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo.” Albert Einstein 1.1.- Generalidades y Definiciones Vamos a iniciar este manual de la “Nano-tecnología en Pavimentos del Concreto Zeolítico Sintético” definiendo algunos términos relevantes para empezar a entender su funcionamiento. Primero hay que definir la palabra nano; es un prefijo o medida Griego del Sistema Internacional de Unidades que indica un factor de −9 = 0.000 000 001 su símbolo es: n (Tabla 1) Tabla 1.- Sistema Internacional de Unidades. Ahora definiremos que es un nanómetro; y es la unidad de longitud que equivale a una milmillonésima parte de un metro y su símbolo es nm. Continuando con las definiciones, ahora veremos que es la Nano-tecnología.- Esta palabra es usada, para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nano-escala, es decir, a 12 unas medidas extremadamente pequeñas o nanos que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. Otra manera de definirla es como la ciencia del estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a un nivel de nano-escala. Es imprescindible que los materiales de Construcción, y los sistemas Constructivos, cumplan con varias características como son: alta durabilidad, resistencia al deterioro y buen comportamiento mecánico, entre otras. La Nano-tecnología cuenta con varios usos, pero ahora se encuentra revolucionando el área de la construcción con la aparición de nuevos materiales, como las Zeolitas Sintéticas, que cuentan con características específicas. El estudio de esta nueva tecnología nos ayudará a reducir los impactos ambientales que genera la industria de la Construcción, ya que se pueden modificar (transformar) y reciclar cualquier material “in situ” a nivel molecular (Fig. 1) Fig. 1.- Ilustración de “Estudiando lo nano” La tecnología se sigue renovando día a día, ahora la gran revolución de la Nano-tecnología llega al sector de la Construcción, generando grandes cambios a lo que antes era la metodología de Construcción tradicional, llevándola así a un nuevo nivel y proyectando dicha área a un futuro tecnológico. A través de la Nano-tecnología se pueden desarrollar materiales más resistentes que los convencionales. Caracterizados principalmente por contar con nuevas propiedades físicas y químicas obtenidas a escala nano-métrica. De tal forma, la resistencia, la elasticidad, la conductividad térmica, entre otras propiedades, se comportan de diferente modo y se incrementan. De las características más importantes de los nano-materiales, sobresalen sus extraordinarias propiedades mecánicas (Fig. 2) 13 Fig. 2.- Fotos a nivel nano de cristales modificados con Zeolitas Sintéticas. Ahora definiremos a las Zeolitas.- Son una familia de aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos. Su estructura molecular forma cavidades ocupadas por iones grandes y moléculas de agua que permiten el intercambio iónico y la deshidratación reversible. La primera descripción fue en 1756, dándoles el nombre de “piedras hirviendo” (origen griego), refiriéndose a la evolución del vapor de agua cuando la roca se calienta. Actualmente se conocen cerca de 50 diversos tipos de Zeolitas Naturales, que su función principal es para complementos agrícolas, complemento del abono, fertilizantes, tratamiento de aguas y fabricación de detergentes, entre otros usos. Y existen alrededor de 150 variaciones sintetizadas con Nano-tecnología en laboratorios especializados llamadas Zeolitas Sintéticas, para aplicaciones muy específicas. Las Zeolitas Sintéticas que están diseñadas (sintetizadas) para trabajar en conjunto con diversos compuestos alcalinos y varios activadores de patente, están específicamente desarrolladas para aplicaciones en la transformación de suelos para la elaboración de estructuras para las Vías Terrestres, como las bases de Concreto Zeolítico Sintético (Fig. 3) Fig. 3.- Fotos de Zeolita Natural y de Zeolitas Sintéticas más compuestos alcalinos y activadores de patente. 14 La definición del Concreto Zeolítico Sintético, como ya se había mencionado en la Presentación de este Manual, es: “Material constituido por la mezcla de suelos (gravas, arenas, arcillas, humus, coloides y materia orgánica) con Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, más cemento Portland y agua. Capaz de utilizarse en Vías Terrestres, Obras Hidráulicas, Edificaciones, Cimentaciones, etc. Los llamados materiales de “mala calidad” (marginales o conflictivos), como los suelos arcillosos expansivos o colapsables, se pueden transformar en una losa (Concreto Zeolítico Sintético), con las propiedades fundamentales que se deseen, como: monolítico, resistencia a la abrasión, a la erosión, a la tensión por flexión, a la compresión simple y al esfuerzo cortante. Impermeabilidad al agua o el aire, flexibilidad sin agrietamientos, homogeneidad en la distribución de cargas (esfuerzos y deformaciones) y gran durabilidad.” Actualmente ya está aceptada y validada en México la existencia de la Base de Concreto Zeolítico Sintético para los Pavimentos en la Infraestructura de las Vías Terrestres. A continuación se mencionan otros conceptos relevantes: Aditivo.- Su definición dice que es un componente que puede o que debe añadirse. Es una sustancia que se agrega a otra(s) para darle(s) cualidades de que carecen o para mejorar las que poseen. Significa que es algo que se adiciona a otro(s) material(es) o agregado(s) para cambiar o mejorar sus características físicas y/o químicas. Estabilizar.- Por definición es la acción de dar estabilidad a algo, por lo tanto, es la cualidad de estar estable y que se mantiene por mucho tiempo sin cambios. Se usa también este término como el mejoramiento de algo en cierto porcentaje para que se mantenga en ese estado nuevo. Estabilizador de suelos.- Se refiere al uso de Aditivos (productos), que en combinación con agregados clasificados y un proceso constructivo, lograr generar un mejoramiento (estabilización) en cierto porcentaje a un suelo y darle a cierta capa de la estructura de Pavimento mejores propiedades para soportar cargas. Es decir, es un suelo granular mejorado en algún porcentaje, pero sigue siendo granular. Existen diversos tipos de estabilizadores, que desafortunadamente, la mayoría de ellos no cumplen con las especificaciones, requerimientos y durabilidad (vida útil) que demandan las obras actualmente en México, esto ya se ha demostrado en diversos estudios de laboratorio y campo realizados por laboratorios certificados, tanto Públicos como Privados, a continuación se mencionan algunos de ellos, que tienen diferentes marcas y procedimientos: • • • • • • • • Cal (polvo), Cemento Portland (polvo), Cemento Asfáltico (emulsión), Poliméricos orgánicos (líquidos), Enzimáticos orgánicos (líquidos), Mielínicos orgánicos (líquidos), Minerales naturales (polvo), Entre otros. 15 Transformador de suelos.- Es el uso de algún Aditivo Nano-tecnológico que, en conjunto con un procedimiento específico, y agregados pétreos, desencadenen una serie de reacciones químicas que conlleven al resultado de modificar, cambiar o convertir de manera irreversible las propiedades químicas, físicas y mecánicas de un suelo. Dándole propiedades únicas, la principal es que el producto final NO es un material granular. Cabe señalar, que para poder transformar un suelo, primero debe ser estabilizado. Por obvias razones de costos y procedimientos, el aditivo transformador de suelos debe ser el mismo que primero logre ese proceso y luego lo convierta en el producto final buscado. Este tipo de procedimientos de alta tecnología, deben ser realizados forzosamente por un equipo técnico de primer nivel. Es decir, se requiere para cada proyecto: soporte completo (Memorias de Cálculos, Secciones, Especificaciones Particulares y Catálogo de Conceptos), asesoramiento durante todo el proceso de la construcción, capacitación a la Supervisión y apoyo técnico antes, durante y después de la obra. Existen en el mercado internacional, alrededor de 4 productos que usan las Zeolitas Sintéticas para este fin, pero sólo hay 2 que sí han logrado obtener excelentes resultados en nuestro país, al combinarlas con otros componentes minerales sintetizados. Puzolanas.- Son materiales finamente molidos (naturales, artificiales o subproductos industriales), los cuales no son cementantes por sí mismos. Proceden de algunas de las tierras diatomáceas, horstenos opalinos, pizarras, tobas y pómez, así como de diferentes productos de calcinación y de algunas de las arcillas más comunes como la montmorilonita y la caolinita. Dentro de estos materiales se consideran las cenizas volantes, escorias de fundición y/o cenizas de residuos agrícolas, que se obtienen de los quemadores de centrales termoeléctricas alimentadas con carbones pulverizados, mediante la precipitación electrostática o por captación mecánica de los polvos que acompañan a los gases de combustión. Uso de las Puzolanas.- En la construcción, se utilizan en la formación del “Clínker” Portland, llamado cemento Portland Puzolánico. Origen de la Puzolana.- Su explotación y uso, principalmente en la construcción, data de la era romana. Su nombre lo recibe por las cenizas y las piedras volcánicas que provienen de la población de Puzzuoli, en las faldas del Vesubio, Italia. Debido a los conceptos anteriores, se pueden concluir los siguientes puntos: • Los productos que contienen componentes sintetizados a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, son Aditivos. • Primero funcionan como un estabilizador, pero sus propiedades finales no se quedan ahí. • Después de hacer la estabilización correspondiente, transforman (modifican) el suelo en un tipo de concreto, llamado Concreto Zeolítico Sintético. • La diferencia básica entre los estabilizadores y los transformadores de suelos es: el primero sólo lo mejora un poco y el segundo lo modifica. • Un suelo Estabilizado es granular, permeable y con propiedades mecánicas muy básicas, uno Transformado con Nano-tecnología, NO es granular, en impermeable, monolítico y con propiedades mecánicas muy superiores a todo lo convencional. 16 • Este nuevo tipo de estructura de Pavimento de llama Concreto Zeolítico Sintético y así ya aparece en diversas licitaciones públicas nacionales e internacionales. • Las Zeolitas Sintéticas para Pavimentos NO son una Puzolana, sino un aditivo para el proceso de construcción y rehabilitación de Pavimentos de las Bases en las Vías Terrestres, para darles cualidades únicas. • Se ha demostrado el buen funcionamiento de esta Nano-tecnología a lo largo de más de 8 años de pruebas en laboratorio y campo por el IMT (Instituto Mexicano del Transporte) y otros laboratorios certificados, así como en obras que ya tienen más de 17 años en uso en México y casi 30 años en el mundo. Tan sólo en México ya han sido construidos más de 1,000 km de caminos rurales, carreteras alimentadoras, carreteras estatales y entronques, por mencionar algunos. Además de plataformas para naves industriales, estacionamientos, patios de centros de distribución de armadoras de autos, patios de entrenamiento y maniobras de terminales de autobuses, losas de cimentación en estructuras mayores, caminos de acceso para cargas pesadas a través de una laguna, etc. Al final del manual se integra una relación de algunas de las obras más relevantes tanto de México como las Internacionales. Este manual es una guía dirigida a todos los clientes que han usado la Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas, los constructores, contratistas, instituciones gubernamentales, empresas privadas, gente de ciencia y cualquier otra persona o institución interesada en conocer el funcionamiento y características de esta Nano-tecnología. Como se mencionó en la Introducción, este manual está basado en la experiencia reunida en los diferentes proyectos y trabajos de investigación que se han llevado al cabo en el mundo, y explica qué son las Zeolitas Sintéticas, cómo puede realizarse un diseño para cualquier proyecto y cómo se deben aplicar en la práctica. Se le ha dado especial énfasis al hecho de que alrededor del mundo existen diferentes requerimientos, normativas, recursos y necesidades para la construcción de obras de Vías Terrestres, así como diversos métodos de diseño y programas de cómputo para elaborar las memorias de cálculo y poder dar el soporte técnico necesario. Por lo anterior, y tomando en cuenta dichas diferencias, en este manual, se está ofreciendo un enfoque genérico, sin locación específica, pero con las bases fundamentales y técnicas de la Ingeniería en Vías Terrestres. En el sistema de diseño y de construcción convencional en obras de Vías Terrestres, se requiere del movimiento de una gran cantidad de materiales, tanto de importación como de exportación, ya sea en obras de terracerías, así como para las estructuras de pavimentos. Esto, se puede incrementar a volúmenes extraordinarios, especialmente en situaciones donde la capacidad de carga del suelo es muy baja, el manto freático está muy cerca de la superficie, el suelo tiene problemas críticos de estabilidad o es colapsable y/o si el Aforo vehicular es muy alto. También cuando hay arcillas plásticas expansivas, o cuando las condiciones Geotécnicas, a lo largo del proyecto, no son las adecuadas, y se generan riesgos estructurales que pueden llevar a que falle la estructura antes del tiempo estimado proyectado. 17 Como resultado de todo esto, se hacen diseños de pavimentos convencionales de múltiples capas y estructuras muy robustas (Fig. 4), más las capas de las terracerías. Y todo ese material basado en la importación de gravas, arenas y otros materiales más “aceptables”. Fig. 4.- Ejemplo de Sección Convencional de Pavimentos Flexibles. Aunado a lo anterior, los costos de transporte, la ubicación del banco de materiales, las variaciones del clima y otros costos más, siguen aumentando debido a las distancias, cada vez mayores, desde donde han de importarse los materiales. De hecho, hay proyectos en los cuales, por la escasez de materiales adecuados, ha sido necesario importarlos de otros países. Ello, conlleva a que el costo por la construcción se eleve aún más. La dependencia de materiales importados para la construcción convencional de carreteras, es un factor que impacta drásticamente el costo del proyecto y a su impacto ambiental. Hoy en día, el principal problema en la construcción de carreteras, desde un punto de vista de sustentabilidad y eficiencia, es nuestra capacidad para encontrar un enfoque más racional y duradero en su diseño y construcción Para lograrlo, es necesario garantizar una menor dependencia de grandes cantidades de materiales importados y poder cumplir con los requisitos relativos a la ejecución de la construcción de carreteras. Mientras la sociedad se desarrolla cada vez más, genera grandes montañas de materiales de desecho, los cuales, se están convirtiendo en un gran problema. Por ello, la posibilidad de utilizarlos, en vez del material virgen importado de bancos, ha sido reconocida como una opción de gran valor por varios años, y ahora ya es una realidad. Hasta ahora, en los métodos convencionales, sólo una porción limitada de estos desperdicios puede ser considerada para su uso en la construcción de carreteras, debido a los problemas de contaminación asociados con la inmovilización y la lixiviación. 18 El uso de la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas elimina prácticamente estos obstáculos, permitiendo un mayor uso de materiales de desechos en la construcción de Vías Terrestres y haciendo posible la solución a dos problemas a la vez: 1. El control del flujo de residuos y su contaminación. 2. La disponibilidad de una fuente más barata y respetuosa del medio ambiente, de materiales para la construcción de Vías Terrestres. Con el uso de ésta Nano-Tecnología, tanto en el diseño como en la construcción de carreteras, se permite el uso del material “in situ” (cualquier tipo de suelo) Esto trae como resultado, la reducción del espesor en la estructura del pavimento y también contribuye a la solución de la exhaustiva exigencia y constante rechazo de los materiales (del sitio o importados), mejorando sustancialmente la infraestructura, sin la necesidad de ocupar materiales vírgenes de banco (Fig. 5) CONVENCIONAL ZEOLÍTICO SINTÉTICO Fig. 5.- Ejemplo de una comparativa de Secciones de Pavimentos Flexibles En resumen, ésta Nano-Tecnología en la construcción de Vías Terrestres, hace posible: El uso de materiales de desecho. Utilizar materiales “in situ”, sin importar su calidad, pero sí es necesario hacer un análisis de la Mecánica de Suelos. La reducción del espesor de la estructura del pavimento con un mismo desempeño. 19 Reduce la importación de materiales. Inmovilizar los contaminantes existentes en los materiales de desecho. Reducir los costos administrativos por el manejo y disposición de residuos. Disminuir los insumos energéticos. Erradicar los problemas asociados al deterioro ambiental y ecológico. 1.2.- Objetivo del Manual Este manual está destinado a guiar al lector en el uso de la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas para construir una estructura de Concreto Zeolítico Sintético ylograr el objetivo deseado: que la estructura del pavimento cumpla con todos los requerimientos. Se revisarán diferentes aspectos; desde la planificación y diseño de un proyecto, la implementación y construcción con las especificaciones y niveles de calidad adecuadas (geometría, acabados, materiales y procedimientos constructivos), hasta los parámetros de conservación. Al terminar de estudiar el manual, se habrán logrado varias metas. Como el garantizar que el uso de esta Nano-Tecnología sea usada de una manera apropiada, siguiendo los procedimientos constructivos que se establecieron en la planificación y diseño del proyecto. También se busca el poder promover el uso de las Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, una vez que se conocen bien los alcances y bondades que tiene ésta NanoTecnología, como un producto de elección básica en el diseño y construcción de Vías Terrestres, sin subestimar el uso que puede tener en otras áreas de la construcción. Y por último, se busca el proveer de suficiente soporte técnico a todos los interesados en el diseño, uso e investigación de esta Nano-Tecnología, para que sean capaces de llevar al cabo una buena planificación integral de un proyecto. 1.3.- Preparativos Preliminares A fin de maximizar los beneficios del uso de la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas en la construcción de Vías Terrestres, es necesario que sea utilizado un procedimiento estructurado, completo y eficiente tanto en el diseño, como en su aplicación. Para conseguir los resultados deseados y maximizar los beneficios de las Zeolitas Sintéticas, el primer requisito es tener un claro entendimiento de los requerimientos y alcances del proyecto. Esto se refleja en los requerimientos de las especificaciones de desempeño y niveles de calidad del proyecto, con respecto a diferentes criterios, que en esencia, están determinados por las propiedades y características del producto terminado (geometría, acabados, materiales y procedimientos constructivos) 20 También es muy importante tener en cuenta para las especificaciones y los parámetros para la Supervisión y el Control de Calidad. Dichos parámetro se refieren a aspectos como la resistencia a la compresión simple, a la tensión por flexión, a la abrasión, a la erosión, a la corrosión, al esfuerzo cortante, etc., así como el Módulo Elástico (estático y dinámico), la permeabilidad al agua o el aire, flexibilidad sin agrietamientos, homogeneidad en la distribución de cargas, durabilidad, impacto ambiental, lixiviación y contaminantes, etc. Es muy importante analizar la relación entre los requerimientos del proyecto, desde definir los alcances, hasta la elección de materiales para la construcción de cualquier tipo (Fig. 6) Fig. 6.- Pirámide de Requerimientos. La mayoría de los diseñadores de estructuras de Pavimentos convencionales están familiarizados con las propiedades fundamentales de todos los tipos de materiales y de los diversos métodos constructivos. Con frecuencia, también con las propiedades de diferentes tipos de residuos y materiales contaminados, pero no necesariamente de los nuevos métodos y tecnologías disponibles para modificar las propiedades de los materiales. Este hecho tan tradicionalista ha limitado, e incluso eliminado, el uso de algunos materiales en la construcción de Vías Terrestres y se ha establecido un estado de práctica donde sólo se pueden usar ciertos materiales muy específicos. 21 Ahora, con el uso de la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas, para elaborar un Concreto Zeolítico Sintético, cambia la situación, ya que estos materiales que tenían un valor negativo, de pronto tienen un valor positivo y ya pueden ser usados en cualquier construcción. Además, están a menudo disponibles sin costo. Al mismo tiempo, estos materiales no convencionales pueden conseguir los mismo requisitos de rendimiento, tales como resistencia a la deformación y agrietamiento en espesores inferiores a los que se necesitan con los materiales tradicionales. El efecto final, en la construcción de carreteras con el uso de esta Nano-Tecnología, se traduce en una reducción en el costo directo de la construcción. Dicha reducción depende claro está, del tipo de proyecto y diversos factores. Para conseguir estos beneficios, deben modificarse tanto el diseño del proyecto, como los procesos constructivos del mismo. El ingeniero especialista en diseño de pavimentos, necesita estar familiarizado con las propiedades del material ya modificado, resultante del uso de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente. Esto requiere de gran cantidad de datos, de investigación y de experimentación. A continuación se muestra un procedimiento básico “paso a paso” para desarrollar un proyecto (Fig. 7). Más adelante, en el Capítulo 4, veremos con más detalle el proceso de Diseño de Pavimentos generando las Memorias de Cálculos correspondientes. Fig. 7.- Procedimiento básico “paso a paso” para desarrollar un proyecto. 22 1.4.- Estructura del Manual Para una buena construcción de Vías Terrestres con esta Nano-Tecnología, es importante trabajar sistemáticamente en conformidad con un procedimiento aceptable. Tomando esto en cuenta, se ha desarrollado este manual para que pueda ser utilizado por cualquier interesado. Este manual está estructurado de la siguiente forma: El CAPÍTULO 1, es la introducción, donde se explica las generalidades, el objetivo del manual, los preparativos preliminares para hacer un diseño base y las ventajas del uso de ésta Nano-Tecnología (Fig. 8) Fig. 8.- Ventajas con el uso de un Pavimento Zeolítico Sintético. El CAPÍTULO 2, está dedicado a una explicación básica del mecanismo de modificación química, sus efectos, sus beneficios y de qué manera se mejora la calidad de los materiales tratados con Zeolitas Sintéticas. El CAPÍTULO 3, es una explicación detallada de todos los aspectos o criterios relevantes para tener la mayor cantidad de información para poder elaborar un buen Diseño de Pavimentos con el uso de esta Nano-Tecnología. 23 El CAPÍTULO 4, está enfocado al diseño de Pavimentos con el uso de los Métodos Mecanisistas como AASHTO 2002 y 2008 (American Association of State Highway and Transportation Officials), viene paso a paso cómo se elaboran y la forma en la que se le da soporte técnico a estos proyectos. Este Capítulo se basó en los ejemplos resueltos de: Pavimento Rígido con Zeolitas Sintéticas, Pavimento Rígido Convencional, Pavimento Flexible con Zeolitas Sintéticas y Pavimento Flexible Convencional, así como un ejemplo con las Especificaciones Particulares completas de un proyecto. El CAPÍTULO 5, se centra en otros ejemplos para el diseño de Pavimentos de proyectos con esta Nano-Tecnología. El CAPÍTULO 6, se integran los Protocolos de Laboratorio para trabajar con las Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente y poder dar soporte técnico el diseño de estructuras de Pavimento. El CAPÍTULO 7 y 8, son un compendio de las obras de éxito en México y el Mundo. REFERENCIAS, contienen las referencias e información complementaria. 24 CAPÍTULO 2 La Química en la Ingeniería de Vías Terrestres “Lo único peor a no tener vista, es no tener visión” Helen Keller 2.1.- Generalidades Mientras que este manual se centra en la Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas para transformar suelos y usarlos como la capa de Base en las Vías Terrestres, también existe un conjunto de Zeolitas Sintéticas con características basadas en el mismo objetivo, pero con la diferencia de que están diseñadas para usos muy específicos y son aplicables para lo siguiente: 1. Para la inmovilización de residuos contaminantes, se pueden encapsular y evitar lixiviaciones, e incluso los limos más contaminados pueden tratarse y hacer que el producto final, cumpla con los requisitos necesarios para un material de construcción categoría 1. 2. Para mejorar las propiedades del concreto Portland. Las principales mejoras, en comparación con el concreto Portland tradicional, son las de lograr mayores resistencias en menor tiempo y una mejora significativa en las propiedades de contracción, bajando la temperatura de fraguado, reduciendo la permeabilidad y resistencia a temperaturas extremas. 3. Para hacer posible la inmovilización de residuos radiactivos de bajo nivel. Las Zeolitas Sintéticas para suelos, están diseñadas específicamente para aplicaciones en la transformación de cualquier tipo de suelo para la elaboración de Bases de Concreto Zeolítico Sintético (BCZ) para estructuras de Pavimentos, para la construcción de Vías Terrestres. Resuelve los problemas de baja resistencia de los suelos, al darles propiedades únicas, ya que el producto final NO es un material granular, sino un Concreto Zeolítico Sintético. (Fig. 9) Fig. 9.- Aspecto de Corazones y Cilindros de Concreto Zeolítico Sintético. 25 Es una mezcla inorgánica formulada a partir de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente. Que, basados en Nano-tecnología, modifica el proceso de hidratación del cemento Portland, al desarrollarse y amplificarse la formación de cristales en la estructura, generando un entramado multidireccional, envolvente y denso. (Fig. 10) Fig. 10.- Aspecto de las Zeolitas Sintéticas desarrolladas con Nano-tecnología de punta. Se elimina la necesidad de importar y exportar materiales y, por consecuencia, reducir significativamente el costo de la construcción de Vías Terrestres, así como se reduce drásticamente el impacto ambiental. Las características únicas de este tipo de Nano-tecnología, permiten tener construcciones rentables, rápidas y de alta calidad en diferentes categorías como Vías Terrestres, Obras Hidráulicas, Edificaciones, Cimentaciones, Plataformas, etc. Las Zeolitas Sintéticas son usadas en combinación con cemento Portland y en ciertas circunstancias pueden ser mezcladas con materiales puzolánicos. A fin de comprender más acerca de su funcionamiento en las aplicaciones con cemento Portland, primero explicaremos brevemente las características básicas de éste, y como los materiales puzolánicos actúan como apoyo aglutinante de diferentes materiales y cómo se utilizan en la formación del “Clínker” Portland, llamado cemento Portland Puzolánico. 2.2.- El Cemento Portland El cemento Portland necesita de agua para hidratarse y endurecer y así convertirse en un aglutinante efectivo de otros materiales apropiados tales como los agregados pétreos. Cuando éste se seca, en realidad detiene su endurecimiento. Y si en la mezcla no hay suficiente agua, y no se le da el curado adecuado, no va a reaccionar debidamente, generando agrietamientos y reduciendo significativamente sus propiedades. La reacción del agua y las proporciones que se usen con el cemento Portland son de suma importancia para lograr las propiedades buscadas en el diseño de la mezcla y conseguir que estas reacciones puedan continuar durante varios años. 26 El cemento Portland está formado por cinco componentes principales y unos cuantos compuestos más de menor importancia. La composición, los porcentajes de peso y la fórmula química del típico cemento Portland se muestra en la siguiente Tabla 2. Composición % en Peso Silicato Tricálcico 50% Silicato Dicálcico 25% Aluminato Tricálcico 10% Aluminoferrito Tetracálcico 10% Sulfato de Calcio (Yeso) 5% Fórmula Química Ca3 SiO5 o 3CaO·SiO 2 Ca2 SiO4 o 2CaO·SiO 2 Ca3 Al2 O6 o 3CaO·Al2 O3 Ca4 Al2 Fe2 O10 o 4CaO·Al2 O3 ·Fe2 O3 CaSO4 ·2H2 O Tabla 2.- Composición del cemento Portland. Cuando se le añade agua al cemento Portland, cada uno de los compuestos se somete a la hidratación, lo cual, conlleva al producto final. Únicamente los Silicatos de Calcio contribuyen al endurecimiento. El Silicato Tricálcico es responsable de la mayor parte de la resistencia temprana (primeros 7 días). El Silicato Dicálcico, que reacciona más lentamente, contribuye únicamente a la resistencia en tiempo posterior. La ecuación para la hidratación del Silicato Tricálcico está dada por: Silicato Tricálcico + Agua 2Ca3SiO5 + 7H2O Silicato de Calcio Hidratado + Hidróxido de Calcio + Calor 3CaO.2SiO2.4H2O + 3Ca(OH)2 + 173.6kJ Tras la adición de agua, el Silicato Tricálcico reacciona rápidamente para liberar iones de calcio, iones de Hidróxido y una gran cantidad de calor. El pH aumenta con rapidez a más de 12 debido a la liberación de iones de Hidróxido (OH-) de carácter alcalino. Esta reacción de Hidrólisis inicial se reduce rápidamente después de que comienza, dando lugar a una disminución en el calor generado. La reacción continúa lentamente, produciendo iones de Calcio y de Hidróxido, hasta que el sistema se satura. Una vez que esto ocurre, el Hidróxido de Calcio comienza a cristalizarse. Simultáneamente, el Silicato Calcio Hidratado se empieza a formar. Dichos iones, se precipitan fuera de la solución acelerando la reacción del Silicato Tricálcico a iones de Calcio e Hidróxido. (Principio de Le Chatlier). Es entonces, que la generación de calor se incrementa dramáticamente de nuevo. La formación de los cristales del Hidróxido de Calcio y del Silicato de Calcio Hidratado, proporcionan "semillas" que pueden formar más Silicato de Calcio Hidratado. Los cuales, crecen más gruesos, lo que hace más difícil para las moléculas de agua, alcanzar el Silicato Tricálcico de Anhidro. 27 La velocidad de la reacción ahora está controlada por la rapidez a la cual las moléculas de agua se difunden a través del revestimiento del Silicato de Calcio Hidratado. Esta capa de revestimiento se hace más espesa con el tiempo, provocando que la producción del Silicato de Calcio Hidratado sea más y más lenta. En la siguiente Fig. (Fig. 6), se muestra un diagrama en el cual se representa la formación de poros, cuando el Silicato de Calcio Hidratado se forma. Nótese las siguientes observaciones: A) La hidratación aún no ha ocurrido y los poros, espacios vacíos entre los granos están llenos de agua. B) Se representa el inicio de hidratación. C) La hidratación continúa. A pesar de que todavía existen espacios vacíos, éstos son llenados con Agua e Hidróxido de Calcio. D) Se muestra la mezcla de cemento casi endurecido. Se observa que la mayoría del espacio ya está lleno de Silicato de Calcio Hidratado y lo que no se llenó con este Hidrato endurecido es principalmente la solución del Hidróxido de Calcio. La hidratación va a continuar en tanto el agua esté presente y todavía haya compuestos Anhidros en la pasta de cemento (Fig. 11) Fig. 11.- Ilustración de los poros en el Silicato de Calcio a través de las etapas de hidratación. El Silicato Dicálcico también afecta a la resistencia del concreto a través de su hidratación. El cual reacciona con el agua de una manera similar al Silicato Tricálcico, pero más lentamente. El calor liberado es menor que el generado por la hidratación del Silicato Tricálcico, porque el Silicato Dicálcico es menos reactivo. Los productos provenientes de la hidratación del Silicato Dicálcico son los mismos que los del Silicato Tricálcico. La ecuación para la hidratación del Silicato Dicálcico está dada por: Silicato Dicálcico + Agua 2Ca2SiO4 + 5H2O Silicato de Calcio Hidratado + Hidróxido de Calcio + Calor 3CaO.2SiO2.4H2O + Ca(OH)2 + 58.6kJ Los otros componentes principales de cemento Portland: el Aluminato Tricálcico y Aluminoferrito Tetracálcico, también reaccionan con el agua. Su química de hidratación es más complicada ya que involucran reacciones con el Sulfato de Calcio (Yeso). Debido a que estas 28 reacciones no contribuyen significativamente a la resistencia, no serán tomadas en cuenta en esta ocasión. Aunque hemos tratado a la hidratación de cada compuesto del cemento de forma independiente, esto no es completamente preciso. La rapidez en la hidratación de un compuesto puede ser afectado por la variación de la concentración de otro. En general, la velocidad de hidratación durante los primeros días, clasificados del más rápido al más lento son: Aluminato Tricálcico > Silicato Triálcico > Aluminoferrito Tetracálcico > Silicato Dicálcico El calor se va incrementando con la hidratación del cemento Portland. Esto es debido al rompimiento y formación de enlaces químicos durante la hidratación. Las variantes de calor generado en diferentes etapas se muestran en función del tiempo (Fig. 12) Fig. 12.- Variación del calor durante el proceso de hidratación del cemento Portland. En la Etapa I, la hidrólisis de los compuestos del cemento ocurre rápidamente con un aumento de la temperatura de varios grados. La Etapa II, se conoce como el período de reposo. Las variaciones de temperatura disminuyen dramáticamente en esta etapa. Este período puede durar de una a tres horas. Durante este período, el concreto Portland se encuentra en un estado plástico (maleable) el cual permite que la mezcla pueda ser transportada y colocada sin dificultad. Esto es particularmente importante para la industria de la construcción ya que el concreto Portland se tiene que transportar hasta el sitio de trabajo. Es al final de esta etapa que comienza el fraguado. En las etapas III y IV, el concreto comienza a endurecerse y la variación de calor se incrementa nuevamente debido principalmente a la hidratación del Silicato Tricálcico. La etapa V es alcanzada después de 36 horas. Se produce una lenta formación de productos hidratados y esta continúa en tanto el Agua y los Silicatos Anhidros estén presentes. 29 La resistencia de los componentes aglutinantes del cemento Portland depende en gran parte, de la reacción agua/cemento y del proceso de hidratación que acabamos de comentar. El agua desempeña un papel fundamental, particularmente la cantidad utilizada. La resistencia de los componentes se incrementa, cuando se utiliza una menor cantidad de agua. La reacción de hidratación por sí misma, consume una determinada cantidad de agua. El espacio vacío (porosidad) está determinado por la relación agua/cemento. Dicha relación es de suma importancia cuando se diseña una mezcla, aunado a las consideraciones necesarias al cálculo de la absorción de los agregados, la evaporación, la temperatura ambiental y los aditivos que se tienen considerados, como los reductores de agua, los retardantes, etc. (Fig. 13 y 14) Fig. 13.- Diagrama esquemático de la relación Agua/Cemento y la porosidad. Fig. 14.- Gráfica de resistencia del Concreto en función de la relación Agua/Cemento. 30 Una baja relación Agua/Cemento conduce a una alta resistencia, pero es complicado su manejo (“trabajabilidad”) de la mezcla. Una alta relación Agua/Cemento lleva a una baja resistencia, pero a un fácil manejo (“trabajabilidad”) de la mezcla. El tiempo también es un factor muy importante para determinar la resistencia del concreto Portland. Ya que se va endureciendo conforme pasa el tiempo. Las reacciones de hidratación disminuyen cada vez más, conforme se forma el Hidrato de Silicato Tricálcico. Se necesita de una gran cantidad de tiempo, incluso años, para que todos los enlaces se formen por completo, lo cual determina la resistencia final del concreto Portland. 2.3.- El Cemento Portland adicionando Zeolitas Sintéticas compuestos alcalinos y activadores de patente Cuando se utilizan las Zeolitas Sintéticas con cemento Portland, la humedad sigue siendo necesaria para la hidratación y endurecimiento. Los cinco componentes de la composición del cemento Portland (ver la Tabla 1) tienen una gran influencia durante el proceso de hidratación, pero los componentes de menor importancia probablemente cambien la velocidad a la cual se producen las reacciones químicas importantes en dicho proceso. Pero, al agregar las Zeolitas Sintéticas, la relativa distribución de componentes de hidratación cambia. A consecuencia de esto, la cristalización del Hidróxido de Calcio se produce a velocidades diferentes y se consigue una reducción en la generación de calor durante las reacciones en el proceso de hidratación. Por ello, cuando se añaden las Zeolitas Sintéticas a la mezcla, hay más formación de cristales durante las reacciones y la matriz cristalina es más intensa y cerrada. Al agregar las Zeolitas Sintéticas, la cantidad de Agua atrapada como un compuesto libre, cambia químicamente en esferas junto con su carga eléctrica y la tensión superficial. Reduciéndose y haciendo que los cristales crezcan en los espacios vacíos. Esto hace que el producto final sea menos permeable y por lo tanto, más resistente a todo tipo de ataques, ya sean internos o externos. La reducción en la porosidad y el incremento de la matriz estructural cristalina, aumenta la resistencia a la compresión simple y a la tensión por flexión, por ende, el Módulo Elástico se ve incrementado en la losa de Concreto Zeolítico Sintético (producto final) debido a que ya no es un material granular. Cabe hacer mención, que el VRS es una prueba que no aplica con el uso de esta Nano-Tecnología, ya que el 100% de los ensayos es > 100. El calor generado durante la hidratación se reduce sustancialmente durante las fases III y IV en la gráfica de la “Variación del calor durante el proceso de hidratación del cemento Portland” (Fig. 7), lo que demuestra que se están produciendo reacciones diferentes a las que se dan sin agregar las Zeolitas Sintéticas. 31 El Agua sigue desempeñando un papel fundamental, sobre todo, la cantidad utilizada tanto en la etapa inicial del proceso de endurecimiento, como en el tiempo de curado. Como antes, la resistencia de la losa de Concreto Zeolítico Sintético aumenta si la relación Agua/Cemento es baja, pero no tanta como para que no se lleve a cabo bien la reacción química en el proceso de hidratación. Al usar esta nueva Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas, la reacción en el proceso de hidratación, ahora tiende a consumir una cantidad diferente de Agua. Inclusive, también es posible utilizar Agua salada o contaminada y lograr un buen desempeño de la estructura. El proceso de cristalización cambia radicalmente cuando se usan las Zeolitas Sintéticas, ya que el mecanismo de unión entre las partículas, cambia de "pegar" a "envolver" o encapsular, formando un entramado molecular de agujas largas, similar a un entrelazado de fibras (Fig. 15) Fig. 15.- Simulación del proceso de hidratación y el efecto de cristalización "envolvente". El efecto de "envoltura" está relacionada con la producción cristalina alargada de las reacciones químicas de hidratación, las cuales continúan con el tiempo y es ésta característica tan novedosa, causada por la Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas, la responsable de haber logrado modificar los enlaces del cemento Portland y tener la habilidad para unir cualquier tipo de suelo, incluso las arcillas más problemáticas. Sabemos que con agregar sólo cemento Portland, esto no puede lograrse exitosamente. Lo mismo ocurría con la unión de otros materiales no enlazables (antes del uso de ésta Nano tecnología) como los limos y diversos materiales contaminados con desechos o con materia orgánica. Además de lo anterior, y debido a la composición de las Zeolitas Sintéticas, otros procesos químicos importantes también ocurren simultáneamente y en especial con las arcillas y materiales 32 similares, como son las reacciones a través del intercambio de cationes y aniones, junto con la sustitución y neutralización de la carga, (Fig. 16) Fig. 16.- Sustitución y neutralización de la carga. La sustitución iónica y la modificación de carga mejoran los enlaces de las partículas cargadas e incrementan la capacidad de intercambio iónico. Este proceso se denomina Electroquímico, el cual es inducido por la adición de Zeolitas Sintéticas y hace que sea posible unir diferentes tipos materiales, incluso en ambientes ácidos; y cuando se combinan con el "efecto envolvente", conduce a un producto final que tiene características y desempeño muy superiores a los requisitos de los procedimientos convencionales. Usando un microscopio electrónico se puede ver la estructura del material una vez que los procesos físico-químico y mineralógico han sido completados. En las siguientes Figs. (17, 18, 19 y 20) se muestran las estructuras de los materiales básicos, las estructuras cristalinas del concreto Portland y la estructura del Concreto Zeolítico Sintético en dónde se muestra el “entramado” de cristales de agujas largas. Fig. 17.- Ilustración de “Estudiando lo nano” en el Microscopio. 33 Fig. 18.- Estructura de diferentes materiales en el Microscopio Electrónico. Fig. 19.- Estructuras cristalinas del concreto Portland en el Microscopio Electrónico. Fig. 20.- Estructura Cristalina del Concreto Zeolítico Sintético en el Microscopio Electrónico del producto final. 34 2.4.- Mecanismos de Reacción Ésta Nano-Tecnología está compuesta por Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, que son materiales inorgánicos de carácter iónico que actúan mezclándose con material “in situ”, cemento Portland y agua, disminuyendo la sensibilidad del suelo al agua. Cuando la mezcla, logra obtener el grado de humedad óptimo por adición de agua, genera los iones que neutralizan el efecto de los compuestos orgánicos (humus) y su descomposición, que evitan que el cemento reaccione y cristalice. Los humus tienen un color rojizo y/o negro y no tienen una estructura definida. Estos generan radicales Hidroxílicos (-OH Alcalinos) y Carboxílicos (-COOH Ácidos) y la cantidad de uno u otro radical determina el valor pH del suelo. El valor del pH es una medida del grado de acidez o alcalinidad de las sustancias, el cual toma valores numéricos del 0 al 14, siendo los valores más ácidos aquellos que son progresivamente menores que 7, los valores más alcalinos aquellos que son progresivamente mayores que 7, teniéndose al valor 7 como punto neutral (Fig. 21) Fig. 21.- Valores del pH. Así, por ejemplo, un mayor contenido de radicales Carboxílicos (-COOH) en el suelo, significa que se tiene una mayor acidez. Estas moléculas de tipo Carboxílico e Hidroxílico (R-COOH y R-OH) que los compuestos orgánicos en su descomposición generan, forman una película en la superficie del cemento que inhibe su hidratación. Las Zeolitas Sintéticas remueven éstas moléculas a través de un proceso de intercambio iónico que neutraliza el efecto de los compuestos orgánicos. La capacidad de intercambio iónico de los humus es 2 veces mayor en un ambiente con pH 9 (alcalino) que en uno con pH 5 (ácido). Al agregar cemento Portland al suelo, el grado de alcalinidad aumenta (pH>7) señalando que la capacidad de intercambio iónico aumenta considerablemente. La fuerza intermolecular de los complejos orgánicos disminuye también y esto origina una liberación de radicales que bloquean la superficie de las partículas del cemento Portland, por combinación con los iones de Calcio (del cemento Portland) e impiden la correcta hidratación del mismo. 35 La germinación de los cristales de Calcio es necesaria para la formación del Silicato de Calcio al hidratarse el cemento. Con ésta Nano-Tecnología, se obtiene una aportación extra de iones afines a los generados por los compuestos orgánicos, los que son secuestrados y neutralizados, no permitiéndoles el bloqueo para la reacción del cemento Portland. De esta manera, las Zeolitas Sintéticas logran la estabilización y transformación esperada en suelos con un alto contenido de materia orgánica, con desechos residuales y otros tipos de contaminantes. Todos los suelos son diferentes, por ello, es necesario conocer la calidad de estos mediante un análisis físico-químico y así determinar el procedimiento más adecuado para cada caso. Los suelos arcillosos no se logran estabilizar tan sólo con cemento. Los que son más susceptibles de lograrlo son los que contienen arenas con poco contenido de arcillas y de margas (sedimentos arcillosos) Otro efecto importante de ésta Nano-Tecnología es la estabilización de las partículas arcillosas por el intercambio iónico. Los iones de éstas partículas se adhieren más firmemente y disminuyen así la permeabilidad al agua. Además de que se eliminan las protuberancias (terrones) al mezclarse las Zeolitas Sintéticas con suelos arcillosos. La propiedad más importante al obtenerse la mezcla homogénea de Zeolitas Sintéticascemento-suelo es que se obtiene una capacidad de carga mayor del terreno, para los fines de una construcción estable. Los contaminantes e ingredientes del suelo, como el humus juegan un papel importante, no sólo por la cantidad, sino por sus reacciones y estas contribuyen con sus propiedades físicas y químicas. Los suelos orgánicos y contaminados se pueden estabilizar e inmovilizar al mezclarse con las Zeolitas Sintéticas y cemento Portland porque los cationes (iones con carga negativa afines a iones con carga positiva como los del Calcio del cemento Portland) ayudan a prevenir el bloqueo a la fase hidratante y se encapsulan permanentemente debido a la hidratación de los Silicatos de Calcio. La distancia entre las partículas del suelo se reduce al intercambiarse los iones de las Zeolitas Sintéticas y las moléculas de agua con los grupos iónicos del suelo formándose una estructura estable con forma de "panal de abeja" (Fig. 20) La reacción que se obtiene al avanzar el líquido alcalino (pH 10) cristaliza rápidamente a los Hidratos como el Silicato de Calcio que se producen en el proceso de hidratación. Estos cristales cementados crecen rápidamente y el cemento Portland en estado semilíquido se sedimenta comenzando así el proceso de asentamiento y transformación. Con el método convencional de estabilización de suelos, el cemento Portland por sí sólo, no reacciona en suelos orgánicos debido a la acción del ácido húmico y a la materia orgánica que contienen. Las substancias formadas en la descomposición de estas materias orgánicas son 36 macromoléculas de la forma R-COOH y R-OH (Carboxílico e Hidroxílico) disueltas en el agua existente entre las partículas del suelo. La reacción entre estos componentes y el ion Calcio del cemento Portland, forman una película sobre la superficie del mismo, la cual interrumpe su hidratación. Con el uso de las Zeolitas Sintéticas, los suelos orgánicos sí se pueden cementar. Los iones de las Zeolitas Sintéticas disueltos en el agua, se mezclan con el cemento Portland y con los radicales -COOH y -OH (Carboxílico e Hidroxílico) que se encuentran entre las partículas del suelo y las neutralizan. Ésta Nano-Tecnología utiliza el principio del intercambio iónico que reorganiza la estructura de las partículas del suelo produciendo el asentamiento del cemento Portland e incrementando la densidad de las partículas. Así, los asentamientos son mayores que los de las partículas obtenidas por otros métodos convencionales de estabilización. Con las Zeolitas Sintéticas, las partículas del cemento Portland se introducen en los espacios libres entre las partículas del suelo y no dañan ni degradan el suelo natural. Dichas partículas, tienen una carga eléctrica determinada. Las cargas negativas (iones negativos o aniones) normalmente están equilibradas y las positivas (iones positivos o cationes) son absorbidas por la superficie del terreno y se mantienen en posición de reacción. Cuando los huecos entre las partículas de suelo se llenan con agua, se origina un efecto de difusión. Los cationes (+) pasan a la superficie de absorción originando la disminución de la reacción de la superficie. En presencia de agua, los iones negativos de la superficie no se neutralizan por una sola capa de iones positivos sino por una lluvia de estos, la cual es provista por las Zeolitas Sintéticas. 2.5.- Encapsulamiento (cristalización envolvente) y sus efectos La "envoltura" y encapsulamiento de sustancias contaminantes dentro de una estructura cristalina, la cual es una simbiosis de las reacciones de hidratación del cemento mejorado con Zeolitas Sintéticas, crea un material fuerte y estable, consiguiendo cualidades estructurales (ya mencionadas con anterioridad) que son buscadas en la construcción de Vías Terrestres. En la vida diaria utilizamos diversos materiales que están hechos con sustancias hechas a base de enlaces perjudiciales. Por ejemplo, un vaso de cristal tiene un alto contenido de plomo, que es altamente tóxico. Cuando dicho vaso es usado, o cuando se rompe no se libera el plomo porque las partículas de plomo están encerradas (encapsuladas) en una estructura cristalina, están "envueltas" en fibras de cristal (Fig. 22) 37 Fig. 22.- El Plomo se encuentra “encapsulado” dentro del cristal y ya no es peligroso. De manera similar ésta Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas es capaz de restructurar de forma molecular a las sustancias peligrosas y tóxicas, logrando así, mantenerlas fuera del medio ambiente, previniendo su liberación o lixiviación. Cuando se logra un buen diseño de Pavimentos y este se lleva a cabo con un alto nivel de calidad, se puede lograr la completa transformación de limos y arcilla en una losa de Concreto Zeolítico Sintético, a base de material “in situ” (limos o arcilla), Agua, cemento Portland y Zeolitas Sintéticas. Éstas losas no se rompen con facilidad, incluso bajo el peso de excavadoras grandes (Fig. 23) Fig. 23.- Limos y arcilla transformados en un Concreto Zeolítico Sintético. El Agua contenida en la mezcla (Concreto Zeolítico Sintético) con los limos ha sido enlazada de tal manera, que inclusive a 2,000 ºC, no se gasifica, siendo que con un concreto convencional (f’c = 200 a 250 kg/cm²) a una temperatura de entre 400 y 600 ºC, la mezcla forma gases y el concreto explota. (Fig. 24) Fig. 24.- Más de 2,000 °C a un bloque de limos transformados en un Concreto Zeolítico Sintético. 38 Cuando la mezcla está bien homogeneizada y compactada, entonces se vuelve impermeable y no ocurre ningún daño provocado por el ataque de fuerzas externas como las sales, los ácidos, las bases e incluso los ciclos de congelación y deshielo. (Fig. 25) Fig. 25.- Impermeabilidad de una mezcla de suelo transformado en un Concreto Zeolítico Sintético. 39 CAPÍTULO 3 Criterios para el Diseño de Pavimentos “Cuando sabes lo que quieres, obtienes lo que quieres.” “El beneficio de las grandes ideas llega cuando las conviertes en realidad” Tom Hopkins 3.1.- Generalidades Cuando se hace un diseño de Pavimentos, ciertos puntos básicos deben ser conocidos previamente. Ésta información puede ser provista por el encargado del Proyecto. Si él no cuenta con ella, entonces debe conseguirse haciendo uso del estudio de la literatura correspondiente y haciendo las mediciones e investigación de campo requerida. Normalmente se contrata a un despacho de ingeniería quien se encarga de recopilar toda la información necesaria para poder analizar y definir un “Diseño de Prueba” de la estructura. Cuando se hace un diseño de Pavimentos apropiado, se requiere de mucha información o “Datos de Entrada” para poder iniciar un análisis, y por ende, la planificación del proyecto. Dichos datos los veremos con detalle más adelante, a continuación se mencionan sólo como resumen: 3.2.- Requerimientos Iniciales del Proyecto.- Definir la Estructura 3.3.- Estudio de Mecánica de Suelos.- Sondeos, Estratigrafía, Clasificación de los Materiales, pruebas de laboratorio como Granulometría, Límite Líquido, Límite de Plasticidad, Contenido Orgánico, Valores de pH, Contenido de Sulfatos, Contenido de Ácido Fúlvico, Contenido de Permanganato de Potasio, Contenido de Cloruros, Resistencia a la Compresión, Resistencia a la Tensión por Flexión, Módulo de Elasticidad, Módulo de Resilencia, Fatiga, Permeabilidad, estudios de análisis químicos, etc. (Estudio de los Materiales) 3.4.- La Ingeniería de Tránsito.- Aforo vehicular, cargas máximas, tipos de vehículos, frecuencias, tasa de crecimiento, etc. (Análisis del Tránsito) 3.5.- Las condiciones climáticas.- Sus variaciones, temperaturas máximas y mínimas, inundaciones, evaporación, humedad, etc. (Análisis del Clima) Una vez analizada toda la información de los “Datos de Entrada”, y haciendo los cálculos correspondientes, los cuales veremos más adelante, se define una estructura inicial o “Diseño de Prueba” el cual, es muy importante someterlo a un análisis de “Respuesta Estructural” para poder verificar su “Predicción del Comportamiento” o vida útil, y si en este punto todo cumple con los requerimientos del proyecto, se establece el “Diseño Final”. De lo contrario, hay que revisar el “Diseño de Prueba” inicial y hacer los ajustes necesarios hasta que cumpla con ellos (Fig. 26) 40 Fig. 26.- Conceptos Mecanicistas en Pavimentos. (SCT – IMT - pt258) 3.2.- Requerimientos Iniciales del Proyecto El diseño y construcción de Vías Terrestres son una parte única de la Ingeniería Civil. Cada camino sirve a dos principales grupos: 1. Las Personas y su beneficio. 2. Propósitos del Proyecto. Un buen diseño de Pavimentos es aquel que satisface todas las necesidades de los dos grupos mencionados en el párrafo anterior, mientras que al mismo tiempo, cumple con los requisitos adicionales que puedan tener las otras partes involucradas; como la Dependencia (cliente), el Proyectista, el Constructor, el Supervisor, el Controlador de Calidad, entre otros. Los requerimientos iniciales del Proyecto son típicamente reflejados en el diseño y en otros criterios que el proyectista y el contratista tienen que cumplir, como el asegurarse de que su diseño y el producto final se ajusten a los requisitos y criterios previamente definidos. 41 Al hacer esto, con la intención de siempre llegar a la solución óptima (calidad, económica, ambiental, etc.) para cualquier proyecto de Vías Terrestres dado. Para poder ir definiendo qué es lo óptimo, se deberán involucrar diversos factores y responder a muchas preguntas, como: 1. ¿Qué opción en la más rentable para un determinado proyecto? 2. ¿Qué opción es la mejor, partiendo del punto de vista de operación y mantenimiento? 3. ¿Cuál es la opción más rápida de implementar con menor afectación? 4. ¿Qué opción deja menor huella ambiental? 5. ¿Qué opción tendrá una vida útil mayor? 6. ¿Qué opción es aceptable por la gente que será beneficiada? 7. ¿Qué opción es económicamente viable? 8. ¿Cuál es la opción técnicamente factible? 9. Entre otras más… En este capítulo consideraremos primero los requerimientos básicos del proyecto, antes de revisar otros aspectos técnicos y de diseño para la construcción de Vías Terrestres. Es de suma importancia definir esto, para poder hacer un proyecto con los parámetros iniciales adecuados. Consideremos la siguiente situación como un ejemplo de los problemas habituales al inicio de un proyecto. En el cual, es de suma importancia entender bien las necesidades y alcances del proyecto. No siempre la solución que creemos que es la más adecuada, es la que los demás necesitan o pueden tener. Ejemplo: Un río divide una comunidad justo a la mitad. La gente del lugar tiene la necesidad de cruzar el río. Las autoridades quieren resolver el problema de comunicación entre las dos partes de la comunidad. El presupuesto para obras es escaso y los fondos son limitados. Las comunidades cercanas están creciendo con rapidez y cada vez es más la necesidad de pasar por el río, lo que genera un aumento significativo a los riesgos personales. Todos estos factores se presentan conjuntamente y dan como resultado un consenso general de la población de que se requiere una solución inmediata para cruzar el río, de forma segura, con carácter de urgente y con una vida útil larga. Ahora, hay que empezar a analizar todos los factores sabiendo que son muchas y diferentes opciones las que se pueden utilizar para resolver la problemática anterior, como: un puente colgante barato, un puente atirantado, 42 un puente de acero, un puente moderno costoso, un transbordador (Ferry), un túnel, etc., etc. Todas las opciones reúnen los requerimientos básicos para cruzar el río. Pero, ¿Cuál es la mejor opción?, ¿Cuándo la comunidad ha decidido que se haga el puente?, ¿Hay suficiente presupuesto o financiamiento? ¿Tiene el ingeniero consultor suficiente información para determinar qué opción es la mejor? Pues invariablemente hay que analizar todos los aspectos posibles para poder entender y conocer realmente los alcances, y así, dar un apoyo eficiente (Fig. 27) Fig. 27.- Definir la opción más adecuada. El conocimiento de las especificaciones funcionales y de los sistemas de ingeniería, son una herramienta para dar claridad. El objetivo principal debe ser que el proyecto quede completamente dentro de los parámetros, requerimientos y alcances pre-establecidos. Como el objetivo del Manual es ofrecer una solución satisfactoria que reúna el mínimo de los requerimientos del proyecto, siempre y cuando sea técnicamente factible, es esencial que los involucrados, el Ingeniero Proyectista, el Contratista y el Supervisor, se comuniquen unos con otros para definir el criterio básico para que queden claras las especificaciones con respecto a lo que se quiere y lo que en realidad es posible hacer. Como resultado de lo anterior, todos deben estar de acuerdo antes de que se defina el inicio de los trabajos. La solución real debe estar dentro del "Espacio de Solución" (Fig. 28) 43 Fig. 28.- Espacio de Soluciones. Es de suma importancia el análisis detallado de los requerimientos iniciales del proyecto y de los mínimos reales con los alcances técnicos factibles así como con los financieros, ya que si se tomó la decisión de la “Solución Óptima” a la ligera, pueden venir después graves consecuencias. Hay que recordar el dicho de que “Cada cabeza es un mundo aparte”, esto viene a colación porque a pesar de dar una muy buena explicación técnica y financiera, hay quienes se imaginan otra cosa muy diferente a lo que será la realidad. Por ejemplo: La Geometría y los Acabados, si no quedan comprendidas al 100 % por todos, y se homologan los niveles de calidad (rangos de aceptación) que tiene cada uno, el resultado final puede ser una obra que para unos sea buena, pero para otros puede ser muy mala (Fig. 29) Fig. 29.- Geometría y Acabados. 44 Tradicionalmente en los proyectos, a los ingenieros no les es fácil aceptar el tomar riesgos, insisten en una solución que ya haya sido demostrada y aprobada, una solución utilizada en algún otro lugar por alguien más y lo imponen como un requisito para el ingeniero Proyectista y para el Constructor y esto, con frecuencia no ha sido la mejor solución. Frente a la disminución de los recursos y a más estrictos requerimientos reguladores, así como la necesidad de encontrar soluciones que tengan un menor impacto ambiental, hoy en día los ingenieros han ido aprendido que puede haber un margen de mejoramiento y que por lo general, existe una solución mejor que la convencional. Como resultado, los ingenieros modernos y actualizados cuentan con diferentes formas de hacer un proyecto, ahora las características funcionales que requiere la construcción, se especifican. Gracias e eso, el proyectista y el contratista ya tienen la libertad de innovar y la posibilidad de trabajar con nuevos materiales y métodos que conduzcan a una "Solución Óptima". De ésta forma, ahora la responsabilidad del Proyectista, junto con el Constructor, es la de establecer y asegurar que el proyecto sea el óptimo. Mientras que en el pasado, los criterios para definir los parámetros de un proyecto eran por lo general, sólo la solución más barata. Ahora ese criterio está cambiando, ampliando la gama de factores que intervienen, tales como: Bajos costos de construcción. Bajos costos de mantenimiento. Trabajos de mantenimiento mínimos. Mayor disponibilidad de la vía, sin afectaciones a los usuarios. Menor tiempo de construcción. Mayor vida útil. Reciclaje de todos los materiales de construcción. Menor impacto ambiental. Entre otros. Este reciente cambio en el enfoque para encontrar la solución a un problema en particular, ha dado como resultado un enorme empuje para la innovación por parte de los proyectistas y de los contratistas. La innovación es impulsada por la oportunidad de obtener un mejor beneficio para todos. En la práctica, ésta Nano-tecnología se está aplicando cada vez más y más. Cuando los ingenieros (proyectistas, consultores, estructuristas, constructores, laboratorios y empresas de ingeniería en general) tienen suficiente información a su alcance, tienen mayor confianza para utilizarla. 45 Por lo tanto, es de fundamental importancia que cuando una solución esté basada en ésta Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas se recomiende que: 1. Los requerimientos iniciales del proyecto sean comprendidos completamente. 2. Que se tenga un claro entendimiento del por qué es la mejor solución. 3.3.- Mecánica de Suelos El estudio de la Mecánica de Suelos nos sirve para determinar el conjunto de características y propiedades físicas y químicas del suelo, así como su comportamiento mecánico, aplicando el conocimiento teórico y empírico, para poder comprender los alcances estructurales (esfuerzos y deformaciones) y obtener la información necesaria para generar las recomendaciones suficientes y obtener estabilidad y durabilidad en las estructuras. Estos estudios son muy extensos, abarcan muchas áreas y no siempre se pueden realizar todas las pruebas que existen, ya que hay dos factores determinantes para seleccionar las pruebas que se van a hacer: 1. La disponibilidad del equipo por parte del Laboratorio contratado y encargado de realizar las pruebas, que en algunas ocasiones es necesario considerar cambiarlo, si es que no cuenta con él y no lo quiere adquirir. 2. El uso que se le dará al terreno en cuestión, es decir, hay que hacer un análisis de los datos que vamos a requerir para cierto tipo de estructura. En algunos casos, antes de iniciar el diseño del proyecto, ya se cuenta con algún estudio previo de Mecánica de Suelos el cual, es muy importante revisar a detalle, revisar la fecha en que se realizó y quien lo hizo. Lo anterior es fundamental, porque si dicho estudio, es reciente y está hecho por algún ingeniero o Laboratorio reconocido y/o certificado, entonces podemos basarnos en él y obtener un ahorro en tiempo para poder iniciar el diseño de la estructura de Pavimentos. Además, habrá que hacer un análisis y aclaración de los puntos de discrepancia entre los estudios previamente realizados y los estudios complementarios que se tuvieran que hacer, si es que es necesario. Por lo tanto, si no se cuenta con los estudios, entonces hay que realizarlos. Pero siempre tomando en cuenta cuál es la finalidad de los estos y si realmente se necesitan hacer para elaborar el proyecto. Lo primero que se necesita hacer, es una planificación de acciones a seguir y determinar los tiempos que se llevará el realizar los estudios para que todos los involucrados estén conscientes de ello y no quieran después eliminar o inventar resultados por la premura de iniciar la obra. (Fig. 29) 46 Fig. 29.- Pasos a seguir para realizar el estudio de Mecánica de Suelos. 3.3.1.- PASO 1.- Visita al Sitio, Inspección General Una inspección visual general nos puede dar una idea inicial de los alcances del proyecto y determinar aproximadamente de que está compuesto el suelo. Entender e interpretar los suelos es un proceso interactivo que comienza con una descripción a grandes rasgos del lugar y es necesario siempre hacer un reporte escrito y fotográfico de la visita (Fig. 30) Fig. 30.- Diversidad de sitios y materiales. 47 Ubicación geográfica. Apariencia general del sitio y sus alrededores (lagos, ríos, mares, barrancas, desiertos, llanuras, montañas, etc. El clima: Temperatura (máxima, mínima y variaciones) y Humedad (lluvia, evaporación y cambios) Extraordinarios (terremotos, fallas geológicas, grietas, volcanes, huracanes, tornados, neblina espesa, erosión etc.) Ubicación demográfica. Describir los asentamientos humanos, dirección de crecimiento y las posibles afectaciones. Ecosistema. Flora y fauna del lugar, estudiar el impacto ambiental y las restricciones legales. 3.3.2.- PASO 2.- En el Sitio, Inspección Detallada Es muy importante que cuando se realice la visita al sitio, invariablemente, hay que hacer un análisis superficial (sondeo manual) para tener una primera impresión del suelo, como: Color. Olor. Textura. Tamaños. Plasticidad. Adherencia. Vegetación, entre otros. Cada componente de la descripción ayudará a tener una interpretación global, sin embargo, dependiendo de las características del proyecto, algunos serán más importantes que otros. Debido a toda la información que se menciona en el PASO 1 y PASO 2, es necesario ir a la visita al sitio con algún formato diseñado especialmente para que no se olvide recabar la información necesaria y realizar un reporte completo, tanto escrito como fotográfico (Fig. 31) Fig. 31.- Exploración superficial (tocar, oler y sentir el suelo) 48 La textura del suelo nos da una idea básica del tipo de material del que se trata y sus características fundamentales, las cuales se tendrán que verificar una vez que se realicen todos los estudios correspondientes. Por otro lado, el olor del suelo nos puede indicar algunos aspectos de referencia, como la descomposición de materia orgánica, algunos compuestos básicos e incluso si hay algún contaminante como el amoniaco, que es muy usado como fertilizante en suelos de siembra. Si se detecta algún olor peculiar o fuera de lo común, será necesario hacer un análisis químico completo para saber cuál tipo de contaminante es el que contiene el suelo. Por último, el color del suelo, que es tal vez, una de las primeras propiedades a considerar de gran importancia. Es tal vez, la característica más obvia del suelo y fácil de determinar. A partir del color del suelo se pueden inferir características importantes. Retomaremos el tema del color del suelo en punto (3.3.6) debido a su importancia y la forma de diferenciar algunas características con el tamiz de este. 3.3.3.- PASO 3.- Sondeos Este paso es de trascendental para el proyecto, ya que de este proceso se van a determinar factores de gran relevancia y con los que se tiene que contar, tanto en la etapa de diseño del proyecto, como durante la ejecución de la obra. Si se cuenta con datos fiables, seguros y abundantes, entonces el proyectista podrá realizar un mejor proyecto de Pavimentos (Fig. 32 y 33) La información básica que se debe obtener de los sondeos es: La Estratigrafía. Profundidad del Manto Freático. Pasos de Agua. Materiales para el Muestreo (para clasificar y elaborar las pruebas) Etc. Fig. 32.- Sondeos. 49 Fig. 33.- Diferentes Estratos y Materiales. 3.3.4.- PASO 4.- Muestreo de los Diferentes Tipos de Materiales Se toman muestras del suelo directamente del lugar en donde se realizaron los sondeos a cielo abierto para asegurar con precisión la composición del sitio (Fig. 34) Fig. 34.- Muestreo en los Sondeos de los Diferentes Materiales. La cantidad de muestras necesarias depende de los estudios que se van a realizar y del número de sondeos que se realizaron. Cuando hay diferentes tipos de suelo presentes en el sondeo, entonces las pruebas deben ser llevadas a cabo en todos y cada uno de ellos y por lo tanto, hay que tomar las debidas precauciones antes de ir al sitio, ya que una vez ahí, es muy difícil y a veces es prácticamente imposible conseguir cubetas o sacos extra para los muestreos. 50 Los diferentes tipos de suelo pueden separarse visualmente en base a su color, diferencia en los tamaños, etc. Y es muy importante marcar y clasificar los sacos y/o cubetas para poder ubicar después en el laboratorio de dónde es cada muestreo. Normalmente se deben de tomar al menos 200 kg de suelo, de los cuales, el 50% se usan para: Clasificación e identificación del tipo de suelo (sistema SUCS) Pruebas químicas (nivel de pH, identificar Minerales, Contenido Orgánico, Contenido de Sulfatos, Contenido de Ácido Fúlvico, Contenido de Permanganato de Potasio y Contenido de Cloruros) Relación Volumétrica y Gravimétrica (masa, peso, vacíos, porosidad y contenido de humedad) Granulometría (Tamiz) Límites de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico, Límite de Contracción y Capilaridad) Permeabilidad (propiedades Hidráulicas, % de Absorción y Coeficiente de Permeabilidad) Consolidación Esfuerzo Cortante. Compactación (N° de golpes para un % determinado) Triaxial (° de fricción, cohesión, masa volumétrica, esfuerzos, deformaciones, etc.) El otro 50% del suelo que se tomó en los sondeos para pruebas, se usará para mezclar homogéneamente con las Zeolitas Sintéticas, cemento Portland CPC-40RS (o equivalente) y agua. Conforme al Protocolo del Manual de Laboratorio (Capítulo 6) y se elaborarán los especímenes que serán ensayados en las siguientes pruebas (cuando aplique): Resistencia a la Compresión (f’c) - ensaye de cilindros. Resistencia a la Tensión por Flexión (MR) - ensaye de vigas. Resistencia a Tensión por Compresión Diametral “Brasileña” (MR) - ensaye de cilindros. Permeabilidad (propiedades Hidráulicas, % de Absorción y Coeficiente de Permeabilidad) Fatiga. Módulo Elástico Axial (E) Relación de Poisson (µ) Módulo de Resiliencia (Mr) 51 3.3.5.- PASO 5.- Definir las pruebas a realizar Este paso es relativamente sencillo, pero requiere de un análisis detallado, con un alto sentido de la realidad y de la información completa. El Proyectista debe establecer los parámetros mínimos, y tiene la responsabilidad de asegurar el éxito del proyecto, obviamente, si se siguen correctamente sus recomendaciones. También se tiene que plasmar en el diseño de Pavimentos, los parámetros y especificaciones de medición para que durante la ejecución de la obra, quienes estén a cargo de la Supervisión y del Control de Calidad puedan tener la información necesaria que les sirva para verificar y certificar el desempeño. La decisión de cuántas y cuáles pruebas se van a llevar a cabo, se deben definir y analizar de común acuerdo entre todos los responsables del proyecto, siempre considerando los alcances reales, la normatividad y el beneficio común (Fig. 35) Fig. 35.- Definir y acordar las pruebas a realizar. 3.3.6.- PASO 6.- Aplicar las Pruebas en el Laboratorio Cada país tiene sus propias normas y especificaciones para los estudios relativos a la construcción de Vías Terrestres. Al haber tantas variantes, cuando se comparan los resultados de las pruebas, dejan lugar a la posibilidad de interpretaciones erróneas, ya que provienen de otro país. Debido a esto, y a que en algunos lugares, no se sabe con certeza en qué protocolo se han basado para la obtención de los resultados, se está haciendo un gran esfuerzo para homogeneizar las pruebas y generar equivalencias con diferentes parámetros y protocolos de laboratorio. 52 Cabe hacer mención, de que la finalidad de este Manual es la de dar una guía al lector del uso de la Nano-tecnología en Pavimentos con Zeolitas Sintéticas y cómo es que la estabilización de suelos se lleva a un nuevo nivel, su transformación en un Concreto Zeolítico Sintético, y no la de ser un Manual de Mecánica de Suelos. En este punto, daremos una breve explicación de cada una de las pruebas que se pueden realizar. Pero si se desea profundizar aún más en el tema, existe mucha literatura al respecto. También se puede encontrar información de apoyo en muchas publicaciones técnicas e investigaciones del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) en dónde se han realizado diversos proyectos de investigación serios en los cuales se está documentado los resultados de diversas pruebas a ésta Nano-Tecnología desde el año 2007. 3.3.6.1.- Color Ahora vamos a retomar lo mencionado con anterioridad en el punto 3.3.2 (PASO 2.- En el Sitio, Inspección Detallada). Como ya lo mencionamos, el color del suelo, es una de las propiedades a considerar de gran importancia. Es tal vez, la característica más obvia del suelo y fácil de determinar. Ya que a partir de ésta característica, se pueden deducir algunas propiedades. Primero que nada, es importante recordar que durante la inspección al sitio, en la realización de los sondeos y en la recolección del muestreo de suelos, se elaboró un reporte tanto escrito como fotográfico para poder correlacionar la información que se está analizando en el laboratorio. Algunos aspectos vinculados con el color de los suelos son: Los bien drenados tienen colores de brillo uniforme. Los que cuentan con un nivel freático fluctuante tienen un patrón moteado de colores gris, amarillo, y/o naranja. La materia orgánica oscurece el suelo y está generalmente asociada con las capas de la superficie, además, enmascarará a otros agentes colorantes. El hierro (Fe) es uno de los agentes colorantes primarios. Los colores naranja y marrón asociados con los suelos bien drenados son el resultado de las manchas de Óxido Hierro que contienen las partículas individuales. El Manganeso (Mn) es común, dando como resultado un color negro muy oscuro o morado casi negro. Varios de otros tipos de materiales tienen distintos colores, por lo que se puede hacer una identificación directa. Por ejemplo, la gluconita es verde. El cuarzo tiene varios colores, pero por lo general, es blanco o gris, el rango de los feldespatos va de marrón claro a blanco, las micas pueden ser blancas, negras parduzcas o doradas, y la caolinita aparece de gris a blanca. La determinación del color puede ser muy subjetiva, si solo se utiliza una descripción verbal. En general, cada persona puede percibir los colores de diferente manera, por lo tanto es necesaria la estandarización y continuar con las pruebas que faltan (Fig. 36) 53 Fig. 36.- Diferentes tipos de suelos y sus colores. A principios de 1900 se realizó un estudio para hacer más fácil la descripción del color en los suelos. El método desarrollado utiliza el buen color del artista. Cada corte circular representa una determinada longitud de onda del espectro o Matiz (R = rojo, etc.). Estos cortes podrían ser divididos en secciones aún más pequeñas (1R=10% Rojo, 10R=100% Rojo). Por lo general, sólo el 25%, el 50%, el 75 y el 100% son utilizados (2.5R, 5R, 7.5R y 10R) Después se le agregaron el sombreado (Valor) y la intensidad (Saturación). 54 El Matiz, es el color dominante del suelo (rojo, morado, azul, verde y amarillo), y su combinación básica entre ellos. El Valor, se refiere al grado de claridad u oscuridad del color en relación a una escala de grises. Su rango se extiende de negro puro (0) a blanco puro (10) La Saturación, es la pureza relativa o la fuerza del color espectral, e indica el grado de saturación del color espectral. Su rango se extiende de 0 para colores neutros a 12 para la expresión más fuerte de color. Este sistema de clasificación de colores del suelo se denomina “El Sistema de Color de εunsell” (Fig. 37) Fig. 37.- Sistema de Color de Munsell. 55 3.3.6.2.- Granulometría Una vez que ya se determinó y clasificó el suelo por su color, ahora sigue hacer la Granulometría o Tamiz en el Laboratorio. Ya que con este estudio sabremos los porcentajes que hay de cada diferente tamaño de materiales que hay en el suelo que se está estudiando. Y con este tipo de criterio podremos hacer una clasificación descriptiva. Lo primero que hay que hacer, es pasar el material por las mallas para separar los materiales grandes de los chicos, ésta prueba se hace en seco. Lo que obtendremos será una clasificación de materiales que van desde rocas, arenas, limos y arcillas. Cuando la composición de las partículas es muy pequeña (<63 μm) y es del 10% o más de la muestra, entonces la prueba se realiza en húmedo. (Fig. 38) Fig. 38.- Mallas Granulométricas. Una vez concluida la prueba, se separan los diferentes tamaños de materiales y se pesan para saber los porcentajes con respecto al peso original antes de separarlos y hacer una clasificación inicial de los materiales. (Fig. 39) Fig. 39.- Materiales separados y clasificados. 56 Y por último, se revisan las mediciones para compararlas con alguna de las tablas para clasificar por tamaños y se registran los datos obtenidos en una gráfica de la distribución (o de curvas) granulométricas (Tablas 3 y 4) Tabla 3.- Clasificación por tamaños. Tabla 4.- Ejemplo de una Gráfica de Distribución (Curvas) Granulométricas. También hay que estudiar y conseguir la información necesaria para poder verificar datos importantes como la Relación Volumétrica y Gravimétrica (masa, pesos, vacíos, porosidad y contenido de agua) 57 3.3.6.3.- Textura La textura del suelo es un indicador importante de la capacidad de soporte del suelo, que a su vez, es uno de los parámetros para el diseño de Pavimentos. Con una textura dada, se pueden hacer aproximaciones de algunas propiedades del suelo, tales como el valor relativo de soporte (VRS), la capacidad de retención de agua, susceptibilidad al daño por las heladas, adherencia, etc. La textura estándar se ha definido en grupos, en función a la distribución del tamaño de las partículas dentro del suelo. La clasificación completa con respecto a la textura del suelo está resumida en el “Triángulo de Textura de Suelo” o “Triángulo STIBUCA” (Fig. 40) Fig. 40.- Triángulo de Textura del Suelo. Arena.- Los granos individuales se pueden ver y sentir con facilidad. Apretándolo en la mano estando seco, el suelo se desmorona cuando se le ejerce presión. Si se aprieta cuando está húmedo, se formará un terrón que mantendrá su forma, pero se desmoronará cuando se le toque. Franco Arenosa.- Consiste en gran parte, de arena, pero tiene suficiente limo y arcilla presente para darle una pequeña cantidad de estabilidad. Los granos de arena pueden sentirse y ser vistos fácilmente de manera individual. Apretándolo en la mano cuando está seco, se desintegrará al liberar la presión. Apretándolo cuando está húmedo, se forma un terrón que no sólo va a mantener su 58 forma cuando se libera la presión, sino que va a soportar un manejo cuidadoso, sin romperse. La estabilidad de moldes húmedos hace la diferencia entre estos suelos y los de arena. Franco.- Consiste en una mezcla homogénea de arena y limo. Contiene también una cantidad considerable de arcilla. Es fácil de romper en seco y es un poco áspero, pero de sensación muy suave. Es ligeramente plástico. Cuando se le aprieta en la mano estando seco, formará un terrón que resistirá una manipulación cuidadosa. El terrón formado de un suelo húmedo puede ser manejado libremente sin romperse. Franco Limoso.- Consiste en una cantidad moderada de granos finos de arena, una pequeña cantidad de arcilla y una gran cantidad de partículas de limo. En un estado seco no perturbado (muestra de suelo que ha sido obtenida por métodos en los que se han tomado todas las precauciones para minimizar la perturbación a la muestra), el Franco Limoso posee gran cantidad de terrones menores, pero se les puede pulverizar fácilmente, el suelo entonces se siente suave y harinoso. Cuando está mojado, el Franco δimoso se disuelve y se forman charcos (“lodosos”) Ya sea seco o húmedo, los terrones pueden ser manejados fácilmente sin romperse. Franco Arcilloso.- Un suelo de textura fina, que se hace terrones o grumos que son duros cuando están secos. Cuando una bola de suelo húmedo se presiona entre los dedos, se formará una banda que se romperá fácilmente, apenas pudiendo sostener su propio peso. Húmedo es plástico y formará terrones que resisten un manejo considerable. Arcilla.- Un suelo finamente texturizado que se rompe en terrones duros o grumos cuando está seco. Es plástico y muy pegajoso cuando está mojado. Cuando una bolita de suelo húmedo es presionada entre los dedos, formará una banda larga. 3.3.6.4.- Clasificación Es recomendable que para hacer la clasificación final del suelo, se use el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). Pero también, cuando se requiera, se hará una referencia para otro sistema. El SUCS está basado en la identificación de suelos de acuerdo a sus cualidades de plasticidad, de textura y en su agrupación con respecto a su comportamiento. Los suelos rara vez están en la naturaleza por separado; como la arena, la grava, o cualquier otro componente individual. Generalmente se encuentran como mezclas con proporciones variables de materiales de diferentes tamaños. Cada componente contribuye a la mezcla del suelo. El SUCS se basa en las características del suelo, que indican la forma en que se comportará como material de construcción de Vías Terrestres. Las siguientes propiedades son más útiles para éste propósito y forman la base de la identificación de suelos: Porcentaje de grava, arena y finos (fracción que pasa por la malla No. 200) Forma de la curva de distribución del tamaño del grano. Características de plasticidad y de compresibilidad. 59 En el SUCS, se le da un nombre descriptivo al suelo y una letra como símbolo, indicando sus características principales. Estas propiedades pueden ser determinadas por unas simples pruebas y con la experiencia, pueden estimarse con cierta exactitud. El SUCS y otros sistemas de clasificación de suelos se enfocan en la distribución del grano por tamaño y contenido orgánico, que son los parámetros principales en los cuales está basada la clasificación de suelos. Estos dos parámetros también tienen efecto en otras propiedades importantes para la construcción en Vías Terrestres. Existe un procedimiento auxiliar para la identificación de suelos en el laboratorio y el SUCS completo, incluyendo la identificación y la descripción. Ambos, (auxiliar y SUCS completo) se pueden encontrar en cualquier libro de Mecánica de Suelos. A continuación presentamos una tabla en forma resumida del SUCS para que sea fácil la apreciación de la clasificación de suelos (Tabla 5) TIPO DE SUELO DESCRIPCIÓN DEL SUELO GW GP GW-GM GW-GC GP-GM GP-GC GM GC GC-GM SW SP SW-SM SW-SC SP-SM SP-SC SM SC ML CL OL MH CH OH PT Gravas limpias y Bien graduadas Gravas limpias, Pobremente graduadas Gravas Bien graduadas con Limos Gravas Bien graduadas con Arcillas Gravas Pobremente graduadas con Limos Gravas Pobremente graduadas con Arcillas Gravas Limosas Gravas Arcillosas Gravas Arcillosas y Limosas Arenas limpias y Bien graduadas Arenas limpias y Pobremente graduadas Arenas Bien graduadas con Limos Arenas Bien graduadas con Arcillas Arenas Pobremente graduadas con Limos Arenas Pobremente graduadas con Arcillas Arenas Limosas Arenas Arcillosas Limos inorgánicos con Arenas finas Arcillas inorganicas con Baja plasticidad (arcilla magra) Limos Orgánicos con baja plasticidad Limos inorgánicos con alta plasticidad (limo elástico) Arcillas inorganicas con Alta plasticidad (arcilla grasa) Arcillas orgánicas con alta plasticidad (limo orgánico) Turbas y suelos con alto contenido orgánico Tabla 5.- Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS) - resumido. 60 Es importante también conocer los diferentes sistemas de clasificación de suelos para poder analizar y comparar estudios hechos en otros lugares o por ingenieros que prefieren alguno en particular (Fig. 41) Fig. 41.- Comparación de Diferentes Sistemas de Clasificación de Suelos de uso común. 3.3.6.5.- Química y Morfología La química y la morfología del suelo están muy relacionadas. Esencialmente, el suelo tiene su aspecto debido a las reacciones químicas que tiene. Hay tres tipos de reacciones que son las más importantes, así como lo son también el resultado morfológico y de interpretación: 1. Redox. 2. Podsolización. 3. Cementación. También ocurren otras reacciones, pero para nuestros propósitos, estas tres son las más críticas, con respecto a la evaluación de los suelos. Redox.- Es la abreviatura para las reacciones de Oxidación–Reducción. Estas reacciones ocurren en todos los suelos, pero son más comunes en suelos estacionalmente saturados e hídricos. Son éstas reacciones las responsables de la mayoría de los colores que se observan en el suelo. Las reacciones Redox también controlan el contenido de materia orgánica, y están relacionadas con la química del agua del suelo. El principio general del Redox es, que en cuanto la materia orgánica se descompone, ésta libera electrones, los cuales son tomados o cedidos por otros elementos (radicales libres) La entidad química que gana un electrón, se dice que es "reducida" debido a que se reduce su número de "oxidación", ya que el electrón tiene una carga negativa y por lo tanto la carga total del elemento o el radical libre se reduce en -1. De la misma manera, la entidad química que pierde un electrón, se dice que es oxidada porque “aumenta” su estado de “oxidación” a +1. El número de oxidación.- Es un número entero que representa la cantidad de electrones que un átomo pone en juego en una reacción, para formar una especie química determinada. Durante 61 el proceso, dicho número del elemento aumenta. En cambio, durante el proceso de reducción, el número de oxidación disminuye. Es decir, el número de oxidación aumenta en 1, por cada electrón que pierde, o si los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos y el número de oxidación disminuye en 1 por cada electrón que gana, o si los comparte con un átomo que tenga tendencia a cederlos. Si una entidad química gana electrones se reduce y por tanto es un agente oxidante. Si una entidad química pierde electrones se oxida y por tanto es un agente reductor. En el suelo hay reacciones aeróbicas (con aire), en las cuales el oxígeno actúa como el receptor terminal del electrón. El oxígeno oxida, y por lo tanto, se reduce. Ésta reacción produce una mayor cantidad de energía para los organismos vivos y esto les favorece. La respiración utiliza oxígeno como un receptor terminal del electrón. Si el oxígeno es removido del sistema, entonces se dice que el suelo es anaeróbico (sin aire) Una vez que el oxígeno es removido ocurrirán varias reacciones anaeróbicas. La secuencia en que las reacciones ocurren dependerá de la cantidad de energía que cada reacción produzca. Las secuencias de las reacciones son de la siguiente manera (Fig. 42): Fig. 42.- Secuencias de las reacciones. 62 La denitrificación ocurre cuando se usa nitrato como un receptor terminal de electrones. El nitrato es reducido a nitrógeno gaseoso (N 2). Esta reacción puede ser calculada en el suelo midiendo la cantidad que se encuentra (N 2) y no hay un rasgo morfológico en esta reacción. La reducción de Hierro (Fe) ocurre cuando Fe+ es utilizado como un receptor terminal del electrón, es entonces que el Fe+ (Hierro Férrico) se reduce a Fe+ (Hierro Ferroso). A diferencia de la reducción del nitrato, aquí sí hay un rasgo morfológico en la reducción del Hierro. Considere las partículas del suelo cubiertas o pintadas con Óxido de Hierro (suelo rojizo), esto es muy similar a la manera en que los chocolates son cubiertos con una capa de dulce de colores. Si dichos chocolates se mojan, la capa es lavada o disuelta, dejando la cobertura de caramelo blanco debajo. De manera similar la cobertura rojiza en las partículas del suelo son disueltas cuando el Fe+ se convierte en Fe+ , el cual no tiene color y es soluble en agua y el color gris remanente, es el color de los granos minerales (Fig. 43) Fig. 43.- Ejemplo esquemático de la reducción (“lavado”) del Hierro. La reducción del Sulfato sucede cuando es convertido en Sulfuro de Hidrógeno gaseoso, el cual huele como a “huevo podrido”. Generalmente este olor se encuentra únicamente cuando el suelo está saturado y reducido por el Sulfato. δos rasgos Redoximórficos, formalmente conocidos como “εoteados”, se forman por: Cambios en condiciones Redox en los suelos saturados estacionalmente. La reducción y oxidación de los componentes de C, Fe, y S. La subsecuente translocación de componentes de C, Fe, Mn y S. La mejor evidencia de este proceso, es encontrar rasgos causados por la reducción y oxidación en un mismo perfil, los cuales, son la evidencia de translocación. Para que éstas características se formen, debe ocurrir lo siguiente: 63 Tener condiciones anaeróbicas (reducidos y saturados – inactivos o estancados) Debe haber Fe y/o Mn (receptor de electrones) Tienen que habitar microbios (insectos) Existir la presencia de carbón (alimento para los insectos) Las condiciones reductoras del suelo se pueden producir junto a las de la materia orgánica. Por ejemplo, el Fe se reduce cerca de una raíz muerta después que todo el Oxígeno y el Nitrato son removidos por el Agua. El Fe reducido es soluble en Agua y se difunde fuera de la zona de la raíz, dejando detrás minerales grises y a medida que la reducción del Fe interactúa con el Agua de la cual, no todo el oxígeno ha sido removido, éste oxidará nuevamente, dejando un aro rojo alrededor del área reducida. Además, dado que las bacterias no son móviles del área de reducción, estarán cerca de una fuente de carbono. Es importante conocer la composición química del suelo para poder determinar las dosificaciones de Zeolitas Sintéticas y de cemento Portland se necesitan. El contenido orgánico tiene un efecto aglutinante sobre los materiales y cuando hay en gran cantidad, y se necesita inmovilizar, entonces las dosificaciones que se requieren serán mayores (Fig. 44) Fig. 44.- Proceso de Caracterización Química del suelo. También en todo este proceso de estudio químico, se necesitan hacer otras mediciones y pruebas que a continuación se enumeran: 64 Nivel del pH. Identificar Minerales. Contenido Orgánico. Contenido de Sulfatos. Contenido de Ácido Fúlvico. Contenido de Permanganato de Potasio. Contenido de Cloruros. Presencia de Contaminantes Tóxicos. 3.3.6.6.- Pruebas Físicas y Mecánicas Los estudios que se hacen en el laboratorio de suelos, son fundamentales para poder conocer las características físicas y mecánicas de los materiales. Así como los alcances reales y estimados de los aditivos y las distintas combinaciones de dosificaciones y materiales. Nuevamente, cabe hacer mención que en este capítulo se muestran tan sólo los criterios para el Diseño de Pavimentos y se dará una breve explicación al respecto de cada prueba. Pero, si se requiere de información más detallada de algún punto e particular, en los apéndices se encuentran las referencias bibliográficas correspondientes. CBR.- δlamada así por sus siglas en inglés “California Bearing Ratio”. Empecemos mencionando que es una prueba muy conocida y usada por todos los profesionistas que están o han estado relacionados con las Vías Terrestres y la Mecánica de Suelos. Ésta prueba también es conocida como VRS (Valor Relativo de Soporte). Es usada por el método AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), método por el cual aquí en México, se basan la mayoría de los proyectos y es muy usado por los ingenieros de los países de América. Es una prueba que para la mayoría de los ingenieros es obsoleta o ya no se debe aplicar, y sí, efectivamente los es para ciertas referencias y criterios en los que se usaba como soporte técnico para tomar ciertas decisiones. Es un dato informativo referencial muy importante para dar comienzo al análisis estructural de los materiales que se encuentran en el suelo que se va a estudiar. Esta prueba sirve para medir la capacidad que tiene algún tipo de suelo para soportar (sostener) una carga determinada (fuerza) y nos da como resultado un dato que nos sirve como parámetro de referencia. A continuación se presentan unas imágenes representativas de los equipos que se requieren para hacer ésta prueba, tanto en el laboratorio, como en campo y un ejemplo simple de lo que se espera en los resultados (Fig. 45 y Tabla 6) 65 Fig. 45.- Equipos para medir el VRS (CBR) en Laboratorio y en Campo. Tabla 6.- Ejemplo de resultados. Plasticidad.- Es una propiedad de los materiales contenidos en el suelo referente a la capacidad que tiene para deformarse y re-moldearse sin sufrir agrietamientos. Es decir, es la cualidad de un material para soportar deformaciones rápidas sin desmoronarse ni agrietarse. Y tiene una correlación invariante con el contenido de Agua (Fig. 46 y Tabla 7) Existen diversos criterios para medir la Plasticidad y determinar el Índice Plástico además de información relevante para conocer más las propiedades mecánicas de los suelos como: 66 Límite Plástico. Límite Líquido. Límite de Contracción. Tensión Superficial. Comportamiento Elástico y Plástico. Fig. 46.- Referencias de la Plasticidad. Tabla 7.- Ejemplo de resultados. 67 Permeabilidad.- Es una de las muchas propiedades Hidráulicas de los suelos. Es en este momento en el que es muy importante contar con la información de campo que se recolectó con anterioridad durante el proceso de los sondeos, ya que el nivel de aguas freáticas nos revela información básica acerca de la Capilaridad. Cuando se realizan estudios referentes al flujo de agua en los suelos, se puede saber el % de Absorción, el % de Penetración y con el Permeámetro de carga variable y carga constante, se analizan los datos con las fórmulas de Poiseuille y la Ley de Darcy, para entonces obtener el Coeficiente de Permeabilidad. Y con la prueba horizontal de Capilaridad se completa el estudio (Fig. 47) Fig. 47.- Permeámetros de Carga Variable y de Carga Constante. Consolidación.- El proceso de Consolidación es cuando existe una disminución volumétrica en el suelo, provocada por un aumento de las cargas sobre éste, en un lapso de tiempo dado. Este proceso es muy común en las obras de Vías Terrestres y lo notamos con mucha facilidad. Cuando una carretera está nueva y se llevó un trapajo topográfico de primera, está pareja y nivelada, pero con el paso de algunos años, se empiezan a ver algunos asentamientos (“columpios”), esto es debido a que con el incremento del peso de la nueva estructura sobre en el terreno, en ciertos lugares, los materiales se consolidarán y por ende, aparecen desplazamientos y deformaciones en la estructura (Fig. 48) 68 Fig. 48.- Consolidómetros Neumático y Manual. Esfuerzo Cortante.- El determinar la Resistencia al Esfuerzo Cortante es uno de los temas fundamentales en el estudio de la Mecánica de Suelos, ya que el hacer una valoración adecuada, nos dará la información necesaria para hacer un buen análisis de estabilidad en las obras de Vías Terrestres. La información que se debe obtener es la siguiente: El Ángulo de Fricción Interno. El Coeficiente de Fricción (Cohesión) Resistencia al Esfuerzo Cortante Y la manera de conseguir dicha información en el laboratorio, es con la Prueba de Compresión Triaxial de Resistencia al Esfuerzo Cortante y en campo se usa la Prueba con el Aparato de Veleta. En la prueba Triaxial, se tiene que obtener información previa al estudio como la Masa Volumétrica Inalterada y si el suelo es friccionante o cohesivo. Hay diversos tipos de pruebas que se pueden hacer con la Cámara de Compresión Triaxial como (Fig. 49 y Tabla 8): Prueba Lenta (L).- Prueba con consolidación y con drenaje. Prueba Rápida (R).- Prueba sin consolidación y sin drenaje. Prueba Rápida Consolidada (Rc).- Prueba con consolidación y sin drenaje. Prueba de Compresión Simple (Cs).- No es considerada triaxial como tal pero es similar a (R) 69 Fig. 49.- Equipo de Compresión Triaxial de Resistencia al Esfuerzo Cortante. Tabla 8.- Ejemplo de Resultados. Compactación.- Es la acción de consolidar un suelo por medios mecánicos, con lo cual se hace un mejoramiento en las propiedades mecánicas de estos. La diferencia con la Consolidación vista con anterioridad radica en que la primera involucra medios mecánicos y la otra es causada por la acción natural de un incremento de cargas en cierto tiempo. Ambas pudieran ser similares en el sentido estricto de que hay una reducción volumétrica, pero en el mecanismo y en el tiempo, no lo son. Dependiendo del tipo de material que se va a compactar, será el procedimiento que se use, el peso máximo del equipo y si se usará la carga dinámica, estática o ambas. Existe una correlación entre la compactación en campo con equipo pesado y la compactación que se realiza en el laboratorio con un pisón dando un número específico de golpes para simular lo ocurrido en la obra. También cabe hacer mención que dependiendo del nivel de compactación al que se desee llegar, este se mide en % y se denomina Porcentaje de Compactación, ya sea Proctor o AASHTO (estándar o modificada), según sea el caso. 70 La manera de medir dicha compactación es a través de calas en sitio o con equipos especiales modernos no destructivos como el GoeGauge (que además calcula en sitio el Módulo GeoGauge) Hay una gran diversidad de equipos de compactación y gran diversidad de usos específicos, que van desde un pisón de mano, hasta vibro-compactadores de gran tonelaje (Fig. 50) Fig. 50.- Tipos de Compactadores. Resistencia a la Compresión Simple (f’c).- (ensaye de cilindros) Es una prueba en la cual se aplica un esfuerzo compresivo para romper una muestra (cilindro) y poder saber cuál es su comportamiento, como la carga máxima (ton) que soporta, esfuerzos y deformaciones. Y con ésta información podemos deducir datos como la resistencia a la compresión (kg/cm²), la relación de Poisson (µ) y el Módulo Elástico Axial (E) (Fig. 51) Fig. 51.- Equipo para la Prueba de Resistencia a la Compresión. 71 Con el uso de la Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas, se usa con regularidad esta prueba, pero cabe señalar que la compresión simple es sólo una referencia, ya que lo que más nos interesa en evaluar es el Módulo Elástico Axial. Los detalles del procedimiento y los requerimientos para elaborarla se verán en el Capítulo 6. Resistencia a la Tensión por Flexión (MR).- (ensaye de vigas) La característica más importante en la estabilidad se suelos es la resistencia a la tensión, pero a menudo se hace caso omiso o se le da muy poco interés debido que normalmente sus resultados son muy bajos o inclusive llegan a cero. Es aquí, donde la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas saca a relucir sus bondades y alcances, ya que la resistencia a la tensión y su análisis es de suma importancia para conocer las propiedades del suelo y comprender los alcances de los agrietamientos. Esto es crucial para el diseño de estructuras en Vías Terrestres. La necesidad que se tiene para estabilizar un suelo para las estructuras de Pavimentos, radica en que los materiales disponibles para construirlas, son susceptibles a cambios en su contenido de agua y esto hace que los materiales granulares tengan pérdida de finos y en consecuencia, aparezcan asentamientos y agrietamientos. El uso de las Zeolitas Sintéticas ha sido un factor fundamental en la solución de las estabilizaciones de suelos, ya que los transforma en una losa semi-rígida (no granular) de Concreto Zeolítico Sintético el cual, por sus propiedades físico químicas inhibe la expansión y contracción de los materiales y al irse fusionando sección con sección y capa con capa, se genera una “plataforma” monolítica sin juntas. Por lo tanto, se puede afirmar que ésta Nano-Tecnología sirve como un “inhibidor de grietas” Además hay que retomar que los materiales granulares modifican sus propiedades por la influencia del agua, y como las losas de Concreto Zeolítico Sintético son impermeables, pues ya no es un factor de daño en la estructura (Fig. 52) Fig. 52.- Prueba de Resistencia a la Tensión en suelos con Zeolitas Sintéticas. 72 Resistencia a la Tensión por Compresión Diametral “Brasileña”.- (ensaye de cilindros) también conocida como Prueba a la Tensión Indirecta o por Compresión Diametral, y consiste, similar a la prueba de compresión simple, en aplicar un esfuerzo compresivo a una muestra (cilindro) hasta que se rompa y medir sus esfuerzos y deformaciones para también saber su comportamiento. Pero en esta prueba, la muestra (cilindro) se coloca en posición horizontal, ejerciéndole dos fuerzas compresivas opuestas distribuidas de forma uniforme, generando esfuerzos de tensión que son medibles. Hay diversos dispositivos para medir la Resistencia a la Tensión Diametral, pero el más usado en el llamado “Prueba Brasileña” (Fig. 53) Fig. 53.- Equipo para la Prueba de Resistencia a la Tensión por Compresión Diametral “Brasileña”. Fatiga.- Para determinar las características de Fatiga se usan los procedimientos vistos con anterioridad, es decir, se aplica una carga a una muestra, pero aquí se somete a la acción de cargas repetidas produciendo variaciones cíclicas en los esfuerzos. Y según sea el caso, después de cada ciclo de “carga y descarga”, se acumula una deformación permanente, la cual después de un determinado número de ciclos, se alcanza el estado de deformación crítico en el que llega la falla. A ésta falla también se le conoce como Falla por Fatiga Dinámica (Tabla 9) Tabla 9.- Ejemplo de Resultados. 73 Prueba de Módulo de Resiliencia (Mr).- Primero que nada hay que definir que es la “Resiliencia”, y es la capacidad que tiene un material (suelo), para absorber y almacenar energía de deformación cuando es sometido a cambios elásticos. De ahí que la Prueba de Módulo de Resiliencia tiene como finalidad, el determinar el comportamiento de los materiales causados por el efecto de aplicar cargas cíclicas. También es conocido como Módulo de Elasticidad Dinámico. Este estudio es fundamental, ya que simula el efecto que tienen las obras de Vías Terrestres, al someter a la estructura de Pavimento a cargas dinámicas (móviles) con diferentes magnitudes y las cuales van generando deformaciones que se van acumulando hasta quedar permanentemente y reflejar un daño estructural en el Pavimento. En el laboratorio, la Prueba de Módulo de Resiliencia (Mr), se realiza aplicando una serie de esfuerzos en forma cíclica a una muestra. Y el resultado de dicha prueba, son datos de “εr” que dependen tanto del confinamiento, como de la variación del esfuerzo aplicado. Para realizar la prueba, de usa el equipo de la cámara de compresión Triaxial con carga cíclica, con intervalos de carga y descarga (Tabla 10) Tabla 10.- Resultados reales del comportamiento de las Zeolitas Sintéticas en una de las Pruebas del Módulo de Resiliencia (Mr), resultantes de un Estudio de Investigación que realizó el Instituto Mexicano del Transporte (IMT) Módulo Elástico (E).- O también llamado Módulo de Elasticidad, se obtiene realizando cálculos con la información de las pruebas hechas en el laboratorio (se verán en el Capítulo 6) y también se puede deducir en campo con equipos no destructivos (Fig. 54) de diferentes marcas y procedimientos, cabe hacer mención que hay que hacer cálculos de ajuste para correlacionar las 74 mediciones hechas (de laboratorio o de campo) por diferentes métodos, ya que dependiendo del equipo y sistema utilizado, los resultados son muy variados. Por lo anterior, se sugiere que se le agregue el nombre al Módulo obtenido, el nombre del equipo con el que se hizo. Algunos equipos son: TMD (Truck Mounted Deflectometer) FWD (Falling Weight Deflectometer) HWD (Heavy Weight Deflectometer) LWD (Light Eeigth Deflectometer) RWD (Rolling Weight Deflectometer) GeoGauge Ultrasónico. Entre otros. Fig. 54.- Equipos para la Obtención del Módulo Elástico. 75 3.4.- La Ingeniería de Tránsito Los estudios que se consideran más importantes para la Ingeniería de Tránsito están considerados en dos etapas: La primera radica en el monitoreo constante de las cantidades y de los tipos de vehículos que pasan por el lugar que se va a estudiar, conocido como Aforo Vehicular (TDPA) La segunda parte es la identificación de las necesidades y demandas de los usuarios de la zona, así como el crecimiento demográfico y sus respectivas proyecciones. Como referencia, aquí en México, la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), mantiene en constante actualización el ya mencionado Aforo. Dicha información nos permite hacer un análisis adecuado para poder hacer los cálculos correspondientes cuando se esté elaborando el diseño de Pavimentos. Ahora haremos un pequeño paréntesis con respecto a la semántica del uso de tránsito y tráfico, ya que es muy común usar en los estudios la palabra tráfico, en vez de tránsito. Sí se puede usar ya que es de uso común, pero es a criterio de cada quien, pero es mejor usar tránsito (Fig. 55) Fig. 55.- Semántica de “tránsito” y “tráfico”. Regresando al tema, para hacer las mediciones del Aforo, normalmente se instalan sensores en la vía que se va a estudiar, o en su caso, cuando va a ser un camino nuevo, se evalúan los caminos y carreteras contiguas. Una vez que se cuenta con toda la información recopilada por las estaciones de aforo (sensores), hay que plasmarla en un informe que sea de utilidad para cualquier ingeniero especialista en planificación y diseño de Pavimentos. 76 Un dato muy importante que resulta de las mediciones del aforo es el TDPA (Tránsito Diario Promedio Anual), el cual es uno de los factores más relevantes para hacer los cálculos correspondientes en el diseño de una estructura de Pavimentos. Incluyendo la tasa de crecimiento. También es necesario analizar el ISA (Índice de Servicio Actual), que es un factor muy subjetivo, y está correlacionado con el IRI (Índice de Regularidad (o Rugosidad) Internacional) que es una medición objetiva y numérica. El estudio de la Ingeniería de Tránsito debe contener la siguiente información: TDPA. Clasificación del tipo de Vía. Clasificación del tipo de vehículos. Características geométricas generales. Estado actual de la Vía (deterioros) ISA. Aforo Completo con ubicación exacta. Normativa. A continuación pondremos las clasificaciones de las Vías de Comunicación (caminos y carreteras) y después las de los vehículos con sus ejes y pesos, Normados por la SCT en la NOM012, se muestran las clasificaciones originales (Tablas 11, 12, 13, 14, 15, 16 y 17) TDPA CLASIFICACIÓN (VEHÍCULOS) A2 de 5,000 a 20,000 A1 de 3,000 a 5,000 B de 1,500 a 3,000 C de 500 a 1,500 D de 100 a 500 E hasta 100 Tabla 11.- Clasificación de las Carreteras por la SCT. 77 Tabla 12.- Clasificación vehicular AUTOBÚS (B) por la SCT (NOM-012) – original. Tabla 13.- Clasificación vehicular CAMIÓN UNITARIO (C )y CAMIÓN REMOLQUE (C-R) por la SCT (NOM-012) – original. 78 Tabla 14.- Clasificación vehicular TRACTOCAMIÓN ARTICULADO (T-S) por la SCT (NOM-012) – original. Tabla 15.- Clasificación vehicular TRACTOCAMIÓN SEMIREMOLQUE - REMOLQUE (T-S-R) por la SCT (NOM-012) – original. 79 Tabla 16.- Clasificación vehicular por PESOS MÁXIMOS por EJE y por CAMINO por la SCT (NOM-012) – original. Tabla 17.- Clasificación vehicular por PESO bruto vehicular MÁXIMO autorizado por CLASE de vehículo y CAMINO por la SCT (NOM-012) – original. 80 Fig. 56.- Clasificación vehicular Crítica más usada para cálculos. 3.5.- Las Condiciones de Factibilidad Ambiental El estudio de Factibilidad Ambiental se refiere a la descripción preliminar de las afectaciones, del impacto de la obra, cuáles van a ser las medidas de remediación y de qué manera se compensarán cuando la obra esté terminada y en operación. Este estudio preliminar está en una etapa de anteproyecto, pero posteriormente, una vez que ha sido aprobado por las dependencias correspondientes, pasará a ser un proyecto ejecutivo y será el definitivo, llamado Estudio de Impacto Ambiental y es entonces que deberá ser aprobado por SEMARNAT (Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales) El tema del impacto ambiental tiene tal trascendencia, que la UNESCO en conjunto con la Embajada de Holanda y una empresa Mexicana, después de haber realizado un estudio de suma importancia, en el cual se demuestran los alcances, efectos y beneficios Macro-económicos que se obtienen al utilizar esta Nano-tecnología (Fig. 57), se han dado a la tarea de impulsar nuevas leyes y normas que protejan el medio ambiente, llevado de la mano con el beneficio Macro-económico derivado del aprovechamiento de los recursos naturales. 81 Fig. 57.- Estudio UNESCO-HOLANDA-MÉXICO. Cabe hacer mención, que con la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas el impacto ambiental se reduce dramáticamente, e incluso hay proyectos en los que es nulo (Fig. 58), ya que se puede reciclar y usar cualquier tipo de suelo. Natural (“in situ”) en el caso de obras nuevas y/o materiales de mejor calidad en el caso de las rehabilitaciones, incluyendo la integración de las carpetas, ya sean de Concreto Asfáltico o Hidráulico. Fig. 58.- Afectaciones e Impacto Ambiental en la Construcción de Vías Terrestres. El alcance del problema del Impacto Ambiental es de tal magnitud, que muchas organizaciones a nivel mundial, como la UNESCO, están sumamente preocupadas por encontrar 82 alternativas reales para apoyar al medio ambiente. La AMIVTAC (Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres, A.C.) también se ha preocupado por participar y apoyar a tan importante misión, de hecho, en su revista bimestral, publican notas en donde exponen dicha problemática, y hacen constantes invitaciones a quienes tengan nuevas tecnologías para mejorar las propiedades de los suelos y poder utilizar los materiales “in situ” (Fig. 59) y ésta Nano-Tecnología… lo logra. Fig. 59.- Nota en la Revista de la AMIVTAC. 3.6.- Otros Factores y Conclusiones Hay diversos factores y variantes cuando hablamos de los Criterios para el Diseño de Pavimentos, además de que depende en gran medida del juicio, conocimientos y experiencia de los ingenieros involucrados. Es muy importante entender que las “NORεAS” son una guía para apoyarse, no son obligatorias, hasta que las invocamos y las ponemos en las especificaciones del proyecto. Claro que son muy importantes, ya que son la referencia a seguir (parámetro), además de que si alguien no tiene muy en claro algún concepto, o si sus conocimientos y/o criterio es escaso, pues la “NORεA” lo saca de apuros y le evita correr riesgos, pero también lo excluye de las innovaciones tecnológicas y se va quedando atrasado en el pasado… 83 CAPÍTULO 4 Diseño de Pavimentos con Zeolitas Sintéticas “La Calidad no es un Arte, es un Hábito” Aristóteles 4.1.- Generalidades y Definiciones Primero que nada, cabe hacer el comentario, reiterando el concepto de que este manual es una guía en el uso de la Nano-Tecnología con Zeolitas Sintéticas y cómo se pueden aplicar los conceptos básicos de la ingeniería para elaborar un buen Diseño de Pavimentos. No es un Manual de Mecánica de Suelos ni de Diseño de Pavimentos. Continuando con el tema de este capítulo, es muy importante definir los criterios básicos de ingeniería para iniciar el proceso de diseño: 1. ¿Qué quiero?: Finalidad de la obra civil (propiedades fundamentales y subordinadas) 2. ¿Cómo lo logro?: Niveles de calidad (diseño, geometría, acabados, materiales y procesos constructivos) 3. ¿Quién se encarga?: Definir responsables (planificación, proyecto, construcción, supervisión, control de calidad, conservación y operación) Ahora hay que definir algunos conceptos de uso común en el ámbito del Diseño de Pavimentos, para saber que método y programa vamos a emplear para generar el soporte técnico del proyecto, ya que a veces quedan un poco ambiguos o confusos: Método.- Modo de decir, proceder o hacer algo con orden, es el procedimiento que se sigue en las ciencias para hallar una verdad y enseñarla (transmitirla) Métodos Empíricos.- Primero hay que definir “empírico”, y es algo que se rige, pertenece o es relativo a la experiencia. Por lo tanto, el Método Empírico es un modelo de investigación científica, que se basa en la experimentación y en la lógica empírica (experiencia), que junto a la observación y el análisis de los datos obtenidos en diversas pruebas (de laboratorio y campo) se toman decisiones. La base fundamental de este Método en el Diseño de Pavimentos, son las propiedades físicas de los materiales (lo visto en el punto 3.3.6.- “Aplicar las Pruebas en el δaboratorio” en este manual) Métodos Mecanicistas.- La palabra “mecanicista” se define como algo perteneciente, relativo o que sigue un mecanismo. Y “mecanismo” es la estructura de algo, y la combinación de sus partes en un proceso o sucesión de fases. Entonces, el Método Mecanicista es el uso de mecanismos científicos para determinar un procedimiento ordenado para poder entenderlo y transmitirlo. 84 Métodos Empíricos-Mecanicistas.- Es una combinación de ambos métodos, en donde se junta la experiencia y experimentación de las propiedades de los materiales (en campo y laboratorio), más la Ingeniería de Tránsito, más las interacciones del Clima, con un complemento teórico-científico lo suficientemente completo como para permitir hacer un análisis detallado en el comportamiento y mecánica de una estructura de Pavimento. El uso de ésta metodología nos permite la predicción correcta de la vida útil y de los diferentes deterioros que se van a presentar (esfuerzos (σ), deformaciones ( ), y deflexiones ( ) Toda esta nueva y oportuna información aumenta en gran medida la confiabilidad de nuestros diseños y proyectos. Más adelante veremos a detalle y paso a paso el uso de este método (Fig. 60) Fig. 60.- Métodos. El siguiente paso es conocer el programa (“software”) que vamos a emplear para respaldar el proyecto y dar soporte técnico (memoria de cálculos) al Cliente. Su uso varía dependiendo aspectos como el país, el Cliente y el conocimiento de los ingenieros que van a elaborar el diseño. Existen muchos, muy variados, unos más completos, unos más complicados y especializados para diferentes tipos de estructuras. Podemos utilizar cualquiera de ellos con las Zeolitas Sintéticas como: IMTPAVE 1.3 (IMT - México) AASHTO 1993 (EUA) AASHTO 2002 (EUA) AASHTO 2008 (EUA - DarWin ME + MEPDG 2008) WESLEA (EUA) ELMOD (EUA) IILI-PAVE (EUA) BISAR (SHELL - Europa) MePADS (Sudáfrica) Plaxis 3D (EUA) DISPAV (UNAM - México) DIPAV (IBCH - Bolivia) PAVER (aeropistas – EUA) HIPAVE (plataformas industriales – Australia) INTERPAVE (plataformas industrials Británico) LOCKPAVE (plataformas - Sudáfrica) FAARFIELD (aeropistas – EUA) COMFAA (aeropistas - EUA) KENTRACK (ferrovías - EUA) Entre otros. 85 Invariablemente, es necesario que los cálculos sean realizados por un ingeniero experto, calificado y especializado en diseño de Pavimentos y en el(los) programa(s) (“software”) adecuado(s) que se usará(n). 4.2.- Conceptos Actuales para el Análisis y Diseño de Pavimentos En la actualidad, la mayoría de los proyectistas utilizan para el análisis y diseño de Pavimentos los Métodos Empíricos, que como ya lo hemos comentado en el punto anterior, se basan en las propiedades físicas de los materiales y en el VRS (Valor Relativo de Soporte), el cual ya revisamos en el Capítulo 3, punto 3.3.6.6. Dicho valor, (VRS/CBR) ya no es un factor fundamental para el cálculo de una estructura, como se usaba con anterioridad, en donde se correlacionaba en una gráfica, el valor del VRS y con eso, definíamos los espesores resultantes. La mayor deficiencia de esos conceptos en los Métodos Empíricos, es que están limitados por los parámetros considerados en su época (evaluación de los materiales, métodos constructivos, tipo de maquinaria, aforos y cargas vehiculares, etc.), por ello, lo que se calcule por arriba de esos niveles que se consideraron en esa época, es mera extrapolación y suposición, por lo que ya no aplican estas referencias (Fig. 61) Fig. 61.- Esquema con los límites de los ábacos de diseño de AASHTO. Referencia: IMT - P.T. N° 258 86 4.3.- Conceptos Mecanicistas para el Análisis y Diseño de Pavimentos Una estructura de Pavimento debe estar diseñada para reunir dos requerimientos fundamentales: 1.- Funcionalidad. 2.- Durabilidad Estructural. Ya mencionamos los conceptos de lo que es un Método Empírico-Mecanicista en el punto 4.1, ahora vamos a revisar brevemente los pasos o procedimientos que hay que seguir para cumplir con los requisitos básicos de dicho método. Hay que volver a analizar la Fig. del Capítulo 3 (3.1 Generalidades) con los componentes claves de la Metodología Mecanicista (Fig. 62) Fig. 62.- Conceptos Mecanicistas en Pavimentos. SCT – IMT - P.T. N° 258 87 4.3.1.- Datos de Entrada Una vez recordado el proceso, ahora ya se puede recopilar y revisar todos los datos que tenemos (de laboratorio y de campo) para poder hacer el análisis inicial: A) Estructura.- Es el resultado de haber analizado toda la información, los requerimientos del Cliente y de los Usuarios. Teniendo por escrito el acuerdo hecho, donde se definió con certeza el tipo de estructura más adecuada (ideal), la Geometría y los Acabados. B) Materiales.- Revisar todas sus propiedades, resultado del Estudio de Mecánica de Suelos, como resistencias, el Módulo Elástico (E), el Módulo de Resiliencia (Mr) y la Relación de Poisson (), etc. Más los adicionales que se hayan hecho. C) Tránsito.- Investigar si los datos obtenidos en el Estudio de Ingeniería de Tránsito corresponden a la realidad (intensidad, distribución de cargas, crecimiento y sus cargas máximas) y revisar con detalle cuáles van a ser los puntos críticos que se van a considerar, dependiendo del tipo de camiones críticos, para medir posteriormente en la evaluación estructural (esfuerzos (σ), deformaciones ( ), y deflexiones ( ) D) Clima.- Los factores climáticos o naturales, se pueden separar en dos clasificaciónes. La primera, es referente a la temperatura (calor, frío y variaciones), humedad (lluvia, evaporación y variaciones) y ciclos críticos (heladas, deshielo, frentes fríos, tormentas y huracanes). Y la segunda, radica en la importancia de la influencia del Clima en el cambio de las propiedades de los materiales para poder medir estos aspectos dentro de la estructura de Pavimento. 4.3.2.- Diseño de Prueba Una vez analizada toda la información anterior, hay que iniciar con el vaciado de los datos requeridos en la matriz inicial: el Módulo Elástico (E), la Relación de Poisson (, el número de Capas (1,2,3…n), el peso crítico (kg), el área de contacto (cm²), presión de inflado y el espesor sugerido (cm). Luego, hay que realizar los cálculos para encontrar los ejes (equivalentes y actuantes) y definir la estructura inicial del “Diseño de Prueba” (Fig. 63) 88 Fig. 63.- Matriz Inicial para determinar el “Diseño de Prueba” Para poder proporcionar una transición entre los procedimientos de diseño de Pavimentos con materiales convencionales y la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas, los investigadores con ayuda de estudios y procedimientos de campo y laboratorio, se vieron en la necesidad de proporcionar las propiedades de los materiales, como el Módulo Elástico (E), Relación de Poisson (), Módulo de Ruptura (MR) y el Módulo de Resiliencia (Mr). Además, se desarrollaron programas (“softwares”) para presentar los conceptos de Diseño del Método Empírico – Mecanicista. Dichos investigadores, encontraron que en el laboratorio tradicional, la prueba para obtener el Módulo Elástico (E) contiene cierta complejidad para correr las muestras del Suelo – Cemento – Zeolitas Sintéticas, esto debido a que las tensiones inducidas son muy bajas, y la preparación de la muestra y terminando tienen un impacto mayor en la repetitibilidad. El ensayo de velocidad de onda sísmica proporciona mucho más potencial y se obtuvo una buena correlación entre ambas pruebas. El uso de la prueba de Resistencia a la Compresión Inconfinada para estimar el Módulo Elástico (E) y el Módulo de Ruptura (MR) también proporcionan resultados razonables. A continuación se muestran los valores aproximados que sirven de guía inicial para el “Diseño de Prueba”, cabe hacer mención que se tienen que verificar los datos con las pruebas de laboratorio y de campo, más todos los factores antes mencionados (Tablas 12, 13 y 14) 89 Tabla 12.- Referencias Guía para Alimentar la Matriz (Valores Aproximados) Tabla 13.- Referencias de la relación de Poisson (� 90 Tabla 14.- Comparativa de Valores Reales de Bases en Villahermosa, Tabasco. Para conseguir los datos de otros tipos de materiales hay que basarse en las mediciones de laboratorio y de campo, o podemos apoyarnos en datos confiables de referencia para el análisis de respuesta estructural del pavimento en la guía AASHTO-93 (“Guide of Design Pavement Structures”) en donde se presentan ábacos de correlación entre valores de uso común como el VRS (CBR), para interpolar el Módulo Elástico (E) y los Coeficientes Estructurales para bases, sub-bases granulares, bases tratadas con cemento, bases tratadas con asfalto así como también para el Concreto Asfáltico y luego validarlos con pruebas de laboratorio. Con el Método Empírico, hasta aquí se termina el proceso de diseño de Pavimentos, se revisaban los ejes equivalentes contra los ejes actuantes, el valor estructural (SN) y si pasa, pues listo, ya queda el diseño final de la estructura de Pavimento. Ahora veremos un ejemplo tipo de un cálculo en Pavimento Flexible Fórmula 1 y la Tabla 15) y un ejemplo con Pavimento Rígido Fórmula 2 y la Tabla 16) 91 Fórmula 1 y Tabla 15.- Cálculo para Pavimentos Flexibles. 92 Fórmula 2 y Tabla 16.- Cálculo para Pavimentos Rígidos. 93 4.3.3.- Respuesta Estructural (σ, ,y ) Ahora ya no se debe quedar el diseño hasta ahí, hay que someter el “Diseño de Prueba” a los cálculos de respuesta estructural, determinando los esfuerzos (σ), deformaciones ( ), y deflexiones ( ). Todos los cálculos basados en la Teoría de la Elasticidad Multicapas, tal y como lo mencionan diferentes agencias como: la AASHTO (Manual MEPDG-2008), la PCA, el IMT y AustroRoads, entre otros. Es de suma importancia el hacer un análisis especial y detallado para indicarle al programa (“software”) las cordenadas de los puntos exactos que queremos medir (“x”, “y” y “z”) (Figs. 64, 65, 66 y 67) Fig. 64.- Ejemplo del Análisis Matricial de la Teoría de la Elasticidad Multicapa. 94 Fig. 65.- Análisis de Esfuerzos y Deformaciones en Pavimentos Flexibles. Fig. 66.- Análisis de Esfuerzos y Deformaciones en Pavimentos Rígidos. 95 Fig. 67.- Análisis de las Coordenadas que se van a medir. Una vez que se terminó de analizar todos los factores necesarios, se cargan los datos al programa (“software”) para generar la memoria de cálculos y analizar la información que resulte para saber si ya quedó bien nuestro Diseño de Pavimento, o si requiere de algún ajuste y volver a realizar los cálculos. Desafortunadamente, la mayoría de los programas (“softwares”) cuando terminan de realizar sus cálculos a traves de Elementos Finitos, también llamados Red Neuronal Artificial, nos arrojan una tabla sin formato con muchos números (aparentemente sin sentido y sin forma) que hay que darles orden y pasarlos a una hoja de cálculo como Excel, para poder interpolar nuestras referencias y parámetros de fallas (Fig. 72) Fig. 68.- Red Neuronal Artificial (Elementos Finitos) 96 Con la Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas, normalmente generamos una gráfica de los Bulbos de Distribución de Esfuerzos y Deformaciones con los datos de la memoria de cálculos y podemos ver el comportamiento de una forma más sencilla y visual (Fig. 69 y 70) Fig. 69.- Ejemplo de una Memoria de Cálculos. CONVENCIONAL ZEOLÍTICO SINTÉTICO Fig. 70.- Ejemplo de una Comparativa de los Bulbos de Distribución de Esfuerzos. 97 Como podemos observar en la Fig. anterior, en la estructura de Pavimento Convencional, los esfuerzos pasan de los 75 cm de profundidad. Ésa es la razón, por la cual se deben hacer estructuras de más de 70 a 90 cm de espesor. Por el contrario, en la estructura hecha con la Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas, los esfuerzos se disipan dentro de los primeros 35 cm de profundidad, con las mismas cargas Demostrando la justificación por la cual sólo se hace una capa estructural de Base. Además hay que hacer una observación importante respecto a la forma de la paste baja del Bulbo, tienen una desigualdad considerable. Y estructuralmente eso nos demuestra la homogeneidad en la distribución de esfuerzos y deformaciones, lo que relaja a la capa inferior siguiente y el cono de distribución de carga de abre considerablemente (Fig. 71) CONVENCIONAL ZEOLÍTICO SINTÉTICO Fig. 71.- Incremento en el Cono de Transferencia de Carga. 4.3.4.- Predicción del Comportamiento (Criterio de Fallas) Ahora, después de que se ha realizado el cálculo del “Diseño de Prueba” del Pavimento, éste debe ser probado contra los diferentes mecanismos de falla (deterioros) que puedan ocurrir. La importancia de hacerlo, radica en que facilita la predicción correcta del comportamiento en la evolución del tiempo de los diferentes tipos de deterioros que se pudieran presentar (agrietamientos por fatiga, agrietamientos térmicos, deformaciones permanentes, escalonamiento, desplazamientos, etc.) y, por ende, aumentar en gran medida la confiabilidad de los diseños de Pavimentos. 98 Una vez analizado los resultados de la respuesta estructural en el pavimento (memoria de cálculos), se debe calcular el nivel de daño esperado en el periodo de tiempo establecido en el diseño. Para esto, es necesario conocer los factores que hay (deterioro Primario y Secundario) y los factores que influyen en el Pavimento. (Figs. 72, 73 y 74) Fig. 72.- Deterioros Primarios. Referencia: “Curso Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos” - Dr. Raúl Vicente Orozco Santoyo. Fig. 73.- Deterioros Secundarios. Referencia: “Curso Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos” - Dr. Raúl Vicente Orozco Santoyo. 99 Fig. 74.- Factores que Influyen en el Deterioro del Pavimento (Materiales, Tránsito y Clima) El daño en los Pavimentos Flexibles se da fundamentalmente por dos razones, una es por ahuellamiento (Rodera) y la otra es por fatiga (piel de Cocodrilo). La primera aparece cuando hay un asentamiento de la sub-rasante y la segunda es por oxidación y tiempo de vida del concreto Asfáltico (Fig. 75) Ahuellamiento (Rodera) Fatiga (Cocodrilo) Fig. 75.- Fallas en los Pavimentos Flexibles. 100 Y ya por último, en este punto del proyecto del análisis del comportamiento y del criterio de fallas, tan sólo nos queda definir sus parámetros. Lo cual, se refiere a la regularidad superficial. Ésta propiedad, conocida como el IRI (Índice de Regularidad (o Rugosidad) Internacional) y el IP (Índice de Perfil), se mide con diferentes equipos no destructivos de última generación como el Perfilómetro Láser. Después, se correlaciona con el ISA (Índice de Servicio Actual) (Figs. 76, 77 y 78) Fig. 76.- Ejemplo de un Registro del IRI. Fig. 77.- Correlación entre el IRI y el ISA. Referencia: “Curso Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos” - Dr. Raúl Vicente Orozco Santoyo. 101 Fig. 78.- Equipos Perfilómetros Láser para Medir el IRI y el IP 4.3.5.- Verificación del Comportamiento (Vida Útil) En este paso, lo que se hace es verificar y comparar que los valores máximos permitidos (memorias de cálculos y niveles de deterioro) por el proyectista, estén dentro de la “Zona de Aceptación”, que por supuesto, dicha zona, dependerá del tipo de proyecto del que se esté elaborando. Todo el Método Mecanicista en un proceso cíclico y repetitivo, ya que no se termina hasta que se logre cumplir con el nivel de exigencia que se estableció. Si la Vida Útil de Proyecto (cálculos) ≥ Vida Útil Estimado, entonces vamos al siguiente paso: elaborar el Proyecto Final del Diseño del Pavimento. 4.3.6.- Proceso Constructivo (Especificaciones Generales y Particulares) Es importante señalar que no existe una “receta de cocina” para elaborar un proyecto, hay guías y procedimientos a seguir, pero como dice el dicho: “cada proyecto se cuece aparte”. El Diseño Final debe incluir todas las especificaciones correspondientes, tales como: Especificaciones Generales y Particulares que incluyan los Procesos Constructivos completos (EG y EP) del proyecto. Planos con las Secciones (Perfiles, Plantas, Niveles y Volumetrías) Detalles del Manejo del Agua Superficial (Drenajes, Cunetas, Lavaderos y Alcantarillas) y de la Subterránea (Drenes) Cortes. Taludes. Terraplenes. Estructuras (puentes, distribuidores, pasos superiores e inferiores, etc.) Catálogos de Conceptos (E-7) 102 A continuación se muestra un Ejemplo “Tipo” del Proceso Constructivo, el cual obviamente debe de adecuarse para cada Proyecto específico. ESPECIFICACIÓN GENERAL G E N E R A L I D A D E S (GEN) EP GEN.A.- ESPECIFICACIÓN GENERAL DEL CONCRETO ZEOLÍTICO SINTÉTICO A BASE DE ZEOLÍTAS SINTÉTICAS, DE LA BASE DE LA ESTRUCTURA DE PAVIMENTO, POR UNIDAD DE OBRA TERMINADA, INCLUYE ACARREOS. DEFINICIÓN Es el conjunto de actividades que se requieren para construir Bases y/o Sub-bases de Concreto Zeolítico Sintético, para pavimentos de carreteras ya sea en rehabilitaciones o nuevas. Es la capa de materiales pétreos de sitio y/o de banco seleccionados que se construye generalmente sobre la Sub-base de Concreto Zeolítico Sintético o la Sub-rasante, cuyas funciones principales son las de proporcionar un apoyo uniforme a la capa de Rodadura, ya sea carpeta de concreto Asfáltico o Portland (Hidráulico); soportar las cargas que éstas le transmiten aminorando los esfuerzos y las deformaciones inducidas y distribuyéndolas de forma homogénea a la capa inmediata inferior, y proporcionar a la estructura del pavimento la rigidez necesaria para evitar deformaciones excesivas e impedir el ascenso capilar del agua subterránea. MATERIALES Para formar la base de Concreto Zeolítico Sintético se debe emplear Aditivo a base de zeolitas sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente (sacos de 25 kg c/u) (EP PAV.004); cemento gris tipo Portland CPC-40 RS (EP PAV.005), agua (en pipas de 10,000 lt), material producto de la recuperación de las capas del pavimento, T.ε.A. 1 ½”. EQUIPO Planta de Mezclado móvil central con mezcladora de aspas, Camiones para transportar los materiales y la mezcla, Vibro-compactador con doble rodillo liso (14 ton), Pavimentadora de Alta Densidad (Extendedora o “Finisher”) ,Compactador “Pata de Cabra” (si se requiere), Retroexcavadora para trabajos menores de apoyo, 2 Camiones pipa para agua, con flauta (capacidad de10,000 litros c/u), Operadores calificados de toda la maquinaria, Topógrafo con su cuadrilla (estación total, estadal, dos carretillas, tres palas, estacas, etc.); Cuadrilla de 5 a 6 ayudantes para “papeo” y trabajos varios, Asesor certificado del proveedor. Dicho equipo será mantenido en óptimas condiciones de operación durante el tiempo que dure la obra y será operado por personal capacitado. Si en la ejecución del trabajo y a juicio de la Supervisión de la Secretaría, el equipo presenta deficiencias o no produce los resultados esperados, se suspenderá inmediatamente el trabajo en tanto que el Contratista de Obra corrija las deficiencias, lo reemplace o sustituya al operador. Los atrasos en el programa de ejecución, que por este motivo se ocasionen, serán imputables al Contratista de Obra. EJECUCIÓN Fresado de carpeta asfáltica y base existente de un espesor de --- m para reciclado y 103 su posterior utilización, por medios mecánicos (EP PAV 001). Afine y compactación de la superficie del área de fresado para desplante de la base de Concreto Zeolítico Sintético, en una profundidad mínima de 0.20 m, para el cien por ciento (100%) AASHTO modificada. (EP PAV 002). Formación y compactación de base de Concreto Zeolítico Sintético Sintético con material producto de la recuperación de las capas del pavimento T.ε.A. 1 ½”. (EP PAV 003). Suministro e incorporación de aditivo a base de zeolitas sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente para formar un Concreto Zeolítico Sintético. (EP PAV 004). Suministro e incorporación de cemento gris tipo Portland CPC 40 RS (EP PAV 005). MEDICIÓN La medición de la formación y compactación de la Base de Concreto Zeolítico Sintético se efectuará considerando el volumen resultante del espesor y las secciones transversales de proyecto, empleando el método del promedio de áreas extremas, con las modificaciones en más o en menos ordenadas por la Secretaría, y tomando como unidad el metro cúbico del material compactado en la capa construida de Base de Concreto Zeolítico Sintético. BASE DE PAGO La formación y compactación de la Base de Concreto Zeolítico Sintético, por unidad de obra terminada, se pagará a los precios fijados en el contrato para el metro cúbico compacto. Estos precios incluyen lo que corresponda por: acarreo de planta al sitio de obra, mezclado y homogenizado de agregados (material producto de la recuperación de las capas del pavimento, Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas (EP PAV 004), cemento CPC 40 RS (EP PAV 005) y agua) en planta de mezclado hasta lograr la humedad deseada del material y homogenizado, mezclado de los materiales con el Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas (EP PAV 004), sin considerar éstos, toda vez que se considerarán como análisis independiente; acarreo a cualquier distancia del agua necesaria para la compactación, así como su aplicación e incorporación; permisos de explotación de bancos de agua; tendido y compactación al grado fijado; afinamiento para dar el acabado superficial, compactación de los hombros de la Base de Concreto Zeolítico Sintético y acabado con rodillo liso, así como todo lo necesario para la correcta ejecución del concepto. ESTIMACIÓN Y PAGO La estimación y pago de la formación de la base de Concreto Zeolítico Sintético, se efectuará de acuerdo a lo estipulado en la cláusula G de la Norma N LEG 3. Ejecución de Obras. RECEPCIÓN DE LA OBRA Una vez concluida la formación de la base de Concreto Zeolítico Sintético, la Supervisión del Organismo, lo aprobará y la recibirá conforme a lo señalado en la cláusula H de la Norma N LEG 3. Ejecución de Obras, aplicando en su caso las sanciones a que se refiere la Cláusula I de la misma Norma. 104 ESPECIFICACIÓN PARTICULAR EP PAV.001.- FRESADO DE CARPETA ASFÁLTICA Y BASE EXISTENTE DE UN ESPESOR DE ___ M PARA RECICLADO Y SU POSTERIOR UTILIZACIÓN, POR MEDIOS MECÁNICOS. EJECUCIÓN Establecer niveles de referencia corroborando el nivel de rasante del proyecto, verificar el nivel para el desplante de la rasante de la estructura, para determinar con exactitud la profundidad del corte. Verificar y revisar las instalaciones existentes (hidráulicas, eléctricas, fibra óptica, etc.). Se deberá proponer las obras de protección necesarias para los trabajos y/o procedimientos especiales que se requieran. Entre las estaciones señaladas en el proyecto y/o indicadas por la Secretaría, se realiza el corte de la sección a una profundidad de --- m (Carpeta Asfáltica y Base existente) por medios mecánicos; se retira el material disgregado, quitando (“papear”) los agregados mayores al T.M.A. De ser necesario y dependiendo del nivel de deterioro de la estructura de Pavimento, se deberán realizar trabajos especiales, como compensar con material de banco, producto del corte o inclusive sustituir material en las zonas más deterioradas o débiles (baches, roderas, hundimientos, etc.). MEDICIÓN La medición se efectuará cubicando el material escarificado, por medio de seccionamientos y siguiendo el método del promedio de las áreas extremas. En ningún caso se considerará abundamiento. Se tomará como unidad el metro cúbico, redondeando el resultado a la unidad. BASE DE PAGO El pago por unidad de obra terminada se hará al precio fijados en el contrato para el metro cúbico; este precio unitario incluyen lo que corresponda por: escarificación del pavimento existente en el espesor señalado en el proyecto y/o ordenado por la Secretaría, operación de disgregado a tamaño máximo de treinta y ocho (38) milímetros (1 ½”); eliminación de fragmentos mayores a dicho tamaño que hayan quedado después del disgregado y acamellonado del material. ESTIMACIÓN Y PAGO La estimación y pago por fresado de carpeta asfáltica y base existente de un espesor de 0.28 m para reciclado y su posterior utilización, por medios mecánicos, se efectuará de acuerdo a lo estipulado en la cláusula G de la Norma N LEG 3. Ejecución de Obras. RECEPCIÓN DE LA OBRA Una vez concluido el fresado de carpeta asfáltica y base existente de un espesor de 0.30 m para reciclado y su posterior utilización, la Supervisión del Organismo, lo aprobará y la recibirá conforme a lo señalado en la cláusula H de la Norma N LEG 3. Ejecución de Obras, aplicando en su caso las sanciones a que se refiere la Cláusula I de la misma Norma. 105 ESPECIFICACIÓN PARTICULAR EP PAV.002.- AFINE Y COMPACTACIÓN DE LA SUPERFICIE DEL ÁREA DE FRESADO PARA DESPLANTE DE LA BASE DE CONCRETO ZEOLÍTICO SINTÉTICO, EN UNA PROFUNDIDAD MÍNIMA DE 0.20 M, PARA EL CIEN POR CIENTO (100%) AASHTO MODIFICADA. DEFINICIÓN Trabajos necesarios para construir una superficie afinada y resistente, para apoyo de las capas que constituyen el pavimento. EJECUCIÓN Nivelar y compactar la base del cajón (desplante de la base) de la sección que se va a pavimentar al cien por ciento (100%) de la AASHTO Modificada en un espesor mínimo de 0.20 m o lo ordenado por la Secretaría. De ser necesario, este paso se puede realizar con el compactador “Pata de cabra”, para eliminar áreas con material suelto, evitar asentamientos y asegurar las pendientes transversales. En caso de detectar zonas débiles, rellenos de basura, etc., se deberá de reportar inmediatamente a la supervisión, para su tratamiento. MEDICIÓN La medición se hará cubicando el material ya compactado al grado de compactación señalado, tomando como base la longitud, ancho y espesor fijados o los ordenados por la Secretaría. Se considerará como unidad el metro cúbico, redondeando el resultado a la unidad. BASE DE PAGO El pago por unidad de obra terminada se hará al precio fijado en el contrato para el metro cúbico compacto; este precio unitario incluye lo que corresponda por: permisos de explotación de bancos de agua; extracción, carga, acarreo a cualquier distancia aplicación e incorporación del agua necesaria para la compactación al cien por ciento (100%) en el espesor señalado de la superficie descubierta, y los tiempos de los vehículos, maquinaria y equipos empleados en el transporte del agua, durante las cargas y descargas, mano de obra necesarios para la correcta ejecución de este concepto. 106 ESPECIFICACIÓN PARTICULAR EP.PAV. 003.- FORMACIÓN Y COMPACTACIÓN DE BASE DE CONCRETO ZEOLÍTICO SINTÉTICO CON MATERIAL PRODUCTO DE LA RECUPERACIÓN DE LAS CAPAS DEL PAVIMENTO T.ε.A. 1 ½”, ESPESOR ___ M COMPACTOS, INCLUYE ACARREOS. DEFINICIÓN Es el conjunto de actividades que se requieren para construir Bases y/o Subbases de Concreto Zeolítico Sintético, para pavimentos de carreteras ya sea en rehabilitaciones o nuevas. Es la capa de materiales pétreos de sitio y/o de banco seleccionados que se construye generalmente sobre la Sub-base de Concreto Zeolítico Sintético o la Sub-rasante, cuyas funciones principales son las de proporcionar un apoyo uniforme a la capa de Rodadura, ya sea carpeta de concreto Asfáltico o Portland (Hidráulico); soportar las cargas que éstas le transmiten aminorando los esfuerzos y las deformaciones inducidas y distribuyéndolas de forma homogénea a la capa inmediata inferior, y proporcionar a la estructura del pavimento la rigidez necesaria para evitar deformaciones excesivas e impedir el ascenso capilar del agua subterránea. EQUIPO El equipo necesario para la construcción de la base de Concreto Zeolítico Sintético será el adecuado, planta de mezclado móvil central con mezcladora de aspas, que garantice la correcta homogenización de todos los materiales (Material producto de la recuperación de las capas del pavimento T.ε.A. 1 ½”, con el aditivo Zeolítico y el cemento portland CPC-40 RS), vibro-compactador con doble rodillo liso (14ton), pavimentadora de alta densidad, compactador “Pata de cabra “ si se requiere, retroexcavadora para trabajos menores de apoyo, camiones de volteo, pipa para agua con capacidad de 10,000 lt, operadores calificados de toda la maquinaria, topógrafo con su cuadrilla, cuadrilla de 5 a 6 ayudantes para “papeo” y trabajos varios, asesor certificado del proveedor. Dicho equipo será mantenido en óptimas condiciones de operación durante el tiempo que dure la obra y será operado por personal capacitado. EJECUCIÓN Se dará un riego ligero de agua a la Sub-Rasante compactada, para evitar la pérdida de humedad de la mezcla. Se colocan pines y línea guía. Posicionar la Pavimentadora de Alta Densidad en el tramo. Realizar los ajustes necesarios a la Pavimentadora de Alta Densidad en: Salida de la mezcla entre la tolva alimentadora y el nivelador, ajuste de los tornillos del frente del nivelador para garantizar la uniformidad del espesor y el ancho de la franja de la sección. Determinar el área del tramo que se va a trabajar cada día. Esto depende del rendimiento y capacidad de la Planta de Mezclado. Se debe garantizar que el suministro de los materiales sea el necesario para cubrir al menos 3 días de jornadas de trabajo consecutivos (Material producto de la recuperación de las capas del pavimento, Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, Cemento Portland CPC-40 RS y Agua), para no suspender en ningún momento el proceso constructivo. Se aplica de manera uniforme, en seco, evitando la volatilización, el 100% del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas a los agregados (material de banco calidad Sub-Rasante) en una dosificación de ___ kg/m3 de zeolitas sintéticas (EP PAV 004) y se habrá de colocar el 100% del cemento gris tipo Portland CPC-40 RS (EP PAV 005), o su equivalente, requerido con una dosificación de ___ kg/m3, mezclándose hasta que quede en forma correcta la homogenización de la mezcla Agregados – Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas – Cemento. Se inicia la incorporación del agua en la Planta, hasta lograr la humedad óptima de compactación (± 3 a 4%) de la mezcla Agregados –Aditivo de Zeolitas Sintéticas – Cemento con una 107 relación Agua-Cemento de 0.40. Los puntos anteriores pueden tener algunas variantes que propondrá el asesor del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, esto debido a condiciones climatológicas, maniobrabilidad, calidad del suelo, pericia de los operadores, etc. Se debe mantener constantemente el quitar (“papear”) los agregados mayores al T.ε.A. en todos los procesos de mezclado. Verificar la humedad de la sub-rasante antes de tirar la mezcla en la Pavimentadora de Alta Densidad, lo que debe ser uniforme (no sobresaturar). Ya lograda la humedad óptima de la mezcla se procede a trasladarla en camiones de volteo, cubiertos con lona para evitar pérdida de humedad, cuidando los tiempos de traslado, los cuales no deben ser mayores de 30 a 35 minutos y se tira la mezcla en la Pavimentadora de Alta Densidad. Verificar los niveles y la humedad de la mezcla constantemente, de acuerdo a las especificaciones del proyecto. Compactar la sección al 100% AASHTO Modificada, el constructor debe garantizar la correcta compactación en todo el espesor de la capa. Revisar que los hombros de la sección queden compactados, ya sea con los aditamentos de la Pavimentadora de Alta Densidad o de forma manual (si lo requiere). Se dará un riego abundante de agua indirecto, 30 minutos después de la compactación, para el curado y se continuará con riegos suficientes para mantener húmeda la sección al menos durante 72 horas (3 días) a partir del inicio del curado. Dependiendo del clima y sequedad del aire, se puede extender el curado con riegos de agua por otros cinco días más. Debe mantenerse húmeda la superficie de la Base de Concreto Zeolítico Sintético, en todo momento con suficiente agua, NO usar ningún tipo de membrana de curado ni plástico. Se deben hacer cortes a 90° con la Retroexcavadora en los tramos de transición de las secciones trabajadas, Juntas de Construcción Transversales y en las Juntas de Construcción Longitudinales, quitando el material suelto y/o el que no se compactó. Hacer una mezcla de Cemento, Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas y Agua como liga entre las secciones. A las 48 horas de que se terminó el proceso del primer curado pueden circular vehículos ligeros. Es recomendable que los vehículos pesados circulen después de las 72 horas (3 días) después del primer curado y se tenga superado el 100 % del Módulo GeoGauge mínimo esperado. Se puede colocar la Carpeta de Concreto Asfáltico después de 48 horas, pero primero se debe barrer y limpiar perfectamente la superficie de la Base de Concreto Zeolítico Sintético. Colocar el Riego de Liga con su respectivo Poreo, para evitar que la maquinaria y los neumáticos de los camiones de la cuadrilla de asfaltos la quiten y no exista buena adherencia. Es importante verificar que el Riego de Liga y el Poreo se apliquen de manera homogénea y que cubran el 100 % de la superficie, evitando líneas (“efecto peine”) sin cubrir. Posteriormente se continuará con la construcción de la siguiente capa de pavimento, del espesor y grado de compactación indicas en el proyecto; debiendo cumplir con los tiempos convencionales de la misma para ser abierto el tramo a la circulación. Nota 1: Dar seguimiento al Protocolo básico de Laboratorio para mezclas hechas en sitio con Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas. Puede haber variaciones en el proceso y los parámetros de medición, dependiendo de ciertos aspectos que determinará el asesor del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas al momento de la aplicación y por los cambios en las combinaciones de tipos de suelo y sus diferentes proporciones. Nota 2: El constructor deberá programar la proveeduría del cemento Portland, del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas y del Agua con anticipación para no detener el proceso constructivo, ya que de ello depende de que se cumplan los rendimientos esperados. Nota 3: El constructor deberá evaluar el tipo y marca de maquinaria adecuado para conseguir el mejor rendimiento posible, así como el aseguramiento del mayor nivel de calidad para poder garantizar la correcta homogenización de todos los materiales, así como la correcta ejecución, compactación y curado. La maquinaria debe estar en buenas condiciones para no detener el proceso por reparaciones constantes de la misma. 108 Nota 4: El constructor debe proveer del señalamiento de protección de obras de tipo luminoso necesario durante las 24 horas del día, según las normas aplicables de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Nota 5: Al inicio de los trabajos se debe realizar un tramo de ajustes de 100 m de largo por 3.50 m de ancho o el equivalente de un carril, para realizar los ajustes necesarios, y lograr el mejor desempeño posible. En la colocación del tramo de ajustes, se debe contar con la presencia de todos los involucrados en el proyecto. Nota 6: En caso de que los parámetros esperados no se alcancen, se deberán elaborar los ensayos de laboratorio pertinentes, para ajustar dosificaciones y/o espesores. Nota 7: En el caso de tener que hacer reparaciones de instalaciones, tiempo después de hecha la Base de Concreto Zeolítico Sintético, consultar el Protocolo de Reparaciones e Instalaciones Nuevas bajo un Concreto Zeolítico Sintético. Nota 8: Se deberá realizar también la medición de deflexión y cálculo de los módulos de elasticidad, medición del índice de perfil y obtención de núcleos. Nota 9: La cuadrilla topográfica debe tener sus referencias de nivel durante todo el proceso, para referenciar los niveles finales. Nota 10: No se debe corregir el nivel con una sobre capa días después, debido a que si no se hace el mismo día, no hay adherencia entre capas y por consiguiente, se desprende. Lo recomendable es hacerlo el mismo día. Pero, si por alguna razón no es posible hacerlo, es preferible que quede sobrado el espesor y se debe raspar superficialmente con la moto-conformadora y compensar con la carpeta de concreto asfáltico. Nota 11. Para efectos de estimación y pago de la Formación y Compactación de Base de Concreto Zeolítico Sintético, los bultos aplicados cada día del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, deberán ser entregados por el constructor, a la Dependencia para conciliar los códigos de barras y el número de lote (“batch”) para las estimaciones correspondientes; los cuales deberán ser destruidos por esta Dependencia una vez conciliada la estimación. Nota 12. En el lugar donde se ubique la planta de mezclado, se deberá instalar una bodega para el almacenamiento del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, esta bodega deberá contar con las condiciones adecuadas que determinará el proveedor. Nota 13. El proveedor del producto del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, emitirá al constructor una remisión con la cantidad exacta de kilogramos y sacos entregados, incluyendo el número de lote o “batch” y códigos de barra, con copia para la Dependencia. Nota 14. El proveedor del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, dispondrá de un Residente, el cual deberá contar con Título y Cédula Profesional en Ingeniería Civil; permanente en la obra para dar aseguramiento y apoyo en el proceso constructivo, llevando un registro y/o notas de campo, que en caso de que sean solicitadas por la Dependencia, estas sean proporcionadas de inmediato. Nota 15. Con la periodicidad que determine la Dependencia, de acuerdo con el avance de los trabajos que tenga, se habrán de llevar a cabo visitas de inspección por parte del laboratorio del Instituto Mexicano del Transporte (IMT) u otro con certificación por parte de este Instituto al tramo referido, con la finalidad de constatar la correcta ejecución de los mismos. 109 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO Para dar por terminada la construcción de la Base de Concreto Zeolítico Sintético, se verificará la calidad de los materiales, el alineamiento, perfil y sección, compactación, espesor y acabado de acuerdo con lo establecido en el proyecto, en la norma N.CTR.CAR.1.04.003/00 Capas Estabilizadas, con indicaciones de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes, y conforme a las siguientes tolerancias: P R U E B A / PARÁMETRO DÍAS UNIDADES Módulo de Elasticidad Estático Axial (E) (Cilindros con mezcla hecha en sitio) 28 Min. 60,000 kg/cm² Módulo GeoGauge (MG) (Medición hecha en Campo) 3 Min. 1,800 kg/cm² Compactación AASHTO Modificada 0 100% La capa de base de Concreto Zeolítico Sintético, deberá cumplir por lo menos con el Módulo de Elasticidad Estático Axial indicado en la tabla anterior; de no cumplirse este requerimiento, la capa será rechazada y reconstruida a expensas del contratista. El hecho que se supere el Módulo de Elasticidad Axial (E) no implica que se puedan cambiar las dosificaciones. MEDICIÓN La medición de la formación y compactación de la Base de Concreto Zeolítico Sintético se efectuará considerando el volumen resultante del espesor y las secciones transversales de proyecto, empleando el método del promedio de áreas extremas, con las modificaciones en mas o en menos ordenadas por la Secretaría, y tomando como unidad el metro cúbico del material compactado en la capa construida de Base de Concreto Zeolítico Sintético. BASE DE PAGO La formación y compactación de la Base de Concreto Zeolítico Sintético, por unidad de obra terminada, se pagará a los precios fijados en el contrato para el metro cúbico compacto. Estos precios incluyen lo que corresponda por: carga, acarreo de planta al sitio de obra y descarga, mezclado y homogenizado de agregados (material producto de la recuperación de las capas del pavimento, Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, cemento CPC 40 RS y agua) en planta de mezclado, hasta lograr la humedad deseada del material de banco y homogenizado, mezclado de los materiales con el Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas y Cemento Portland CPC-40RS, sin considerar éstos, toda vez que se considerarán como análisis independiente; acarreo a cualquier distancia del agua necesaria para la compactación, así como su aplicación e incorporación; permisos de explotación de bancos de agua; tendido y compactación al grado fijado; afinamiento para dar el acabado superficial, chaflanes en las orillas de la Base de Concreto Zeolítico Sintético y acabado con rodillo liso, así como todo lo necesario para la correcta ejecución del concepto. 110 ESPECIFICACIÓN PARTICULAR EP.PAV. 004.- SUMINISTRO E INCORPORACIÓN DE ADITIVO A BASE DE ZEOLITAS SINTÉTICAS, COMPUESTOS ALCALINOS Y ACTIVADORES DE PATENTE PARA FORMAR UN CONCRETO ZEOLÍTICO SINTÉTICO. DEFINICIÓN Diseñado específicamente para transformar cualquier tipo de agregados en una losa monolítica de Concreto Zeolítico Sintético, para estructuras de pavimentos. Basado en la Nanotecnología que modifica el proceso de hidratación del cemento Portland, al desarrollar y amplificar la formación de cristales en la estructura, generando un entramado multidireccional, envolvente y denso. El producto final no es un material granular, sino una losa de Concreto Zeolítico Sintético. EJECUCIÓN Se aplica de manera uniforme, en seco, evitando la volatilización, el 100% del aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente a los agregados (Material producto de la recuperación de las capas del pavimento) de acuerdo a las dosificaciones consideradas (___ kg/m3) en la Planta y se mezcla hasta que quede en forma correcta la homogenización de la mezcla Agregados – Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas. Este proceso deberá ser verificado forzosamente por el Asesor certificado del proveedor del Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, y la dosificación podrá ser incrementada en la obra, de acuerdo con los resultados de las pruebas efectuadas si no se cumple con el Módulo Elástico. MEDICIÓN La medición se efectuará tomando como unidad el kilogramo de aditivo a base de zeolitas sintéticas incorporado, con aproximación al entero. BASE DE PAGO El pago por el suministro e incorporación de aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, se hará al precio fijado en el contrato para el kilogramo; este precio unitario incluye lo que corresponda por: almacenamiento temporal, cargas y descargas, suministro e incorporación del aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente, mermas, mano de obra, herramienta y equipo necesario para la correcta ejecución de este concepto. 111 ESPECIFICACIÓN PARTICULAR EP.PAV. 005.- SUMINISTRO E INCORPORACIÓN PORTLAND CPC-40RS. DE CEMENTO GRIS TIPO DEFINICIÓN El contratista estará obligado a usar cemento Portland CPC-40RS en la elaboración de toda la Base de Concreto Zeolítico Sintético para cumplir los parámetros esperados en el proyecto, que se utilicen en la ejecución de los trabajos objeto de la licitación, a menos que el proyecto y/o la Secretaría directamente ordene el empleo de otro tipo de cemento; y de acuerdo a lo indicado en la norma N.CMT.2.02.001/02 Calidad del Cemento Portland. EJECUCIÓN Se coloca el 100% del cemento gris tipo Portland CPC 40 RS requerido para este proyecto (__ kg/m3) en la Planta y se mezcla hasta que quede en forma correcta la homogenización de la mezcla Agregados – Aditivo a base de Zeolitas Sintéticas – Cemento, con una relación Agua – Cemento de 0.40. La dosificación podrá ser ajustada en la obra, de acuerdo con los resultados de las pruebas efectuadas. MEDICIÓN La medición se efectuará tomando como unidad el kilogramo de cemento Portland CPC 40 RS incorporado, con aproximación al entero. BASE DE PAGO El pago por el suministro e incorporación de cemento gris tipo Portland CPC 40 RS, se hará al precio fijado en el contrato para el kilogramo; este precio unitario incluye lo que corresponda por: almacenamiento temporal, cargas y descargas suministro e incorporación del cemento gris tipo Portland CPC 40 RS, mermas, mano de obra, herramienta y equipo necesario para la correcta ejecución de este concepto. 112 ESPECIFICACIÓN PARTICULAR EP PAV 006.- A. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE DE GRANULOMETRÍA DENSA DE ALTO DESEMPEÑO, DEL BANCO QUE EL CONTRATISTA ELIJA, ESPESOR ___ CM COMPACTOS, INCLUYE ACARREOS. CONTENIDO Esta Especificación Particular (EP) contiene los requisitos y las características de calidad para ser utilizados en el diseño y construcción de la Mezcla Asfáltica de Granulometría Densa de Alto Desempeño (tamaño nominal de 19 mm), para proyectos con niveles de tránsito mayor o iguales a diez millones de ejes equivalentes y menores o iguales a 30 millones de ejes equivalentes. La presente EP se basa en el Protocolo AMAAC vigente. B. DEFINICIÓN Las carpetas asfálticas con mezcla en caliente, son aquellas que se construyen mediante el tendido y compactación de una mezcla de materiales pétreos y material asfáltico. La carpeta asfáltica tendrá un espesor adecuado para desempeñar la función estructural de soportar y distribuir la carga de los vehículos hacia las capas inferiores del pavimento. La mezcla asfáltica de alto desempeño, es una mezcla especialmente diseñada y construida para resistir deformaciones permanentes, fatiga y tener mayor resistencia a los agentes ambientales. La mezcla asfáltica es un material compuesto de materiales pétreos, material asfáltico, filler y en algunos casos algún aditivo. C. REQUISITOS DE CALIDAD DE LOS MATERIALES Cuando el material pétreo para estas mezclas pertenezca a más de un solo banco de materiales, el mezclado del material de estos bancos será homogéneo y su utilización para la mezcla asfáltica tendrá que ser aprobada por la Dependencia. La licitante en su propuesta incluirá un croquis de localización de los bancos de materiales propuesto indicando la distancia de acarreo a la planta de asfalto, así como el diagrama de flujo de producción de agregados pétreos. Todas las pruebas necesarias para definir la calidad serán desarrolladas por un laboratorio con reconocimiento AMAAC-IMT. C.1 AGREGADO GRUESO. El agregado grueso (material pétreo retenido en la malla No. 4) será de un banco aprobado por la Dependencia, triturado totalmente a un tamaño nominal de 19 mm (¾”), debiendo cumplir éste con las especificaciones que se muestran en la Tabla 1. 113 TABLA 1.- Características de calidad del agregado grueso Característica Desgaste Los Ángeles, % Desgaste Microdeval, % Intemperismo acelerado, % Norma ASTM C131 AASHTO T327 / ASTM D6928 AASHTO T 104 /ASTM C88 Caras fracturadas, % (2 caras o ASTM D 5821 más) Partículas planas y alargadas, % ASTM D 4791 Densidad del agregado grueso ASTM C 127 Absorción del agregado grueso, ASTM C 127 % Adherencia con el asfalto, Recomendación AMAAC RA-08/2010 % de cubrimiento (1) Suma de %planas + %alargadas C.2 Especificación 30 máx. 18 máx. 15 máx. para sulfato de sodio 20 máx. para sulfato de magnesio 90 mín. 5 a 1 %, 10 máx. (1) ≥ 2.4 Reportar 90 mín. AGREGADO FINO. El agregado fino (material que pasa la malla No. 4) constituye parte del “mastic asfáltico”. Será de un banco aprobado por la dependencia para cumplir con las especificaciones marcadas en la Tabla 2. TABLA 2.- Características de calidad del agregado fino Característica Norma Especificación Equivalente de ASTM D 2419 50 min. arena,% Angularidad, % AASHTO T 304 40 mín. Azul de metileno, Recomendación 15 máx. mg/g AMAAC RA-05 Densidad del ASTM C 128 ≥ 2.4 agregado fino Absorción del ASTM C 128 Reportar agregado fino C.3 RELLENO MINERAL DE APORTE (FILLER). Se define como filler de aporte a la fracción de material que pasa el tamiz No. 200 (0.075 mm) y que se incorpora a la mezcla de manera complementaria, normalmente con el fin de cumplir con los requisitos granulométricos establecidos. El filler de aporte suele ser ceniza volante o material proveniente de la trituración de agregado fino. Este material se caracteriza por estar libre de aglomeraciones cuando se encuentra seco, además de estar libre de impurezas orgánicas y tener un índice de plasticidad no mayor a 4, así como un valor de azul de metileno no mayor a 15. C.4 MATERIAL ASFÁLTICO. 114 En la carpeta asfáltica de alto desempeño, se utilizará un material asfáltico grado PG que cumpla con los requisitos de calidad indicados en la Tabla 3. El grado PG del material asfáltico será seleccionado de acuerdo a las condiciones de clima y tránsito del proyecto y será aprobado por la Dependencia. La mayor parte de los proyectos, por condiciones de tránsito requieren un grado PG a la alta temperatura de 76 y por las condiciones climáticas de un grado PG a la baja temperatura de -16. El licitante presentará en su propuesta técnica: carta compromiso del proveedor de material asfáltico, en donde se comprometa a elaborar un producto que cumpla con las especificaciones indicadas en la Tabla 3. TABLA 3.- Características de calidad de un asfalto modificado Característica Norma Especificación Punto de inflamación M-MMP-4-05-007/00 230 mín. Cleveland, °C Viscosidad dinámica a M-MMP-4-05-005/02 3 máx. 135°C, Pa.s Punto de reblandecimiento, M-MMP-4-05-009/00 55 mín. °C Recuperación elástica por M-MMP-4-05-024/02 35 mín. torsión a 25°C, %. Módulo reológico de corte dinámico (G*/sen ), 76°C, M-MMP-4-05-025/02 1.0 mín. KPa Después de prueba de película delgada y aire de horno (ASTM D2872) Pérdida de masa, % ASTM D2872 1.0 máx. Módulo reológico de corte dinámico (G*/sen ), 76°C, M-MMP-4-05-025/02 2.2 mín. KPa Recuperación elástica en M-MMP-4-05-026/02 60 mín. ductilómetro a 25°C, % Después de prueba de película delgada y aire de horno @ 100°C (ASTM D6521) Rigidización (G*/sen ), ASTM D6648 5,000 máx. 34°C KPa, Rigidización de Flexión -6°C 300 máx. S(t); Mpa, ASTM D6648 0.3 mín. Valor “m” C.4.1 CALIDAD DEL MATERIAL ASFÁLTICO A la llegada de cada carro-tanque al sitio de los trabajos, el constructor entregará a la supervisión una certificación expedida por el fabricante del material asfáltico, donde se indiquen las fechas de elaboración y despacho, el tipo de material asfáltico, y los resultados de los ensayos de calidad efectuados sobre muestras representativas de la entrega. Para la 115 aceptación en campo, es responsabilidad del constructor y su laboratorio de control de calidad muestrear cada carro tanque (36,000 litros) suministrado, mediante al menos las siguientes pruebas: copa Cleveland, punto de reblandecimiento, separación diferencia anillo y esfera y recuperación elástica por torsión, de acuerdo a los parámetros establecidos en la norma NCMT-4-05-002/06 para asfaltos modificados. Se muestreará el material asfáltico en tres latas de un galón de capacidad (4 litros) cada una, que serán cerradas y firmadas por proveedor, cliente, y supervisión. Una muestra (lata) quedará en poder de la supervisión para su análisis completo (Tabla 3) en un laboratorio con reconocimiento AMAAC-IMT en la categoría completa de asfaltos. D. DISEÑO DE LA MEZCLA. El diseño de la mezcla se realizará por un diseñador con reconocimiento AMAAC-IMT y por un laboratorio aprobado por la dependencia, considerando como mínimo las propiedades volumétricas, la evaluación de la susceptibilidad a la humedad y la evaluación de la susceptibilidad a la deformación permanente. Las temperaturas de mezclado y compactación serán las recomendadas por el proveedor del producto asfáltico. Para la fabricación de los especímenes, la mezcla asfáltica será compactada en el Compactador Giratorio de acuerdo al número de giros especificados en la Tabla 5. La selección del contenido de material asfáltico estará en función del cumplimiento de las propiedades volumétricas indicadas en la Tabla 6. La granulometría de la mezcla asfáltica se apegará a la mencionada en la Tabla 4, en el eje horizontal se graficará la abertura de la malla en mm elevada a la 0.45 y en el eje vertical el por ciento que pasa, alojándose dentro de los puntos de control. La línea de Máxima densidad es una línea recta que se traza del tamaño máximo del agregado, del 100% de material que pasa al origen. Fig. 1. 1. 2. Tamaño Máximo: Una tamaño mayor que el tamaño nominal. Tamaño Nominal: Un tamaño mayor que la primera malla o tamiz que retiene más del 10% de agregado. 100.0 90.0 80.0 % que pasa 70.0 Puntos de control 60.0 50.0 40.0 30.0 Línea de Máxima densidad 20.0 10.0 0.0 .075 .30 .60 1.18 2.36 4.75 9.50 12.50 19.00 25.00 Abertura de la malla en mm FIG. 1.- Lí ites Gra ulo étricos para Ta año No i al 19 / ”. TABLA 4.- Pu tos De Co trol e la Gra ulo etría para Ta año No i al de ¾” 19 116 . % que pasa Abertura de la malla (mm) Mín Máx 50.00 37.50 25.00 100 19.00 90 12.50 100 90 9.50 4.75 2.36 23 49 0.08 2 8 TABLA 5.- Energía de Compactación en el Compactador Giratorio. Parámetros de Compactación Nini Ndiseño Nmáx 8 100 160 TABLA 6.- Requerimientos Volumétricos. Densidad requerida (% de la gravedad específica teórica máxima Gmm) Nini Ndis Nmáx Vacíos de agregado mineral mínimo en % (tamaño nominal 19 mm) ≤ 90.5 96 ≤ 98 13 Nivel de Compactación giratoria E. Vacíos llenos de asfalto en % Relación filler asfalto 65 - 78 0.6 - 1.2 CONSTRUCCIÓN Consultar anexo correspondiente. E.1 EJECUCIÓN. Durante la ejecución de la obra se compactará del noventa y cuatro por ciento (95%) al noventa y ocho por ciento (98%) de la Gravedad Específica Teórica Máxima (Gmm) de la mezcla asfáltica, obtenida en campo. El contratista de obra ejecutará previamente un tramo de prueba de 200 metros de longitud, donde se realizarán las siguientes evaluaciones: propiedades volumétricas, Gravedad Específica Compactada (Gmb), Gravedad Específica Teórica Máxima (Gmm), ensayo de susceptibilidad a la deformación permanente y ensaye de susceptibilidad a la humedad. En caso de que el tramo de prueba construido no cumpla con todos los requisitos indicados, el contratista ejecutará un segundo tramo de prueba. 117 En caso de que en este segundo tramo de prueba, no se hayan alcanzado los parámetros anteriormente indicados, la Dependencia determinara si es factible la realización de un tercer y último tramo de prueba, de dimensiones geométricas que esta misma determine. F. CONTROL DE CALIDAD Consultar anexo correspondiente. F.1. REQUISITOS DE LOS LABORATORIOS Y PERSONAL TÉCNICO PARA EL CONTROL DE CALIDAD Se incluirá la relación de cada uno de los profesionales técnicos que serán responsables del control de calidad de los trabajos, identificados con los cargos que ocuparán. Los profesionales técnicos contarán con la preparación académica y la experiencia necesaria para desarrollar adecuadamente los trabajos técnicos referentes al control de calidad de mezclas asfálticas en caliente de granulometría densa de alto desempeño. El personal técnico será capaz de ejecutar las pruebas que se exigen en esta Especificación Particular. Se contará con el reconocimiento otorgado por la AMAAC-IMT como mínimo en las categorías completas de agregados y mezclas asfálticas La Dependencia realizará visitas con la periodicidad que esta determine, para verificar los laboratorios para evaluación del personal, equipo e instalaciones. G. MEDICIÓN. La construcción de la carpeta asfáltica con mezcla en caliente se contratará a precios unitarios por unidad de obra terminada y será ejecutada conforme a lo indicado en esta Especificación Particular y a satisfacción de la dependencia. Para efecto de pago, se medirá tomando como unidad el metro cúbico de carpeta terminada, con aproximación a un decimal. H. BASE DE PAGO. La carpeta asfáltica por unidad de obra terminada, se pagará al precio fijado en el contrato para el metro cúbico de mezcla compactada del 95% al 98% de la gravedad específica teórica máxima (Gmm), obtenida en campo., P.U.O.T. 118 4.3.7.- Secciones Tipo Dependiendo de cada proyecto, se tendrán que generar las Especificaciones Generales (EG) y Particulares (EP) de cada caso, hay mucha diversidad, pero para tener una idéa básica de las opciones en la que se ha tenido mucha experiencia y éxito con el uso del Concreto Zeolítico Sintético, se presentan a continuación algunos ejemplos de secciones de casos Tipo en estructuras de Vïas Terrestres (Figs. 79, 80, 81, 82, 83, y 84) Fig. 79.- Sección “Tipo” Carreteras (zonas inundables/suelos inestables) Fig. 80.- Sección “Tipo” Vialidades. 119 Fig. 81.- Sección “Tipo” Carreteras (estabilidad de Taludes). Fig. 82.- Sección “Tipo” Carreteras (Contratrabes de CZR). 120 Fig. 83.- Sección “Tipo” de Accesos con Pasos Superiores e Inferiores. 4.4.- Ejemplos Resueltos “Paso a Paso” Es el momento se elaborar las Memorias de Cálculos, con todos los soportes y la información de referencia que se utilizó para llegar el diseño final de la estructura de Pavimento. A continuación se muestran unos ejemplos resueltos “paso a paso” en base a la publicación más reciente para el Diseño de Estructuras de Pavimento: AASHTO-DARWin-ME con la MEPDG (Mechanisitic-Empirical Pavement Design Guide, 2008) (Fig. 84) Fig. 84.- Portada del MEPDG – AASHTO 2008 y una Pantalla del DARWin-ME. 121 Es importante recordar la aclaración que se mencionó en el Capítulo 1 (punto 1.4) en donde se hace mención de que el Ing. Alfonso R. Ayala Pérez corrigió una de las fórmulas de la MEPDG – AASHTO 2008. Para tener mayor referencia y una explicación detallada, los datos del Ing. Ayala vienen en los Apéndices (referencias) 4.4.1.- Criterio MEPDG – AASHTO 2008, Pavimentos Rígidos Del Capítulo 5.3 del MEPDG-2008, Ecuaciones de daño para pavimentos Rígidos y sobrecarpetas de CCP (Concreto de Cemento Portland): El número de aplicaciones de carga (Ni, j, k, l, m, n) es el número real de eje tipo k de nivel de carga l que pasa a través del tránsito del camino n en cada condición (edad, temporada, y la diferencia de temperatura). El número de aplicaciones de carga es el número de ciclos (de carga) en la que la fatiga no se espera (corresponde al 50 % de losas con grietas) y es una función de la fuerza de tensión aplicada al CCP. Donde: i = Edad (Cambios en el Módulo de Ruptura (MR) y en el Módulo Elástico (E) del Concreto de Cemento Portland, Fricción de contacto Losa / Base, deterioro de los hombros y eficiencia en la transferencia de carga) j = Mes (Cambios en el Módulo Elástico (E) de la base y el Módulo Dinámico de la sub-rasante) k = Tipo de Eje (sencillo, tándem, tridem, para grietas de abajo hacia arriba; cortas, medianas, y longitudinales al eje de rodado para grietas de arriba hacia abajo) l = Nivel de Carga (Incremento de carga para cada tipo de eje) m = Diferencial de Temperatura entre las fibras superior e inferior de la losa de Concreto de Cemento Portland. n = Cantidad de Tránsito. o = Fracción Horaria de Tránsito. A) Número de aplicaciones de carga permisible para el 50% de fisuras en las losas de Concreto de Cemento Portland para Pavimentos Rígidos y Semi-rígdos, ecuación 4.5. (Pavimentos con bases tratadas y Pavimentos Convencionales) MRi log N i , j ,k ,l ,m,n C1 i , j ,k ,l ,m,n 122 C2 (4.5) Donde: N i , j ,k ,l ,m,n = MR i = Número permisible de aplicaciones de carga para las condiciones i, j, k, l, m, n. Módulo de ruptura del Concreto de Cemento Portland a la edad i. i , j ,k ,l ,m,n = Esfuerzo aplicado en la condición i, j, k, l, m, n. C1 = Constante de calibración, 2.0. C2 = Constante de calibración, 1.22. B) Número de aplicaciones de carga permisible para grietas por fatiga en Pavimentos Semi-rígidos. (Pavimentos con bases tratadas) Para minimizar las grietas por fatiga de las capas tratadas con cementantes, el número admisible de aplicaciones de carga, N f CTB , se determina de acuerdo con la ecuación 4.6. N f CTB 10 t k c 1 c 1 MR kc 2 c 2 (4.6) Donde: N f CTB = Número permisible de aplicaciones de carga para pavimentos semi-rigidos. σt = Esfuerzo de Tensión en la fibra inferior de la capa tratada (psi) MR = Módulo de Ruptura a 28 días del material tratado (psi). (NOTA: Aunque el MEPDG requiere que se introduzca el MR a 28 días para todos los casos donde se estabilizó o transformó con cementantes las capas de Pavimentos semi-rígidos, el valor que se usa en todos los cálculos es de 650 psi, independientemente del valor que se introdujo en el software MEPDG. kc1, c2 = Factores de calibración global – Valores no calibrados; se establecen como 1.0 en el software εEPDG. De otros estudios como la PCA (“Portland Cement Association”), se establece que, kc1=0.972 y kc2=0.0825. 123 βc1, c2 = Constantes de calibración locales; estos valores se establecen como 1.0 en el software MEPDG. C) Número de aplicaciones de carga permisible por pérdida de soporte en Pavimentos Rígidos, ecuación 4.7 en la (Pavimentos Convencionales) La pérdida de soporte o pérdida de apoyo dado por el incremento de tiempo se calcula utilizando la erosión en la base con el modelo MEPDG. Esta pérdida de apoyo está en función del tipo, la calidad del material, las precipitaciones, y la edad de la base. Para cada nivel de carga, en cada configuración de carga por eje, el esfuerzo de tracción en la parte superior del desbaste de la base es utilizado para calcular el número de repeticiones de carga admisible Ni, j, debido a este nivel de carga en este incremento de tiempo. MRi log N i , j 2.0 i, j 1.22 1 (4.7) Donde: MRi = Módulo de Ruptura del Concreto de Cemento Portland a la edad i (psi) σi,j = Esfuerzo aplicado en un incremento de tiempo i para una carga de magnitud j (psi) Para realizar el análisis, utilizaremos el programa WESLEA (Elementos Finitos), la metodología de MEPDG (Mechanistic – Empirical Pavement Design Guide) 2008 de AASHTO y el programa MePADS para conocer el bulbo de distribución de esfuerzos en la estructura del Pavimento. 4.4.2.- Criterio MEPDG – AASHTO 2008, Pavimentos Flexibles A) Agrietamiento por carga en la Carpeta de Concreto Asfáltico. Dos tipos de agrietamiento relacionados con cargas se consideran en el MEPDG: 1.- Grietas tipo “Cocodrilo” 2.- Agrietamiento longitudinal. El MEPDG asume que el agrietamiento tipo “Cocodrilo” o el área agrietada está iniciado al fondo de las capas de la carpeta asfáltica y se propaga a la superficie con la influencia del tránsito, y por otro lado, las grietas longitudinales inician desde la superficie. 124 El número aceptable de aplicaciones de ejes de carga necesarias para el acercamiento del índice de daño incremental para predecir ambos tipos de carga relacionados con los agrietamientos (“cocodrilo” y longitudinal) se muestra en la ecuación 4.8. N f HMA k f 1 C CH f 1 t f 2 k f 2 EHMA k f 3 f 3 (4.8) Donde: Nf-HMA = Número permisible de aplicaciones de ejes de carga para Pavimentos flexibles y sobrecarpetas. = Deformación por Tensión en los puntos críticos calculados por el modelo de respuesta estructural, in/in. t EHMA = Modulo Dinámico del Concreto Asfáltico medido en compresión, psi. kf1, f2, f3 = Parámetros de calibración global (NCHRP 1-40D re-calibración; kf1 = 0.007566, kf2 = - 3.9492, y kf3 = -1.281) βf1, f2, f3 = Constantes específicas de calibración local de mezclas; estas constantes deben ser 1.0. C 10 M Vbe M 4.84 0.69 Va Vbe Donde: Vbe = Contenido efectivo de asfalto en volumen (%) Va = Porciento de volumen de aire en la mezcla asfáltica. CH = Corrección de espesor, depende del tipo de grieta. 125 (4.9) (4.10) B) Grieta tipo Cocodrilo (de abajo hacia arriba) se muestra en la ecuación 4.11. CH 0.000398 1 0.003602 1 e 11.023.49 H HMA (4.11) C) Grieta Longitudinal (de arriba hacia abajo) se muestra en la ecuación 4.12. CH 0.01 1 12.00 1 e 15.6762.8186H HMA (4.12) D) Número de aplicaciones de carga permisible para grietas por fatiga en Pavimentos Semi-rígidos. (Pavimentos con bases tratadas) se muestra nuevamente en la ecuación 4.6. N f CTB 10 t k c 1 c 1 MR kc 2 c 2 (4.6) Donde: Nf-CTB = Número permisible de aplicaciones de carga para Pavimentos semi-rigidos. σt = Esfuerzo de Tensión en la fibra inferior de la capa tratada (psi) MR = Módulo de Ruptura a 28 días del material tratado (psi). NOTA: Aunque el MEPDG requiere que se introduzca el MR a 28 días para todos los casos donde se estabilizó o transformó con cementantes las capas de Pavimentos semi-rígidos, el valor que se usa en todos los cálculos es de 650 psi, independientemente del valor que se introdujo en el software MEPDG. kc1, c2 = Factores de calibración global – Valores no calibrados; se establecen como 1.0 en el software εEPDG. De otros estudios como la PCA (“Portland Cement Association”), se establece que, kc1=0.972 y kc2=0.0825. 126 βc1, c2 = Constantes de calibración locales; estos valores se establecen como 1.0 en el software MEPDG. E) Profundidad de Ahuellamiento / Rodera en la carpeta Asfáltica / Pavimento con materiales granulares no tratados. La distorsión de la superficie o ahuellamiento en la estructura del Pavimento, es causada por la deformación vertical permanente en los materiales Asfálticos, capas estructurales, y terreno de cimentación. El criterio de ahuellamiento usado en el MEPDG está basado en calcular la distorsión incremental o ahuellamiento dentro de cada capa de la estructura del Pavimento, es decir, haciendo huellas / roderas. La deformación plástica para una estación dada es la suma de las deformaciones verticales plásticas dentro de cada capa. El modelo para estimar el total de la deformación permanente donde se utiliza la tensión vertical plástica bajo el Pavimento, condiciona para el número total de repeticiones de carga admisible. La proporción o acumulación de deformación plástica son evaluadas en el laboratorio bajo carga repetida en el ensayo Triaxial, donde la deformación permanente se prueba para mezclas Asfálticas y materiales de la estructura de cimentación. La relación de resultados obtenidos en laboratorio y campo se ajustan para acercar la profundidad de rodera medida o ahuellamiento en campo con la estructura de Pavimento evaluada. Para todas las mezclas Asfálticas en campo, el MEPDG calibró con datos obtenidos con el laboratorio y derivado de la relación de la carga repetida de las pruebas de la deformación permanentes obteniendo la ecuación 4.13. p ( HMA) p ( HMA) hHMA 1r k z r ( HMA) 10 k1r n k2 r 2 r T k3 r 3 r (4.13) Donde: p(HMA) = Deformación Vertical Plástica o Permanente acumulada en la capa asfáltica, in. εp(HMA) = Deformación Plástica Axial o Permanente acumulada en la capa asfáltica, in/in. εr(HMA) = Deformación Elástica o Resiliente calculada en la respuesta del modelo estructural en la profundidad media de cada capa / subcapa, in/in. h(HMA) = Espesor de la capa Asfáltica (in) n = Numero de repeticiones / ejes de carga. T = Temperatura de la mezcla Asfáltica, °F. kz = Factor de Profundidad o Confinamiento. k1r, 2r, 3r = Parámetro de Calibración global de campo (NCHRP 1-40D recalibración, 127 k1r = -3.35412, k2r = 0.4791, k3r = 1.5606). β1r, β2r, β3r = Constantes de Calibración de mezcla en campo; para la calibración global, las constantes deberán ser 1.0. Además: k z C1 C2 D0.328196 D (4.14) C1 0.1039H HMA 2.4868H HMA 17.342 2 C 2 0.0172H HMA 1.7331H HMA 27.428 (4.15) 2 (4.16) Donde: D = HHMA = Profundidad debajo de la superficie (in) Espesor de la carpeta asfáltica (in) F) La deformación plástica vertical incluyendo todas las capas de cimentación de la estructura del Pavimento se calcula con la ecuación 4.17. G) p ( soil) o s1 k s1 v hsoil r e n (4.17) Donde: p(Soil) = Deformación Plástica o Permanente para las capas / subcapas del Pavimento (in) n = Número de aplicaciones de ejes de carga. o = Determinada en pruebas de laboratorio bajo carga repetida y deformación permanente, (in/in) 128 r = Deformación Resiliente resultante de las pruebas de laboratorio obtenidas de las propiedades de los materiales εo, β, y (in/in) v = Deformación Elástica o Vertical Resiliente promedio en cada capa / subcapa calculada con el modelo de respuesta estructural (in/in) hSoil = Espesor de la capa / subcapa (in) ks1 = Coeficientes de calibración global; ks1=1.673 para materiales granulares y 1.35 para materiales finos. βs1 Log 0.61119 0.017638Wc = Constante de calibración por ahuellamiento en capas no ligadas; la constante de calibración deberá ser 1.0. C o 10 9 1 10 9 a1 M C o Ln a9 M b1 r b9 r Donde: Wc = Contenido de agua (%) Mr = Módulo Resiliente de las capas estructurales del Pavimento (psi) 129 (4.18) 1 (4.19) (4.20) a1, 9 = Constantes de regresión; a1=0.15 y a9=20.0. b1, 9 = Constantes de regresión; b1=0.0 y b9=0.0. 4.4.3.- Ejemplo Resuelto 1 (Pavimento Rígido con Zeolitas Sintéticas) En este Ejemplo Resuelto 1, se hará el Análisis de un Pavimento Rígido con una base hecha con Materiales del Sitio + Zeolitas Sintéticas + Cemento Portland. Se muestran las pantallas una a una para entender y visualizar el proceso (Figs. 85, 86, 87 y 88) Fig. 85.- Estructura del Pavimento y Características de los Materiales. 130 Fig. 86.- Tipo de eje y distribución de cargas. Fig. 87.- Localización de los Puntos de Evaluación (Esfuerzos y Deformaciones) 131 Fig. 88.- Planilla de Resultados. Es importante observar que los Esfuerzos y Deformaciones están afectados por signos. La conversión de signos es la siguiente: Para Esfuerzos negativos: (-) Stress = Tensión y para Esfuerzos positivos: (+) Stress = Compresión. Ahora; para Deformaciones negativas: (-) microstrain = Tensión y para Deformaciones positivas: (+) micro-strain = Compresión. Para el análisis tomaremos los valores críticos, por ejemplo, observemos que en el lecho inferior de la primera capa = losa de Concreto de Cemento Portland, en la fibra inferior, el Esfuerzo de tensión máxima es de 55.91 psi. El valor mayor de Deformación por compresión vertical en el lecho superior de la segunda capa es de 32.7 micro-strain (Tabla 17) 132 Tabla 17.- Resultados (Capas, Coordenadas, Esfuerzos y Deformaciones) Tabla 18.- Resultados (Capas, Coordenadas, Desplazamientos y Esfuerzos Cortantes) Una vez ingresados los datos al programa, obtenemos el análisis de Esfuerzos, Deformaciones, Deflexiones y Esfuerzos Cortantes que actúan en la estructura del Pavimento. Ahora utilizaremos la metodología de MEPDG-2008 para conocer la respuesta estructural del Pavimento. Retomemos lo visto en el punto 4.4.1 (Criterio MEPDG – AASHTO 2008, Pavimentos 133 Rígidos) en el punto A) Número de aplicaciones de carga permisible para el 50% de fisuras en las losas de Concreto de Cemento Portland para Pavimentos Rígidos y Semi-rígdos, ecuación 4.5. (Pavimentos con bases tratadas y Pavimentos Convencionales) MRi log N i , j ,k ,l ,m ,n C1 i , j ,k ,l ,m ,n C2 (4.5) Donde: N i , j ,k ,l ,m,n = MR i = Número permisible de aplicaciones de carga para las condiciones i, j, k, l, m, n. Módulo de ruptura del Concreto de Cemento Portland a la edad i. i , j ,k ,l ,m,n = Esfuerzo aplicado en la condición i, j, k, l, m, n. C1 = Constante de calibración, 2.0. C2 = Constante de calibración, 1.22. Tabla 19.- Resultados Ecuación 4.5. Ahora calcularemos el Número de aplicaciones de carga permisible para grietas por fatiga en Pavimentos Semi-rígidos. (Pavimentos con bases tratadas) que vimos con anterioridad. Recordemos que para minimizar las grietas por fatiga de las capas tratadas con cementantes, el número admisible de aplicaciones de carga, N f CTB , se determina de acuerdo con la ecuación 4.6. 134 N f CTB 10 t k c 1 c 1 MR kc2c2 (4.6) Donde: N f CTB = Número permisible de aplicaciones de carga para pavimentos semi-rígidos. σt = Esfuerzo de Tensión en la fibra inferior de la capa tratada (psi) MR = Módulo de Ruptura a 28 días del material tratado (psi). (NOTA: Aunque el MEPDG requiere que se introduzca el MR a 28 días para todos los casos donde se estabilizó o transformó con cementantes las capas de Pavimentos semi-rígidos, el valor que se usa en todos los cálculos es de 650 psi, independientemente del valor que se introdujo en el software MEPDG. kc1, c2 = Factores de calibración global – Valores no calibrados; se establecen como 1.0 en el software εEPDG. De otros estudios como la PCA (“Portland Cement Association”), se establece que, kc1=0.972 y kc2=0.0825. βc1, c2 = Constantes de calibración locales; estos valores se establecen como 1.0 en el software MEPDG. Tabla 20.- Resultados Ecuación 4.6. Los resultados los analizaremos y compararemos en el punto 4.5.- Resumen y Conclusiones. 4.4.4.- Ejemplo Resuelto 2 (Pavimento Rígido Convencional) 135 El Ejemplo Resuelto 2, se hará el Análisis de un Pavimento Rígido con una estructura hecha con Materiales Convencionales. Se muestran las pantallas una a una para entender y visualizar el proceso (Figs. 89, 90, 91 y 92) Fig. 89.- Estructura del Pavimento y Características de los Materiales. Fig. 90.- Tipo de eje y distribución de cargas. 136 Fig. 91.- Localización de los Puntos de Evaluación (Esfuerzos y Deformaciones) Fig. 92.- Planilla de Resultados. 137 Igual que en el Ejemplo Resuelto 1, es importante recordar que los Esfuerzos y Deformaciones están afectados por signos. La conversión de signos es la siguiente: Para Esfuerzos negativos: (-) Stress = Tensión y para Esfuerzos positivos: (+) Stress = Compresión. Ahora; para Deformaciones negativas: (-) micro-strain = Tensión y para Deformaciones positivas: (+) microstrain = Compresión. Tabla 21.- Resultados (Capas, Coordenadas, Esfuerzos y Deformaciones) Tabla 22.- Resultados (Capas, Coordenadas, Desplazamientos y Esfuerzos Cortantes) 138 De igual forma que el Ejemplo 1, una vez ingresados los datos al programa, obtenemos el análisis de Esfuerzos, Deformaciones, Deflexiones y Esfuerzos Cortantes que actúan en la estructura del Pavimento. Ahora, nuevamente utilizaremos la metodología de MEPDG-2008 para conocer la respuesta estructural del Pavimento. Retomando lo visto en el punto 4.4.1 (Criterio MEPDG – AASHTO 2008, Pavimentos Rígidos) en el punto A) Número de aplicaciones de carga permisible para el 50% de fisuras en las losas de Concreto de Cemento Portland para Pavimentos Rígidos y Semi-rígdos, ecuación 4.5. (Pavimentos con bases tratadas y Pavimentos Convencionales) MRi log N i , j ,k ,l ,m ,n C1 i , j ,k ,l ,m ,n C2 Donde: N i , j ,k ,l ,m,n = MR i = Número permisible de aplicaciones de carga para las condiciones i, j, k, l, m, n. Módulo de ruptura del Concreto de Cemento Portland a la edad i. i , j ,k ,l ,m,n = Esfuerzo aplicado en la condición i, j, k, l, m, n. C1 = Constante de calibración, 2.0. C2 = Constante de calibración, 1.22. Tabla 23.- Resultados Ecuación 4.5. 139 (4.5) Ahora Calcularemos el Número de aplicaciones de carga permisible por pérdida de soporte en Pavimentos Rígidos con una estructura hecha con materiales convencionales. La pérdida de soporte o pérdida de apoyo dado por el incremento de tiempo se calcula utilizando la erosión en la base con el modelo MEPDG. Esta pérdida de apoyo está en función del tipo, la calidad del material, las precipitaciones, y la edad de la base. Para cada nivel de carga, en cada con(Fig.ción de carga por eje, el esfuerzo de tracción en la parte superior del desbaste de la base es utilizado para calcular el número de repeticiones de carga admisible Ni, j, debido a este nivel de carga en este incremento de tiempo. Retomemos la Ecuación 4.7: MRi log N i , j 2.0 i, j 1.22 1 (4.7) Donde: MRi = Módulo de Ruptura del Concreto de Cemento Portland a la edad i (psi) σi,j = Esfuerzo aplicado en un incremento de tiempo i para una carga de magnitud j (psi) Tabla 24.- Resultados Ecuación 4.7. Los resultados los analizaremos y compararemos en el punto 4.5.- Resumen y Conclusiones. 140 4.4.5.- Ejemplo Resuelto 3 (Pavimento Flexible con Zeolitas Sintéticas) En este Ejemplo Resuelto 3, se hará el Análisis de un Pavimento Flexible con una base hecha con Materiales del Sitio + Zeolitas Sintéticas + Cemento Portland. Se muestran las pantallas una a una para entender y visualizar el proceso (Figs. 93, 94, 95 y 96) Fig. 93.- Estructura del Pavimento y Características de los Materiales. Fig. 94.- Tipo de eje y distribución de cargas. 141 Fig. 95.- Localización de los Puntos de Evaluación (Esfuerzos y Deformaciones) Fig. 96.- Planilla de Resultados. 142 De igual forma que en el Ejemplo Resuelto 1 y 2, es importante recordar que los Esfuerzos y Deformaciones están afectados por signos. La conversión de signos es la siguiente: Para Esfuerzos negativos: (-) Stress = Tensión y para Esfuerzos positivos: (+) Stress = Compresión. Ahora; para Deformaciones negativas: (-) micro-strain = Tensión y para Deformaciones positivas: (+) microstrain = Compresión. Tabla 25.- Resultados (Capas, Coordenadas, Esfuerzos y Deformaciones) Tabla 26.- Resultados (Capas, Coordenadas, Desplazamientos y Esfuerzos Cortantes) 143 Retomando lo visto en el punto 4.4.2 (Criterio MEPDG – AASHTO 2008, Pavimentos Flexibles), Referente al agrietamiento por carga en la Carpeta de Concreto Asfáltico, dos tipos de agrietamiento relacionados con cargas se consideran en el MEPDG: 1.- Grietas tipo “Cocodrilo” 2.- Agrietamiento longitudinal. El εEPDG asume que el agrietamiento tipo “Cocodrilo” o el área agrietada está iniciado al fondo de las capas de la carpeta asfáltica y se propaga a la superficie con la influencia del tránsito, y por otro lado, las grietas longitudinales inician desde la superficie. El número aceptable de aplicaciones de ejes de carga necesarias para el acercamiento del índice de daño incremental para predecir ambos tipos de carga relacionados con los agrietamientos (“cocodrilo” y longitudinal) se muestra en la ecuación 4.8. N f HMA k f 1 C CH f 1 t k f 2 f 2 EHMA k f 3 f 3 (4.8) Donde: Nf-HMA = Número permisible de aplicaciones de ejes de carga para Pavimentos flexibles y sobrecarpetas. t EHMA = Deformación por Tensión en los puntos críticos calculados por el modelo de respuesta estructural, in/in. = Modulo Dinámico del Concreto Asfáltico medido en compresión, psi. kf1, f2, f3 = Parámetros de calibración global (NCHRP 1-40D re-calibración; kf1 = 0.007566, kf2 = - 3.9492, y kf3 = -1.281) βf1, f2, f3 = Constantes específicas de calibración local de mezclas; estas constantes deben ser 1.0. C 10 M Vbe M 4.84 0.69 Va Vbe Donde: 144 (4.9) (4.10) Vbe = Contenido efectivo de asfalto en volumen (%) Va = Porciento de volumen de aire en la mezcla asfáltica. CH = Corrección de espesor, depende del tipo de grieta. Grieta tipo Cocodrilo (de abajo hacia arriba) se muestra en la ecuación 4.11. CH 0.000398 1 0.003602 1 e 11.023.49 H HMA (4.11) Grieta Longitudinal (de arriba hacia abajo) se muestra en la ecuación 4.12. CH 0.01 1 12.00 1 e 15.6762.8186H HMA (4.12) Tabla 27.- Parámetros de Cálculo para Agrietamientos Tipo “Cocodrilo” y Longitudinal. 145 Ahora calcularemos el Número de aplicaciones de carga permisible para grietas por fatiga en Pavimentos Semi-rígidos. (Pavimentos con bases tratadas) que vimos con anterioridad en la Ecuación 4.6. N f CTB 10 t k c 1 c 1 MR kc 2 c 2 (4.6) Donde: Nf-CTB = Número permisible de aplicaciones de carga para Pavimentos semi-rigidos. σt = Esfuerzo de Tensión en la fibra inferior de la capa tratada (psi) MR = Módulo de Ruptura a 28 días del material tratado (psi). NOTA: Aunque el MEPDG requiere que se introduzca el MR a 28 días para todos los casos donde se estabilizó o transformó con cementantes las capas de Pavimentos semi-rígidos, el valor que se usa en todos los cálculos es de 650 psi, independientemente del valor que se introdujo en el software MEPDG. kc1, c2 = Factores de calibración global – Valores no calibrados; se establecen como 1.0 en el software εEPDG. De otros estudios como la PCA (“Portland Cement Association”), se establece que, kc1=0.972 y kc2=0.0825. βc1, c2 = Constantes de calibración locales; estos valores se establecen como 1.0 en el software MEPDG. Tabla 28.- Resultados Ecuación 4.6. Los resultados los analizaremos y compararemos en el punto 4.5.- Resumen y Conclusiones. 146 4.4.6.- Ejemplo Resuelto 4 (Pavimento Flexible Convencional) Por último, haremos este Ejemplo Resuelto 4, se hará el Análisis de un Pavimento Flexible con una base hecha con Materiales Convencionales. Se muestran las pantallas una a una para entender y visualizar el proceso (Figs. 97, 98, 99 y 100) Fig. 97.- Estructura del Pavimento y Características de los Materiales. Fig. 98.- Tipo de eje y distribución de cargas. 147 Fig. 99.- Localización de los Puntos de Evaluación (Esfuerzos y Deformaciones) Fig. 100.- Planilla de Resultados. 148 Una última vez recordemos que al igual que en los Ejemplos Resueltos anteriores, es importante recordar que los Esfuerzos y Deformaciones están afectados por signos. La conversión de signos es la siguiente: Para Esfuerzos negativos: (-) Stress = Tensión Para Esfuerzos positivos: (+) Stress = Compresión Para Deformaciones negativas: (-) micro-strain = Tensión Para Deformaciones positivas: (+) micro-strain = Compresión. Tabla 29.- Resultados (Capas, Coordenadas, Esfuerzos y Deformaciones) 149 Tabla 30.- Resultados (Capas, Coordenadas, Desplazamientos y Esfuerzos Cortantes) Nuevamente retomamos la información vista con anterioridad, referente a la profundidad de Ahuellamiento / Rodera en la carpeta Asfáltica / Pavimento con materiales granulares no tratados. La distorsión de la superficie o ahuellamiento en la estructura del Pavimento, es causada por la deformación vertical permanente en los materiales Asfálticos, capas estructurales, y terreno de cimentación. El criterio de ahuellamiento usado en el MEPDG está basado en calcular la distorsión incremental o ahuellamiento dentro de cada capa de la estructura del Pavimento, es decir, haciendo huellas / roderas. La deformación plástica para una estación dada es la suma de las deformaciones verticales plásticas dentro de cada capa. El modelo para estimar el total de la deformación permanente donde se utiliza la tensión vertical plástica bajo el Pavimento, condiciona para el número total de repeticiones de carga admisible. 150 La proporción o acumulación de deformación plástica son evaluadas en el laboratorio bajo carga repetida en el ensayo Triaxial, donde la deformación permanente se prueba para mezclas Asfálticas y materiales de la estructura de cimentación. La relación de resultados obtenidos en laboratorio y campo se ajustan para acercar la profundidad de rodera medida o ahuellamiento en campo con la estructura de Pavimento evaluada. Para todas las mezclas Asfálticas en campo, el MEPDG calibró con datos obtenidos con el laboratorio y derivado de la relación de la carga repetida de las pruebas de la deformación permanentes obteniendo la ecuación 4.13. p ( HMA) p ( HMA) hHMA 1r k z r ( HMA) 10 k1r n k2 r 2 r T k3 r 3 r (4.13) Donde: p(HMA) = Deformación Vertical Plástica o Permanente acumulada en la capa asfáltica, in. εp(HMA) = Deformación Plástica Axial o Permanente acumulada en la capa asfáltica, in/in. εr(HMA) = Deformación Elástica o Resiliente calculada en la respuesta del modelo estructural en la profundidad media de cada capa / subcapa, in/in. h(HMA) = Espesor de la capa Asfáltica (in) n = Numero de repeticiones / ejes de carga. T = Temperatura de la mezcla Asfáltica, °F. kz = Factor de Profundidad o Confinamiento. k1r, 2r, 3r = Parámetro de Calibración global de campo (NCHRP 1-40D recalibración, k1r = -3.35412, k2r = 0.4791, k3r = 1.5606). β1r, β2r, β3r = Constantes de Calibración de mezcla en campo; para la calibración global, las constantes deberán ser 1.0. Además: k z C1 C2 D0.328196 D C1 0.1039H HMA 2.4868H HMA 17.342 (4.14) 2 C 2 0.0172H HMA 1.7331H HMA 27.428 (4.15) 2 151 (4.16) Donde: D = HHMA = Profundidad debajo de la superficie (in) Espesor de la carpeta asfáltica (in) Tabla 31.- Parámetros de Cálculo para Ahuellamiento / Rodera. Es momento de enfocarnos en la deformación plástica vertical, incluyendo todas las capas de cimentación de la estructura del Pavimento y se calcula con la ecuación 4.17. p ( soil) o s1 k s1 v hsoil r 152 e n (4.17) Donde: p(Soil) = Deformación Plástica o Permanente para las capas / subcapas del Pavimento (in) n = Número de aplicaciones de ejes de carga. o = Determinada en pruebas de laboratorio bajo carga repetida y deformación permanente, (in/in) r = Deformación Resiliente resultante de las pruebas de laboratorio obtenidas de las propiedades de los materiales εo, β, y (in/in) v = Deformación Elástica o Vertical Resiliente promedio en cada capa / subcapa calculada con el modelo de respuesta estructural (in/in) hSoil = Espesor de la capa / subcapa (in) ks1 = Coeficientes de calibración global; ks1=1.673 para materiales granulares y 1.35 para materiales finos. βs1 Log 0.61119 0.017638Wc = Constante de calibración por ahuellamiento en capas no ligadas; la constante de calibración deberá ser 1.0. Co 10 9 1 10 9 a1 M rb1 C o Ln b9 a9 M r Donde: Wc = Contenido de agua (%) 153 (4.18) 1 (4.19) (4.20) Mr = Módulo Resiliente de las capas estructurales del Pavimento (psi) a1, 9 = Constantes de regresión; a1=0.15 y a9=20.0. b1, 9 = Constantes de regresión; b1=0.0 y b9=0.0. Tabla 32.- Resultados Deformaciones vertical y Elástica) Retomando lo visto con anterioridad, retomaremos el tema del agrietamiento por carga en la Carpeta de Concreto Asfáltico, dos tipos de agrietamiento relacionados con cargas se consideran en el MEPDG: 1.- Grietas tipo “Cocodrilo” 2.- Agrietamiento longitudinal. El εEPDG asume que el agrietamiento tipo “Cocodrilo” o el área agrietada está iniciado al fondo de las capas de la carpeta asfáltica y se propaga a la superficie con la influencia del tránsito, y por otro lado, las grietas longitudinales inician desde la superficie. El número aceptable de aplicaciones de ejes de carga necesarias para el acercamiento del índice de daño incremental para predecir ambos tipos de carga relacionados con los agrietamientos (“cocodrilo” y longitudinal) se muestra en la ecuación 4.8. N f HMA k f 1 C CH f 1 t k f 2 f 2 EHMA k f 3 f 3 (4.8) Donde: Nf-HMA = Número permisible de aplicaciones de ejes de carga para Pavimentos flexibles y sobrecarpetas. 154 = Deformación por Tensión en los puntos críticos calculados por el modelo de respuesta estructural, in/in. t EHMA = Modulo Dinámico del Concreto Asfáltico medido en compresión, psi. kf1, f2, f3 = Parámetros de calibración global (NCHRP 1-40D re-calibración; kf1 = 0.007566, kf2 = - 3.9492, y kf3 = -1.281) βf1, f2, f3 = Constantes específicas de calibración local de mezclas; estas constantes deben ser 1.0. C 10 M Vbe M 4.84 0.69 Va Vbe (4.9) (4.10) Donde: Vbe = Contenido efectivo de asfalto en volumen (%) Va = Porciento de volumen de aire en la mezcla asfáltica. CH = Corrección de espesor, depende del tipo de grieta. Grieta tipo Cocodrilo (de abajo hacia arriba) se muestra en la ecuación 4.11. CH 0.000398 1 0.003602 1 e 11.023.49 H HMA (4.11) Grieta Longitudinal (de arriba hacia abajo) se muestra en la ecuación 4.12. CH 0.01 1 12.00 1 e 15.6762.8186H HMA 155 (4.12) Tabla 33.- Parámetros de Cálculo para Agrietamientos Tipo “Cocodrilo” y Longitudinal. Los resultados los analizaremos y compararemos en el punto 4.5.- Resumen y Conclusiones. 4.5.- Resumen y Conclusiones Se realizó un análisis de la respuesta estructural entre los siguientes Pavimentos: Rígido con una estructura a base de suelo “in situ” + Zeolitas Sintéticas + Cemento Pórtland. Rígido con una estructura a base materiales Convencionales. Flexible con una estructura a base de suelo “in situ” + Zeolitas Sintéticas + Cemento Pórtland. Flexible con una estructura a base materiales Convencionales. En las memorias de cálculo anteriores, se muestra con detalle lo siguiente: Todos los elementos que conforman las matrices del sistema multicapas. La formulación de resultados del análisis matricial de cada estructura La formulación para cada caso y como poder evaluar el Número de Repeticiones de Carga Admisibles, publicadas por MEPDG – AASHTO 2008. El análisis por métodos matriciales y elementos finitos utilizando el programa WESLEA. Las tablas de Esfuerzos, Deformaciones, Desplazamientos y Esfuerzos Cortantes, con los que más adelante se generarán los Bulbos de Distribución de Esfuerzos con el programa MePADS. 156 δos pavimentos analizados con la estructura de suelo “in situ” + Zeolitas Sintéticas + Cemento Portland, demuestran una mayor capacidad de resistir los Esfuerzos y las Deformaciones. Lo anterior, se demuestra con el aumento y la mejoría en el comportamiento con el tiempo, propiciando una mayor vida útil y menores inversiones económicas para el mantenimiento. Adicionalmente, como se menciona en cada uno de los Capítulos de este Manual, hay una mejoría considerable en cuanto al comportamiento de resistencias a los agentes ambientales y de construcción cuando se aplica esta Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas, tales como: Disminución del agrietamiento por condiciones de cambios en la humedad y la temperatura. Resistencia a la erosión. Incremento en la capacidad de la respuesta estructural. Capacidad de resistencia y contención (sin lixiviación) de ataques químicos. Aumento en el pH. Baja o casi nula permeabilidad. Resistencia al congelamiento y deshielo. No hay discriminación de ningún tipo de suelo, para transformarlo en un Concreto Zeolítico Sintético, a diferencia de los métodos Convencionales como las estructuras estabilizadas solamente con Cemento Portland, Cal, Asfalto, líquidos, etc. Ahora veremos la comparativa con los datos resultantes en los ejemplos resueltos (Tabla 34) Tabla 34.- Comparativa de los Resultados. Cuando se introducen los datos (Esfuerzos y Deformaciones) de la memoria de cálculos en el programa (“software”) MePADS, podemos observar que en el caso de los Pavimentos Rígidos, la 157 distribución de esfuerzos en la estructura de cimentación con materiales “in-situ” + Zeolitas Sintéticas + Cemento Portland. El Bulbo de Distribución de Esfuerzos es más amplio, por lo que, los Esfuerzos transmitidos son distribuidos en un área mayor, con lo que la magnitud de los esfuerzos se reduce de manera considerable, minimizando las deformaciones en las capas inferiores con suelos de menor especificación y por consecuencia, aumenta drásticamente su vida útil (Fig. 101) ZEOLÍTICO SINTÉTICO CONVENCIONAL Fig. 101.- Comparativa de los Bulbos de Distribución de Esfuerzos en Pavimentos Rígidos. En el caso de los Pavimentos Flexibles, es más notoria la diferencia. Observemos que el Bulbo de Distribución de Esfuerzos con materiales “in-situ” + Zeolitas Sintéticas + Cemento Portland es más amplio y menos profundo, distribuyendo y disipando los Esfuerzos mayores en la capa de suelo modificado (Concreto Zeolítico Sintético) y la estructura con materiales convencionales distribuye esfuerzos mayores con menos área en materiales de menor especificación a mayor profundidad, aumentando las deformaciones y disminuyendo su vida útil (Fig. 102) ZEOLÍTICO SINTÉTICO CONVENCIONAL Fig. 102.- Comparativa de los Bulbos de Distribución de Esfuerzos en Pavimentos Flexibles. 158 CAPÍTULO 5 Otros Ejemplos Para el Diseño de Pavimentos “No hay inversión más rentable que la del conocimiento” Benjamín Franklin 5.1.- Generalidades Siguiendo la misma metodología con el uso de Métodos Matriciales (Elementos Finitos) y los criterios de análisis de repuesta estructural en diferentes tipos de Pavimentos, podemos mencionar su uso en todo tipo de estructuras de Pavimento, como: Caminos Urbanos. Carreteras. Pistas de Aterrizaje. Plataformas de estacionamiento en Aeropuertos. Pisos industriales. Estructuras de Cimentación. Vías de Ferrocarril. Plataformas de tránsito pesado para movimientos de grúas y montacargas. Para movimiento y almacenamiento de contenedores. Entre otros. Es importante mencionar que; para cada situación a la que estará expuesta la estructura del pavimento existen diferentes programas (“software”) de simulación estructural del Pavimento y es recomendable utilizar cada uno de ellos para el caso específico por el cual fueron diseñados. Por ejemplo: Aeropuertos.- Los programas publicados por la FAA (Federal Aviation Administration) son el FAARFIELD, el COMFAA, el BAKFAA y el FEDFAA, entre otros. Pavimentos Urbanos, Carreteros y Pisos Industriales.- se encuentran: AASHTO 2003, AASHTO 2008, IMTPAVE 1.1, BISAR 3.0, WESLEA, MePADS, EverCalc, ANSYS, ILLI-PAVE, entre otros. Ferrocarriles.- está el KENTRACK 3.0. Plataformas de uso pesado.- para carga y descarga de contenedores, grúas pesadas y montacargas, se usa el InterPave, LockPave y el HIPAVE. 159 5.2.- Aeropuerto Las estructuras de Pavimentos en las pistas de aterrizaje y en las plataformas de estacionamiento de los aeropuertos, deben de soportar y transmitir grandes cargas de los trenes de aterrizaje de los aviones. Se utilizan tanto los Pavimentos Rígidos como los Pavimentos Flexibles (Fig. 103) Fig. 103.- Pavimentos Rígidos y Pavimentos Flexibles en Aeropuertos. Las variables que se utilizan en el sistema de cálculo de la FAA son de cuatro tipos: 1º.- Las que se refieren al tránsito que debe soportar el pavimento, como son los distintos tipos de aviones y la cantidad de veces que pasan, tomando en cuenta que no es lo mismo muchos aviones pequeños que uno grande, el daño que generan es diferente y hay que hacer los cálculos incluyendo a todos. Fig. 104.- Aforo de los Distintos Tipos de Aviones. 2º.- Las que se refieren al avión, como son la forma del tren de aterrizaje (disposición de las ruedas), la carga sobre el tren principal y el área de contacto de los neumáticos (Fig. 105) 160 Fig. 105.- Clasificación y Disposición de los Neumáticos. 3º.- Las que se refieren a la calidad del terreno, como son el Módulo Elástico, la Relación de Poisson, el espesor de cada una de las capas de la estructura del pavimento y las características o Propiedades Índice y como es el efecto sobre cada uno de ellos que se presentan con el cambio de condiciones de humedad y temperatura (efectos ambientales) (Fig. 106) Fig. 106.- Propiedades Índice 4º.- La composición de las distintas capas del Pavimento. Las curvas de diseño que proporciona la FAA se basan en el método VRS (CBR) de diseño para Pavimentos Flexibles. Para el diseño de Pavimentos Rígidos el método utilizado es el del análisis de tensiones que se forman en el borde de la losa. Existen diversos factores de estudio para realizar proyectos de estructuras de Pavimento para aeropuertos, en este Manual presentaremos tan sólo un caso real como ejercicio y Ejemplo de la forma de realizar un proyecto de Pavimentos con el uso de la Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas. Si el lector requiere de información más específica de este proyecto, en los apéndices encontrará las referencias necesarias para contactarnos. Ahora veremos sólo los resultados del Ejemplo Real del Diseño de una Estructura de Pavimento para una Plataforma de un Aeropuerto. 161 Ejemplo resuelto de la estructura convencional Se evaluó una estructura convencional con materiales granulares nuevos, más un mejoramiento con cemento portland normal. Se muestran las corridas y cálculos realizados con el programa FAARFIELD (Figs. 107 y 108) Fig. 107.- Cálculos Fig. 108.- Cálculos 162 Ejemplo resuelto de la estructura con Zeolitas Sintéticas Se evaluó una estructura convencional con materiales recuperados del sitio. Se muestran las corridas y cálculos realizados con el programa FAARFIELD (Figs. 109 y 110) Fig. 109.- Cálculos. Fig. 110.- Cálculos 163 Resultado del cálculo del PCN de la estructura convencional AC 150/5335-5B 1,200 PCN= 70 64 59 PCN= 60 47 PCN= 50 50 48 52 48 52 50 64 59 54 800 PCN= 40 600 PCN= 30 400 PCN= 20 200 PCN= 10 PCN= 0 0 B747200B Combi DC10-10 1. Aircraft ACN at traffic mix GW 46.6 48.0 48.1 49.7 58.8 59.1 2. Calculated PCN at CDF max. GW 50.0 51.6 51.7 53.6 63.5 63.6 3. Annual Departures from traffic mix 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 B767-300 B777-200 MD11ER ER ER Tabla 35.- Cálculos PCN. Enter PCN FAA Form 5010 Data Element 64 Gross Weight and PCN #35 S 100 #36 D 199 #37 DT 616 #38 DDT #39 PCN 1,000 64 / R / B / X / T 164 B747400ER Annual Departures Subgrade code= A500.0, t= 13.8 1,400 Most Demanding Aircraft in Traffic Mix PCN= 80 Resultado del cálculo del PCN de la estructura con zeolitas sintéticas PCN= 80 Most Demanding Aircraft in Traffic Mix PCN= 70 65 PCN= 60 PCN= 50 47 51 48 52 48 52 54 59 1,400 65 59 1,200 1,000 50 800 PCN= 40 600 PCN= 30 400 PCN= 20 200 PCN= 10 PCN= 0 Annual Departures Subgrade code= A513.0, t= 13.8 AC 150/5335-5B B747200B Combi 0 B767-300 B777-200 DC10-10 MD11ER ER ER B747400ER 1. Aircraft ACN at traffic mix GW 46.6 48.1 48.0 49.7 58.8 59.1 2. Calculated PCN at CDF max. GW 50.6 52.3 52.4 54.4 64.5 64.6 3. Annual Departures from traffic mix 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200 Tabla 36.- Cálculos PCN. FAA Form 5010 Data Element Gross Weight and PCN #35 S 100 #36 D 209 #37 DT 723 #38 DDT #39 PCN 65 / R / A / W / T ” 165 5.3.- Vía Ferroviaria Fig. 111.- Vía Ferroviaria Para elaborar un Diseño de Pavimentos en una Vía Ferroviaria es necesario saber utilizar el programa (“software”) KENTRACK, el cual, fue desarrollado como una adaptación del KENLAYER. El Modelo KENTRACK es un programa (“software”) de elementos finitos que tiene muchas similitudes con el GEOTRACK y ha sido desarrollado para aportar los mismos resultados cuando los datos y condiciones son las mismas. Utiliza la misma teoría elástica multicapa para la subestructura que se considera compuesta por balasto, sub-balasto y la plataforma, sin embargo, el KENTRACK utiliza un modelo de elementos finitos para los durmientes que permite la variación seccional de las propiedades de los durmientes y el uso de más fuerzas verticales sobre los carriles. Esto se traduce en una mayor precisión de resultados y en la mejora de la versatilidad del programa. Para el Modelo KENTRACK se utilizan cuatro capas para determinar la respuesta estructural: balasto, sub-balasto, plataforma y roca, que tal y como se ha comentado siguen la ecuación general de los sistemas elásticos multicapa, pero adaptándola mediante el método de Hankel a la presencia de la carga circular simulada. En el caso del presente inciso, la sub-estructura se compone de materiales como son el balasto, el sub-balasto, el Concreto Zeolítico Sintético, terraplenes, pedraplenes y el suelo de la plataforma, que se consideran todos como materiales elásticos pero cada uno con sus propias ecuaciones que definen su comportamiento. En este tipo de estudios se requiere de investigar y analizar mucha información y por cuestiones de espacio en este Manual no podemos insertar completo el estudio de la Vía Ferroviaria que hay, debido a que es muy extenso. A continuación se presentan los resultados de la comparativa realizada del diseño de tres estructuras de Pavimento para Vías Ferroviarias (Figs. 112, 113 y 114) 166 Fig. 112.- Estructura propuesta en proyecto convencional- Fig. 113.- Propuesta más robusta de la SCT. 167 Fig. 114.- Propuesta con el uso de Zeolitas Sintéticas. A continuación se presentan los resultados de las simulaciones realizadas con las diferentes estructuras propuestas (Tabla 37) ESTUDIO PLANO PE-NPFT01 5 ZEOLITAS GEOTÉCNICO SINTÉTICAS No. CAPAS 5 5 ESPESOR (m) 1.35 1.98 1.35 VIDA ÚTIL (Años) 17.01 74.39 + de 150 Tabla 37.- Resultados de los cálculos. 5.4.- Otros Proyectos y Conclusiones Se cuenta con gran cantidad de proyectos que servirían de Ejemplos, pero es mucha información y la intención de este Manual es la de dar una Guía al lector de los alcances y de las diferentes aplicaciones que se están creando con el uso de ésta Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas. 168 Por lo tanto, tan sólo queda en este Capítulo hacer un resumen de otros proyectos en los que se han elaborado diseños de Pavimento con el soporte técnico requerido en base a los Métodos Empírico-Mecanicistas. Algunos de las aplicaciones son: Análisis y Diseño de Pavimentos para Tránsito Pesado: Las terminales portuarias de contenedores, son actualmente, la apuesta de la mayoría de los puertos, tanto a nivel nacional como mundial, en la estrategia de captación de tránsito. Es debido, fundamentalmente, al gran incremento en el crecimiento del flujo de contenedores. Los contenedores se colocan directamente sobre el Pavimento o sobre otros contenedores. Las alturas máximas más usuales son de 3 a 5 unidades (7,5 a 12 m) dependiendo del espacio disponible y de los equipos de manipulación que se empleen. La forma de almacenamiento en planta puede ser aislada, en fila simple o en bloque (fila múltiple), necesitándose en los dos primeros casos anchuras mínimas de 10 a 15 m, en función del tipo de contenedores y del sistema de manipulación empleado (Fig. 115 y 116) Fig. 115.- Almacenamiento de Contenedores. Fig. 116.- Zonas de Operación y Almacenaje. 169 Las especificaciones de los Pavimentos de las terminales portuarias de contenedores se realizan actualmente siguiendo las “Recomendaciones de Proyecto y Construcción de Pavimentos Portuarios (ROM 4.1-94.”) así como también las recomendaciones de “The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and Other Industries, Edition 4 – Interpave, U.K”. Los programas (“software”) que más se usan para hacer el diseño de Pavimentos Industriales de Tránsito con Cargas Pesadas son el HIPAVE y el Interpave (Fig. 117 y 118) Fig. 117.- HIPAVE 5.0. Fig. 118.- Interpave Se cuenta con diversos proyectos de diseño de Pavimentos de Puertos Intermodales, para patios de maniobras con montacargas y grúas de gran tamaño y muy alta capacidad de carga. También hay proyectos de Naves Industriales con maquinaria realmente pesada y en terrenos arcillosos. 170 CAPÍTULO 6 Protocolos de Laboratorio “La Calidad no es un Arte, es un Hábito” Aristóteles 6.1.- Procedimientos Preliminares.- para hacer pruebas de laboratorio al Concreto Zeolítico Sintético con mezclas hechas en laboratorio 1. Preparación previa para la elaboración de la mezcla de Concreto Zeolítico Sintético 1.1. Estudiar la Memoria Descriptiva del Concreto Zeolítico Sintético, la cual contiene información básica para comprender el alcance de ésta Nano-tecnología. 1.2. Muestreo del Material a ensayar.- Tomar una muestra representativa del material que se va a trabajar antes de mezclar con el aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente y cemento Portland. La cantidad de material (suelo) que se va a requerir depende del número de ensayes a realizar. Tomar en cuenta que se debe utilizar un mínimo de 100 gramos de aditivo a base de Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente para cada serie de pruebas. Aproximadamente se utilizan 12 kg de suelo para cada cilindro. Normalmente se utilizan 15 cilindros en total para los tiempos de curado de 7, 14, 28, 45 ó 60 y 90 días (3 cilindros para cada tiempo de curado). El número de especímenes depende del criterio y necesidades del cliente y/o el laboratorio. Además, se debe considerar la perdida de material y el agregado necesario para los ensayes previos para encontrar el número de golpes por capa y la cantidad de agua necesaria a agregar a la mezcla para que al final de homogeneizar todos los materiales, ésta tenga la humedad óptima de compactación. 1.3. Tratamiento previo de material.- Secar la muestra a temperatura ambiente, disgregar, homogeneizar, cuartear y guardar en bolsas de plástico para evitar cambios del contenido de humedad y evitar contaminación del material. No secar el material en el horno. Para los cilindros de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura, se deben hacer bolsas con material de aproximadamente de 12 kg para cada uno. 1.4. Ensayes previos. Porcentaje de grava, arena y finos. Límites de Consistencia o de Atterberg. Clasificación SUCS. Abundamiento. Humedad natural (determinada antes de guardar en las bolas de plástico). Curva de compactación del agregado con respecto a la norma AASHTO Modificada. Curva de compactación de la mezcla Suelo-Cemento con respecto a la norma AASHTO Modificada. 171 Dosificar en bolsas de plástico 2,200 gramos cuando se tenga que usar el molde de 4” de diámetro o en bolsas con 5,000 gramos cuando se vaya a usar el molde de 6” de diámetro. Mezclar el suelo con la cantidad de cemento Portland de acuerdo a la dosificación del proyecto. Humectar la mezcla de Suelo-Cemento, homogeneizar y proceder con la compactación. La adición del cemento Portland y el agua, debe ser justo antes de que se vaya a compactar cada punto de la curva de compactación AASHTO Modificada, ya que si se mezcla todo el material con cemento Portland y agua, la reacción comienza instantáneamente. 2. Materiales para la preparación de cilindros de Concreto Zeolítico Sintético: Suelo Zeolitas Sintéticas, compuestos alcalinos y activadores de patente Cemento Portland CPC-40 RS o su equivalente Agua 3. Equipo para la fabricación de cilindros de Concreto Zeolítico Sintético.3.1. Cilindro para compactación.- El cilindro óptimo para la compactación de los especímenes de prueba, está formado por un molde metálico bipartido, unido por un collarín en la parte superior y en la parte inferior, a una placa metálica de acero (Fig. 1) Fig. 119.- Molde de compactación bipartido, con placa base y collarín. En caso de no contar con el molde bipartido descrito anteriormente, se podrá utilizar un molde de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura para cilindros de concreto hidráulico (Fig. 120) y adaptar un collarín del mismo diámetro para contener al material de la última capa y enrazar la superficie. 172 Fig. 120. Moldes para cilindros de concreto hidráulico. Se debe de contar con suficientes moldes para hacer varios cilindros en un mismo día, ya que se van a desmoldar 24 horas después de su compactación. 3.2. Pisón de compactación.- Pisón de 4,536 gramos de masa y 457 mm de altura de caída, (pisón AASHTO Modificada) (Fig. 121) Fig. 121. Pisón de compactación para prueba AASHTO Modificada. 3.3. Herramienta menor.- Charolas, cucharón, espátula, brocha, enrasador, cuchillo, bolsas de plástico de 40 x 70 y de 25 x 30, papel periódico, flexómetro, cápsulas para determinar el contenido de agua, probeta de 1,000 ml y demás herramienta menor necesaria. 3.4. Mallas. Malla de 4.75 mm (No. 4) εalla de 9.5 mm (3/8”) εalla de 19 mm (3/4”) 3.5. Horno.- Eléctrico, provisto de termostato capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5 °C (Fig. 122) Fig. 122. Horno eléctrico. 173 3.6. Básculas.- con capacidad mínima de 15 kg y con precisión mínima de 0.5 gramos (Fig. 123) y con capacidad de 1,500 gramos y precisión mínima de 0.01 gramos (Fig. 124). Fig. 123. Báscula con capacidad de 15 kg. Fig. 124. Báscula con capacidad de 1,500 gramos. 4. Curado de cilindros Concreto Zeolítico Sintético.4.1. Cuarto de curado.- Excepto durante las veces en que los especímenes son colocados o removidos de su almacenaje, la atmósfera en el cuarto húmedo debe mantenerse a una temperatura de 23 ± 2.0°C y a una humedad relativa no menor del 95%. (Fig. 125) Fig. 125. Muestras dentro del cuarto de curado. 174 4.2. Bolsas de curado.- En caso de no tener cuarto de curado, es posible curar los cilindros envolviéndolos en papel periódico, cubrir cada uno con dos bolsas de plástico y mantenerlos húmedos hasta cumplir la edad de ensaye (Fig. 126) Fig. 126. Curado en bolsa de plástico. 5. Equipo para ensayo de cilindros de Concreto Zeolítico Sintético) 5.1. Condiciones generales.- El equipo para la ejecución de la prueba estará en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes; (Maquina hidráulica para aplicar carga, Sistema de tres anillos y tres micrómetros, platos metálicos para cabeceo de cilindros y barra guía). 5.2. Equipo de resistencia a la compresión simple.- Prensa hidráulica, la cual debe tener la suficiente capacidad y control de velocidad para aplicar la carga continuamente, con un margen de error menor o igual al 1%. Para poder calcular el esfuerzo, la división mínima del dispositivo indicador de carga no debe ser mayor a 0.5 t y permitir la apreciación de fracciones de 0.25 t. Los cabezales deben de ser al menos del tamaño del espécimen, pero es mejor que sean mayores que la superficie del espécimen (Fig. 127) Fig. 127. Prensa hidráulica automática. 175 5.3. Sistema de tres anillos y tres micrómetros.- Existen varios equipos para la medición de las deformaciones longitudinales y transversales. Es preferente medir la deformación longitudinal con el promedio de dos micrómetros colocados diametralmente opuestos. Y la deformación transversal con la colocación del tercer micrómetro en el tercer anillo central (Fig. 128) Fig. 128. Sistema de tres anillos. 5.3.1.Deformaciones longitudinales.- Los anillos deben ser rígidos, de preferencia metálicos y estar separados entre sí 15 a 20 cm. Los anillos deben contar con dos barras separadoras que permitan centrarlos perfectamente al espécimen y conservar esta separación fija. Cada anillo debe tener como mínimo 3 tornillos de punta para poder centrar y sujetar perfectamente y evitar deslizamientos. Los anillos deben de contar con elementos opuestos, que permita la sujeción de los micrómetros empleados para registrar las deformaciones longitudinales con exactitud de 0.0025 mm. 5.3.2.Deformaciones transversales.- Se coloca un tercer anillo formado por dos segmentos iguales, colocados a la mitad de los dos anillos longitudinales del dispositivo. Este anillo se sujeta al espécimen en dos puntos diametralmente opuestos y debe tener elementos que permitan la sujeción del tercer micrómetro para leer la deformación transversal. El anillo central debe estar unido al pivote para permitir la rotación de los dos segmentos del anillo en el plano horizontal. El lado opuesto del pivote o articulación debe ser conectado a los dos segmentos, a través de un micrómetro u otro elemento sensor capaz de medir con exactitud de 0.001 mm. Existen diferentes tipos de sistemas y/o marcas por lo que se deberá revisar a detalle el manual y/o ficha técnica del mismo. 5.4. Equipo para cabecear cilindros.- Se utiliza para aplicar el compuesto de cabeceo a las superficies paralelas de los cilindros previo a la prueba de compresión (Fig. 129) Fig. 129. Equipo para cabecear. 176 5.5. Videocámara.- En el caso de que el equipo no registre automáticamente las deformaciones y los incrementos de la carga respecto al tiempo, se debe contar con una videocámara para registrar las lecturas de las solicitaciones y de los desplazamientos (Fig. 130) Fig. 130. Registro de lecturas con videocámara. 177 6.2.- Básico de Laboratorio y Campo con Mezclas Hechas en Sitio En este punto se revisará el protocolo básico para pruebas de laboratorio y campo al Concreto Zeolítico Sintético con mezclas hechas en sitio. 1. PRELIMINARES: 1.1. Estudiar la Memoria Descriptiva de las Zeolitas Sintéticas Contiene información básica para comprender el alcance de la Nano-tecnología. 1.2. Muestreo del Material a ensayar. Tomar muestras del material que se va a trabajar antes de mezclar con Zeolitas Sintéticas y cemento Portland para evaluar la Mecánica de Suelos (Clasificación SUCS, Propiedades Índice, MVSM, Abundamiento, Granulometría, Humedad, etc.), normalmente estos estudios se hacen con anticipación y se pueden analizar los resultados de dichos estudios ya realizados. La cantidad de material (suelo) que se va a requerir depende de la cantidad de pruebas, los tiempos de curado de los especímenes y número de réplicas de cada edad de curado. Normalmente se utilizan 16 cilindros por cada tipo de mezcla (suelo) y dosificaciones (Zeolitas Sintéticas y cemento Portland), para los días 7, 14, 28, 45/60, 90 (3 de cada uno). El número de especímenes depende del criterio y necesidades del cliente y/o el laboratorio. 1.3. Preparar el material a evaluar. Se debe secar, disgregar y cuartear el suelo al menos 24 horas antes del ensayo. La preparación previa del material para realizar las pruebas de laboratorio se debe hacer con respecto al método M-MMP-1-03/03. 1.4. Equipo necesario. Prensa hidráulica, capaz de ser controlada por carga o por desplazamiento. Anillos con micrómetros calibrados para medición de deformaciones (mínimo de 2, preferible de 3). Pisón manual o mecánico. El pisón debe caer libremente de una distancia de 18.00 ± 0.05 in (457.2 ± 13 mm) con respecto a la superficie del espécimen. La masa del pisón debe ser 10.00 ± 0.02 lb (44.48 ± 0.09 N o una masa de 4.5364 ± 0.009 kg). La superficie que golpea debe ser plana y circular, con un diámetro de 2.000 ± 0.005 in (50.80 ± 0.13 mm). Cilindro de con diámetro interior de 4.000 ± 0.016 in (101.6 ± 0.4 mm). 178 Cilindro con diámetro interior de 6.000 ± 0.026 in. (152.4 ±0.7 mm), una altura de 4.584 ± 0.018 in (116.4 ± 0.5 mm). Cilindro de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura. Extensión o collarín para cilindros con diámetro interior de 6 in (152.4 ± 0.7 mm). Báscula con capacidad mínima de 50 kg y aproximación de 5 gramos. Báscula con capacidad de 2 kg y precisión de 0.01 gramos Horno eléctrico, provisto de termostato capaz de mantener una temperatura de 105 ± 5°C y con dimensiones mínimas de 50 x 80 x 30 cm. Cápsulas para determinar el contenido de humedad. Cuarto de curado o tina de curado. Herramienta menor (palas, cucharones, charolas grandes, carretilla, franela, etc.). 1.5. Elaboración de las Muestras (Especímenes). Se mezcla en seco las Zeolitas Sintéticas con el suelo hasta lograr una mezcla homogénea y se deja reposar de 2 a 24 horas, dependiendo del tipo de suelo. Después se mezcla con el cemento Portland CPC-40RS o su equivalente hasta lograr una mezcla homogénea. De inmediato se agrega el agua necesaria para llegar a la humedad óptima y obtener una mezcla homogénea. Se compactan los cilindros en 5 capas en moldes para concreto de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura con un Grado de Compactación de 100 ± 2 % según la AASHTO Modificada. 1.6. Tratamiento de las Muestras (Especímenes) Es muy importante no transportar ni desmoldar las muestras de 24 a 48 horas, manteniendo húmeda la superficie durante dicho periodo. Después de desmoldar con cuidado los especímenes, meterlos en el cuarto de curado o en la bolsa de plástico hasta que sea su tiempo de ensayo. 1.7. Ensayo de las Muestras (Especímenes) Ya listo el cilindro en su tiempo de ensayo, cabecearlo con azufre, verificar que la prensa (calibrada) esté lista y tener listos los anillos para medir las deformaciones con sus respectivos micrómetros. Preparar el cilindro y ensayarlo, registrando cuidadosamente las mediciones correspondientes para su posterior análisis y cálculos. 1.8. Elaborar reportes y Gráficas Es necesario plasmar a detalle todos los resultados de los estudios para poder evaluar adecuadamente. 2. Resultados buscados: 2.1. Módulo Elasticidad Axial (E). 179 Calculado de los resultados de las mediciones de los cilindros ensayados en la prensa con los anillos (2 o 3). Este valor es de suma importancia ya que es usado para el Diseño de Pavimentos. 2.2. Relación de Poisson. También es un cálculo resultante de las mediciones de la prueba antes mencionada (sólo se puede hacer con los 3 anillos). Al igual que el Módulo de Elasticidad Axial (E), es un valor usado para el Diseño de Pavimentos. 2.3. Resistencia a la Compresión Simple (f’c) Es un valor muy conocido y fácil de calcular, actualmente sólo sirve como una referencia y es un valor índice, ya que no se usa para el Diseño de Pavimentos. 2.4. Módulo de Ruptura (MR) Sólo si el proyecto lo requiere. Dependiendo del proyecto, se puede evaluar la Resistencia a la Tensión por Flexión o Módulo de Ruptura (MR) con vigas y/o con la prueba brasileña (cilindro horizontal) 2.5. Coeficiente de Permeabilidad (k) Sólo si el proyecto lo requiere. 180 6.3.- Elaboración de Cilindros con Mezcla Hecha en Laboratorio A continuación se muestran los procedimientos para la elaboración de cilindros de concreto Zeolítico Sintético con mezclas hechas en laboratorio. 1. Memoria Descriptiva. Para entender los alcances que tiene la Nano-tecnología se deberá estudiar la Memoria Descriptiva del Concreto Zeolítico Sintético. 2. Material para las pruebas. La preparación previa del material para realizar las pruebas de laboratorio se debe hacer con respecto al método M-MMP-1-03/03. La cantidad de material debe ser la suficiente para el total de las pruebas, tomando en cuenta que para las curvas de compactación del material se recomienda hacer por lo menos tres para corroborar los resultados obtenidos (ver Nota 1) Se deben obtener curvas de compactación para el suelo natural y para el suelo natural con cemento Portland (ver Nota 2) La cantidad de material que se necesita para los cilindros de 15 cm de diámetro y 30 cm de alto, es de aproximadamente 12 kg por cilindro. Los tiempos de curado que se recomiendan son de 7, 14, 28, 45, 60 y 90 días (ver Nota 2 y 3). Se debe tomar en cuenta el material extra que se necesita para la realización de cilindros para buscar el número de golpes que se requieren para obtener el Grado de Compactación de 100 ± 2 % y para encontrar la cantidad de agua a agregar para que al final de terminar de hacer la compactación, la humedad de cilindro sea la W opt ± 0.50 % de la mezcla Suelo – Zeolitas Sintéticas – Cemento – Agua. Por lo menos tener material para 5 cilindros de prueba. Para las pruebas con Zeolitas Sintéticas se deben dejar reposar con el suelo de 2 a 24 horas (ver Nota 4). Nota 1.- Las curvas de compactación se deben obtener con respecto a la norma AASHTO Modificada. En el caso de que se tenga que usar el molde de 4” diámetro (10.16 cm), se necesitarán aproximadamente 2.20 kg para cada punto, de cada curva y en el caso de que se deba usar el molde de 6” de diámetro (15.24 cm) se necesitarán aproximadamente 5.0 kg para cada punto de cada curva. Nota 2.- Las dosificaciones de Zeolitas Sintéticas y de cemento Portland deben ser con respecto a la Masa Volumétrica Seca Máxima (MVSM) de la curva de compactación del suelo natural. El grado de compactación de las muestras cilíndricas de 15 cm de diámetro por 30 cm de alto, debe ser con respecto a la MVSM de la curva de compactación del suelo natural con Zeolitas Sintéticas y cemento 181 Portland. Para cada grupo de fabricación de muestras con Zeolitas Sintéticas se debe agregar por lo menos 100 gramos del Aditivo. El cemento Portland debe ser CPC 40 RS o su equivalente. Nota 3.- Para cada tiempo de curado se recomienda que se hagan tres cilindros por lo menos para corroborar resultados. Nota 4.- El tiempo de reposo de las Zeolitas Sintéticas con el suelo natural dependerá de su clasificación SUCS. 3. Procedimiento de mezclado del suelo natural con Zeolitas Sintéticas, cemento Portland y agua. Después de realizar al suelo natural los procedimientos mencionados en el método M-MMP-103/03, se debe hacer el cálculo de la cantidad de suelo natural que se necesita para agregar por lo menos 100 gramos de Zeolitas Sintéticas (ver Nota 5) Una vez que se conoce la cantidad de suelo natural y de Zeolitas Sintéticas, agregar el Aditivo al suelo y homogeneizar la mezcla, después, guardar en una bolsa de plástico la cantidad de material necesario para la compactación de cada cilindro (ver Nota 6) y dejar reposar la mezcla de 2 a 24 horas. Nota 5.- Se debe contar con el valor de la humedad natural del suelo para poder determinar su masa seca, ya que la cantidad de Zeolitas Sintéticas y de cemento Portland se calculan con respecto a la masa seca del suelo natural. Nota 6.- Para los cilindros de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura para la obtención del Módulo de Elasticidad Axial (E), Relación de Poisson (v) y Resistencia a la Compresión Simple (f´c), se necesitan 12 kg de la mezcla Suelo – Zeolitas Sintéticas. Al cumplirse el tiempo de reposo de la mezcla Suelo – Zeolitas Sintéticas, agregar la cantidad de cemento Portland que corresponde a la masa seca de la muestra y homogeneizar la nueva mezcla, posteriormente agregar el agua y homogeneizar de nuevo (ver Nota 7, 8 y 9) Nota 7.- Para las curvas de compactación de las mezclas Suelo – Cemento, se debe agregar el agua a como viene descrito en la norma AASHTO Modificada. Para las muestras cilíndricas de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura para las mezclas de Suelo – Zeolitas Sintéticas – Cemento, agregar el agua necesaria para que al final la mezcla quede ± 0.50 % de la humedad óptima de la curva de compactación de la mezcla del Suelo – Cemento. Nota 8.- La cantidad de agua a agregar va a depender de la humedad natural de la mezcla, tiempo que se tarde en homogeneizar (la mezcla y la compactación debe ser lo más rápido posible), temperatura del equipo, temperatura del ambiente al momento de homogeneizar y compactar la mezcla, etc. Conforme la temperatura del ambiente aumente se debe agregar mayor cantidad de agua. Nota 9.- Solo se debe agregar el cemento Portland y el agua cuando ya se va a compactar el espécimen, por ninguna razón se deben agregar si no se va a compactar inmediatamente. Tampoco 182 se debe agregar el cemento Portland a la mezcla Suelo – Zeolitas Sintéticas y dejarse reposar, ya que aunque no se agregue el agua, la humedad natural del suelo hace que se inicie la hidratación del cemento Portland y por ende su reacción. Una vez que se tiene la mezcla Suelo – Zeolitas Sintéticas – Cemento – Agua homogénea, se debe guardar el material en bolsas de plástico (5 bolsas) con la masa necesaria para cada capa (5 capas) de la muestra (ver Nota 10, 11 y Anexo I). De la mezcla que sobre se deben obtener 3 contenidos de humedad para cada cilindro. Nota 10.- Sólo aplica para los cilindros de 15 cm de diámetro por 30 cm de alto, ya que para los cilindros de las curvas de compactación no es posible calcular la masa por capa, dado que se necesita conocer la masa volumétrica seca máxima, y es precisamente con esta prueba que se obtiene dicho dato. Nota 11.- Para los cilindros de 15 cm de diámetro por 30 cm de alto se debe considerar una altura del cilindro de 30.50 cm para poder enrazar al finalizar de la compactación. En algunas ocasiones se pueden tener cilindros con una altura diferente de 30 cm, en estos casos se debe tomar la altura del cilindro y aumentar 0.50 cm, ésta será la nueva altura total del cilindro para calcular la masa total por cilindro y masa por capa. 4. Procedimiento para la fabricación de los cilindros de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. El pisón a utilizar para la compactación debe ser el mismo que se utiliza en la prueba de compactación AASHTO Modificada. Pisón de compactación para prueba AASHTO Modificada. El número de golpes por capa debe ser controlado por densidades, esto quiere decir que se deben medir las alturas de cada capa al aplicarle cierta cantidad de golpes. La altura de cada capa debe ser la altura total del cilindro (ver nota 11) dividida entre el número de capas. El número de golpes debe ser el mismo para todas las capas. La distribución de los golpes debe ser de manera uniforme asegurando un mismo grado de compactación en el total de las capas. Cuando se cuente con el molde de compactación bipartido, se puede desmoldar el cilindro al momento de terminar la compactación, en caso de que la compactación se realice en un molde para la fabricación de cilindros de concreto hidráulico, se debe desmoldar al día siguiente de la compactación (ver Nota 12). 183 Molde de compactación bipartido, placa base y collarín. Moldes para cilindros de concreto hidráulico. Nota 12.- Cuando se use el molde para fabricación de cilindros de concreto hidráulico, se le debe adaptar una extensión para compactar la última capa. Extensión para la compactación de la última capa del cilindro. Al sacar el cilindro compactado del molde bipartido, se debe obtener su masa, posteriormente se debe rociar un poco de agua en su periferia de manera delicada evitando la erosión, después envolverlo con papel periódico húmedo, identificar el cilindro y guardarlo en el cuarto de curado, en el caso de no contar con un cuarto de curado, envolver el cilindro en papel periódico húmedo, identificarlo y guardarlo en una bolsa de plástico y cerrarla de manera que no tenga entrada o salida de aire (ver Nota 13). Nota 13.- En el caso de usar una bolsa de plástico como cuarto de curado, se deberá rociar el cilindro cada 24 horas con agua hasta que se llegue el tiempo del ensaye. Se debe asegurar que la bolsa de plástico quede perfectamente cerrada. 184 En el caso de tener la incertidumbre de que al sacar el cilindro del molde bipartido éste se desmorone, se debe dejar el espécimen dentro del molde, obtener la masa del cilindro junto con la masa del molde (calcular la masa del espécimen por diferencia de masas), colocar el conjunto dentro del cuarto de curado, al día siguiente sacar el cilindro del molde, envolverlo en papel periódico húmedo, identificarlo y colocarlo de nuevo en el cuarto de curado hasta que se llegue el día de su ensayo. Cuando no se cuente con el cuarto de curado, se deberá realizar el procedimiento anteriormente descrito pero con la variable de que el curado se hará dentro de una bolsa de plástico, colocando un papel filtro de 15 cm de diámetro sobre la cara superior del cilindro (el papel filtro solo se usa el primer día), rociarlo ligeramente y cerrar la bolsa de plástico; al día siguiente sacar el cilindro del molde, envolverlo en papel periódico húmedo, identificarlo y guardarlo en la bolsa de plástico (ver Nota 13). Mapa conceptual para cuando se use el molde bipartido. Cuando se usen los moldes para cilindros de concreto hidráulico, se deben desmoldar al día siguiente de ser compactados. El curado también pude ser en un cuarto de curado o en una bolsa de plástico. Cuando se use el cuarto de curado, guardar el conjunto del molde y el cilindro dentro del cuarto húmedo; al día siguiente sacar el cilindro del molde, envolverlo en papel periódico húmedo, identificarlo y guardarlo de nuevo en el cuarto de curado y sacarlo hasta el día de su ensaye. Cuando se use la bolsa de plástico para curar el cilindro, guardar el conjunto del molde y el cilindro dentro de la bolsa justo después de terminar la compactación del cilindro, posteriormente colocar un papel filtro (el papel filtro solo es para el primer día) de 15 cm de diámetro sobre la cara superior del cilindro, rociarlo ligeramente con agua y cerrar la bolsa; al día siguiente sacar el cilindro del molde, envolverlo en papel periódico húmedo, identificarlo y guardarlo de nuevo en la bolsa de plástico hasta que se llegue el tiempo de su ensaye (ver Nota 13). Mapa conceptual para cuando se use el molde para cilindros de concreto hidráulico. 185 5. Procedimiento de ensaye de los cilindros de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura. Cuando se cumpla el tiempo de curado, sacar la muestra del cuarto de curado o de la bolsa, secar con un trapo toda la superficie del cilindro, tomar sus medidas y su masa. Colocar los anillos para la obtención del Módulo de Elasticidad Axial (E) y de la Relación de Poisson (v) como lo menciona la norma ASTM C 469. La velocidad de aplicación de la carga para los cilindros de Concreto Zeolítico Sintético es de 1.2%/min, donde el 100 % es el total de la altura del cilindro. La Resistencia a la Compresión Simple (f´c) es un valor que se obtiene por default al ensayar la muestra. Para el ensayo de los cilindros se puede usar neopreno o azufre para una mejor distribución de la carga, esto dependerá del equipo con que cuente el laboratorio. Neopreno para ensayo de cilindros a compresión. Equipo para cabecear cilindros con azufre. La prensa hidráulica debe tener la suficiente capacidad y control de velocidad para aplicar la carga continuamente, con un margen de error menor o igual al 1 %. Para poder calcular el esfuerzo, la división mínima del dispositivo indicador de carga no debe ser mayor a 0.5 t y permitir la apreciación de fracciones de 0.25 t. Los cabezales deben de ser al menos del tamaño del espécimen, pero es mejor que sean mayores que la superficie del espécimen. 186 Prensa hidráulica automática. Del sistema de tres anillos con tres micrómetros existen varios equipos para la medición de las deformaciones longitudinales y transversales. Es preferente medir la deformación longitudinal con el promedio de dos micrómetros colocados diametralmente opuestos. Y la deformación transversal con la colocación del tercer micrómetro en el tercer anillo central. Sistema de tres anillos. Los anillos de los extremos, que son para medir las deformaciones longitudinales, deben ser rígidos, de preferencia metálicos y estar separados entre sí de 15 a 20 cm. Los anillos deben contar con barras separadoras que permitan centrarlos perfectamente al espécimen y conservar esta separación fija. Cada anillo debe tener como mínimo 3 tornillos de punta para poder centrar, sujetar perfectamente y evitar desplazamientos. Los anillos deben contar con elementos opuestos, que permitan la sujeción de los micrómetros empleados para registrar las deformaciones longitudinales con exactitud de 0.0025 mm. El anillo central, que es para medir la deformación transversal, está formado por dos segmentos iguales, colocados a la mitad de los dos anillos que miden la deformación longitudinal. Este anillo se sujeta al espécimen en dos puntos diametralmente opuestos y debe tener elementos que permitan la sujeción del tercer micrómetro para leer la deformación transversal. Este anillo central debe estar unido al pivote para permitir la rotación de los dos segmentos del anillo en el plano horizontal. El lado opuesto del pivote o articulación debe ser conectado a los dos segmentos, a través de un micrómetro u otro elemento sensor capaz de medir con exactitud de 0.001 mm. 187 En el caso de que el equipo no registre automáticamente las deformaciones y los incrementos de la carga respecto al tiempo, se debe contar con una videocámara para registrar las lecturas de las solicitaciones y de los desplazamientos. Registro de lecturas con videocámara. CÁLCULOS DE EJEMPLO: Datos básicos: / � = . / �� = � = . = . % � � � = − ℎ ℎ − = . − �� . = . = = . % = = . ℎ= . = . ⁄ ⁄ = . = . % = % . ⁄ ⁄ . Parámetros a calcular: =? =? �� =? �� =? =? � � ℎ �� =? 188 � ℎ � � =? � � =? Dónde: � � � = � � �� = � = =� � � �� �� = − � − ℎ = ℎ �� − =� = =� é � � � =� � � = ú = �á � � ℎ=� á =� ú = = �� = � � � � �� = = � � = � ℎ �� � á ℎ � � = � � : = � ℎ é � = = � ℎ � é� � / / á � é � ℎ � � . á � = ℎ ℎ = + = . + − ⁄ �� �� − á � �� % ⁄ % �� = − % � á � � � � � � �� ℎ � � �� � é� � − ⁄ á � � �� �� ℎ � � é � ℎ ⁄ % ℎ 189 − + . . �� = �� + . �� . � � � é� � = ∗ � = �� =( �� � �� � � = . � − = = . Cantidad de masa humeda por cilindro = ∗� ℎ ℎ �� − ℎ �� �� ℎ �� = � � . ℎ �� �� . . − � � é� =( �� = = ℎ �� . . . . = ℎ �� ℎ �� Número de golpes capa �� ) ℎ = = + � � ∗ � − − ℎ �� � − = . . Cantidad de cemento Portland a adicionar a la � � � �� = �� = . = . − − . + . ) . . . = . � � El número de golpes necesarios para compactar cada capa del cilindro serán los necesarios para que cada capa tenga una altura de ℎ � � � . Enseguida se muestra un ejemplo de cómo buscar el número de golpes por capa. 190 Primer intento con 60 golpes por capa. El cilindro quedó con una altura final de 32.50 cm, por lo tanto se necesitan más golpes por capa. Segundo intento con 80 golpes por capa. El cilindro quedó con una altura final de 28.50 cm, por lo tanto se necesitan menos golpes por capa. Tercer intento con 70 golpes por capa. El cilindro quedó con una altura final de 30.50 cm, por lo tanto se concluye que se necesitan 70 golpes por capa para que cada capa tenga una altura de ℎ � � � 191 . 6.4.- Elaboración de Cilindros con Mezcla Hecha en Sitio Se muestra el protocolo para la elaboración de cilindros de Concreto Zeolítico Sintético con mezclas hechas en sitio, es un complemento del protocolo anterior. 1. Objetivo El objetivo de este protocolo es obtener el valor del Módulo de Elasticidad Axial (E), Relación de Poisson (v) y Resistencia a la Compresión Simple (f´c) en cilindros de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura hechos con Concreto Zeolítico Sintético. 2. Generalidades Para proceder a la compactación de los cilindros se tienen que tener previamente las curvas de compactación para las mezclas Agregado – Agua y Agregado – Cemento – Agua, ambas con base a la norma AASHTO Modificada. Por lo menos un día antes de compactar los cilindros con la mezcla hecha en sitio, se deben compactar cilindros de prueba en laboratorio para encontrar el número de golpes por capa y la cantidad de agua adicional a agregar a la mezcla: Agregado – Zeolitas Sintéticas – Cemento – Agua para que al final la humedad quede de ± 0.50 % de la humedad óptima de la mezcla. La realización de los cilindros previos a la construcción de la obra, se debe hacer con respecto al protocolo “PROCEDIεIENTOS PARA δA EδABORACIÓN DE CIδINDROS DE CONCRETO ZEOLÍTICO SINTÉTICO CON εEZCδAS HECHAS EN δABORATORIO”. Se debe de considerar tener agregados suficientes para realizar por lo menos 5 cilindros de prueba, tomando en cuenta que se necesitan alrededor de 12 kg de agregado por cilindro. Para los cilindros compactados con mezclas hechas en sitio también deben seguir el procedimiento descrito en el protocolo antes mencionado, pero con la variantes de que se deben hacer cilindros para 7 y 28 días de curado, por lo menos cuatro replicas por cada edad y en el caso de considerar necesario contar con más tiempos de curado se pueden realizar, esto a su vez, se debe a realizar por cada tramo que se realice. 3. Procedimientos, equipos y ensaye El procedimiento preliminar que debe tener el agregado a estudiar, equipo necesario para la compactación y ensaye, cálculos, procedimientos de mezclado, procedimientos de compactación y ensaye, se encuentran en los protocolos “PROCEDIεIENTOS PREδIεINARES PARA HACER PRUEBAS DE LABORATORIO AL CONCRETO ZEOLÍTICO SINTÉTICO CON MEZCLAS HECHAS EN LABORATORIO” y “PROCEDIεIENTOS PARA δA EδABORACIÓN DE CIδINDROS DE CONCRETO ZEOδÍTICO SINTÉTICO CON εEZCδAS HECHAS EN δABORATORIO”. 4. Normas de referencia Las normas de referencia para poder realizar la compactación y ensaye de los cilindros de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura, se encuentran más adelante en el punto llamado “NORεAS DE REFERENCIA”. 192 6.5.- Extracción de Corazones 1. Objetivo. Este protocolo de ensayo cubre la obtención de corazones perforados de Concreto Zeolítico Sintético para determinar el Espesor de la Base, Resistencia a la Compresión Simple (f´c), Módulo de Elasticidad Axial (E) y Relación de Poisson (v) 2. Significado y uso. Las probetas de ensayo se extraen cuando no se fabricaron los cilindros de Concreto Zeolítico Sintético con dimensiones de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura o cuando se tienen dudas de los resultados obtenidos al ensayar dichos cilindros. Los parámetros del Concreto Zeolítico Sintético medidos por los ensayos de los núcleos se ven afectados por la cantidad y distribución de la humedad en la probeta al momento del ensayo. No existen relaciones absolutas entre los parámetros de la Resistencia a la Compresión Simple (f´c), Módulo de Elasticidad Axial (E) y Relación de Poisson (v) de un corazón y los correspondientes a cilindros moldeados y curados en forma estándar. 3. Equipo. Extractor de corazones, para obtener muestras cilíndricas mediante una broca con el borde diamantado. 193 Cortadora, para esmerilar los extremos de los corazones. 4. Muestreo. Las muestras de Concreto Zeolítico Sintético no deben ser extraídas antes de los 28 días desde que fue construida la Base. Al preparar los especímenes para el ensayo deben descartarse las muestras que hayan resultado dañadas durante la extracción a menos que la parte dañada sea retirada y que el espécimen tenga la relación largo/diámetro adecuada. 194 Extracción de núcleos. Los núcleos de Concreto Zeolítico Sintético, deben ser extraídos de forma perpendicular a la superficie. Para extraer el núcleo es necesario no detener el extractor o subirlo y volverlo a bajar una vez iniciado el proceso ya que esto generaría un plano de falla, la broca utilizada debe de ser mojada constantemente para que la extracción sea correcta. No se permite que el extractor esté inclinado hacia ningún lado, siempre debe de estar en un ángulo de 90° respecto a la superficie de donde se extrae la muestra. No se debe golpear la broca para sacar el corazón, ya que se puede fracturar con facilidad. El diámetro del núcleo mínimo debe ser al menos de 10.16 cm (4 in) La relación largo/diámetro debe estar en el rango de 1.9 a 2.1. Una vez extraído el núcleo, se debe dejar una hora a la sombra y después guardar en una bolsa de plástico completamente cerrada y sacar de la misma justo antes de preparar el corazón para ser ensayado. 5. Corazones para el ensayo de Resistencia a la Compresión Simple (f´c), Módulo de Elasticidad Axial (E) y Relación de Poisson (v) Cabeceado. Si los extremos del núcleo no cumplen con los requisitos de perpendicularidad y planicidad del método de ensayo C 39/C 39M, deben ser esmerilados hasta alcanzar esos requerimientos o ser cabeceados de acuerdo con la práctica C 617. Ensayo. Ensayar los especímenes de acuerdo a los requisitos del Método de Ensayo C 469/C 469M. Los especímenes se deberán ensayar a partir del segundo día o a más tardar el séptimo día de que fueron extraídos. 6. Informe. El reporte de resultados debe incluir lo siguiente: Nombre de la Obra. Localización de la Obra. Operador. Longitud del corazón extraído, con aproximación de 1 mm. Longitud del corazón antes y después del esmerilado, con aproximación de 1 mm, y diámetro promedio del núcleo con aproximación de un 1 mm. Relación largo/diámetro. Resistencia a la Compresión Simple (f´c) Módulo de Elasticidad Axial (E) Relación de Poisson (v) Fecha y hora en la que se extrajo el núcleo. Fecha y hora de ensayo. 195 6.6.- Normas de Referencia ASTM – C – 39/C – 39M Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens Método de Prueba Estándar para Resistencia a la Compresión de Muestras de Concreto Cilíndricas SÍNTESIS El método cubre la determinación de la resistencia a la compresión de muestras de concreto cilíndricas y núcleos perforados. El método es limitado al concreto que tiene un peso unitario superior de 50 lb/ft3 (800 kg/m3). Standard Test Method for Sieve Analysis of Fine and Coarse Aggregates ASTM – C – 136 Método de Prueba Estándar para Análisis de Cribado de Agregado Fino y Grueso SÍNTESIS Éste ensayo ayuda a la determinación de la distribución del tamaño de partícula de los agregados finos y gruesos por medio del cribado de material. Algunas especificaciones para agregados que hacen referencia a este método de prueba contienen requisitos de clasificación, incluyendo fracciones tanto grueso y fino. ASTM – C – 469 Standard Test εethod for Static εodulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of Concrete in Compression Método de Prueba Estándar para Módulo Elasticidad Axial y Relación de Poisson de Concreto en Compresión SÍNTESIS Por medio de esta prueba se determina el Módulo Estático de Elasticidad Axial y la Relación de Poisson de cilindros de concreto colado y núcleos de concreto hidráulico cuando están bajo presión de compresión longitudinal. Standard Specification for Mixing Rooms, Moist Cabinets, Moist Rooms, and Water Storage Tanks used in the Testing of Hydraulic Cements and Concretes ASTM – C – 511 Especificación Estándar para Cuartos de Mezclado, Armarios de Curado, Cuartos de Curado y Tanques de Almacenamiento de Agua usados en las Pruebas de Cementos Hidráulicos y Concretos SÍNTESIS Ésta especificación incluye requerimientos para cuartos de mezclado donde los morteros de las muestras son preparados; y para armarios de curado, cuartos de curado, y tanques de almacenamiento de agua donde el mortero y las muestras de concreto son almacenados. 196 Standard Practice for Capping Cylindrical Concrete Specimens ASTM – C – 617 Práctica Estándar para Nivelación de Muestras Cilíndricas de Concreto SÍNTESIS Ésta práctica abarca aparatos, materiales y procedimientos para nivelación de cilindros de concreto recién colado con cemento puro, cilindros endurecidos y núcleos de concreto perforados con yeso de alta resistencia o mortero de azufre. Standard Practice for Reducing Samples of Aggregate to Testing Size ASTM – C – 702 Práctica Estándar para Reducción de Muestras de Agregados a Tamaño de Ensayo SÍNTESIS Ésta práctica describe tres métodos para la reducción de grandes muestras de agregado al tamaño apropiado para emplear técnicas que están intencionadas a minimizar las variaciones en las características medidas entre las muestras para ensayo ya seleccionadas y la muestra grande inicial. ASTM – C – 1231 Standard Practice for Use of Unbonded Caps in Determination of Compressive Strength of Hardened Concrete Cylinders Práctica Estándar para Uso de Tapas No Unidas en Determinación de Resistencia a la Compresión de Cilindros de Concreto Endurecido SÍNTESIS Ésta práctica abarca los requerimientos para un sistema de nivelación usando tapas no unidas para las pruebas a los cilindros de concreto colado de acuerdo con las Practicas C31/C31M o C192/C192M. ASTM – D – 1140 Standard Test Methods for Amount of Material in Soils Finer than No. 200 (75-µm) Sieve Métodos de Prueba Estándar para Cantidad de Material en Suelo más Fino que la Malla No. 200 (75-µm) SÍNTESIS Estos métodos para ensayo tienen el objetivo de determinar la cantidad de material que pasa la malla No. 200 (75 µm) por lavado. Standard Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soils Using Modified Effort (56,000 ft-lbf/ft3 (2,700kN-m/m3)) ASTM – D – 1557 Método de Prueba Estándar para Características de Compactación del Suelo en Laboratorio Usando Esfuerzo Modificado (56,000 ft-lbf/ft3 (2,700kN-m/m3)) 197 Moisture – Density Relations of Soils Using a 4.54 kg (10 lb) Rammer and a 457 mm (18 in.) Drop Top AASHTO – T – 180 Relaciones Humedad – Densidad de Suelos usando un Pisón de 4.54 kg (10 lb) y una caída superior de 457 mm (18 in.) SÍNTESIS Estos métodos de ensayo ayudan a los métodos de compactación de laboratorio utilizados para determinar la relación entre el contenido de agua agregado y la unidad de peso seco de los suelos (curva de compactación) compactados en un molde de 4 o 6 pulgadas (101.6 o 152,4 mm) de diámetro con un pisón de 10.00-lbf (44.48-N) una altura de 18.00 pulgadas (457,2 mm) produciendo un esfuerzo de compactación de 56 000 ft-lbf/ft3 (2700 kN-m/m3). Standard Practice for Making and Curing Soil-Cement Compression and Flexure Test Specimens in the Laboratory ASTM – D – 1632 Práctica Estándar para Elaboración y Curado de Especímenes de SueloCemento para Pruebas de Compresión y Flexión en el Laboratorio SÍNTESIS Éste ensayo abarca el procedimiento para las pruebas de flexión y compresión de especímenes elaborados y curados con Suelo-Cemento en el laboratorio bajo el control exacto de cantidades de materiales y condiciones de prueba. Standard Test Methods for Compressive Strength of Molded Soils-Cement Cylinders ASTM – D – 1633 Métodos de Prueba Estándar para Resistencia a la Compresión de Cilindros Moldeados de Suelo-Cemento SÍNTESIS Éste método de ensayo cubre la determinación de la resistencia a la compresión de suelocemento utilizando cilindros moldeados como muestras de ensayo. Existen dos métodos alternativos que se pueden utilizar para la realización de este ensayo: Método A y Método B. Standard Test Methods for Laboratory Determination of Water (Moisture) Content of Soil and Rock by Mass. ASTM – D – 2216 Métodos de Prueba Estándar para la Determinación de Contenido de Agua (Humedad) de Suelos y Rocas por Cantidad SÍNTESIS Estos métodos de ensayo cubren la determinación en el laboratorio del contenido de agua (humedad) por cantidad de suelo, roca, y materiales similares donde la reducción de la masa por secado es debido a la pérdida de agua. Para simplicidad, la palabra “material” también se refiere en lo sucesivo a cualquier suelo o roca que sea más indicado. 198 Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes (Unified Soils Classification System) ASTM – D – 2487 Práctica Estándar para Clasificación de Suelos para Propósitos de Ingeniería (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) SÍNTESIS Esta práctica describe un sistema para la clasificación de suelos minerales y suelos órgano-minerales para propósitos de ingeniería basados en la determinación de las características del tamaño de las partículas, límite líquido e índice de plasticidad en el laboratorio y se utilizará cuando sea requerida una clasificación precisa. Standart Test Method for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils ASTM – D – 4318 Método de Prueba Estándar para Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad de Suelos SÍNTESIS Estos métodos de ensayo abarcan la determinación del límite líquido, límite plástico, y el índice de plasticidad de los suelos. M – MMP – 1 – 03/03 Métodos de Muestreo y Prueba de Materiales SÍNTESIS Estos métodos describen los procedimientos para el secado, disgregado y cuarteo de muestras integrales de los materiales para terracerías a que se refieren las Normas N-CMT-1-01 que permiten la preparación de las muestras representativas de los materiales para terracerías, con el propósito de obtener las porciones representativas para efectuar las pruebas de laboratorio necesarias. 199 CAPÍTULO 7 Obras en México “Innovar es Encontrar Nuevos y Mejores Usos de los Recursos que ya Disponemos” Peter Drucker En esta publicación faltó incluir algunas obras que están en proceso y que ya han sido concluidas. Serán incluidas en la siguiente edición. 7.1.- Tabasco Se encuentra localizado la parte sureste de México y su mayor problema son las inundaciones que año con año destruyen los caminos y carreteras en todo el estado. Aquí es donde se ha podido ver y comprobar los alcances de ésta Nano-Tecnología de las Zeolitas Sintéticas. Y como una imagen dice más que mil palabras… veamos primero la problemática y después la solución. PROBLEMA 1: CUANDO LLEGA EL AGUA… 200 Continuación del PROBLEMA 1 201 PROBLEMA 2: CUANDO EL AGUA SE VA… 202 SOLUCIÓN: Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas Caminos que soporten los ataques naturales. 1) El agua llega con toda su fuerza (huracanes) 2) El agua se va y los caminos ya NO se colapsan. 3) Comparativa del mismo camino, 6 años antes (izquierda) y Ahora (derecha). 203 Inundaciones Tabasco 2013 Cuernavaca - Acapulco 204 7.2.- Entronque Charo, en Morelia, Mich. Fue una obra muy representativa del Bicentenario a cargo de la SCT. Los puntos más destacados son que se solucionó un problema grave de estabilidad debido a las arcillas y pasos de agua. Se suplieron pilotes por una losa de cimentación corrida con materiales del sitio, además de que hubo reducción en costos y tiempos. Además de hacer cambios radicales en el proceso constructivo convencional. Esta obra se terminó en febrero del 2010 y estaba contemplada para terminarse en septiembre del mismo año. Hay mucha información referente a este gran proyecto, desafortunadamente en este Manual, sólo la vamos a referenciar, pero hay un portafolio muy completo con toda la información detallada. Entronque Charo, Morelia, Mich. (1 de 2) 205 Entronque Charo, Morelia, Mich. (2 de 2) 206 7.3.- Laguna de Cuyutlán, Manzanillo, Colima Aquí el reto fue atravesar la δaguna de Cuyutlán con un camino “provisional” para que pudiera entrar maquinaria pesada a realizar las perforaciones para la estructura del Libramiento Ferroviario y después los camiones con las trabes (“ballenas”) Ésta obra a cargo de la SCT, también es una obra representativa del Bicentenario 2010. De igual forma, como en el proyecto anterior, existe una basta información sobre ésta obra, pero será necesario conseguir el portafolio correspondiente. Laguna Cuyutlán, Manzanillo, Colima 207 7.4.- Plataforma, Querétaro, Qro. Esta obra es muy representativa, ya que se construyó una Plataforma para un centro de Distribución de una empresa Automotriz muy importante en Querétaro con 100% arcillas expansivas en un área de 160,000 m² y sin juntas, es una losa monolítica de Concreto Zeolítico Sintético. El diseño de Pavimentos resultó con una estructura de base de 12 cm de espesor con acabado de Sello, el cual, cabe hacer mención, se aplicó en diciembre del 2008 y no se le ha tenido que dar ningún mantenimiento, ya que la base no es granular, no se erosiona, no tiene asentamientos y al hacer la evaluación del costo-beneficio después de más de 5.5 años sin costos de mantenimiento más el ahorro en el costo directo inicial, resulta que fue la mejor opción. 208 7.5.- Camino de Acceso, Poza Rica, Ver. Se construyó un camino de acceso con el material “in situ” en un espesor de 25 cm y con una capa de rodamiento de doble riego de sello. Esta obra ya tiene más de 6 años, y al igual que la plataforma de la obra anterior en Querétaro, no se ha tenido la necesidad de darle mantenimiento y como se ve en las fotos, las pipas dobles cargadas pesan alrededor de 80 toneladas. 209 7.6.- Experimento, Morelia, Mich. En el patio de maniobras de un contratista en Morelia, y a petición de un Cliente, se realizó un experimento para ver la viabilidad de levantar una base estabilizada y transformada en Concreto Zeolítico Sintético. Se hizo el trabajo normal para generar una base con material de sitio y a los 7 días, se realizaron cortes con disco, que por cierto, fue difícil realizar el trabajo (hay videos de referencia) y se utilizó un montacargas para levantar las secciones. 210 7.7.- Puente Tonalá I, Veracruz-Tabasco Este puente se tuvo que reconstruir en el 2010 debido a que la erosión llegó a las zapatas de cimentación y una de las columnas se desplazó generando el colapso de la estructura. De hecho hubo pérdidas humanas en este incidente. Con los trabajos de transformación del suelo, se garantiza que no se vuelvan a generar erosiones tan fuertes. 211 7.8.- Tramo de Prueba en la Autopista México-Querétaro En el año de 1997, cuando había 2 carriles en la Autopista México-Querétaro se realizó una prueba en el Tramo Tepalcapa-Palmillas. Nueve años después, se realizaron trabajos para construir el nuevo carril y se levantó la carpeta. Se reportó que no hubo ningún tipo de agrietamientos ni de asentamientos. Se anexa la foto de los corazones extraídos en donde se ve claramente la fusión de las capas. 212 7.9.- Autopista del Sol, Cuernavaca-Acapulco Se trabajó la Rehabilitación de un tramo en la Autopista México-Cuernavaca-Acapulco, mejor conocida como la Autopista del Sol. Se utilizó una Recuperadora Wirtgen, que es el ideal para trabajar en sitio con ésta Nano-tecnología de las Zeolitas Sintéticas. 213 7.10.- Patio de Maniobras de una Nave Industrial, León, Gto. Aquí se realizó un trabajo con una de las arcillas más complicadas con las que hemos trabajado. Nos llevó una serie de pruebas y estudios (físicos y químicos) para poder hacer un diseño adecuado, pero al fin de cuentas se logró. Ésta obra ya tiene más de 3.5 años y está en perfecto estado. 214 7.11.- Patio de Maniobras y de Entrenamiento de Autobuses en Oaxaca, Oax. Se realizó una plataforma para un patio de maniobras y de entrenamiento de Autobuses en Oaxaca, se hizo una estructura con una base de Concreto Zeolítico Sintético de 25 cm de espesor y una capa de Rodamiento de Concreto Portland con Zeolitas Sintéticas para Concretos con 6 cm de espesor. 215 7.12.- Calles en León, Gto. Se construyeron 2 calles en la Ciudad de León, Gto. Una con capa de Rodadura de Concreto Asfáltico de 5 cm de espesor y la otra con Concreto Portland de 16 cm de espesor, ambas con una base de Concreto Zeolítico Sintético de 25 cm de espesor. En el caso de la calle con Carpeta Asfáltica se realizó en una semana en vez de 2 meses como se había estimado en el programa original, además del ahorro en el costo directo. Ambas calles ya tienen más de 4 años sin ningún mantenimiento. 216 7.13.- Patio de Carga y Descarga, Celaya, Gto. En la Ciudad de Celaya, Gto. se realizó una Rehabilitación en la zona crítica de una zona de carga y descarga de una empresa refresquera. Ya tiene 4 años de uso intensivo y no se han generado ninguna clase de agrietamientos. 7.14.- Rehabilitación Lateral, Salamanca, Gto. Se realizaron trabajos de rehabilitación de una zona muy dañada en la lateral de un Blvd. Clouthier en la Ciudad de Salamanca, Gto. 217 7.15.- Terminal Multimodal Puerta México, Toluca, Edo. de México Se realizaron trabajos en la Terminal Multimodal Puerta México en Toluca, Edo. de México en el 2009. Lo cual sirvió de parámetro para los nuevos proyectos que ya están desarrollados en Diseños de Pavimentos que están próximos a ejecutarse. 218 7.16.- Ferrocarril Suburbano, México, D.F. Los trabajos que se hicieron fueron hechos con material del sitio sumamente contaminado por aguas negras y sirvieron para hacer la plantilla de soporte de los tubos de drenaje. 7.17.- Cuidad Valle, Tamaulipas En el 2004 se rehabilitó un camino rural en Ciudad Valle, Tamaulipas. 219 7.18.- Autopista México-Tuxpan Se hicieron trabajos para caminos de acceso. 7.19.- Anden en Central de Autobuses Tapo, México D.F. Se rehabilitó un Anden en la Central de Autobuses Tapo en la Ciudad de México, con muy buenos resultados. Y muchas otras obras que están en proceso y otras que ya están por iniciar… 220 CAPÍTULO 8 Obras de Éxito en el Mundo “La Innovación es lo que Distingue al Líder de sus Seguidores” Steve Jobs 221 222 223 224 225 226 227 228 REFERENCIAS “Sólo la Constante Persecución de la Innovación Puede Asegurar el Éxito a Largo Plazo” Daniel Muzyka Estabilización de Suelos con Zeolitas Sintéticas, Robin de La Roij y Christophe Erik Gustaaf Egyed Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos, Dr. Raúl Vicente Orozco Santoyo Mechanisitic-Empirical Pavement Design Guide AASHTO-2008 Estudio de Investigación IE-11/09, IMT. Dr. Paul Garnica Anguas y colaboradores Thickness Design Systems for Pavements Containing Soil-Cement Bases - SN-2863 Portland Cement Association Prediction of fatigue cracking in Cement Treated bases courses, A. A. A. Molenaar Thickness Design for Soil-Cement Pavements, EB068 Portland Cement Association Criterios Geotécnicos básicos para aumentar la vida estructural de un pavimento - Geotecnia SMIG223, Dr. Raúl Vicente Orozco Santoyo Evaluación de pavimentos flexibles con métodos no destructivos, Dr. Raúl Vicente Orozco Santoyo Diseño de mezclas y evaluación de resultados de Concreto de Cemento Portland, Arq. Gabriel Tirado Medina Conceptos Mecanicistas en Pavimentos, pt258 Instituto Mexicano del Transporte, Dr. Paul Garnica Anguas e Ing. Ángel Correa Pavimentos Flexibles. Problemática, Metodologías de Diseño y Tendencias, pt104 Instituto Mexicano del Transporte Mecánica de Suelos I y II, Dr. Eulalio Juárez Badillo y M en I Alfonso Rico Rodríguez Mecánica de Suelos y Cimentaciones, Carlos Crespo Interacción Suelo - Estructura de cimentación, Leonardo Zeevaert Manual de Mecánica de Suelos, Laboratorio SCT Bearing Capacity of Foundations, Chap.4, 11 Bowles 229 Manual de Proyecto de Aeródromos Parte 3 – Pavimentos, Documento 9157-AN/901 Documento publicado por la FAA, AC Nº 150/5320-6E – 09 jun 2009 Cimentaciones. Diseño y Construcción, M.J. Tomlinson Principios de Ingeniería de Cimentaciones, Braja M. Das Mecánica de Suelos, Lambe Ingeniería de Cimentaciones, Manuel Delgado Vargas Fundamentos de Ingeniería Geotécnica, Braja M. Das The Mechanics of Soils, J. H. Atkinson Advanced Soil Mechanics, Braja M. Das F.M. Dekking e.a., Probability and statistics for the 21the century part1 and part 2, TUDelft, Delft, November 2002 Prof. ir. A.A.J. Pols, dr. ir. R.J. Verhaeghe, Plan en projectevaluatie deel 1 en deel 2, TUDelft, Delft, May 2002 Prof. ir. A.A.J. Pols, dr. ir. R.J. Verhaeghe, Plan en projectevaluatie: Impact assessment methods, TUDelft, Delft, January 2003 CRO W, Nomenclatuur van weg en verkeer, CRO W-publicatie 156, Ede, July 2001 Verruijt, Grondmechanica, Delft University press, Delft, January 1999 ing. C.E.G. Egyed en ing. H.Visser, Ophoogmaatregelen en bouwstoffen: voor voorzieningen op slappe bodem, Delft Cluster, Delft, 2005 CRO W, Ophogingen en ophoogmaterialen: dimensionering en ontwerp, CRO W-publicatie 121, Ede, December 1997 CRO W, Secundaire bouwstoffen voor de wegenbouw, CRO W-publicatie 143, Ede, November 1999 CRO W, schuimbeton voor wegen en terreinen, CRO W-publicatie 173, Ede, May 2002 CRO W, Toepassingsrichtlijn voor EPS in wegenbouw, CRO W-publicatie 150, Ede, November 2000 CRO W, Verticale drainage, CRO W-publicatie 77, Ede, November 1993 CRO W, standaard RAW bepalingen 2005, Ede, 2005 230 DWW, Handleiding Wegenbouw – Ontwerp onderbouw, Delft, October 2004 DWW, Handleiding Wegenbouw – Ontwerp verharding, Rijkswaterstaat DWW, Delft, December 1998 Prof. dr. ir. A.A.A. Molenaar, Structural design of pavements, part 1: Stresses and Strains in Flexible pavements, TUDelft, January 2003 Prof. dr. ir. A.A.A. Molenaar, Structural design of pavements, part 3: Design of flexible pavements, TUDelft, January 2003 Prof. dr. ir. A.A.A. Molenaar, Structural design of pavements, part 4: Structural evaluation and strengthening of flexible pavements using deflection Measurements and visual condition surveys, TUDelft, January 2003 C.A.P.M van Gurp, Keuzemodel wegconstructies: Achtergrondrapport CRO W publicatie Keuzemodel wegconstructies, CRO W, Ede, April 2005 Spangenburg and εoser, The story of America’s roads, Facts On File, New York, 1992 Expert Group on Influencing Road Traffic Demand, Influencing Road travel demand: You can’t reach Kyoto by car, OECD, 2000 231 AGRADECIMIENTOS Agradecemos el apoyo generoso de la empresa patrocinadora, sin el cual no habría sido posible la edición del Manual de la Nano-tecnología en Pavimentos del Concreto Zeolítico Sintético Transformación de suelos en un Concreto Zeolítico Sintético, con el uso de Zeolitas Sintéticas, Compuestos Alcalinos y Activadores de Patente Publicación de la AMIVTAC conmemorativa del 40 Aniversario de la Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres Agradecemos también al: Dr. Raúl Vicente Orozco Santoyo (consultas técnicas) Ing. Manuel Zárate Aquino (consultas técnicas) Dr. Paul Garnica Anguas (consultas técnicas) Ing. Alfonso Pérez Salazar (consultas técnicas) EDEC. Rafael Alfonso Ayala Pérez (apoyo capítulo 4 y 5) M en I Juan Rafael Esquivel Clara (apoyo en el capítulo 4) Ing. Rodrigo Sánchez Dagnino (apoyo en el capítulo 6) Ing. Xóchitl Aidé Valencia Fierro (apoyo en el capítulo 6) Diciembre, 2014 232
