ESTUDIO DE SUELOS PARA DISEÑO DE PAVIMENTO.pdf

8/18/2019 ESTUDIO DE SUELOS PARA DISEÑO DE PAVIMENTO.pdf

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Ing. Oscar Canchano Almanza

ESTUDIO DE SUELOS

PARA DISEÑO DEPAVIMENTO


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DEFINICIONES

Las siguientes definiciones hacen parte de la ingeniería depavimentos:

Suelo: Agregado natural de granos minerales con o sincomponentes orgánicos , que pueden separarse por mediosmecánicos comunes, como la agitación del agua.

Roca: Agregado natural de granos minerales, que seencuentran unidos por fuertes y permanentes fuerzas de

cohesión. Meteorización: Proceso de alteración que sufre el suelo en las

rocas por acción de fenómenos atmosféricos durante un largotiempo.


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ORIGEN Y FORMACIÓN DE LOS

SUELOSLa meteorización se realiza por desintegración o descomposiciónde las rocas.

Desintegración: Es un proceso mecánico que divide las rocasen partículas pequeñas, conservando las propiedades físicas yquímicas de la roca madre.

Descomposición: Proceso en el que la roca se transforma enun producto de diferentes propiedades físicas y químicas.

Los principales agentes físicos de meteorización son: el agua,glaciares, viento y temperatura.


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El agua arrastra las rocas y las desintegra produciendogeneralmente suelos gruesos como grava y arena.

Los glaciares son movimientos de grandes masas de hielo conbajas velocidades del orden de metros por años.

El viento por efecto de erosión desgasta la roca.

El calor genera en las rocas descascaramiento, producto delfenómeno de exfoliación que las torna mas redondeadas.

Los principales agentes químicos de meteorización son:hidratación, carbonatación, oxidación y solución.

Estos agentes producen suelos finos y son el origen de casitodas las arcillas.


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Los agentes biológicos mas importantes son: los vegetales ymicro-organismos.

Los suelos orgánicos se forman a partir de losmicrorganismos, que componen la superficie de la cortezaterrestre.

Cuando los vegetales se descomponen forman un sueloparticular llamado turba, que se caracteriza por ser elástico.


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Los suelos residuales se forman en el mismo sitio donde seencuentran, es decir están junto a la roca madre que losoriginó.

Los suelos transportados se forman cuando agentes físicostrasladan sus partículas y las deposita en donde actualmentese encuentran.

Existe un perfil de meteorización que se forma pordesintegración y descomposición de la roca madre. Según elgrado de alteración existen tres capas u horizontes sobre la rocasana.


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CARACTERISTICAS DE LOS SUELOSRESIDUALES:

HORIZONTESHorizonte A o capa superior Esta capa es la de mayor alteración y ha sufrido alguna remoción de

sus productos.

Horizonte B o capa intermedia Es una zona de acumulación de los productos alterados en la capa

superior.

Horizonte C o capa de transición Constituido puede ser por un manto rocoso parcialmente alterado o

haber sido transportado y depositado en un nuevo lugar.

Horizonte D Cualquier capa situada por debajo del horizonte C, si es pequeño

(0.90 a 1.8 mm) seguramente tiene influencia en los suelossuperiores, pero si es muy profundo, no deberá tenerse en cuenta.


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CARACTERÍSTICAS DE LOS SUELOS

TRANSPORTADOS:Características de los suelos transportados

Características

-Agente

Agua Aire Hielo Gravedad

Tamaño

Disminución por

solución, poca

abrasión en carga

suspendida, alguna

abrasión e impacto

en carga arrastrada.

Considerable

reducción.

Considerable

molienda e

impacto.

Considerable

impacto.

Forma Redondeo dearenas ygravas.

Alto grado de

redondeo.

Angularpulimento de

caras.

Angular no

esférico.

Textura Arena lisa pulida

brillante.

Superficies

deslustradas

por impacto.

Superficies

estriadas.

Superficies

estriadas.


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Suelos granulares

Tienen 35% o menos del material que pasa por el tamiz No. 200.Estos suelos forman los grupos A-1, A-2 y A-3.

Suelos finos limo arcillosos

Contienen mas del 35% del material fino que pasa por el tamiz No.200. Constituyen los grupos A-4, A-5, A-6 y A-7.

Índice de grupoSe calcula con la siguiente expresión:

= − 35 0.2 + 0.005 − 40 + 0.01 ( − 15)( − 10)

CLASIFICACIÓN DE LOS

SUELOS AASHTO


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Los suelos gruesos tipo grava y arena son aquellos con menosdel 50% pasando la malla No. 200. Los símbolos del grupocomienzan con G para grava y S para arena.

Los suelos de grano fino son los que pasan 50% o mas en lamalla No. 200. Los símbolos comienzan con M para limo y C paraarcilla.

Estos prefijos van acompañados por lo siguiente:

W: bien graduadoP: mal graduado

L: baja plasticidad (LL < 50)

H: alta plasticidad (LL > 50)

CLASIFICACIÓN DE LOS

SUELOS USC


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EVALACIÓN DE LA

SUBRASANTECARACTERIZACIÓN DE LOS SUELOS DE SUBRASANTE

Exploración de la subrasante.

Definición del perfil y delimitación de áreas homogéneas.

Ejecución de ensayos de resistencia sobre suelospredominantes.

Determinación del valor de resistencia o de respuesta dediseño para cada área homogénea.


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EXPLORACIÓN DE LA SUBRASANTE

Identificar la extensión y las condiciones de los depósitos desuelo existentes en el lugar.

Se hace una investigación a través de perforaciones en todoel terreno en intervalos que dependen de la longitud eimportancia del proyecto, tanto los recursos técnicos comoeconómicos que se dispongan.

Las perforaciones deberán tener una profundidad mínima pordebajo de la cota proyectada de subrasante de 500 mm.


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Intervalo de las perforaciones de acuerdo al Instituto Nacionalde Vías.



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Las muestras recuperadas deben tener una cantidadsuficiente para realizar los ensayos de: granulometría, limitesde consistencia, humedad natural, compactación y resistenciao respuesta ante cargas transitorias.

Los suelos de prestamos que se emplean en los rellenosinfluyen en el comportamiento del pavimento, por tal razóndeberán ensayarse de la misma manera.

El sistema AASHTO es el mas pertinente para clasificar los

suelos para estudio de calles y carreteras. Las muestras para los ensayos deben tomarse en base al

perfil a lo largo de la vía y la secuencia en que se encuentrenlas diferentes capas de suelo.



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Determinaciónde granulometría

INV E- 123

Determinaciónde límites de consistencia

INV E 125 -126



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TABLA DE CLASIFICACIÓN DE SUELOS AASHTO



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DEFINICIÓN DEL PERFIL Y DELIMITACIÓN DE LAS ÁREAS

HOMOGÉNEASSectorización inicial por tránsito

Primero se zonifica el tramo de estudio, en base a los niveles detránsito esperados a lo largo de él.


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Sectorización complementaria por tipos de roca o suelo

Perfil estratigráfico de las clasificaciones de los suelos desubrasante, a partir de las perforaciones.


HOMOGÉNEAS


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Determinación de las áreas homogéneas de diseño

Primero se estable la longitud en la que predomina cada

suelo y luego se delimitan las áreas homogéneas para efectosde diseño, considerando el tránsito del proyecto.

Con el fin de conseguir un diseño práctico y económico, pormedio de los diseños definitivos, las secciones deben ser

escogidas con suficiente longitud.


HOMOGÉNEAS


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Determinación de las áreas homogéneas de diseño solo a partirdel CBR (capacidad de soporte de la subrasante).


HOMOGÉNEAS


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En caso de que exista un tramo con gran heterogeneidad enlos suelos y no se pueda especificar el mas predominante, sebasará el diseño en el mas frecuente de los suelos débiles.


HOMOGÉNEAS


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Este ensayo debe realizarse sobre muestras representativasde los suelos predominantes. El ensayo mas utilizado CBR,mide la resistencia del suelo al esfuerzo cortante encondiciones de humedad y densidad controlada.

El soporte de la subrasante se puede expresar en términosdel módulo de reacción, alcanzado a través de pruebas deplaca directa. Este módulo se emplea en el diseño depavimentos rígidos.

En el diseño de pavimentos asfalticos, la respuesta de soportese puede obtener por parámetros elásticos como el móduloresiliente.

EJECUCIÓN DE ENSAYOS DE RESISTENCIA O DE RESPUESTA

SOBRE LOS SUELOS PREDOMINANTES


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ENSAYO CALIFORNIA BEARING RATIO (CBR) El valor del CBR se obtiene como un porcentaje de la relación

del esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón paraalcanzar cierta profundidad dentro de una muestra de suelocompactada, con contenido de humedad y densidad dados, y

el esfuerzo requerido para hacer penetrar el mismo pistón, ala misma profundidad, en una muestra estándar de piedratriturada.

Valores de la Muestra Patrón variando las profundidades depenetración.

EJECUCIÓN DE ENSAYOS DE RESISTENCIA O DE RESPUESTASOBRE LOS SUELOS PREDOMINANTES

= *100

Penetración delpistón (plg)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Esfuerzo (lb/plg2) 1000 1500 1900 2300 2600


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El ensayo CBR se ha generalizado y es una forma de clasificar unsuelo para ser utilizado como subrasante o material de base en laconstrucción de carreteras.

El CBR generalmente se determina para 0.1” ó 0.2” de penetración;es decir, para un esfuerzo de 1000 y 1500 lbs/plg2 en el patrónrespectivamente.

Este numero de relación de soporte no es constante para un suelodado sino que se aplica únicamente al estado en que se encontrabael suelo durante el ensayo.

Para obtener una condición mas crítica que la que se presenta en elterreno, se sumergen las muestras para el ensayo del CBR en ellaboratorio hasta obtener su saturación.


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Materiales para la compactación:

Pistón de penetración

Disco espaciador metálico de diám. 5.93” y altura 2.5”

Trípode y extensómetro de 0.001”

Molde de 6” de diám. Altura entre 7” y 8” y un collarín de 2”

2 pesas de plomo angular de 5 lbs c/u

Materiales para la penetración:

Pistón de sección circular diám. 2”

Equipo de penetración

Balanza, horno, tamices, tanques para inmersión, papel filtro,extensores, cronómetro, entre otros.




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Preparación de la muestra

Se toma una muestra aproximadamente de 50.000 gramos yse destruyen los terrones con un martillo de goma o unrodillo. Se pasa el material por el tamiz ¾” y se desechan laspartículas retenidas, éste material debe ser remplazado porun peso igual de suelo, pero con partículas retenidas en eltamiz ¼” y que pasen por el ¾”.

Se calcula la humedad óptima por medio de la Compactaciónde Próctor Modificado.




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Equipo para preparación de la muestra y compactación.




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SOBRE LOS SUELOS PREDOMINANTESProcedimiento para el calculo de densidad y humedad.

Se ajusta el molde a la placa base uniéndolo con el collar de extensión,luego se coloca el papel filtro grueso.

Se humedece la muestra con la cantidad de agua calculada y se mezclauniformemente.

Se divide la muestra en 5 partes. Se compactan las cinco capas con 10, 25 y56 golpes por cada espécimen. Si el espécimen va a ser sumergido, se tomauna muestra representativa del material y se halla la humedad antes de lacompactación y con el material sobrante, después de la compactación.

Se retira el collarín y se enrasa la parte superior del molde, se desmonta elmolde y se vuelve a montar invertido, quitando el disco espaciador (falsofondo), y dejando el pape filtro entre el molde y la base.

Se pesa el molde junto con la muestra y se calcula la densidad y humedadde la muestra.


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La compactación se realiza sobre los moldes de CBR, losespecímenes empleados para la curva de compactación para 10,25 y 56 golpes por capa, serán penetrado.

Al realizar la inmersión sobre la superficie de la muestrainvertida se coloca una placa perforada con vástago y porencima, los anillos que completan una sobrecarga que genereuna presión equivalente a las capas que se encuentran porencima del suelo que se estudia.

Se coloca el trípode de medida sobre los bordes del molde,logrando que coincida el vástago del deformímetro con el deplaca perforada y se sumerge el molde en el balde. El periodode inmersión puede variar entre 1 y 4 días.




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Manera de armar cilindro parasometerlo a inmersión

Cilindro sumergido enagua


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Se seca el molde y se retira la sobrecarga junto con la placaperforada, se pesa y se procede al ensayo de penetración.

Se coloca nuevamente las mismas sobrecargas utilizadas eninmersión y se coloca el pistón de penetración en el orificiocentral de la sobrecarga angular.

Se coloca el dial que medirá la penetración y se aplica una

carga aproximada de 10 lbs para que se asiente el pistón.

Se colocan en cero los diales medidores y se procede a lapenetración.




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Manera de armar cilindro para lapenetración (Ensayo CBR)


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Se anotan las lecturas de la carga para las siguientespenetraciones

Se desmonta el molde y se toma una muestra para determinar

su humedad. Se construye la curva de esfuerzo-penetración calculando la

presión ejercida por el pistón para cada penetración de la tablaanterior. Se dibujará una curva por cada muestra ensayada.




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0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0 5 10 15 20 25

P

R E S I O N ( M p a )

PENETRACION (mm)

Gráfico de Esfuerzo Vs Penetración




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Cálculo para la humedad de compactación:

ñ =ℎ

1 + 100

x−

100

Ww = masa de agua a añadir, g

Wo = % de humedad inicial

Wp = % de humedad prefijada

Wh = masa húmeda de la porción de suelo




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Para calcular el índice CBR, se toman los valores de presión quecorresponden a 0.1” y 0.2” (2.54 y 5.08 mm) de la penetración, y sedividen entre los esfuerzos de referencia 6.9 Mpa y 10.3 Mpa (1000y 1500 Lbs/plg2) respectivamente y se multiplica por 100.

El CBR normalmente para un suelo es la de 0.1” de penetración.Cuando la relación de 0.2” de penetración es mayor, se repite elensayo. En caso de que se obtenga un resultado similar se usa larelación de soporte de 0.2” de penetración.

Para obtener el CBR de diseño para un contenido de humedad

óptima, se usan los datos de los 3 especímenes, se grafica ladensidad seca contra CBR. En este caso el CBR de diseño es obtenidopor el porcentaje deseado de la densidad máxima seca, quegeneralmente corresponde al porcentaje mínimo especificado parala obra.




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Para CBR de diseño



MUESTRA

N° GOLPES/CAPAS

CONDICION SECO HUMEDO SECO HUMEDO SECO HUMEDO

CBR 0,1" 45,52 31,743 19,6 16,2 15,8 13,0

CBR 0,2" 76,60 47,9 30,8 23,80 19,5 22,0

2 3

56 26 10

1

1,8

1,9

2

2,1

2,2

2,3

4 5 6 7 8 9 10 11 12

D e n s i d a d S e c a , g r / c m 3

Humedad (%)


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Para CBR de diseño



gr/cm³ kg/m³ CBR %

DENSIDAD SECA MAXIMA 2,112 2112,00 47,68

DENSIDAD SECA MAXIMA 95 % 2,006 2006,40 31,43

DENSIDAD SECA MAXIMA 90 % 1,901 1900,80 15,18

y = 0,0065x + 1,8021

1,850

1,900

1,9502,000

2,050

2,100

2,150

15,0 25,0 35,0 45,0

D e n s i d a d S e c a , g r / c m 3

CBR %


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Tabla de referencia de CBR, usos y suelos

No.

CBR Clasificasión general Usos

0 - 3 Muy pobre Sub rasante

3 - 7 Muy pobre a regular Sub rasante

7- 20 Regular Sub base

20 - 50 Bueno Sub base y base

> 50 Excelente Base




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ENSAYO DEL PENETRÓMETRO DINÁMICO DE CONO (PDC)

Sirve para medir el CBR en campo. Es apropiado para conocerla resistencia de suelos mayormente finos.

En este ensayo se calcula la rata a la cual penetra una varillacon punta cónica en el suelo, a medida que se deja caer desdecierta altura, una masa de 8 kg.

Se grafica el número de golpes contra la penetración. Laresistencia a la penetración es la pendiente de la recta, y sedenomina numero dinámico (ND) expresada en mm/golpe.




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Resultados de la prueba:



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ENSAYO DE PLACA DE CARGA AASHTO T 222

Este ensayo permite definir las características resistencia-deformación de un suelo.

A través de este ensayo se puede conseguir muchosparámetros como los siguientes:

Capacidad de carga del suelo para un asentamiento establecido.

Gráfico de carga-deformación.

Módulo de reacción (K) de la subrasante usado en el diseño de

pavimentos rígidos. Coeficiente de elasticidad (E).

Estudio para la estabilidad de pavimentos o soportes decaminos existentes.




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Definiciones:

Módulo de reacción: Es la presión que se transfiere a la placapara provocar en el suelo una deformación específica.

Deflexión residual: Es la diferencia de nivel entre la superficieoriginal y su posición final debido a la aplicación y retiro deuna o varias cargas en la superficie.

Deflexión elástica: Es la longitud que el suelo logra recuperarcuando se le aplica una carga vertical en la superficie y seretira.




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Equipo necesario: Dispositivo de carga: un camión o remolque o la combinación de ambos (tracto-

remolque), un marco anclado u otra estructura cargada con un peso capaz degenerar la reacción deseada.

Ensamble de gato hidráulico capaz de aplicar y soltar la carga en incrementos,

además de un manómetro que indique la magnitud de la carga aplicada.

Placa de soporte: un juego de placas de apoyo circulares en acero con espesormínimo de 1¨ cada una, de tal manera que puedan disponerse en formapiramidal para asegurar su rigidez, los diámetros deben estar entre 6¨ a 30¨. Losdiámetros de playas adyacentes no deben ser mayores a 6¨.

Diales micrométricos: tres o mas graduados en unidades de 0.001¨, capaz deregistrar una deflexión acumulada de al menos 1¨.

Viga porta dial: sobre ésta se colocan los diales micrométricos. Formada por untubo o cañería de 60 mm de diámetro o un ángulo de 75*75*6 mm de un largode 4,75 mts. El sistema completo de medición debe protegerse de los rayosdirectos del sol y de la lluvia.




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Otras herramientas: un nivel de burbuja, para la preparaciónde la superficie que se va a ensayar y para la operación delequipo.




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Tabla de diámetros de placa según el tipo de suelo o ensayo (Espinace R ., 1979)

Para calcular el modulo de elasticidad (E):

E = q s ∗ D 4 ∗ 1 − μ ∗ π⁄⁄

Donde:

s = asiento de la placa producto de una carga q.q = carga aplicada (kgs/cm2).D = diámetro de la placa (cm).μ = coeficiente de Poisson del suelo.q/s = tangente a la curva carga-deformación del ensayo.



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Pasos para obtener el módulo de reacción

1. Se ubica el equipo de placa directa sobre el suelo de estudio,y se le aplican diferentes presiones (AASHTO T 222) y se miden

las deflexiones.

2. Se grafica la curva de deflexión-presión.




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3. Se calcula el valor de K dividiendo la presión aplicada sobre laplaca entre la deflexión generada. Existen dos criterios:

Hallar K para Δ = 0,05 pulgadas

Hallar K para p = 10 psi



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Correlaciones:



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MÓDULO RESILIENTE

Es un parámetro elástico de la subrasante que consiste enmedir el esfuerzo y deformación a partir de cargas rápidas

repetidas, parecidas a la acción del transito.

La deformación elástica repetida es un problema de losmateriales con resistencia a la flexión como el asfalto, endonde se puede presentar un agrietamiento por fatiga cuandose dan considerables repeticiones.

El módulo de resiliencia se obtiene a partir del ensayotriaxial dinámico.



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En las pruebas de carga repetida después de varios cicloscarga, el módulo se vuelve casi constante y se asume larespuesta del suelo como elástica.

Del módulo resiliente se logran dos valores uno instantáneo yotro total, ya que en el ciclo de carga se toman dos lecturas,una cuando termina el pulso de carga aplicado (deformacióninstantánea), y otra cuando termina la etapa de relajación

(deformación total). Estos dos parámetros se calculanmediante la siguiente expresión:



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= ( . )

= ( . )

módulo resiliente instantáneomódulo resiliente total

v coeficiente de Poisson

t espesor de la probeta

deformación resiliente instantáneadeformación resiliente total



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El módulo resiliente se define como la dimensión del esfuerzodesviador repetido en comprensión triaxial entre la deformaciónaxial recuperable:

= ( − ) =

= Esfuerzo principal mayor

= Esfuerzo principal menor

= Esfuerzo desviador= Deformación recuperable



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El vigente procedimiento de diseño AASHTO, versión 1993, esmuy empleado para el diseño de pavimentos, considerando elmódulo resiliente como base.

Este diseño radica en obtener el número estructural SN paraque el pavimento flexible resista las cargas requeridas. Estemétodo provee la siguiente expresión:



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Procedimiento del ensayo

1. Se coloca una muestra de suelo compactada dentro de una membranaen la cámara triaxial.

2. Se lleva a una presión de confinamiento (σ3 )

3. Se aplican pulsos periódicamente de un esfuerzo axial desviador (σd ).4. Se miden las deformaciones recuperables (ΔL) que se dan en cierta

longitud de la probeta.

5. Se calcula la deformación triaxial recuperable ( =ΔL/L)

6. Se halla el módulo resiliente para tal esfuerzo desviador ( = ).

7. Se sigue el mismo procedimiento con diferentes esfuerzos axialesdesviadores.



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Procedimiento para hallar el módulo resiliente


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CÁMARA TRIAXIAL PARA DETERMINAR EL MÓDULO RESILIENTE



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• Correlaciones:



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Métodos mecanicistas

Se basan en considerar que un pavimento puede sermodelado como un sistema multicapa elástica o viscoelástica ,cimentado de forma elástica o viscoelástica.

Ésta suposición permite calcular esfuerzos, deformaciones odeflexiones generadas por el tránsito en cualquier punto delpavimento. Sin embargo se requiere ajustar los modelos conanálisis de campo.

Los suelos granulares y los materiales de subrasante son de

comportamiento no lineal y que el módulo de elasticidadvaría con el nivel de esfuerzos.



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Relaciones constructivas para suelos finos

El módulo de resiliencia de suelos finos decrece con elincremento en el esfuerzo desviador . En laboratorio =

. Por lo que: = − .

Relación entre el módulo de resiliencia y el esfuerzo desviadorpara suelos finos a partir de pruebas de laboratorio en cargarepetida.



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A partir del gráfico anterior

M = K + K (K − σ ) Para σ < K

M = K + K (σ − K ) Para σ > K

Donde K , K , K y K son constantes del material.

El módulo de resiliencia en el punto de quiebre de la curva (K ), esun buen comportamiento resiliente, ya que las constantesK ,K y K muestran menos variabilidad que K .



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Ellos clasificaron el suelo fino según su consistencia de lasiguiente manera:

Tabla de valores típicos de módulo de resiliencia



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Relación de esfuerzos y módulo resiliente para los 4 tipos desuelo



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Relaciones constructivas para suelos granulares

La relación entre módulo de resiliencia y la suma de esfuerzos principales esde la siguiente manera:

E = K θ

Donde K y K se obtienen experimentalmente y θ es la suma de losesfuerzos principales, puede ser la suma de los esfuerzos normales( , ) o la suma de los esfuerzos principales ( , ).

Incluyendo el sistema de capas: θ = σ + σ + σ + γ z ( 1 + 2 K )

Donde γ es el peso volumétrico promedio, z profundidad en la que sedetermina el módulo y K es el coeficiente de presión de tierra en reposo.



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Con base a análisis estadísticos, Rada y Witczak en 1981,mostraron la desviación estándar promedio del móduloresiliente para varios materiales:


media desviación

estandar media

desviación

estandar

Arena limosa 8 11.17 0.74 0.62 0.13

Grava arenosa 37 30.89 29.65 0.53 0.17

Arena-grava 78 30.00 18.13 0.59 0.13

Roca triturada 115 49.70 51.64 0.45 0.23

Tipo de material No. Dedatos

K1 (Mpa) K2


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SELECCIÓN DEL VALOR DE RESISTENCIA O DERESPUESTA DE DISEÑO

Independientemente del método para estimar la resistenciadel suelo, cada muestra o ensayo generalmente da unresultado diferente.

El número de ensayo por área homogénea varia según laextensión del proyecto:

En vías muy cortas (≤ 150 metros) se recomiendan 2 pruebas.

En tramos extensos (≥ 3000 metros) se sugieren entre 5 y 9por suelo homogéneo.

En tramos de distancia intermedia se recurre al criterio deldiseñador.


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Si se tienen menos de 5 resultados, se sugiere seleccionar elmenor valor de resistencia determinado en condiciones deequilibrio.

Si se tienen 5 o mas resultados, el valor de diseño de esa árease seleccionará con base al método de diseño que se va aemplear:

Si se diseñará con AASHTO – 93 o INVIAS, se tomará el valorpromedio.

Para otros métodos de diseño, es posible utilizar el criterio delInstituto del Asfalto.

SELECCIÓN DEL VALOR DE RESISTENCIA O DERESPUESTA DE DISEÑO


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CRITERIO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

SELECCIÓN DEL VALOR DE RESISTENCIA O DE

RESPUESTA DE DISEÑO


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Los valores de diseño por cada área deben ser redondeadoscomo se sigue a continuación:




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Ó


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EVALUACIÓN DE BASES Y

SUBBASES Se denomina base a la capa de suelo que se encuentra pordebajo de la rodadura de un pavimento. Por esta razón, dichacapa debe tener alta resistencia a la deformación que lepermitan resistir las altas presiones que recibe. Se conforma

por materiales granulares procesados o estabilizados, yalgunas veces materiales marginales.

Subbase es la capa que se halla entra la base y la subrasantede un pavimento. Como está sometida a esfuerzos menores

en comparación con la base, su calidad puede ser menor ynormalmente se construye con materiales locales granulares omarginales.


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CLASIFICACIÓN DE MATERIALES PARA BASES YSUBBASES


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CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS

La caracterización de los agregados es necesaria paraestablecer su capacidad y obtener información que sirva para

el diseño estructural del pavimento.

Cuando se selecciona una fuente de material, se debeconocer los minerales que componen la roca.

Para conocer el tamaño del grano, textura y estado dedescomposición de la roca se realiza el examen petrográficode las rocas en el microscopio, mediante secciones delgadas.

BASES Y SUBBASES GRANULARES


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Caracterización para establecer su competencia de uso


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RESUMEN DE PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS

(SEGÚN CORDON Y BESTE)



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En pavimentos asfalticos, la química de los agregadosdetermina la adherencia entre ellos y el asfalto.

En pavimentos rígidos, los agregados que contienen formasreactivas de sílice pueden generar reacciones expansivas con

los álcalis que conforma la pasta de cemento.



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Fuentes de materiales granulares para base y subbase


CANTERA

DEPÓSITO ALUVIAL


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PROPIEDADES GENERALES

Se debe seleccionar la granulometría de los materiales que permitadefinir un equilibrio entre la facilidad constructiva y la mayorestabilidad posible.

Tipos de granulometrías


Gradación uniforme

*Pocos puntos de contacto

*Pobre trabazón (dependencia de la forma)

*Alta permeabilidad

Gradación buena

*Buena trabazón

*Baja permeabilidad

Gradación discontinua

*Sólo tamaños limitados

*Buena trabazón

*Baja permeabilidad


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Variación de la densidad y del CBR con la cantidad de finos deun material granular



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ENSAYOS NECESARIOS PARA LOS AGREGADOS GRANULARES

Partículas aplanadas y alargadas (INV E-230)

Las partículas planas y alargadas tienden a romperse fácilmente

durante la construcción y bajo tránsito, cambiando la granulometríaoriginal del agregado; por lo tanto, son indeseables.

Se considera una partícula plana cuyo espesor sea menor a 3/5 de ladimensión media de la fracción.

Una partícula larga es aquella cuyo largo máximo es mayor a 9/5 de ladimensión media de la fracción.



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Para partículas largas:

• Cada fracción se analiza utilizando el calibrador dealargamiento, para separar las partículas largas. Se determinala masa (mi) de las partículas de cada fracción retenidas en elcalibrador de longitud, o sea las largas, con una aproximación

de 0.1% de la masa de la muestra total de ensayo.

Determinación de las partículas planas y alargadas



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Cálculos:

El índice de aplanamiento (I ) ó alargamiento global (I ), segúnse desee calcular:

Donde:

= suma de las masas de las fracciones / , en g.

= suma de las masas de partículas planas o alargadas, de las

fracciones / , en g.


ó = ×100


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Ensayo equivalente de arena INV E – 133

Para este ensayo se emplean agregados que pasen el tamiz No.4.

Procedimiento:

1. Se mezcla el agregado con una solución de calcio-glicerina-formaldehído y se agita dentro de un cilindro graduado,haciendo que las partículas mas finas queden en lasuperficie.

2. Se deja en reposo y se miden las alturas de arena ( ) y

finos ( ) y la diferencia entre ellas, en porcentaje, es elequivalente de arenas.



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EQUIPO PARA EQUIVALENTEDE ARENA


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Ensayo de desgaste de los ángeles INV E – 218 y 219

Se toma una muestra del agregado grueso, secándolo ypesándolo previamente, se somete a atrición e impacto por 11

esferas de acero al tiempo que gira un cilindro metálico a 31-33rpm por 15 minutos, luego se descarga el material y se separaempleando un tamiz de mayor abertura que el de 1.70 mm(#12). Luego la fracción fina que pasa se tamiza empleando eltamiz de 1.70 mm (#12).

El material mas grueso que la abertura de 1.70 mm (#12), selava y se seca en el horno hasta masa constante y se determinasu masa.



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Granulometrías de la muestra para el ensayo



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Cálculos

La diferencia entre la masa inicial de la muestra seca ( ) y lamasa del material seco retenido en el tamiz de 1.70 mm (No. 12)

luego del ensayo ( ), dada en porcentaje de la masa inicial, seráel desgaste de la muestra.

% = −

×100



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Caras fracturadas:

Procedimiento:

Se toma masa una muestra de material según la siguiente tabla pararealizar el ensayo.

Se lava el material sobre el tamiz designado para la determinación delas partículas fracturadas, se seca a masa constante y se pesa.

Se debe esparcir la muestra seca en una superficie suficientementegrande, para inspeccionar cada partícula. Si la cara constituye almenos un cuarto de la mayor sección transversal de la partícula, sedebe considerar como una cara fracturada.



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Con una espátula se separa la muestra en tres categorías así:(1) partículas fracturadas, basados en el hecho de que lapartícula tiene el número de caras fracturadas requerido, (2)partículas que no cumplan el criterio especificado y (3)

partículas dudosas o en la frontera.

Se determina la masa o se cuenta el número de partículasclasificadas en cada categoría.

No debe quedar más del 15% en la categoría de dudosa. Si esasí, se repite nuevamente la determinación.



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Cálculos:

Se calcula el % de masa o el % obtenido por conteo, con el númeroespecificado de caras fracturadas, según lo siguiente:

= +2

+ + × 10

Donde:P = porcentaje de partículas con el número especificado de carasfracturadas,

F = masa o número de partículas fracturadas con al menos el númeroespecificado de caras fracturadas,Q = masa o numero de partículas en la categoría de cuestionable ofrontera, yN = masa o numero de partículas en la categoría de no fracturadas o queno cumplen con el criterio de partículas fracturadas.



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Granulometría INV E – 123-07


0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

0,01 0,10 1,00 10,00

% Q u e p a s a

Diametro (Tamiz )

Curva granulometrica % = ( . ) * 100


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Límites de Atterberg o de consistencia. INV E – 125-07 (LL), E –126-07 (LP).

Está relacionado con la actividad de los finos.

Tiene restricción en suelos de reducida actividad.



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Gravedad específica en agregados finos

Preparación de la muestra:

Se toma una muestra de agregados fino (1Kg), se seca al

horno y luego se deja enfriar.

Luego se satura la muestra entre 15 y 19 horas. Después sedecanta el agua sin que se pierda material y se extiende lamuestra sobre una superficie plana que no sea absorbente y

se dirige sobre ella una corriente de aire caliente, se voltea lamuestra periódicamente y se continua el secado hasta que laspartículas fluyan libremente.



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Procedimiento:

Se llena parcialmente unpicnómetro con agua. Luegose añaden 500 ± 10 gr delagregado fino saturado y

superficialmente seco, y seagrega agua hasta el 90% desu capacidad.

Se apoya el picnómetro sobreuna toalla en superficie plana

y se rueda manualmente paraexpulsar el aire atrapado.

Se determina su masa total(picnómetro, muestra y agua).



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Cálculos

Gs = A

B + S − C

Donde:A = masa al aire de la muestra seca al horno, g

B = masa del picnómetro aforado lleno de agua, g

C = masa total del picnómetro aforado con la muestra mas agua, g

S = masa de la muestra saturada y superficialmente seca, g



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Gravedad específica en agregados gruesos

Preparación de la muestra:

Se mezclan los agregados finos cuarteándolos. Luego seeliminan las partículas inferiores a 4.75 mm por tamizado seco

y se lava el material.

Cantidades

mínimas para

el ensayo:



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Procedimiento:

Secar la muestra en horno a masaconstante, enfriar a temperaturaambiente de 1 a 3 horas. Seguidamente sesumerge en agua durante 15 a 19 horas.

Se saca la muestra del agua y se secacada partícula con una toalla hastaeliminar el agua superficialmente visible yse mide la masa de la muestra saturadacon superficie seca (Sss).

Se coloca la muestra dentro de lacanastilla metálica y se determina sumasa sumergida en agua.

Se seca la muestra en el horno y se dejaenfriar, y se determina su masa.



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Cálculos

Gravedad específica seca al horno

Gsb = A

B − C

Gravedad específica aparenteGsb =

A

A − CDonde:

A = masa en el aire de la muestra seca, g

B = masa en el aire de la muestra saturada con superficie seca, gC = masa sumergida enagua de la muestra saturada, g



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PROPIEDADES DE LOS SUELOS

GENERALIDADES

Se considera como terreno de cimentación a la parte de lasuperficie terrestre que soporta la estructura vial y que esafectada por la misma. Su función es sostener dicha obra vial enestados razonables de resistencia y deformación.

Los suelos granulares presentan un comportamientosatisfactorio para soportar las cargas y con buenascaracterísticas de compresibilidad.

Las arenas sueltas y limos pueden producir problemas deerosión y de asentamientos repentinos a causa de movimientosde agua en el subsuelo.


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MEJORAMIENTO DEL TERRENO DE CIMENTACIÓN

Generalmente el terreno de fundación es capaz de soportar lascargas trasmitidas por las carreteras. En algunos casos, esnecesario hacer un mejoramiento de dicho suelo.

Los principales métodos son:

Utilizar materiales ligeros para generar presiones mas bajas ytambién un cambio en el diseño de la sección transversal delterraplén , como taludes mas acostados, falta de bermas, loque reduce su ancho y generará menor hundimiento en elsuelo. Sobreexaltar la rasante para que al asentar el terraplén,llegue a los niveles requeridos, siempre que el suelo natural loresista.


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Levantar los terraplenes con gran anticipación con el fin deque en medio de la construcción del resto de la vía seobtengan los asentamientos esperados.

Utilizar drenes de arena con la finalidad de incrementar el

proceso de consolidación del suelo en el espesor tratado. Paraesto es necesario realizar estudios de suelo que lo justifiquen,ya que normalmente es muy costoso y necesita equiposespeciales



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Compensar total a parcialmente la capa del terraplén. Secoloca el terraplén de tal forma que vaya trasladandogradualmente el suelo blando hasta que la presión generadapor la diferencia de peso entre el material colocado y eldesplazado, sea la que resiste el terreno natural.

Retirar el suelo compresible y sustituirlo por un material demejor calidad. Para esto es necesario conocer la profundidaden la que esta situación de materiales resulta económica.



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Colocación de geotextiles y geomembranas. Éstoscontribuyen mecánicamente a los suelos de las siguientesmanera:

Separante: Un geotextil mantiene separado dos materiales conpropiedades mecánicas diferentes (material granular y arcilla

húmeda) , impidiendo que se interpenetren por la acción demovimientos de la obra o de los vehículos, y de esta maneraprevenir asentamientos y desniveles longitudinal ytransversalmente.

Refuerzo: El geotextil puede crear un refuerzo esquemático enel suelo cercano de dos formas: como armadura o comomembrana. El funcionamiento en cualquiera de las dos, queconduce una puesta en tensión de la napa (capa de aguasubterránea), implica que halla una zona de bloqueo, en la queel suelo funciona como anclaje en contacto con la napa textil.



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EL AGUA EN EL TERRENO DE FUNDACIÓN

El agua que cae sobre el suelo, una parte se infiltra, otra seevapora y la otra queda en la superficie. Ésta ultima variasegún el tipo de suelo, su pendiente, etc.

La parte que se infiltra en el terreno forma el nivel freático. Yentre mas cerca esté de la superficie, más pantanoso será eltipo de suelo. Si se encuentra a mayor profundidad, y el sueloes fino y con tendencia a capilaridad (limos), el agua asciendey genera daños en los pavimentos.

Los cambios de humedad afectan la estabilidad de laestructura (terraplén, pavimento). Otro efecto es el bombeoen losas de concreto, el lavado de la película de asfalto en lasmezclas asfálticas, erosión en los taludes, entre muchas mas.

Ó


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EXPLORACIÓN DEL SUELO PARA CARRETERAS

Estudios geológicos

El primer paso para construcción de una carretera es un estudiogeológico que incluya un mapa geológico con altos niveles de detalles.De esta inversión dependen los ahorros en los costos, tiempo einconvenientes futuros.

Además, es necesario realizar trabajos de campo y de fotointerpretaciónque ayuda a seleccionar la ruta mas adecuada para el proyecto

Estudios aerofotográficos

A partir de la aerofotogrametría se puede obtener:

Geografía de la zona: Poblaciones, industrias, minería, siembras,construcciones ingenieriles existentes.

Topografía de la zona.

Ó


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Clima de la región.

Hidrología de la región: drenaje de la zona, corrientes de agua,obras existentes.

Características geológicas: pantanos, formaciones lacustres, zonasde deslizamiento, fuentes de materiales.

Uso de la tierra.

Cuando se termina la fotointerpretación, se verifica en terreno loencontrado en el estudio y se marcan puntos físicos de referencia en elterreno y de esta manera se complementa el trabajo de campo con lasfotografías.

EXPLORACIÓN DEL SUELO PARA CARRETERAS

EXPLORACIÓNDIRECTADEL SUELO


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EXPLORACIÓN DIRECTA DEL SUELO

Las exploraciones de suelos para el proyecto y construcción decarreteras se debe enfocar a los siguientes problemasprincipales:

Estabilidad de los cortes y terraplenes.

Fuentes cercanas de extracción de material.

Fundaciones para estructuras como puentes.

Aseguramiento de la calidad durante la construcción.

ESTABILIDAD DE LOS TALUDES DE CORTES Y


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TERRAPLENES

Lo recomendable en este temaes realizar una exploración através de perforaciones oapiques en cortos trayectos ygrandes profundidades.

En la práctica existen casosdonde no se justifica realizarlos,ya que existen taludes yterraplenes que no son de granaltura. Básicamente el criterio lotiene el ingeniero de campo, quepor medio de su experienciatomará as decisiones en losmétodos de exploración .

ESTABILIDAD DE LOS TALUDES DE CORTES Y


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Generalmente se realizanapiques o sondeos con losespaciamientos que establezca

el ingeniero de campo, peronormalmente se acostumbracada 500 m y la profundidaddebe ser tal hasta que llegue alterreno de cimentación yatraviese de 1.00 a 1.50 m pordebajo de él.

ESTABILIDAD DE LOS TALUDES DE CORTES YTERRAPLENES

COMPACTACIÓN DE SUELOS


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COMPACTACIÓN DE SUELOSGENERALIDADES

La compactación se realiza con el fin de lograr que el sueloconserve un comportamiento adecuado durante la vida útil della obra.

Una vez que se realizan los procesos de compactación esnecesario verificar que se cumplió con el fin propuesto. Losensayos de laboratorio son esenciales para el control calidad delos trabajos.

Hoy en día, la compactación es uno de los métodos más

empleados y mas eficientes para mejorar la condición de unsuelo que se va a emplear en construcción.

Ó


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EQUIPOS DE COMPACTACIÓN

En las comunidades antiguas, los romanos vieron necesariocompactar los materiales que utilizaban para las vías.

Vieron el efecto de amasado que el ganado le hacía a ciertos tipos desuelo, logrando una buena compactación

Sirvió como base para el rodillo pata de cabra

Se dieron cuenta que dejando caer mazos de piedra obtenían el mismoefecto

Método de compactación: carga dinámica-impacto

Primero usaron rodillos de piedra que desechaban los esclavos

Método de compactación: presión estática

Ó


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Con el progreso de automóvil, consideraron que era mejorcompactar usando un método de aplicación de presiónparecida ad del trabajo futuro de las vías, por lo querecurrieron a formar compactadores con llantas.Recientemente se han desarrollado los compactadores

vibratorios.

Los equipos de compactación utilizan cuatro métodos:

Presión estática.

Amasado.

Vibración.

Impacto, o combinaciones entre estos.


Ó


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EQUIPOS MAS FRECUENTES EN LA COMPACTACIÓN DE MATERIALESCilindradoras de ruedas metálicas:

Fue muy usado anteriormente pero su limitación de velocidad (máx.10 kph), hace que su transporte al lugar de la obra se realice pormedio de remolques, por tal razón no puede competir con maquinasmucho mas ágiles.

Aunque ha disminuido su uso, aun sigue vigente. Existen dos clases decilindradoras de ruedas lisas: la de tres ruedas (triciclo) y la tándem.


Ó


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Compactadora de llantas:

Maquina diseñada para compactar de dos formas: amasado y pesoestática que se aplica de abajo hacia arriba, logrando una buenacompactación en la superficie, por esta razón puede compactar capas de10 a 20 cm, según el peso y la especificación de la máquina.

Pueden ser autopropulsado (se mueven son energía interna propia),

o del tipo de arrastre (carioca). Éstos últimos pueden ser de dos ejes o deun eje para los mas pesados (> 50 ton).

Tienen un numero impar de llantas normalmente de 7-9, las cualespueden moverse hacia arriba y hacia abajo individualmente.




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Cilindros para de cabra:

Consta de un cilindro metálico copado de puntas o patas dediferentes formas que realizan grandes presiones estáticassobre el suelo. Ésta presión que ejercen los vástagos no esuniforme en el tiempo, cuando el vástago se encuentra vertical,se genera la presión máxima, a partir de ahí la presión

disminuye hasta que el vástago sale de suelo.Este tipo de compactación se da de abajo hacia arriba , ya que

en las primeras pasadas las patas y parte del tambor lograpenetrar el suelo, ejerciendo una presión mayor en la parteinferior de la capa por compactar. A esta forma decompactación se le llama amasado.

Los rodillos mas comunes tiene vástagos de 20 a 25 cm delongitud y compactan capas de suelo suelto alrededor de los 35cm de espesor.

Rinde mejor resultado en suelos finos.

Q



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Q


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Compactadores de impacto

(Canguro, sapo o saltarín)

Su uso se limita a áreaspequeñas.

Produce acción de impacto pormedio de un resorte.

Se puede aplicar a todo tipo de

suelo.


VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA COMPACTACCIÓNDE SUELOS


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DE SUELOS Método de compactación:

Los métodos son los siguientes: carga estática, amasado,vibración, impacto y mixto.

Los métodos están ligados con el tipo de suelo:

Suelos cohesivos (arcilla) – Pata de cabra (amasado).

Suelos finos no cohesivos (limos) – Compactador de llantas yalgunas veces pata de cabra.

Suelos granulares limosos (gravas y arenas limosas) –Vibrocompactador y compactador de llantas.

Suelos granulares arcillosos, gravas y arenas con mas del 15% de

arcilla – Compactador de llantas, pata de cabra, pata de cabravibratorio.

Suelos granulares muy puros – Vibrocompactador concompactador de llantas para la compactación superficial; buenhumedecimiento.



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Energía específica de compactación:Es la energía que la máquina entrega al suelo por unidad devolumen.

Normalmente estos son los grados de compactación:

90% del Próctor Modificado para el cuerpo del terraplén. 95% del Próctor Modificado para la corona del terraplén

(últimos 30 cm).

95% del Próctor Modificado para subbases granulares (CBRmín. 20%).

100% del Próctor Modificado para bases granulares (CBR mín.80%).

DE SUELOS

VARIABLES QUE INTERVIENEN EN LA COMPACTACCIÓN


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Contenido de agua del suelo:

La humedad optima varia de acuerdo al método decompactación; entre mas alta energía, mas baja la humedad.

La humedad optima obtenida en el terreno, será diferente a ladeterminada en el laboratorio, pero esta última sirve para tenerun rango de prueba de las humedades de campo.

Rara ves la humedad natural coincide con la humedad optima yes necesario humedecer o secar el material. Para esto, se debetomar mayor precaución en los suelos finos.




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DE SUELOS



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Productividad del equipo de compactación:

= ℎ

a = ancho, h = espesor de la capa, v = velocidad y N = número depasadas. Esta formula se puede escribir de la siguiente forma:

= ℎ ( )

10

A partir de esta ecuación se obtiene el rendimiento para hora de60 minutos. Habrá que corregir para 50 min (cilindros de ruedasmetálicas) y 45 min (el resto de los equipos).

DE SUELOS



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A continuación se sugieren unos valores para las variables de laformula anterior con las máquinas más utilizadas en Colombia.

DE SUELOS

Espesor de capa – 1.5 veces la longitud

de las patas. De 12 a 14 Ton.

De 12 Ton y 100 Psi

aprox. De presión deinflado.

De 4 a 6 ton, estáticas de

12 a 18 Ton totales.

Vel – 3 a 4 Kph (orugas).

Espesor de capa – 90% del

P.M.: 40 a 50 cm; 95% del

P.M.: 30 cm; 100% del

P.M.: 30 cm.

N° de pasadas – para el 90% del P.M.:

20 a 25, para el 95%: 30 a 40; el 100%

no se especifica.

N° de pasadas – 90% del

P.M.: 6 a 8; 95% del P.M.:

8 a 10; 100%: 10 a 12.

Velocidad – 4 a 6 kph. Velocidad – 8 a 10 kph.

El cilindro Tándem de

ruedas metalicas lisas,

se usa en pavimentos;

no se recomienda para

suelos.

PATA DE CABRA

CILINDROS

TICICLOS DE

RUEDAS LISAS

COMPACTADORES

DE LLANTAS

Espesor de capa – 90% del P.M.: 15 a 20 cm;

95% del P.M.: 10 a 15 cm; 100% del P.M =10

cm.

N° de pasadas – 90% del P.M.: 10 a 12; 95%

del P.M.: 12 a 16; 100%: 16.

VIBROCOMPACTADOR



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Control de la compactación en el terreno:

Las principales pruebas que se realizan para medir el peso unitario seco delmaterial compactado en la obra son:

TIPO I - Muestra alterada: medida del volumen del suelo extraído,cubicando el hueco por medio:1. Arena

2. Agua3. Aceite

TIPO II - Muestra inalterada:1. Muestra cúbica2. Penetrómetro

TIPO III - No destructivas:1. Densímetro nuclear2. Prueba sísmica3. Ultrasonido

DE SUELOS

PRODUCCIÓN DE AGREGADOS


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PRODUCCIÓN DE AGREGADOS

Agregados mineralesAgregación de arena, grava, piedrapartida, escoria, en combinación con unligante para formar concreto bituminosoo hidráulico , macadam, mástique,mortero, argamasa, etc., o solo como elbalasto para ferrocarriles.

Agregados naturales

Materiales que se usan en estadonatural, o que han sido triturados,lavados y separados. Se clasifican enmineral, roca, grava, grava partida,piedra partida y arena.


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Agregados artificiales

Son resultado de modificaciones de materiales que envuelvencambios físicos y químicos. Pueden ser subproductos de otrosprocesos como escoria y cenizas, y agregados manufacturados.

Especificaciones


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Especificaciones

Una especificación es una descripción concisa en términosmedibles de las características mas importantes de un material.

El valor de la roca como material de construcción depende de sucapacidad de resistir la acción destructiva del tráfico y el clima.

Las propiedades físicas mas significativas son la dureza, latenacidad y la sanidad.

Dureza: resistencia que la roca madre ofrece al desplazamientode sus partículas superficiales por abrasión.

Tenacidad: es su resistencia a la fractura por impacto. Sanidad: es la resistencia a la acción del clima.

Especificaciones


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Los requisitos deben exponerse en forma clara, minuciosamentey de manera mas cuantitativa que cualitativa. Hay 5 requisitosimportantes que deben cumplir las especificaciones:

1. Exactitud y precisión

2. Viabilidad3. Conveniencia

4. Flexibilidad

5. Aceptabilidad

Las especificaciones son dinámicas y se las revisa y mejoraconstantemente en la medida que se hagan investigaciones y seadquiere experiencia.

Especificaciones

Origen de los agregados


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Origen de los agregados

La piedra partida, grava y arena, y escoria de altos hornos,

tienen orígenes diferentes, pero en algún momento todo seoriginó en los bancos de roca.

La escoria es un subproducto de la producción de acero en losaltos hornos, y se consigue en zonas industrializadas.

Las gravas y arenas naturales principalmente son el resultadode la acción abrasiva del agua en los materiales rocosos, y desu transporte y posterior depósito.

Roca ígnea Roca sedimentaria Roca metamórfica

Explotación de las fuentes de material


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p

Canteras: Fuentes que producen principalmente piedra. Estánconformado por roca en estado natural y para su explotaciónse suele utilizar explosivos.

Receberas y areneras: Fuentes que como su nombre lo dice

producen recebo, un conglomerado conformado por piedra,arena gruesa, arena fina, limo y arcilla. Es ocasional el uso deexplosivo. Si la cantidad de arena es considerable, se habla deuna arenera, y esa arena se llama “arena de peña”.

Depósitos aluviales: Fuentes conformadas por grava y arenasde río.

Estudios preliminares


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Estudios preliminares

1. Reconocimiento del sitio.

Se realiza un reconocimiento preliminar en base a mapas einformes y un reconocimiento de campo. Consiste en larecolección y estudio de toda la información inmediatamentedisponible antes de hacer el estudio de campo.

2. Fuentes de información.2.1 Mapas geológicos: ayudan a localizar las fuentes de material.Normalmente contienen información sobre la existencia dedichas fuentes y sobre las formaciones geológicas. En Colombiaesto es limitado por la carencia de estos mapas, por lo que se

recurre a mapas topográficos, o estudios de suelo.2.2 Mapas topográficos: Señalan la ubicación de las fuentes dematerias, además de los accidentes topográficos naturales yartificiales.



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2.3 Mapas agrícolas: muestran la contextura de la superficie delsuelo, también es de buena ayuda para las fuentes y junto con losmapas geológicos mejora la interpretación de las características delterreno. Su empleo en Colombia también es restringido.

2.4 Aerofotografías especiales: Se usan como alternativa paraobtener información rápida de suelos y áreas donde no hay otrasfotografías. Se limitan a áreas específicas de interés (accidentesnaturales y artificiales, excavaciones, canteras, afloramientos,carreteras, aeropuertos, inundaciones, farallones).

2.5 Publicaciones foráneas: Contienen la misma información de losmapas, pero con información adicional en los mapas publicados delpaís.



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2.6 Habitantes de la región: los obreros, ingenieros, mineros,

contratistas y canteros de la región pueden suministrarinformación sobre la geología local y problemas de ingeniería dela zona.

2.7 Informes misceláneos: en los lugares donde se hayaefectuado exploraciones y perforaciones petrolíferas oexplotación de minas, se encuentran datos importantes para laubicación y exploración.

3. Excavación y cargueLos procedimientos de excavación y cargue son los mismos decualquier movimiento de tierras. Pero se debe tener en cuentala fuente de material:

p



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3.1 Cantera o recebera: en caso de ser cantera, se requiere de

maquinas potentes y de explosivos para un deposito de roca dura.



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3.2 Depósitos aluviales: Los materiales están depositados sinmayor compactación y el tamaño de las piedras no es muygrande. Las maquinas no necesitan ser tan potentes y es raro eluso de explosivos.

p



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4. Transporte de la mina a la plantaSe debe procurar localizar la planta cerca de la mina, con el finde disminuir las distancias de acarreo. Como esto generalmenteno es posible se suele emplear volquetas. Los caminos de accesodeben construirse por las rutas mas fáciles, cortas y con

pendientes poco empinadas.

Distancias cortas

(120 a 150 máx)

(bandas transportadoras)

p

PROCESAMIENTO DE LOSAGREGADOS


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AGREGADOSINTRODUCCIÓN

Consiste en tomar el material extraído de la fuente y hacerlocumplir por medios artificiales, en base a los requisitos de lasespecificaciones.

Estos medios artificiales son esencialmente la trituración oreducción de tamaños, el cribado o clasificación por tamaños ylavado para quitar las impurezas cuando sea necesario.


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Equipos en la planta de agregados


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Banda transportadora y tolva Tolvas

Trituradora Zaranda cribas vibratorias

Trituradoras para la producción de agregados


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Reducción del tamaño de las partículas: Puede ser expresada

como la relación entre el tamaño del material alimentado a latrituradora y el tamaño del producto. El tamaño de productose define generalmente como el material que pasa el 80% dela distribución acumulativa de tamaños.

Relaciones de reducción, F/s, para trituradoras (el numero maspequeño corresponde al cierre mas abierto de la trituradora, yel mas grande al más cerrado)



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Principio de la trituración de las rocas: La trituración se logra

mediante las siguientes acciones: desgaste, presión ocompresión impacto y corte.

1. El desgaste es la división o reducción producida por fricción.Es muy útil cuando se desea material de finura máxima.

2. Presión o compresión es una acción de exprimido entre dos

superficies. No es recomendable para materiales pegajosos.3. Impacto es el golpe instantáneo y agudo producido por unmartillo sobre el material que se rompe en trozos pequeños.Es recomendable cuando el material no es demasiadoabrasivo y cuando se desean partículas en forma de cubos.

4. El corte o cizallamiento es una acción de corte o rebanado

que forma parte del trabajo que hacen la mayoría de lastrituradoras. Puede especificarse para materialesrelativamente blandos fácilmente facturables y de deseaobtener un mínimo de finos.

Características de diseño de las trituradoras


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Trituradora de mandíbula:

El movimiento se efectúa en forma de V, por lo que no hatendencia volquearse, pueden operar con materiales pegajosos.

Características de diseño de las trituradoras


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Trituradoras giratorias y de cono

• Una desventaja de la trituradora de cono es que cuando elmaterial es pegajoso, la trituradora se puede atascar. Sin

embargo se emplean lubricantes.• Ambas producen partículas cubicas.



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Trituradoras de rodillo:

Es adecuada para triturar material pegajoso.Produce partículas cúbicas sin un exceso de material fino.

Pueden ser de dos y tres rodillos.



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Quebradoras de impacto y molinos de mazos

Se emplean especialmente para

material duro o abrasivo en exceso y

sobre todo para triturar en una sola

Pasada.



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Capacidades y selección de trituradoras

El tamaño de la trituradora y sus cierres, determinan su capacidad.

En el caso de las trituradoras de mandíbula y las giratorias, la

potencia también determina su capacidad. Y en las de impacto, lasdeterminan la velocidad de los martillos y el régimen dealimentación.

Generalmente la capacidad de las trituradoras de agregados

depende de las características de diseño del equipo, del material yde la forma como se maneja, y de la manera en que se alimente elmaterial a la trituradora.



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Los fabricantes de los equipos proporcionan unas tablas paralas capacidades de sus trituradoras, pero estos valores puedenvariar en un 25%, por lo que estas tablas solo se utilizan comoguía estimar la producción.

La producción de una trituradora se designa en toneladas porhora (TPH). Esto es lo que se conoce como la capacidad de lamáquina.

Es fundamental conocer, cuando se están procesando los

agregados, la granulometría que se obtiene en cada una de lastrituradoras.



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Alimentadores y componentes de la planta. Alimentadores: Se utilizan para manejar el material que entra

a la planta. Hay dos tipos:

Alimentadores de mandil: se usan para rocas de canteras. Sonde construcción extrafuerte para soportar los impactos de la

roca, para amortiguar el golpe se utiliza una tolva grande pararecibir el material.



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Alimentadores mecánicos o de placas reciprocantes: se usapara material procedente de bancos de grava. Muchas veces eproducto que los alimenta tiene algo de materialsuficientemente pequeño que no debe triturarse.



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Además del alimentador hay otros componentes en la plantacomo:

Separador: se usa en conjunto con el alimentador, puede seruna parrilla o rejilla estacionaria que se acciona con unmovimiento vibratorio. Su función es separar una parte delmaterial entre el alimentador y la trituradora primaria. Estoevita el paso de material muy grande que pudiera tapar latrituradora, y permiten desviar el material de menor tamañoque se ajuste a la trituradora mas pequeña.

Es común el uso de enrejado de barras como unidad separadora,igualmente espaciadas, paralelas e inclinadas, guiadas en ladirección de alimentación a la trituradora.



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Cribado y cribas

En todas las plantas o proceso de producción de agregados, se empleael cribado para separar, dirigir y controlar el flujo de material en elproceso. Existen dos propósitos principales:

1. Separar, quitar el material mas grande o mas pequeño en la plantade trituración.

2. Hacer una clasificación total, por tamaños, del material que seestá produciendo.


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Características de diseño de las cribas: normalmente son en



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Características de diseño de las cribas: normalmente son enalambres entretejidos, formando una malla con aberturasregulares entre los alambres adyacentes.

Hay tres tipos básicos de cribas para el procesamiento deagregados:

1. Cribas vibratorias inclinadas

2. Cribas horizontales mejoradas

3. Cribas giratorias



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1. Criba vibratoria inclinada: Tienen un plano inclinado pararecibir el material. Se de da vibración en dirección circular entorno a un eje perpendicular al plano de la criba.



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2. Criba horizontal mejorada: Es una versión moderna de laantigua criba de sacudimiento mejorando su efectividad, lacual se consigue por el movimiento de mayor velocidad concarrera mas corta.



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3. Criba giratoria: Consta de un tambor

grande de paredes perforada que tieneforma de un cilindro. El tambor giralentamente sobre su eje longitudinalinclinado. El material que se introducepor la parte superior del cilindro, se

mueve por el interior de éste hasta quepasa por las aberturas de la pared ohacia afuera, en el extremo inferior delcilindro.



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Diagrama de flujo de un proceso de producción de agregados



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Transportadores

Se utilizan para mover materiales horizontalmente, sobre planosinclinados, o verticalmente hacia arriba. Pueden sertransportadores de banda, de cangilones o de tornillo.

Transportadores de cangilones: consiste en una serie decangilones de tamaño y separación uniformes, agarrado a una

cadena o banda transportadora para servicio pesado. Es elúnico equipo que puede mover material verticalmente, ohacia arriba sobre una pendiente muy inclinada.



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Transportador de tornillo: muevematerial de consistencia fluida o granular,a través de una parte física enmovimiento, que trabaja con un impulsor.La forma de trabajo mas efectiva deltransportador de tornillo es horizontal ohacia abajo en pendiente.

Tiene dos inconvenientes importantes:puede atascarse cuando el material que

mueven forma terrones y hacen un ruidonotorio cuando trabajan con cojinetes queno son autolubricados.



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Transportadores de banda: su uso es más común para movermateriales de construcción. Trabajan en posición horizontal ytambién con cierta inclinación. Puede manejar materialgranular voluminosos y terrones solidos lo suficientementepequeños para que quepan y mantengan sobre la banda.

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