Luís Felipe Portillo Terán
Sergio M. Rodríguez Belmonte

RESUMEN

La necesidad de mejorar la calidad de las obras civiles en Cochabamba, ha motivado al laboratorio de Suelos, Hormigones y Asfaltos de UNIVALLE, a investigar los diversos yacimientos existentes en Cochabamba, a partir de la zona de Parotani, y siguiendo las cuencas hidrográficas que comprenden a las zonas de provisión de agregados de las localidades de Viloma, Llave, El Paso, Tolavi, Sacaba, Cliza y Punata. El presente artículo comprende la primera etapa del trabajo desarrollado en los ríos de Parotani y Viloma. El estudio de estos materiales, tiene la finalidad de determinar la calidad de los mismos, para recomendar su explotación en base al cumplimiento de normas internacionales como la ASTM y la AASHTO. El trabajo fue efectuado mediante recolección de muestras en calicatas a cielo abierto de 1.60 m largo X 0.80 ancho X 1.50 m de profundidad, haciendo un volumen total de 1.92 metros cúbicos, del cual se extrajo material para ser debidamente cuarteado, clasificado, pesado, y embolsado para su estudio en laboratorio. El trabajo también incluyó el levantamiento topográfico de la zona de estudio, con la utilización de una estación total y GPS. Los resultados muestran que comparando los yacimientos de los ríos Tapacari (Parotani) y el Viloma, los agregados del yacimiento del río Tapacarí son de mejor calidad, de acuerdo a la descripción macroscópica y ensayos realizados en laboratorio con relación al yacimiento de Viloma, considerando la gradación uniforme del agregado grueso.

Los agregados del yacimiento Tapacari dentro su producción, deben considerar un lavado mayor de finos, para eliminar la suciedad y entrar a la tolerancia máxima especificada por la ASTM. Respecto a la calidad para el uso de los agregados, fue constatado que entre estos dos yacimientos, se considera de mejor calidad el del río Tapacarí (Parotani) para la utilización en hormigones estructurales (Hormigón Armado), pavimento rígido, u otros. Finalmente, se recomienda utilizar los agregados gruesos (grava) de Viloma, en trabajos de albañilería y de hormigones pobres, y las arenas finas en el filler de la mezcla asfáltica (concreto asfáltico) para pavimento flexible.

INTRODUCCIÓN

Actualmente, en Cochabamba no se utiliza una tecnología adecuada para la explotación mesurada de las cuencas hidrológicas para el al aprovechamiento de los agregados, esto ocasiona desbordes y afecta al medio ambiente. Por este motivo, este estudio contribuye con insumos para comprender el fenómeno y clasificar los agregados de las diferentes cuencas del departamento, con el propósito de asesorar en la buena explotación de los materiales que constituyen el yacimiento.

OBJETIVO

El presente proyecto pretende valorar la calidad de los agregados extraídos de los yacimientos de los ríos Tapacarí (Parotani) y el Viloma, mediante una adecuada clasificación basada en las normas internacionales ASTM y la AASHTO.

CRONOGRAMA

El gráfico 1, muestra el cronograma del proyecto global, donde se establece el cronograma de estudio para los diferentes lugares donde se efectuaron y efectuarán las tomas de muestra.

Gráfico 1. Cronograma de prospección de yacimientos.

METODOLOGÍA

A) Metodología en campo

Fueron conformados 2 frentes de trabajo: el primero compuesto por 4 estudiantes distribuidos aguas arriba y abajo del camino de acceso (de 1 a 2 Km aproximadamente), para la excavación de calicatas a cielo abierto, y el segundo, una brigada de 6 estudiantes para realizar el levantamiento topográfico de la zona de estudio, con Estación Total y GPS.

Herramientas e implementos de Seguridad

Para realizar el trabajo de extracción y recolección de muestras, se utilizó el siguiente equipo de seguridad:

• Cascos

• Guantes de cuero y de algodón engomado

• Fue puesto a disposición un botiquín de primeros auxilios

Las herramientas de trabajo que se utilizaron fueron:

• Palas

• Picotas

• Carretillas

• Flexómetros de 5m

• Canastillo o Balde metálico

• Romana de hasta 50 Kg

• Alambre de amarre

• Tablero para las anotaciones

• Lona de 3 X 3 metros

• Bolsas para toma de muestras

• Listones para cuarteo

Equipo Topográfico:

• Estación Total SOKKIA con accesorios

• GPS navegador

• Handies

Excavación

Se excavaron los pozos (calicatas a cielo abierto) de 1.60 m largo X 0.80 ancho X 1.50 m de profundidad, haciendo un volumen total de 1.92 metros cúbicos, del cual se extrajo material para ser debidamente cuarteado, clasificado, pesado, y embolsado para su estudio en laboratorio.

Las herramientas que se utilizaron para excavar la calicata fueron 2 palas y una picota por grupo.

Selección de los materiales que conforman el yacimiento

Para tener una mayor descripción de los materiales que conforman el yacimiento, se vio por conveniente seleccionarlos de acuerdo a la siguiente clasificación manual, para cuantificar el volumen existente dentro del área de estudio:

• Bolones 20-40 cm.

• Piedra 10-20 cm.

• Piedra Manzana 5-10 cm.

• Grava y arena menores a 5 cm.

Cuarteo

Se procedió al cuarteo, que consiste en el proceso de reducir una muestra representativa, en una cantidad necesaria para realizar un determinado ensayo, esto quiere decir que se divide la muestra en dos o más partes, hasta llegar al tamaño o cantidad requerida.

Para realizar el cuarteo se utilizaron 2 listones de madera en forma de cruz y por encima una lona para dividir el material acopiado en cuatro partes, de las cuales se escogieron dos diagonales y se descartó las otras dos, para guardarlas en tres bolsas de 60 Kg. cada una, y trasladarlas al laboratorio.

La medida de los agregados en peso:

Este procedimiento se realizó varias veces, con el material extraído del pozo, para determinar la cantidad de materiales que tiene el pozo tomando en cuenta todos los a tamaños seleccionados.

RESULTADOS DE LA PROSPECCIÓN

El cuadro 1 muestra los resultados del fraccionamiento de las muestras:

B) Metodología en Laboratorio

Las muestras obtenidas fueron procesadas en el laboratorio de acuerdo a normas vigentes de la ASTM y se determinaron los siguientes ensayos:

Gradación de los agregados:

1. Objetivo

El objetivo de este ensayo es encontrar la distribución granulométrica por medio de los tamices con aberturas cuadradas.

2. Equipo

1. Juego de tamices

2. Horno de temperatura constante (110 ± 5°C)

3. Balanza con aproximación de 0,1 gr.

4. Brocha

5. Vibrador mecánico de tamices

Peso específico y absorción de los agregados

1. Objetivo

Este método de ensayo tuvo por objeto la determinación de los pesos específicos en la condición de saturado superficialmente seco , de los agregados grueso y fino, además del porcentaje de absorción (después de 24 horas sumergido en agua a la temperatura ambiente).

2. Equipo agregado grueso

Para el análisis del agregado grueso fueron utilizados:

• Una balanza con capacidad de 5 Kg. y sensible a 0.5 gr.

• Un cesto de alambre malla No. 4 de aproximadamente 20 cm. de diámetro y 20 cm. de altura.

• Un recipiente adecuado para sumergir el cesto de alambre en agua y un dispositivo adecuado para suspender el cesto de alambre del centro del platillo de la balanza.

3. Equipo de agregado fino

Para el análisis de agregado fino fueron utilizados:

• Una balanza con capacidad de 1 Kg. y sensible a 0,1 g.

• Un frasco volumétrico de 500 ml. de capacidad a 20 °C.

• Un molde cónico de metal de 1" de diámetro en la parte superior, 3 _ de diámetro en la base, y 2 7/8" de altura.

• Un apisonador de metal con un peso de 340 g (12 onzas) y base circular plana de 1" de diámetro.

Desgaste del agregado grueso – Máquina de los Ángeles

Se procedió al desgaste del agregado grueso en la Máquina de los Ángeles, cuyo objetivo, equipo y procedimiento se describen a continuación:

1. Objetivo

El índice de desgaste de un árido está relacionado con su resistencia a la abrasión por medio mecánicos y también con la capacidad resistente de los hormigones con él fabricados, cobra particular importancia en áridos empleados en hormigones de pavimentos. El método consiste en analizar granulométricamente un árido grueso, preparar una muestra de ensayo que se somete a abrasión en la máquina de Los Ángeles y expresar la pérdida de material o desgaste como el porcentaje de pérdida de masa de muestra con respecto a su masa inicial.

2. Equipo

• Máquina de desgaste "Los Ángeles", que consiste de un cilindro o tambor hueco de acero, cerrado en ambos extremos. Este cilindro tiene las siguientes dimensiones interiores: 711 ± 5 mm. de diámetro y 508 ± 5 mm. de largo. El tambor debe ser montado en forma adecuada y acoplado a un motor de 1 HP de potencia aproximadamente, en forma tal que el número de revoluciones del tambor sea de 30 a 33 revoluciones por minuto.

• Un juego de tamices de abertura cuadrada de la serie Standard Americana, de los siguientes tamaños: 1 _”, 1”, _”, _”, 3/8”, _” y No 4, 8, 12.

• Horno de temperatura constante a 110 ± 5°C.

• Balanza de 10 Kg. de capacidad aproximadamente y sensibilidad de 1 gr.

Solubilidad de los agregados

Por otra parte, se analizó la solubilidad de los agregados. A continuación, se menciona el objetivo, y los procedimientos de este tipo de ensayo:

1. Objetivo

Este método de ensayo estima la capacidad de los agregados de disolverse cuando están sujetos a las acciones climáticas en concretos y en otras aplicaciones. Esto es conseguido por repetidas inmersiones, en solución saturada de sulfatos de Sodio o Magnesio, seguidas por secado al horno hasta una deshidratación parcial o completa, en donde la sal se precipita en los espacios porosos permeables.

La fuerza de expansión interna, derivada de la rehidratación de la sal en la reinmersión, simula la expansión del agua en el enfriamiento.

Los valores para el porcentaje de pérdida permitido por este método, son usualmente diferentes para agregado grueso y fino.

El ensayo es generalmente más riguroso cuando es utilizado sulfato de magnesio, por lo tanto los límites permisibles para el porcentaje de pérdida cuando se usa sulfato de magnesio son más altos que los límites cuando se utiliza sulfato de sodio.

2. Equipo

1. Tamices con aberturas cuadradas para tamizar las muestras

2. Sulfato de sodio

3. Horno eléctrico

RESULTADOS

Los resultados de los análisis efectuados con las muestras de los yacimientos de los ríos Tapacarí y Viloma, son resumidos en el cuadro 2 y 3, presentados a continuación:

Cuadro 2. Resultados del análisis de las muestras de los ríos Tapacarí y Viloma.

CUADRO COMPARATIVO DE RESULTADOS Y ESPECIFICACIONES

CUADRO 3. CUADRO COMPARATIVO DE RESULTADOS Y ESPECIFICACIONES

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo al cuadro comparativo de resultados y especificaciones de estos dos yacimientos, se deduce que:

• Los agregados del yacimiento del río TapacarÍ son de mejor calidad, de acuerdo a la descripción macroscópica y ensayos realizados en laboratorio, con relación al yacimiento de Viloma, considerando la gradación uniforme del agregado grueso.

• Los agregados del yacimiento Tapacarí dentro su producción, deben considerar un lavado mayor de finos, para eliminar la suciedad y entrar a la tolerancia máxima especificada por la ASTM (ver cuadro).

• Entre estos dos yacimientos se considera de mejor calidad el del río TapacarÍ (Parotani) para la utilización de los agregados en hormigones estructurales (Hormigón Armado), pavimento rígido, y otros usos.

• Los agregados gruesos (grava) de Viloma, se recomienda utilizarlos en trabajos de albañilería y de hormigones pobres, y las arenas finas en el filler de la mezcla asfáltica (concreto asfáltico) para pavimento flexible.

El presente proyecto de investigación, será una herramienta útil para la comunidad cochabambina relacionada con la construcción, ya que dará información precisa de las características de los yacimientos de agregados más usados en la región, y así, con un mejor criterio de selección, mejorar la calidad de las obras civiles de Cochabamba.

Vale destacar que los resultados benefician a los profesionales de la construcción, así como a las empresas explotadoras de material, al mismo tiempo que refuerzan la formación académica de los estudiantes de ingeniería civil que participan en los estudios, quienes podrán aplicar sus conocimientos de aula, en el área de la investigación y la práctica de campo.

AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar sus agradecimientos a la Universidad del Valle, y a los alumnos de Ingeniería Civil y Arquitectura que participaron en el presente estudio.

BIBLIOGRAFÍA

• Guía de Prácticas de Laboratorio de Estructuras de Hormigón I – UNIVALLE.

• Archivo del presente Estudio de Investigación.