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RESUMEN

Esta investigación tiene como objetivo contribuir con el proyecto de mejoramiento del suelo con cal o cemento de la línea de investigación de vías y geotecnia del programa de ingeniería civil, con el que ha venido trabajando la universidad de Medellín en sus trabajos de grado, y nace de la necesidad de conocer el efecto de la erosión por escorrentía superficial en suelos estabilizados con los materiales ya mencionados, los cuales en ocasiones son usados como pavimento en vías y senderos peatonales. En este trabajo se determina el efecto de la estabilización con cal o cemento sobre la erodabilidad del suelo arenoso del stock de alta vista, elaborando muestras compactadas de dicha mezcla para luego ser sometidas a diferentes tiempos de curado y exposición directa al agua Con este trabajo de investigación se logró determinar el efecto de desgaste que tiene la exposición a la escorrentía superficial sobre la mezcla suelo- cemento o suelo- cal y la influencia del tiempo de curado en la resistencia de las muestras.

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TABLA DE CONTENIDO

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LISTA DE TABLAS 5 LISTA DE FIGURAS 6

1. INTRODUCCIÓN 7 2. LA EROSIÓN 9

2.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LOS MECANISMOS 10 DE EROSIÓN 2.1.1 La vegetación 10 2.1.2 Factores relacionados con la precipitación pluvial 10 2.1.3 Factores relacionados con el suelo 11 2.1.4 Factores relacionados con la pendiente 11

2.2 PROCESOS EROSIVOS DE LAS CORRIENTES DE 12 AGUA 2.2.1 Infiltración, almacenamiento y transporte 12 2.2.2 Flujo superficial 12 2.2.3 Flujo subsuperficial 12 2.2.4 Flujo en canales 12 2.2.5 Arrastre de sedimentos 12 2.2.6 Dispersión por lluvias 12 2.2.7 Movimiento de masas 13 2.2.8 Tubificación 13 2.2.9 Erosión laminar, en arroyuelos y en cárcavas 13

2.3 TIPOS MORFOLÓGICOS DE EROSIÓN 14

2.3.1 Gargantas de gran inclinación 14 2.3.2 Gargantas estructurales 14 2.3.3 Cárcavas 14 2.3.4 Cavernas o tubos 14 2.3.5 Ventanas 14 2.3.6 Rasgos de colapso 14 2.3.7 Rasgos de rompimiento y desintegración de 14

la superficie

3. COMPACTACIÓN 16

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3.1 FUNDAMENTOS DE LA COMPACTACIÓN 18 3.2 BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN 20 3.3 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS 21

3.3.1 Naturaleza de los materiales aptos para la 21 estabilización

3.3.2 Condiciones requeridas a los agentes 22 Estabilizantes

3.3.3 Mecanismos básicos de la estabilización 24 de los suelos

3.3.4 Estabilización granulométrica 26 3.3.5 Correcciones de mezclas defectuosas 27 3.3.6 Mezclado de los materiales 37 3.3.7 Humedecimiento 28

3.4 ESTABILIZACION DE SUELOS CON CAL 29

3.5 ESTABILIZACION DE SUELOS CON CEMENTO 33 3.6 ESTABILIZACIÓN DE SUELO EN NUESTRO PAÍS 35

3.7 INVESTIGACIONES RELACIONADAS CON LA 36

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

4. TRABAJO DE LABORATORIO 37

4.1 Materiales utilizados 37

4.2 Equipos 37 4.3 Preparación de especimenes 39 4.4 Descripción de la condición de curado 41

5. DATOS EXPERIMENTALES Y ANÁLISIS DE 43

RESULTADOS

5.1 Erosión de los suelos sin estabilizar 43

5.2 Erosión de los suelos estabilizados con cemento 45 5.3 Erosión de los suelos estabilizados con cal 46

6. CONCLUSIONES 49

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7. BIBLIOGRAFÍA 50

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LISTA DE TABLAS

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Tabla 1. Número de probetas para cada ensayo en 10 tipos 40 de pendiente

Tabla 2. Cuadro resumen de % de pérdidas para suelo sin 43

estabilizar.

Tabla 3. Cuadro resumen de % de pérdidas para suelo 45 estabilizado con cemento.

Tabla 4. Cuadro resumen de % de pérdidas para suelo 47 estabilizado con cal.

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Comportamiento típico de la compactación. 18 Figura 2. Vista transversal de las muestras en la rampa. 38 Figura 3. Forma de colocación de las probetas en la rampa. 38 Figura 4. Forma de graduación de las pendientes del canal. 39 Figura 5. Cuadro sinóptico que muestra la secuencia y 40

fabricación de las probetas.

Figura 6. Proceso de pesaje. 41 Figura 7. Muestras dentro de bolsa plástica hermética para 42

proceso de curado. Figura 8. Porcentajes de pérdidas para suelo sin estabilizante. 43 Figura 9. Porcentajes de pérdidas para suelo estabilizado con 45

cemento. Figura 10. Porcentajes de pérdidas para suelo estabilizado 47

con cemento.

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1. INTRODUCCIÓN

La erosión superficial es un proceso degenerativo de la superficie térrea que se manifiesta con grandes aportes de sedimentos, desplazamientos producidos por la formación de cárcavas y pérdida de la capacidad productiva del suelo. En la planeación y ejecución de vías en el país, se encuentran algunas limitaciones de tipo económico, ambiental y climático; lo cual ha llevado a establecer nuevas alternativas de construcción para las estructuras del pavimento. Una de estas alternativas es la estabilización de suelos con cal y cemento en sub- rasantes, sub- bases y bases. Estas permiten ahorrar el acarreo de material pétreo, ayuda a disminuir el impacto ambiental al no tener que eliminar el suelo que se encuentra in- situ y evita la explotación de canteras disminuyendo el deterioro del entorno paisajístico. Además de los anteriores beneficios, mejora las propiedades físicas y químicas del suelo, las cuales ayudan a la estructura de pavimento a soportar los fenómenos climáticos y las condiciones de tránsito. Con el fin de abarcar en el conocimiento sobre el control de la erosión, en Colombia al igual que en otros países se han desarrollado algunas tecnologías criollas, con muy poco análisis de laboratorio pero con una gran cantidad de ensayos de campo. Aunque estas tecnologías han tenido éxitos sorprendentes existen muy pocas guías publicadas que muestren efectividad y limitaciones de estos sistemas. El control de la erosión depende en gran parte de las condiciones geológicas, climáticas, topográficas y ambientales del sitio; por esto las prácticas que se realizaron con éxito en otros países, no necesariamente funcionan en el nuestro. (Suárez, 2001). Esta investigación tiene como objetivo contribuir con el proyecto de mejoramiento del suelo con cal o cemento y la línea de investigación de vías y geotecnia del programa de ingeniería civil con el que ha venido trabajando la universidad de Medellín en sus trabajos de grado; este proyecto nace de la necesidad de conocer el efecto de la erosión por escorrentía superficial en suelos estabilizados con los materiales ya mencionados, los cuales en ocasiones son usados como pavimento en vías y senderos peatonales. Dependiendo de la zona los suelos pueden presentar altas pendientes y se convierten en un problema cuando dichos suelos presentan bajas resistencias al estar bajo la acción de corrientes de agua. Adicionalmente la mezcla suelo cemento o suelo- cal constituye una alternativa económica para la construcción y mantenimiento a bajo costo para vías no pavimentadas de tipo terciarias.

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La investigación de este proyecto se realizó con un suelo residual del stock de altavista tipo ML inorgánico con un LL <50% y un PI <4%, y se decidió trabajar con este tipo de suelo debido a su facilidad de compactación en el campo. En este trabajo se determina el efecto de la estabilización con cal o cemento sobre la erodabilidad del suelo arenoso del stock de alta vista, elaborando muestras compactadas de dicha mezcla para luego ser sometidas a diferentes tiempos de curado y exposición directa al agua; con esto se logró determinar el efecto de desgaste que tiene la exposición a la escorrentía superficial sobre la mezcla suelo- cemento o suelo- cal y la influencia del tiempo de curado en la resistencia de las muestras. Se decidió estudiar la erosión superficial de los suelos, ya que actualmente esta tiene gran importancia, debido a que de esta puede depender el riesgo de introducir proyectos industriales o habitacionales en un lugar determinado, cuando existen posibilidades de que los suelos sean erosionados.

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2. LA EROSIÓN Según Appleby et al. (1996), la erosión es un fenómeno que comprende la separación, el transporte y el depósito de materiales que componen el suelo. Algunos de los elementos que causan erosión, denominados agentes erosivos son: el agua, el viento, el clima, las lluvias y las fuerzas de gravedad. El objetivo del estudio de la erosión es tener un diagnostico para resolver los problemas que se presentan en la ejecución de las obras civiles, adoptando medidas para conservar el suelo y evitar el agravamiento del problema. La erosión del suelo se debe, por un lado, a la erosión geológica o natural y por otro lado, a la producida por la remoción del suelo debida a las actividades del hombre; a esta última se le denomina erosión acelerada. Es así como en las regiones semiáridas las tasas de erosión son altas si las lluvias torrenciales son frecuentes; en las regiones áridas donde las precipitaciones pluviales son escasas, la erosión no es tan generalizada y las cantidades desprendidas de suelo son pequeñas; en cambio en las regiones húmedas la vegetación impide que las gotas de lluvia remuevan el suelo, pero la actividad del hombre hace que el suelo quede expuesto a la acción de las lluvias con tasas de erosión más altas que las de las regiones anteriormente mencionadas. A un nivel mas particular, el proceso erosivo se da de la siguiente manera: se inicia con la caída de las gotas de lluvia, las cuales sellan la superficie mediante los procesos de compactación superficial producidos por el impacto de las gotas y de fragmentación del suelo ocasionado por las salpicaduras; de esta manera disminuye la tasa de infiltración del suelo, la cual al ser sobrepasada, da origen a las escorrentías o flujos de agua, los cuales llevan consigo las partículas desprendidas. Cuando el flujo es relativamente rápido y tiene suficiente fuerza hidráulica es capaz de arrancar materiales del suelo, desgastando la superficie del terreno tallando en el rasgos característicos de erosión como surcos, arroyuelos, agujeros, cavernas, perforaciones, cárcavas y gargantas, los cuales se convierten en medios activos de transporte de material. (Giraldo et al., 1993)

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2.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN LOS MECANISMOS DE EROSIÓN Existen varios factores que intervienen en un proceso de erosión, los cuales pueden presentarse aislada y conjuntamente, estos factores son: la vegetación, lluvias, el suelo y la pendiente.

2.1.1 La vegetación: la vegetación es uno de los factores que tiene gran importancia para comprender el proceso de erosión de suelos, ya que una cubierta vegetal apropiada reduce la energía del impacto de las gotas de lluvia y aminora los efectos erosivos.

2.1.2 Factores relacionados con la precipitación pluvial

La energía cinética y la cantidad de movimiento: la energía cinética y la cantidad de movimiento son el fundamento básico de los índices de precipitación pluvial. A medida que el tamaño de las gotas de lluvia aumenta, su velocidad también aumenta, por consiguiente la cantidad de movimiento. La energía cinética de la lluvia es la energía del número total de gotas de lluvia, y se calcula a partir de la distribución del tamaño de gotas de lluvia para la intensidad registrada. Desprendimiento y dispersión de partículas: Es una consecuencia directa de la precipitación pluvial, porque cuando una gota de lluvia hace impacto en el suelo las partículas de suelo se esparcen y mientras mayor es la velocidad del impacto, mayor es la cantidad del suelo esparcido. Compactación superficial del suelo: Depende del impacto de las gotas de lluvia y de la dispersión del suelo. La compactación superficial sella la superficie con lo que se disminuye la tasa de infiltración del mismo. En el caso de suelos arcillosos una evidencia de ello es la formación de costras. Infiltración: Esta íntimamente relacionada con la compactación del suelo, porque se forman charcos de agua permanentes y por el fenómeno de coalescencia (fenómeno debido a la tensión superficial y por el cual las gotas de un liquido se unen para formar gotas mas grandes), se originan escurrimientos de agua.

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2.1.3 Factores relacionados con el suelo

Tipo de suelo: En los suelos arenosos el flujo laminar es un proceso muy efectivo para lograr erosión, en cambio para los suelos cohesivos resistentes a la erosión por flujo laminar, esta se manifiesta en surcos o cárcavas producidas por flujos turbulentos. (Giraldo et al., 1993)

Humedad inicial del suelo: El suelo que ya esta húmedo alcanza mas rápidamente su tasa de infiltración final. Con frecuencia la correlación entre la erosión y la cantidad de lluvia involucra este factor.

2.1.4 Factores relacionados con la pendiente

Angulo de la pendiente: Es un factor importante que influye en la erosión por fragmentación o por lavado laminar, porque a medida que el ángulo aumenta una mayor cantidad de suelo se esparce hacia abajo. No obstante, las relaciones del ángulo de pendiente respecto de la erosión laminar y por arroyuelos son equivocas; aunque en ecuaciones para estimar la perdida del suelo se supone que el ángulo de la pendiente es un factor importante para determinar el grado de erodabilidad.

Longitud de la pendiente: Se supone también que a medida que aumenta la longitud de la pendiente aumenta la erosión o esta se hace mas grave; sin embargo, las evidencias de los datos recogidos en parcelas de campo por Wishmeier (1965) (Citado por Appleby et al., 1996) en las cuales se tomaron longitudes de 30 y 200 m, parecen indicar lo contrario.

Forma de la pendiente: Se refiere a la forma que toma el terreno, es decir, si el relieve es ondulado, suavemente ondulado, o si las pendientes son cóncavas o convexas. Los suelos con alto índice de erosión son aquellos que se hallan en los campos que acumulan tierra procedente de la cuenca en el fondo del valle y donde la topografía es ondulada o suavemente ondulada. Los rasgos de erosión que presentan dichos paisajes ondulados son los surcos y cárcavas, debido a que la lluvia cae con suficiente intensidad para sobrepasar la tasa de infiltración y el agua permanece en las superficies de las laderas. Una vez excedida la capacidad de almacenamiento, el agua escurre rápidamente tallando los arroyuelos o cárcavas en los puntos donde se supera la velocidad crítica para flujo de turbulencia. (Appleby et al., 1996)

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2.2 PROCESOS EROSIVOS DE LAS CORRIENTES DE AGUA

En la erosión se pueden distinguir dos clases de fuerzas: fuerzas de arrastre y fuerzas de desplazamiento; y una fuerza que ofrece el suelo denominada resistencia de remoción. La erosión ocurre cuando las fuerzas de arrastre y transporte son superiores a las de remoción del suelo. 2.2.1 Infiltración, almacenamiento y transporte: Cuando el agua se acumula en la superficie, la penetración de la misma es muy alta, después esta penetración va descendiendo a una tasa constante denominada tasa de infiltración final. Si la intensidad de lluvias es mayor que la capacidad de infiltración, se produce entonces una acumulación de agua en exceso que puede conducir a un flujo superficial; esto significa que cualquier precipitación que supere la capacidad de almacenamiento del suelo produce un flujo superficial capaz de arrastrar sedimentos. 2.2.2 Flujo superficial: Es el flujo causante de la formación de surcos pequeños y arroyuelos. Está regulado por la intensidad de la lluvia y su duración; se altera por la caída de las gotas de lluvia; las cuales imparten impulso a la corriente de agua de manera que se pueda pasar de un flujo laminar a uno turbulento, agravándose así el problema de la erosión. 2.2.3 Flujo subsuperficial: Contribuye a la generación de cárcavas y remoción en masa; es un medio activo de arrastre y transporte de partículas finas. Este flujo puede actuar bajo la cobertura vegetal; puede ser causado por las aguas de infiltración que contribuyen a la tubificación o erosión interna. (Giraldo et al., 1993) 2.2.4 Flujo en canales: Es el que se presenta en arroyos y cárcavas, en los cuales es rápido y le acompaña una gran producción de sedimentos. 2.2.5 Arrastre de sedimentos: Se produce por salpicadura, desprendimiento por el agua, fallas de la masa del terreno, por excavaciones hechas por los animales y por actividades del hombre. Los procesos actúan sobre un estrato que puede ser un suelo débilmente consolidado o un suelo residual producto del intemperismo. Este es un proceso dinámico, ya que puede alterarse por una tormenta, en un cambio de estación o por las actividades del hombre. 2.2.6 Dispersión por lluvias: Es la que ocurre como resultado de las fuerzas de impacto de las gotas de lluvia, los cálculos de la energía de la lluvia dependen de la distribución de los tamaños de las gotas, de la velocidad terminal y de la intensidad de precipitación. Las gotas de lluvia aumentan el potencial de transporte de la corriente de agua levantando las partículas

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desprendidas por el flujo, de manera que la erosión será mayor donde este presente una película delgada de agua.

2.2.7 Movimiento de masas: Son especialmente importantes en la formación de cárcavas. En los sedimentos no cohesivos, la incisión rápida por las cárcavas se puede forzar por el influjo de sedimentos gruesos, de manera que las pendientes se mantengan en el ángulo de corte residual asociado con el material. En los sedimentos cohesivos las cárcavas tienden a formar barrancos en laderas empinadas en donde se puede llegar a las fallas en las lajas. En regiones de alto relieve el proceso conduce a la formación de fallas muy asentadas, en donde pueden intervenir grandes masas rocosas y colinas enteras. 2.2.8 Tubificación: Son grandes canales abiertos subsuperficiales y cuyo diámetro puede alcanzar varios metros; ocurren en varios climas, aunque son mas comunes en tierras secas porque allí se aprecian con claridad. 2.2.9 Erosión laminar, en arroyuelos y en cárcavas

Erosión laminar: Se produce una remoción más o menos uniforme del nivel u horizonte superficial (esto ocurre cuando la intensidad de la lluvia supera la capacidad de infiltración del terreno, la cual genera una arroyada superficial). Se produce un arrastre de partículas finas de suelo por láminas de agua o redes de surcos muy pequeños. Se localiza en zonas con pendientes y climas variados, con lluvias intensas o lluvias largas con o sin presencia de vegetación.

Erosión en surcos: Si las arroyadas se concentran, se abren pequeñas incisiones que producen una erosión en surcos de tamaños centimétricos, mas o menos paralelos. Se localiza en zonas o áreas de pendientes variadas y climas secos, con una cobertura escasa.

Erosión en cárcavas: Es una erosión en surcos más intensa debido a que las incisiones pueden llegar a ser de orden métrico; las cárcavas se producen debido al flujo turbulento. Las cárcavas se caracterizan porque se desarrollan hasta el grado de que no pueden ser eliminadas y son difíciles de controlar. (Giraldo et al., 1993)

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2.3 TIPOS MORFOLÓGICOS DE EROSIÓN

2.3.1 Gargantas de gran inclinación: Son rasgos paralelos longitudinales, de poca profundidad (del orden de los decímetros), que se repiten a lo largo del talud con mucha frecuencia. De acuerdo a su sección transversal pueden ser:

De borde: Sus límites y riberas son muy bien definidas.

Redondeadas: Sección más o menos circular. 2.3.2 Gargantas estructurales: Son rasgos no paralelos ni repetitivos, de pequeña profundidad. Surgen como consecuencia de la esquistosidad, discontinuidades, fallas y estratificación. Sus lechos son evidencias de remoción de material causadas por los flujos de agua. 2.3.3 Cárcavas: Son de forma similar a las gargantas pero de mayor profundidad. Se caracterizan por los altos niveles de actividad dinámica, por las cuales se remueve gran cantidad de material. Las cárcavas son perturbaciones que crecen hasta tal punto que su formación queda inhibida por la competencia con otras cárcavas por espacio o por exceso de producción de sedimentos. 2.3.4 Cavernas o tubos: Es un vacío con eje vertical o subvertical elongado, de sección transversal aproximadamente circular, la cual se comunica a la superficie con una abertura. 2.3.5 Ventanas: Es una depresión muy bien definida en sus contornos. De variadas formas (circular, cuadrada, lenticular, irregular, etc) contiene suelo de alta inestabilidad superficial y de fácil remoción. 2.3.6 Rasgos de colapso: Son depresiones las cuales referidas a la superficie original de corte, hacen un ángulo muy bien definido con la superficie actual. El ángulo se forma en el plano de contacto entre ambas superficies y generalmente es de 90 grados. El contacto también puede ser irregular y los planos seguir diferentes rumbos.

2.3.7 Rasgos de rompimiento y desintegración de la superficie: Se caracterizan por la remoción de materiales pertenecientes a los siguientes tipos de suelos:

Granos de arena: Dan como resultado superficies lisas a lo largo de las fracturas.

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Partículas de tamaño menor de un milímetro: Dan como resultado una superficie rugosa, típica de arcillas lateríticas con remoción intensa de material a lo largo de las grietas.

Partículas de tamaño medio con diámetros mayores a 5 milímetros: Constituyen bloques de agregados. Su remoción produce superficies muy rugosas y rayadas. (Appleby et al., 1996)

Material limoso: Se desarrollan grietas muy típicas de arcillas saprolíticas expansivas por efecto de los procesos de desecación de la arcilla a temperaturas elevadas. (Appleby et al., 1996)

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3. COMPACTACIÓN

Se entiende por compactación de los suelos el mejoramiento artificial de sus propiedades mecánicas por medios mecánicos. En este el peso específico del material crece gradualmente bajo la acción de sobrecargas impuestas que provocan expulsión de agua por un proceso de difusión; el proceso también involucra disminución de volumen. La importancia de la compactación de los suelos estriba en el aumento de resistencia y disminución de capacidad de deformación que se obtienen al sujetar el suelo a técnicas convenientes que aumenten su peso específico seco, disminuyendo sus vacíos. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas de presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. Los métodos usados para la compactación de los suelos dependen del tipo de los materiales con los que se trabaje en cada caso, los materiales puramente friccionantes, como la arena, se compactan eficientemente por métodos vibratorios, en tanto que en los suelos plásticos el procedimiento de carga estática resulta el más ventajoso. (Juárez, 2005) En una arena, por lo menos el 80% de la disminución de volumen ocurre en forma prácticamente instantánea. El resto del decremento volumétrico ocurre ya a lo largo del tiempo, a causa del retardo producido por la fricción entre las partículas; este decremento tiene lugar a una velocidad rápidamente decreciente. Si los vacíos de la arena están llenos de agua o si la masa comprimida es grande, la deformación volumétrica “instantánea” puede requerir también algún tiempo, debido a la dificultad que el agua encuentra para fluir, especialmente en canales angostos. Cuanto menores sean los vacíos del suelo y más largas sean las trayectorias de filtración del agua, es decir, cuanto mayor sea el espesor del estrato de suelo comprimido, se necesitará más tiempo para que el agua sea expulsada, progresando el proceso de consolidación. La parte de la consolidación unidimensional debida a dificultades en el desalojamiento del agua se llama efecto primario o consolidación primaria, en tanto que el efecto secundario o consolidación secundaria es para algunos investiga dores, la parte de la consolidación debida esencialmente al retardo del proceso por fricción remanente entre las partículas. Si en lugar de arenas finas, se sujetan a la prueba de consolidación unidimensional materiales de forma laminar, como escamas de mica, por ejemplo, se observarán cambios de volumen mucho más acentuados y mezclando diversos porcentajes de arenas finas y escamas de mica, se

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obtendrán compuestos de diferentes grados intermedios de compresibilidad. Las curvas de compresibilidad de estas mezclas son de características similares a las que se encuentran en laboratorio para arcillas y otros suelos finos. Esta alta compresibilidad de las mezclas mencionadas es debida, sobre todo, a la deformación conjunta de las partículas laminares. (Juárez, 2005)

De entre todos los factores que influyen en la compactación obtenida en un caso dado, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica empleada en dicho proceso. Por energía específica se entiende la energía de compactación suministrada al suelo por unidad de volumen. (Juárez, 2005)

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3.1 FUNDAMENTOS DE LA COMPACTACIÓN Se denomina compactación de suelos al proceso mecánico por el cual se busca mejorar las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo-deformación de los mismos; por lo general el proceso implica una reducción más o menos rápida en los vacíos, que traen en el suelo cambios de volumen de importancia, fundamentalmente ligados a pérdida de volumen de aire, pues por lo general no se expulsa agua de los huecos durante el proceso de compactación. No todo el aire sale del suelo, por la condición de un suelo compactado es la de un suelo parcialmente saturado. En los fundamentos de la compactación, se reconoce que el agua juega un papel importante, especialmente en suelos finos. Es así como existe un contenido de humedad óptima (Wop), para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen, es decir, un peso específico seco máximo (الmax). En la figura numero 1 se aprecia el comportamiento típico de un suelo compactado. Para bajos contenidos de humedad, el agua está en forma capilar produciendo compresiones entre las partículas constituyentes del suelo, lo cual tiende a la formación de grumos difícilmente desintegrables que dificultan la compactación.

Figura 1. Comportamiento típico de la compactación.

El aumento del contenido de humedad hace disminuir esta tensión capilar en el agua, haciendo que una misma energía de compactación produzca mejores

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resultados. Si el agua es tal que se tienen parte importante de los vacíos llenos de agua, esta dificulta el desplazamiento de las partículas de suelo produciendo una disminución en la eficiencia de la compactación. Por esta razón se habla de una humedad óptima, para el cual el proceso de compactación dará un peso máximo de suelo por unidad de volumen. La eficiencia de cualquier equipo de compactación depende de varios factores y para poder analizar la influencia particular de cada uno, se requiere disponer de procedimientos estandarizados que reproduzcan en laboratorio la compactación que se puede obtener in situ con el equipo disponible. De entre todos los factores que influyen en la compactación, podría decirse que dos son los más importantes: el contenido de agua del suelo, antes de iniciarse el proceso de compactación y la energía específica, empleada en dicho proceso. El objetivo principal de la compactación es obtener un suelo estructurado de tal manera que posea y mantenga un comportamiento mecánico adecuado a través de toda la vida útil de la obra. Las propiedades requeridas pueden variar de caso a caso, pero la resistencia, la compresibilidad y una adecuada relación esfuerzo- deformación figuran entre aquellas cuyo mejoramiento se busca siempre; es menos frecuente, aunque a veces no menos importante, que también se compacte para obtener unas características idóneas de permeabilidad y flexibilidad. Por lo general, las técnicas de compactación se aplican a rellenos artificiales, tales como cortinas para presas de tierra, diques, terraplenes para caminos y ferrocarriles, bordos de defensa, muelles, pavimentos, etc. En ocasiones se hace necesario compactar el terreno natural, como en el caso de cimentaciones sobre arenas sueltas. Así, la compactación de suelos es, ante todo, un problema constructivo, de campo. (Tomado de trabajo de grado “Aporte al entendimiento del efecto de la energía de compactación sobre el comportamiento mecánico de mezclas de suelo cal” por Villa y Preciado, 2006)

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3.2 BENEFICIOS DE LA COMPACTACIÓN

Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debidas a que las partículas mismas que soportan mejor.

Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.

Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.

Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado seria el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.

Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

El índice de plasticidad del material (IP): Decrece considerablemente debido en la mayoría de los casos al aumento en el limite plástico (LP) y la disminución del limite liquido (LL).

Aumento en la proporción suelo-cal: Incrementa resistencias hasta un punto crítico. Esta máxima resistencia se reduce si el porcentaje de cal aumenta.

En la gran mayoría de los suelos la adición de cal produce disminución de la máxima densidad seca comparada con la obtenida con el suelo sin tratar

La cal tiene poco efecto en suelos muy orgánicos o en suelos sin arcilla: Tiene su máximo efecto en las gravas arcillosas, en las que puede producir mezclas inclusive más resistentes que las que se obtendrían estabilizando con cemento (Estrada y Ortiz, 1978), en las gravas limosas también se obtienen buenos resultados (Gómez et al, 2004).

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3.3 ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

La mezcla de cal y materiales puzolánicos al efecto de formar sustancias cementantes fue practicada desde tiempo inmemorial precede al comienzo de nuestra historia. Se cree que una de sus primeras aplicaciones es la construcción de las pirámides de Shensi, en las regiones del Tibet; estas pirámides son mucho más grandes y antiguas que las egipcias y se construyeron con mezclas compactadas de arcilla y cal. Muy poco se conoce de ellas, excepto su edad posible unos 5000 años. China e India también han utilizado cal en diferentes trabajos o través de su frondosa historia. Los chinos han estabilizado gravas arcillosas para las fundaciones masivas de puentes y cámaras subterráneas. Ingenieros de la India historian su uso como morteros de cal, arcilla y arena para la construcción de altos diques de mampostería. El uso de cal en las sub-bases de las vías romanas se remonta a más de 2000 años, aunque su aplicación ha existido en la región mucho antes de la construcción de tales caminos. Otros países han continuado tales prácticas hasta la actualidad. Un punto de interés a recalcar es que en casi todos los casos fue y es aún un arte, transmitido de padres a hijos. Por esta razón no han existido antecedentes, especificaciones o métodos escritos que pudieran ser aplicados a su moderno uso, de a que se requiera considerable experiencia en ensayos y procedimientos constructivos antes de su aplicación en los tiempos modernos y con las maquinarias actuales. Estas técnicas deben cubrir aspectos del mezclado, compactación y curado aparte de su dosificación y diseño estructural. (Dorfman, 1988)

En todos los casos el objetivo primario es aumentar la estabilidad de ciertas sub-rasantes, no muy aptas para la fundación de una estructura vial, o la estabilidad y durabilidad de algunos materiales para bases y sub-bases flexibles, por el agregado y mezclado de pequeños porcentajes de cal seguidos de una apropiada densificación y un curado efectivo. 3.3.1 Naturaleza de los materiales aptos para la estabilización Los enormes aumentos en peso y volumen de tránsito, conjuntamente con el progresivo agotamiento de las fuentes naturales de materiales de alta calidad para estructuras de pavimentos flexibles durante los últimos 15 años, han orientado la atención hacia los diversos tipos de estabilización. De ellos se destacan, la estabilización granular, con cemento, bituminosa y con cal. En muchas regiones donde el agotamiento de materiales locales es inevitable,

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estos tipos de estabilización serán sin lugar a dudas un factor de importancia para la economía de la construcción vial. (Dorfman, 1988)

Como en la mayoría de los métodos de estabilización, este tratamiento no es infalible, y si se quiere esperar un buen comportamiento de los materiales mezclados deben seguir lógicamente algunas reglas de diseño y construcción. En términos de materiales viales, todo tipo de suelo de sub-rasante o material para base o sub-base flexible será adecuadamente estabilizado con cal si ésta desarrolla suficiente resistencia y estabilidad y si el mejoramiento puede lograrse con una cantidad económica de cal. No se persigue que las mezclas desarrollen la resistencia similar a un hormigón si no solamente que su resistencia y sus otras características relativas a la estabilidad y durabilidad sean suficientes para el uso propuesto. Estas características deben ser evaluadas por medio de ensayos físicos sobre mezclas idénticas a las que se usarán en obra. (Dorfman, 1988)

3.3.2 Condiciones requeridas a los agentes estabilizantes

El problema práctico común que se plantea al técnico dedicado a la estabilización de suelos es establecer si alguno de los métodos de estabilización conocidos constituye una solución efectiva y racional para su caso particular con ventaja económica sobre las otras Para ello debe, en primer término, sentar un criterio que oriente sobre cuáles pueden ser los métodos de estabilización a ensayar, comenzando por la selección de los posibles agentes estabilizantes. Deberá tener en cuenta que los agentes estabilizantes deben necesariamente reunir las siguientes condiciones:

a- Ser productos asequibles en grandes cantidades con calidad constante y en lo posible normalizada. Algunos son producidos industrialmente por la industria local (cemento Pórtland, betunes asfálticos); otros acusan deficiencias de normalización como en el caso de las cales y otros, como las resinas naturales o sintéticas, son productos de importación. El uso de subproductos de la industria tales como el “licor negro de lignina” derivado de la industria papelera o las “cenizas volantes” de las plantas térmicas de energía que queman carbón, son residuos que deben ser provistos con aceptable constancia de propiedades como para hacer posible su utilización en la estabilización efectiva de los suelos. Lo expresado muestra que la elección de los agentes de posible utilización es un problema local y con este criterio debe ser encarado.

b - La acción estabilizante debe tener razonable permanencia avalada por experiencia o información previa, es decir buena durabilidad en las condiciones de trabajo. Por otra parte las características del suelo estabilizado deben ser

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compatibles con las de las otras capas de la estructura a las que debe unirse sólidamente para que exista la unidad estructural. (Tomado de trabajo de grado “Análisis del comportamiento estático de un suelo tipo granular adicionado con cal” por Carmen Elena López Cuartas – José Hernán Álvarez Valencia)

c – Ser de bajo precio, entendiendo como tal al producto: precio por unidad de peso x porcentaje requerido estimado para la estabilización satisfactoria.

d - No presentar problemas serios de almacenaje, transporte, acción tóxica o corrosiva para el equipo constructivo.

e- Tener presente si la técnica constructiva de cada proceso en las etapas de distribución, mezclado uniforme, compactación y curado, es posible de cumplir en el caso particular tratado y su incidencia en el costo, dado que la rapidez y facilidad constructivas pueden compensar diferencias de precio juzgadas según lo dicho en c-, y la calidad final dependerá en buena parte de la eficiencia del equipo utilizado. Existe cierta tendencia de los hombres de laboratorio a no tomar en cuenta este punto pese a que la experiencia práctica lo ha demostrado. Como ejemplo mencionamos los inconvenientes constructivos en la estabilización de suelos con emulsiones bituminosas, que exigen elevados porcentajes de agua para lograr una mezcla uniforme y en consecuencia un secado previo a la compactación que entorpece las operaciones constructivas. Paralelamente es bien conocida la mayor compactación que exigen ciertos suelo-cementos para lograr adecuada densificación; la necesidad de lograr en la obra suficiente uniformidad de mezclado para que el material usado tenga las mismas características que el de los ensayos de laboratorio y disponer las operaciones constructivas en forma tal que la compactación se logre antes del comienzo del fraguado. (Dorfman, 1988)

Los primeros agentes estabilizantes, considerados clásicos el cemento Pórtland, la cal y los betunes asfálticos en sus distintos tipos. Durante las dos últimas décadas mucho se ha investigado, particularmente en los Estados Unidos de Norteamérica sobre la utilización de otros agentes químicos obteniéndose notables resultados de orden científico. Sin embargo hasta el presente su aplicación es restringida a aquellos casos particulares donde el factor costo no es el primordial, tal como la estabilización con propósitos de construcciones militares, que plantean juegos de exigencias distintos que en las obras civiles. En el caso común del factor costo, comparativamente con los agentes convencionales mencionados, resulta antieconómico por el elevado precio por unidad de peso, que obliga a su uso en proporciones muy pequeñas para competir con aquellos, o con soluciones basadas en el empleo de material granular (rocas trituradas, granos, arenas) que permitan obtener mezclas estabilizadas granulométricamente, u otros materiales naturales adecuados.

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Las investigaciones realizadas han permitido el conocimiento y empleo de agentes secundarios que mejoran la eficiencia del cemento, de la cal y los betunes asfálticos aún en proporciones pequeñas. Mencionaremos algunos de ellos:

- El uso de cloruro de calcio y cal en la estabilización de suelos que se

comportan anormalmente en el proceso suelo cemento. - El empleo de soda cáustica y sales sódicas para reducir el porcentaje de

cemento necesario para la estabilización. - El empleo simultáneo de cemento y sustancias hidrófugas que incrementan

la impermeabilidad.

- El uso simultáneo de mejoradores de los suelos (cal, sales metálicas, compuestos de amonio cuaternarios, etc.) con la estabilización bituminosa.

La utilización de aditivos mejoradores de adherencia y asfaltos dotados particularmente con a catiónicos para mejorar la resistencia al agua, permitir más fácil mezclado uniforme y con menores contenidos de agua en los suelos finos y en el caso de los suelos granulares su empleo al estado húmedo. (Tomado de trabajo de grado “Análisis del comportamiento estático de un suelo tipo granular adicionado con cal” por Carmen Elena López Cuartas – José Hernán Álvarez Valencia)

3.3.3 Mecanismos básicos de la estabilización de los suelos

Los mecanismos con los cuales los agentes estabilizantes modifican favorablemente las propiedades de los suelos, son complejos y muchos los factores que los determinan; por ello no puede esperarse, en el estado actual de los conocimientos, su completo entendimiento. Sólo puede intentarse una sistematización primaria y necesariamente simplificada.

En primer término debe separarse la estabilización de los suelos granulares de los cohesivos, aceptando como límite de separación por la clasificación del Highway Research Board (1945) adoptada posteriormente por la AASHO con la designación M-145-49, que considera como granulares a los suelos con menos del 35 % que pasa la malla (N° 200) y baja plasticidad. El sentido físico de estos límites es que en los suelos granulares existe un esqueleto interno por los granos de mayor tamaño que están en contacto directo uno con otro y en los suelos más granulares existe entrecruzamiento o “interlocking” entre ellos. La fracción fina es poco activa y actúa fundamentalmente como “filler” o relleno de los espacios entre las partículas mayores. (Dorfman, 1988)

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Los procesos predominantes del cambio de las propiedades del suelo original por influencia del agente estabilizador pueden clasificarse en tres grupos:

1- Cambios físicos químicos que modifican el suelo original como por ejemplo

el intercambio de cationes que se produce en la fracción arcillosa. El tratamiento directo con cal o bien por la acción de la cal liberada por el cemento Pórtland al fraguar la influencia de sales de metales polivalentes (hierro, cobre, aluminio, etc.) o la de los cationes amono cuaternarios de alto peso molecular, determina un intercambio con los cationes naturales de la fracción arcillosa que modifica profundamente su plasticidad, retención de agua, cambios volumen por secado y humedecimiento y la adherencia frente a los ligantes bituminosos.

2- Cambios químicos en el agente estabilizante (fraguado del cemento,

carbonatación de la cal, polimerización de resinas sintéticas, etc.) o bien entre el agente estabilizante y los minerales componentes del suelo (suelo-cemento, acción del ácido fosfórico sobre la arcilla, formación de compuestos puzolánicos entre la cal y la sílice activa del suelo, etc.) determinan una unión entre las partículas resistentes a la acción del agua esta acción cementante da origen a una matriz o estructura interna rígida o semi-rígida que determina el comportamiento bajo cargas. Los poros de esta matriz están ocupados por agua y aire, el material puede no ser impermeable pero el hinchamiento está limitado por la resistencia de la matriz a los esfuerzos internos que aquel que determina.

3- Cambios físicos que impermeabilizan en cierto grado al suelo tratado en

forma tal que la succión de agua es reducida y el suelo se conserva con bajo contenido de humedad en el cual su resistencia a la acción de las cargas es adecuada. Corresponde a este tipo la estabilización con asfaltos diluidos y emulsiones asfálticas empleada con suelos cohesivos, la impermeabilización con repelentes como las siliconas u otros agentes hidrófugos; la impermeabilización rodeando al suelo con membranas asfálticas de varios milímetros de espesor, etcétera.

La superposición de estos mecanismos es el caso más común bien por acción de un solo agente estabilizante o por la acción simultánea de dos o más agentes. Por ejemplo, la cal actúa por intercambio de cationes, acción cementante directa e indirecta gracias a la lenta formación de compuestos de tipo puzolánico al reaccionar con ciertas arcillas u otros materiales agregados como las “cenizas volantes”. Si se combina la cal con un agente bituminoso se agrega una impermeabilización que eleva notablemente la resistencia a la succión de agua. En otros casos se combinan varios efectos, como el proceso de estabilización denominado ‘wen sand mix” donde actúan simultáneamente tres agentes: cal, betún asfáltico y aditivo ácido, dando como resultado la

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formación de una cierta estructura o matriz, impermeabilidad cohesión viscosa, inactivación de los finos presentes y incremento de la adherencia, que eleva la resistencia a la acción disgregante del agua. (Tomado de trabajo de grado “Aporte a la evaluación del efecto de la humedad de curado sobre el comportamiento mecánico de mezclas de suelo cal en probetas de pequeña dimensión” por Palacios y Vélez, 2006) En todos los procesos de estabilización donde existe la formación de una estructura o matriz cementada con cierta rigidez es necesario distinguir la estabilización propiamente dicha de la corrección de los suelos. En la primera, la compactación del sistema suelo-agua-agente estabilizante se realiza antes del desarrollo de la matriz cementante; en la segunda no interesa la influencia de esta matriz sino los cambios de propiedades sin contar la acción de la misma, Tal es el caso de la diferenciación del material estructural “suelo-cemento” compactado antes de haber transcurrido dos horas a partir de la operación de mezclado del “suelo corregido con cemento” donde se busca solamente la reducción de la plasticidad y de los cambios de volumen, procesos que logrados elevan la calidad de un suelo dado. (Dorfman, 1988)

3.3.4 Estabilización granulométrica Es la más difundida y ampliamente conocida en el país. Alrededor del año 1930 los Estados Unidos de Norte América, por efecto de la crisis mundial, vieron disminuidos notablemente sus recursos para la construcción de carreteras; esto trajo como consecuencia una política de cuidadosa reserva en los gastos tanto en construcción como de conservación de carreteras, descartándose de los planes viales. Los pavimentos de tipo superior (hormigón, concreto asfáltico, etc.) estudiándose a fondo el problema de la conservación de los caminos de su red. Se observaron entonces cuidadosamente diferentes tramos de estos caminos, y como resultado de esas observaciones, se llegó a la conclusión que algunas secciones conservaban su estabilidad bajo la acción del tránsito sin desgastarse en épocas de sequía, ni ablandarse por la acción combinada de ese tránsito y las lluvias. En esencia las condiciones que debe reunir una base estabilizada son: una granulometría determinada para el material que la constituye y características de plasticidad de las partes finas de ese material. Por esta razón suele de nominarse a este tipo de estabilización “con ligante arcilla-agua”. Un suelo estabilizado puede utilizarse como un revestimiento que soporte directamente los efectos del tránsito sobre su superficie; como base de tratamientos bituminosos superficiales destinados a preservarlas de la humedad y del efecto abrasivo de las ruedas neumáticas o finalmente como

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una base para ser cubierta por pavimentos espesos que distribuirán las cargas y soportarán la acción de desgaste de los vehículos. En todos los casos se tratará de una mezcla bien gradada de grava, arena, limo y arcilla, la que compactada alcanzará su máxima densidad. Dentro de esta mezcla las partículas más gruesas suministran fricción y resistencia al impacto, las intermedias acuñamiento de la estructura y las más finas el sostén de delgadas películas de agua, que desarrollan una fuerte cohesión. Para la mezcla tipo “Standard”. (Tomado de trabajo de grado “Análisis del comportamiento estático de un suelo tipo granular adicionado con cal” por López y Álvarez, 2006)

3.3.5 Correcciones de mezclas defectuosas En el momento en que la mezcla se encuentra ya preparada se toman muestras y se efectúan los ensayos de granulometría y plasticidad; puede resultar entonces que éstas o algunas de ellas, no cumplan con la especificación. Si un análisis muestra que una mezcla es defectuosa, se sabe en que sentido debe hacerse la corrección, pero, desde el punto de vista práctico es inadmisible por lo costoso, y a veces imposible, efectuar un zarandeo en el camino que elimine materiales inconvenientes. Se puede extraer una cierta porción de mezcla preparada tal como ella se encuentra y agregar una mezcla correctora, compuesta de modo, e incluida en tal cantidad, que el conjunto cumpla la especificación. (Dorfman, 1988) 3.3.6 Mezclado de los materiales Los materiales componentes de la base estabilizada serán mezclados en forma uniforme. Con tal objeto podrá utilizarse cualquier equipo o método que se juzgue conveniente, siempre que se obtenga definitivamente un producto que cumpla las condiciones especificadas. Deberá cuidarse de no incorporar durante las operaciones de mezclado, material proveniente de la sub-rasante. El tiempo de mezclado es función de la humedad propia de la mezcla, demorando más la operación cuanto mayor sea esta. Cuando se utilice para la ejecución del mezclado, moto- niveladora o niveladora con tractor, la operación se efectuará llevando el material acoplado en una de las banquinas, mediante una serie de cortes con la cuchilla de la máquina, a la otra banquina y luego con el mismo procedimiento al centro de la calzada.

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En las zonas lluviosas, donde pueden producirse ablandamientos de la sub-rasante, se llevará el material del centro de la calzada a la banquina de origen. Para determinar si el mezclado es correcto se harán controles dé granulometría de muestras extraídas de cada lado de una misma sección. Es criterio adoptado, el de considerar aceptable una mezcla, cuando las muestras parciales analizadas con dicho objeto, respondiendo a la granulometría especificada no tengan diferencias mayores de 4% en el porcentaje del material retenido en el tamiz N° 200 (0,074 mm). La granulometría de una muestra extraída, como comúnmente se hace, por cuarteo, sólo da idea de la proporción en que participa cada material y no garantiza la uniformidad del mezclado. (Dorfman, 1988) 3.3.7 Humedecimiento Es condición indispensable los materiales mezclados esté bien alineado y su sección transversal de forma geométrica bien regular para que las capas de mezcla a humedecer resulten de espesores uniformes. De otro modo, se obtendrían capas de espesores y anchos variables, que al ser les aplicadas cantidades equivalentes de agua, daría lugar a un desequilibrio de la humedad de la mezcla. Se conocerán las características de los camiones regadores en cuanto a su capacidad y tiempo de descarga. El agua deberá aplicarse con rigurosa uniformidad. Si la humedad por causas climáticas o riegos excesivos estuviese fuera de la óptima (ensayo Proctor) admitida, se efectuarán acciones hasta reducirla al límite necesario considerando las perdidas por evaporación; en caso de faltar humedad se efectuarán riegos adicionales durante el proceso de distribución. Generalmente el riego de los camiones regadores se efectúa por acción gravitatoria y colmada la capacidad del tanque regador, se obtienen riegos máximos por unidad de superficie, siendo constante la velocidad debido a la mayor presión que origina el volumen total de agua, los que van disminuyendo, proporcionalmente a la pérdida de carga. Los camiones regadores deberán haber adquirido previamente a la iniciación de los riegos la velocidad de régimen, pues una menor velocidad inicial, originaría una aplicación de humedad mayor por unidad de superficie. (Tomado de trabajo de grado “Análisis del comportamiento estático de un suelo tipo granular adicionado con cal” por López y Álvarez, 2006)

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3.4 ESTABILIZACION DE SUELOS CON CAL

En la moderna construcción de carreteras, el ingeniero vial tiene como premisa fundamental el producir mejores caminos a más bajos costos. Para ello ha ensayado diversas soluciones con éxito variable, y entre ellas la estabilización o corrección de suelos. A esto ha contribuido notoriamente el progresivo agotamiento de las fuentes naturales de materiales de alta calidad para estructuras de pavimentos y los altos costos del transporte de los materiales pétreos comerciales. La técnica se ha orientado especialmente hacia algunos métodos de estabilización que se destacan notablemente de los otros: estabilización granulométrica, con cemento, bituminosa y con cal. Cada uno de ellos ha arrojado resultados satisfactorios y su aplicación y adaptabilidad han sido estudiados cuidadosamente en cada caso particular y si sus resultados han sido claramente interpretados. Todos han sido, sin duda, factores de importancia de la evolución de la construcción vial. (Dorfman, 1988) La cal es una sustancia ligera, cáustica y alcalina, que en estado natural se halla siempre combinada con alguna otra. Se presentan varios tipos de cal: cal viva y cal apaga o cal hidratada. Cuando la cal viva entra en contacto con el agua se hidrata o apaga hinchándose con desprendimiento de calor. La forma más usual de la cal empleada en las estabilizaciones es la cal hidratada, o hidróxidos de calcio. Los carbonatos de calcio no tienen virtudes estabilizantes dignas de mención. La cal viva se utiliza con frecuencia en pretratamiento con suelos húmedos. El efecto básico de la cal es la constitución de silicatos de calcio que se forman por acción química de la cal sobre los minerales de arcilla, para formar compuestos cimentadores. (Estrada y Ortiz, 1978) El uso de la cal como corrector o estabilizador de suelos, si bien no es nuevo, ha alcanzado en los últimos años papel preponderante. Del más absoluto empirismo ha evolucionado paulatinamente hasta alcanzar en la actualidad, a través de la investigación constante, un conocimiento más científico y depurado. En cualquier caso, el objetivo fundamental es mejorar las características viales de algunas subrasantes intactas para la fundación de estructuras de pavimento o la durabilidad de ciertos materiales para bases y sub bases de pavimentos mediante el agregado de pequeños porcentajes de cal, con distribución uniforme en una masa del suelo, una adecuada densificación y un curado efectivo. Pequeñas cantidades de cal mejoran su trabajabilidad, su facilidad de pulverización y disminuyen sus cambios volumétricos proporciones de

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hinchamiento por acción de la humedad. El uso de cantidades adicionales contribuye notoriamente a aumentar sus resistencias a los esfuerzos deformantes. (Dorfman, 1988)

En términos generales, las técnicas de estabilización con cal hidratada son bastante similares a las de la estabilización con cemento, pero hay un aspecto de diferencia que conviene destacar desde un principio. La cal tiene un rango de aplicación que se extiende mucho mas hacia los materiales más arcillosos que el cemento y, se extiende algo menos hacia el lado de los materiales granulares de naturaleza friccionante. (Álvarez y Echeverri, 1999)

En el proceso de estabilización de suelos arcillosos con cal se da una reacción (cal con arcilla) denominada puzolánica, que es progresiva con el tiempo, es decir, la ganancia de resistencia mecánica del suelo se logra con el tiempo ya sean meses o años. Tradicionalmente se ha concluido que los suelos más adecuados para que sean estabilizados con cal son aquellos que son muy arcillosos y que los suelos arenosos son más adecuados para estabilizaciones con cemento o productos bituminosos. Sin embargo los suelos granulares adicionados con cal presentan mejorías importantes en su comportamiento mecánico. (Gómez et al, 2004)

En Colombia los estudios que apuntan a la estabilización de suelos son enfocados básicamente a suelos finos muy plásticos, pero se piensa que este tipo de estabilización se puede utilizar con gran éxito en materiales de base que no alcanzan a cumplir con los requerimientos emitidos por la normativa del Instituto Nacional de Vías INVE. (Figueroa y Reyes, 2003; Gómez et al, 2004)

Las características Físicas que se modifican en los suelos al adicionarles cal son:

El índice de plasticidad del material (IP): decrece considerablemente debido en la mayoría de los casos al aumento en el limite plástico (LP) y la disminución del límite liquido (LL).

Rompimiento de grumos: La cal y el agua aceleran el rompimiento de los grumos arcillosos tornándolos más trabajables.

El coeficiente de retracción decrece notablemente.

Densidad seca: En la gran mayoría de los suelos la adición de cal produce disminución de la máxima densidad seca comparada con la obtenida con el suelo sin tratar.

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Resistencia: Un aumento en la proporción suelo-cal incrementa resistencias hasta un punto crítico. Esta máxima resistencia se reduce si el porcentaje de cal aumenta.

Las características químicas que se modifican son:

Un cambio iónico inmediato: en el cual los iones de calcio son absorbidos por las partículas arcillosas y las fuerzas que mantenían una película de agua alrededor de estas disminuyen; inmediatamente se produce una floculación de la masa arcillosa en partículas gruesas, cuyo efecto es principalmente un aumento en el limite plástico y una disminución en el limite liquido del material reduciéndose así el índice de plasticidad.

De lo anterior se concluye que la cal puede ser empleada para el tratamiento de arcillas muy plásticas y saturadas con el fin de convertirlas en trabajables, o suelos granulares con altos contenidos de finos ya que los materiales granulares mejoran sustancialmente su comportamiento. (Gómez et al, 2004)

Acción Retardante: que es un proceso relativamente lento en la cual la cal reacciona con la sílica y alúmina presentes, formando silicatos de aluminio y aluminatos. Este proceso continúa por muchos meses y aunque no es muy conocido si se ha visto que es la reacción propiamente cementante; se atribuye a una interrelación entre los iones de calcio de la cal y los componentes alumínicos y silicosos de los suelos.

Estabilidad volumétrica: Se refiere por lo general a los problemas relacionados con los suelos expansivos por cambio de humedad, relacionado con variaciones estaciónales o con la actividad del ingeniero. Se trata de transformar la masa de arcilla expansiva bien sea en una masa rígida o en una granulada, con sus partículas unidas por lazos suficientemente fuertes como para resistir las presiones internas de expansión.

Permeabilidad: No suele ser muy difícil modificar substancialmente la permeabilidad de formaciones de suelo por métodos tales como la compactación, la inyección, etc. los métodos de estabilización para influir en la permeabilidad de los suelos suelen estar bastante desligados de los métodos con los que se busca variar la estabilidad volumétrica o la resistencia.

Durabilidad: Suelen involucrarse en este concepto aquellos factores que se refieren a la resistencia al intemperismo, a la erosión, a la abrasión producida por el tránsito vehicular, de esta manera, los problemas de durabilidad en las vías terrestres suelen estar muy asociados a suelos

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situados relativamente cerca de la superficie de rodamiento. (Gómez et al, 2004)

La estabilización con cal es generalmente adecuada con suelos que cumplan las siguientes condiciones:

• Suelos con una cantidad suficiente de partículas finas (pasa 80 mm.) para que se pueda producir la reacción con las arcillas. Se recomienda un valor no inferior al 35 % y un límite mínimo del 15%.

• Suelos muy plásticos ya que con los suelos de plasticidad baja la cal suele

ser inactiva, este tratamiento se recomienda para suelos con un IP> 18. La presencia de materia orgánica en el suelo > 2% puede eliminar el efecto de la estabilización, tanto con cal como con cemento. (Tomado de trabajo de grado “Análisis del comportamiento estático de un suelo tipo granular adicionado con cal” por López y Álvarez, 2006)

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3.5 ESTABILIZACION DE SUELOS CON CEMENTO

Los suelos tratados con cemento consisten en una mezcla ínfima de suelo pulverizado, cemento y agua, no endurecida o semi-endurecida. La cantidad de cemento para una modificación del suelo suele medirse por los cambios de las constantes físicas, por ejemplo el índice plástico cambios en el valor de soporte, en la capacidad de cambio volumétrico del suelo, o en alguna otra característica como la impermeabilidad cuando se lo usa para revestimiento de canales. La utilización del suelo-cemento o de las mezclas tratadas con cemento, en realidad tiene bastante antigüedad. Prácticamente comienza la utilización del suelo-cemento en la segunda década del siglo XXI; las primeras noticias de su utilización con fines viales aparecen 1915 en algunas calles de una localidad del estado de Florida denominada Sarasota. Algunas experiencias e investigaciones de un suelo-cemento se realizaron alrededor del año 1916 y 1917 tanto en los Estados Unidos de América como en Inglaterra. (Dorfman, 1988) La idea de esta combinación del suelo con el cemento Pórtland no es nueva. Alrededor de 1917 se patentó mezclas de suelo y cemento. Desde este momento se realizaron muchos esfuerzos para combinar suelo y cemento con el fin de producir un material de bajo costo para pavimento. Era evidente que la utilización en gran escala del suelo de los caminos se traduciría en un abaratamiento sustancial en el costo de los pavimentos. El desarrollo del suelo-cemento se vio favorecido por el descubrimiento de P.R. Proctor, relativo a las relaciones humedad densidad, que posibilitó el empleo de la compactación óptima, y por los estudios realizados sobre las propiedades y comportamiento de los diferentes tipos de suelos. El uso de estos conocimientos fue complementado con los ensayos o pruebas de durabilidad, en ciclos de humedecimiento y secado, congelación y deshielo y de resistencia a la compresión, de probada eficacia para determinar el adecuado contenido de cemento en las mezclas y la aptitud de los suelos para ser utilizados en las mismas. En 1930 los ingenieros Viales americanos comenzaron a usar este material entre 1933 y 1035; el Departamento de Caminos de South Carolina ejecutó diversos tramos de base con suelo-cemento, muchos de los cuales están todavía funcionando eficientemente. (Dorfman, 1988) La acción estabilizante del cemento sobre los suelos, podemos decir que prácticamente es similar, a la acción de la cal sobre el suelo. Existe, en una primera etapa, el intercambio iónico y el intercambio de cationes que produce

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justamente las modificaciones en el suelo y posteriormente, en una segunda etapa, una cementación, más activa y más rápida que la que produce la cal, que es de otro tipo. Las primeras experiencias que se realizaron con suelo-cemento persiguieron algunos propósitos, dentro de ellos estaba establecer si las relaciones humedad-densidad del suelo se cumplían también con el suelo-cemento, y otra cuestión de importancia, si la cantidad de agua, es decir la humedad óptima con que se compactaba el suelo, era suficiente para hidratar al cemento, y además en que forma variaba la acción del cemento o la cantidad de este.

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3.6 ESTABILIZACIÓN DE SUELO EN NUESTRO PAÍS

La experiencia en estabilización de suelos con cemento en nuestro país data de 1.965, cuando se hicieron ensayos para su utilización en algunos barrios de la ciudad de Medellín.

En 1.965 se estabilizaron 25 Km. en la vía Santander de Quilichao - Popayán, probando la técnica con buenos resultados.

En la vía que comunica a Medellín con Cartagena se estabilizaron en 1.969 los sectores San Jorge- Planeta Rica y La Ye- Sincelejo, el primero en una longitud de 47.3 Km. y el segundo en unos 62.2 Km., lo cual los convertía en proyectos de gran importancia en su momento.

Hoy en día algunas calles importantes de la ciudad de Medellín, entre ellas la avenida Oriental, están estabilizadas con cemento desde 1.975 y aun se encuentran en funcionamiento.

De épocas similares datan un sin numero de proyectos importantes en el país como son algunos sectores de las vías de Cali- Popayán, Ibagué - Villanueva y Arauca, así como los aeropuertos de Cartagena, Cúcuta Montería y San Andrés.

La historia reciente de utilización de suelo cemento en nuestro país se inicia en la Costa Atlántica, donde se construyo la vía Manaure - Uribia (Guajira) y en las vías de Barranquilla, ciudad pionera en la creación de especificaciones técnicas para el uso de bases de suelo cemento en el año de 1.994, construyendo aproximadamente 45 Km. /carril por año.

Hoy esta técnica se ha venido utilizando intensivamente en zonas como el eje cafetero, donde la misma composición de los suelos hace posible su estabilización a bajos costos. (Mejía, 2007)

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3.7 INVESTIGACIONES RELACIONADAS CON LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS La Universidad de Medellín realizó un proyecto de investigación en asocio con la Empresa de cementos Nare lleva a cabo un proyecto de investigaron dirigido a estudiar el efecto e la cal hidratada sobre diferentes suelos autóctonos de Colombia. En dicha investigación se ha analizado el comportamiento de mezclas con varias proporciones de cal y suelos residuales de diorita con diferentes granulometrías bajo solicitaciones estáticas y dinámicas, obteniendo resultados muy promisorios para la masificación del empleo de esta técnica. En cuanto a los procedimientos constructivos el proyecto tiene en curso investigaciones sobre el efecto del porcentaje de humedad de la mezcla, influencia de la energía de compactación, el efecto del tiempo de curado que transcurre entre el proceso de mezclado y el instante de la compactación (tiempo de maduración), la influencia del mezclado y riego del material estabilizante. Con respecto al efecto que produce el tiempo de maduración sobre una mezcla de suelo con cal en Colombia se ha observado poco interés en este aspecto. Básicamente las investigaciones sobre suelos estabilizados con cal apuntan hacia otro tipo de perspectivas. Sin embargo, recorriendo otros estamentos a nivel internacional pudo encontrarse un acercamiento al tema en una publicación técnica realizada por la SCT del instituto mexicano de transporte en su investigación titulada: ALGUNOS ASPECTOS DE LA RESISTENCIA A LA TENSIÓN Y FATIGA EN SUELOS ARCILLOSOS ESTABILIZADOS CON CAL.2003. (Citado por Monsalve, 2006) La investigación presenta un estudio relacionado con el comportamiento de suelos arcillosos estabilizados con cal en condiciones de carga repetida, la resistencia a la tensión de esos materiales, así como el agrietamiento que se genera por fatiga al cabo de ciertos números de ciclos. A su vez, el estudio hace énfasis en aquellos factores que pueden considerarse como importantes de controlar durante la construcción de capaz estabilizadas con cal en la sección estructural de un pavimento. Uno de esos factores lo constituye el efecto que produce la maduración del suelo sobre la compactibilidad de la mezcla de suelo cal a lo que la investigación denomina: TIEMPO DE REPOSO DE HUMECTACIÓN CAPILAR EN LUGAR DE TIEMPO DE MADURACIÓN. (Tomado de trabajo de grado “efecto del tiempo de maduración sobre la compactibilidad y la resistencia mecánica de una mezcla de suelo cal” por Monsalve, 2006)

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4. TRABAJO DE LABORATORIO Se realizó en el laboratorio de pavimentos y de hidráulica de la Universidad de Medellín entre el mes de enero y julio de 2007. Esta investigación tuvo una duración de 7 meses, en los cuales se ejecutaron todos los requerimientos necesarios para la elaboración de la misma; y se utilizaron los siguientes materiales, equipos y procedimientos: 4.1 Materiales utilizados Se utilizó un suelo granular residual del Stock de Altavista (ML) inorgánico, proveniente de la cantera Santa Rita cercana a la Universidad de Medellín; una cal apagada o hidratada suministrada por cementos del Nare; un cemento Pórtland Tipo1 de cementos Diamante y agua de la red de agua potable de Empresas Públicas de Medellín. Los resultados sobre la caracterización del suelo se obtuvieron de acuerdo a las especificaciones técnicas de la norma I.N.V.E- 106 (Preparación en seco de muestras de suelo para análisis granulométrico y determinación de las constantes físicas) ver ANEXO 1. 4.2 Equipos Los equipos empleados en esta investigación se pueden dividir en las siguientes dos partes y en el ANEXO 4 se presenta un registro fotográfico de estos.

• Equipos normalizados: El Aparato Marshall (figura 4.a) el cual se utilizó

para realizar la compactación de las muestras; Molde para el ensayo Próctor Modificado (figura 4.b) de un diámetro de 10.20 cm, una altura de 11.00 cm, un peso de 4186.0 gr y un volumen de 890.050 cm^3, el cual se utilizó para realizar los ensayos de peso unitario - humedad del suelo y las mezclas suelo- cemento y suelo- cal según especificaciones técnicas de la norma I.N.V.E- 142, ver ANEXO 2; Cazuela de Casagrande (figura 4.c), la cual se utilizó para el ensayo de los límites de Atterberg con el que se determinó el límite líquido, ver ANEXO 1; un juego de tamices para el análisis granulométrico o de cribado el cual estuvo constituido por las mallas de ½”, 3/8”, N° 4, 10, 20, 40, 60, 100, 200 y la pasa 200 (ver ANEXO 1); la máquina de compresión manual (figura 4.d), utilizada para extraer las muestras del molde de cobre; la balanza electrónica (figura 4.e) y el horno (figura 4.f).

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• Equipos sin normalizar: Molde de cobre (figura 4.g) para fabricar las probetas de pequeñas dimensiones, diámetro de 5.0 cm, altura 10.0 cm. y volumen de 196.0 cm^3. Este molde consta de 3 partes principales: Dos pistones los cuales ayudan para la densificación de la mezcla al igual que sirven para extracción posterior de la misma y un cilindro principal que forma el cuerpo de las probetas. Ver dosificación de probetas ANEXO 3.

• Rampa de madera (figura 4.h) con pendiente graduable de 10, 20, 30, 40,

50, 60, 70, 80, 90, 100%; elaborada especialmente para esta investigación para la realización de los ensayos de escorrentía superficial, en esta rampa se introducen a la vez dos muestras, una de suelo - cemento y la otra de suelo – cal en dos perforaciones que tiene la rampa del mismo diámetro de la muestra. Las probetas allí (figura 2) colocadas, se exponen al efecto de la escorrentía superficial a un caudal constante de 0.78 L/seg durante un periodo de 5 minutos; posteriormente se retiran las muestras del canal y se llevan al horno para luego ser pesadas y comparar este peso con el peso que tenía la muestra antes de iniciar el ensayo y conocer el porcentaje de pérdida de la muestra.

Figura 2. Vista transversal de las muestras en la rampa.

Figura 3. Forma de colocación de las probetas en la rampa

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Figura 4. Forma de graduación de las pendientes del canal

4.3 Preparación de especimenes En total se ensayaron 450 probetas de forma cilíndrica (10.0 cm. de altura y 5.0 cm. de diámetro); elaboradas por medio del molde de cobre de la figura 4.g. El total de probetas elaboradas se ensayaron en el laboratorio de hidráulica de la Universidad de Medellín sometiéndolas al efecto de la erosión superficial simulado, en el canal de hidráulica de dicho laboratorio colocando las muestras en un molde de madera graduable para pendientes del 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, y 100% sobre el que va a pasar el agua, a su vez para cada ensayo se trabajó con el 6% de cal para 150 probetas, con el 6% de cemento para 150 probetas y las últimas 150 probetas sin ningún material estabilizador; y se manejó una sola condición de curado (humedad óptima) con diferentes tiempos (7, 14, 30, 60, 90 días.), a continuación se ilustra lo anterior en un cuadro sinóptico.

40

Figura 5. Cuadro sinóptico que muestra la secuencia y fabricación de las probetas

Tabla 1. Número de probetas para cada ensayo en 10 tipos de pendiente

PENDIENTE

# DE PROBETAS PARA MEZCLA SUELO- CAL.

# DE PROBETAS PARA

MEZCLA SUELO- CEMENTO.

# DE PROBETAS PARA

SUELO.

10%=5°42’38” 3 3 3 20%=11°18’36” 3 3 3 30%=16°41’57” 3 3 3 40%=21°48’5” 3 3 3 50%=26°33’54” 3 3 3 60%=30°57’49” 3 3 3 70%=34°59’31” 3 3 3 80%=38°39’35” 3 3 3 90%=41°59’14” 3 3 3 100%=45° 3 3 3 Después de haber realizado el ensayo de Próctor modificado de acuerdo a las especificaciones técnicas de la norma I.N.V.E- 142 para determinar el peso unitario seco máximo y contenido óptimo de humedad del suelo, de la mezcla suelo- cemento y suelo- cal ANEXO 2, se procede a determinar la dosificación por peso para cada uno de los materiales de las mezcla para cada probeta como se indica en el ANEXO 3; después de tener la dosificación se realizan las mezclas en bolsas transparentes de 7 x 14 cm de la siguiente forma:

CUADRO DE MUESTRAS DE SUELO, SUELO- CAL, SUELO- CEMENTO

% ESTABILIZADOR

6% CAL 6% CEMENTO

PERIODOS DE CURADO

7 DIAS 14 DIAS 60 DIAS 90 DIAS30 DIAS

ENSAYO DE ESCORRENTIA SUPERFICIAL

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Inicialmente en la bolsa se vacía el suelo seguido del cemento o cal y se homogeniza la mezcla, se constataba el peso del suelo y del cemento o cal, a continuación de tener la mezcla homogenizada se le agregaba el agua y se mezclaba otra vez, y de nuevo se constataba el peso. Directamente de la bolsa, el material de las probetas se transfería al molde (figura 4.g), que después de la compactación garantizaba un volumen previamente determinado, y se procedía a densificar la muestra compactando el molde en posición vertical en el aparato de Marshall (figura 4.a). Con la máquina de compresión manual (figura 4.d), se realizó la extracción de las muestras en posición horizontal y se pesaba de nuevo. Posteriormente de realizado el último control al peso de la probeta, se definía el tiempo y el curado en el cuarto húmedo del laboratorio de la Universidad de Medellín. En este procedimiento de mezclado y construcción de cada uno de los especimenes se mantuvo un control riguroso del peso de las probetas en cada una de las fases de elaboración de la misma, con el fin de garantizar su densidad.

Figura 6. Proceso de pesaje.

En el ANEXO 3 se encuentra el procedimiento detallado para la elaboración y dosificación de las muestras. 4.4 Descripción de la condición de curado: Inmediatamente después de extraer y pesar la muestra se introdujo en una bolsa plástica (hermética) debidamente

42

marcada y luego se llevo al cuarto húmedo, para que conservara su humedad óptima hasta el momento del ensayo de erosión.

Figura 7. Muestras dentro de bolsa plástica hermética para proceso de curado.

43

5. DATOS EXPERIMENTALES Y ANÁLISIS DE RESULTADOS En el proceso experimental se obtuvo 150 datos del suelo estabilizado con cal, 150 datos con el suelo estabilizado con cemento y 150 con el suelo sin estabilizar. En este capítulo se presentan los resultados de las perdidas por erosión de los diferentes suelos en función de la pendiente y el tiempo de curado. En el ANEXO 5 se presentan todos los datos obtenidos y usados para estos cálculos. 5.1 Erosión de los suelos sin estabilizar En la Figura 8 representa la Gráfica de % desgaste vs % pendiente para suelos sin estabilizante de 7, 14 y 90 días de curado.

0,000%

10,000%

20,000%

30,000%

40,000%

50,000%

60,000%

70,000%

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

PENDIENTE

%D

ESG

AST

E

SUELO SOLO CON7 DIAS DE CURADO

SUELO SOLO CON14 DIAS DECURADOSUELO SOLO CON90 DIAS DECURADO

Figura 8. Porcentajes de pérdidas para suelo sin estabilizante.

Tabla 2. Cuadro resumen de % de pérdidas para suelo sin estabilizar.

pendiente tiempo

de curado

promedio % pérdida (suelo sin

estabilizar)

10% - 100% 7 19,39% - 59.98% 10% - 100% 14 25.28 % - 49.05% 10% - 100% 90 24.43 % - 43.44 %

44

En el ANEXO 5 se encuentran los resultados de los porcentajes de desgaste en forma detallada con respecto a cada tipo de pendiente.

• Aunque durante los ensayos experimentales se observó que para diferentes tiempos de curado las muestras se desgastaron en igual medida, en los análisis de resultados como muestra la Figura 8 se puede observar que las muestras con 7 días de curado expuestas a la escorrentía superficial muestran un mayor porcentaje de desgaste que las muestras con 14 y 90 días de curado.

• Se determinó que para una pendiente de más o menos el 30 %, las muestras de 7 y 14 días de curado tienen un igual desgaste de aproximadamente el 29 %, como se observa en la Figura 8.

• Se determinó que para una pendiente de más o menos el 20 %, las muestras de 90 y 7 días de curado tienen un igual desgaste de aproximadamente el 25 %, como se observa en la Figura 8.

• A pesar de que el suelo no tuvo ningún tipo de estabilizante; la resistencia de las muestras se vio influenciada por aumento de los tiempos de curado que hizo que estas se comportaran un poco mejor y presentaran menos pérdidas.

• Para las muestras de suelo con 7 días de curado se obtuvieron porcentajes

de pérdida entre el 19.4% y 60%, con 14 días de curado porcentajes entre el 25.3% y 49.1%, y para 90 días de curado porcentajes entre el 24.4% y 43.4%, lo que indica que con pendientes altas el tiempo de curado redujo la pérdida de material.

45

5.2 Erosión de los suelos estabilizados con cemento

En la Figura 9 representa la Gráfica de % desgaste vs % pendiente para suelos estabilizados con cemento de 7, 14, 30, 60, y 90 días de curado.

0,000%

2,000%

4,000%

6,000%

8,000%

10,000%

12,000%

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

PENDIENTE

%D

ESG

AST

E

CEMENTO 7 DIASDE CURADO

CEMENTO 14 DIASDE CURADO

CEMENTO 30 DIASDE CURADO

CEMENTO 60 DIASDE CURADO

CEMENTO 90 DIASDE CURADO

Figura 9. Porcentajes de pérdidas para suelo estabilizado con cemento.

Tabla 3. Cuadro resumen de % de pérdidas para suelo estabilizado con cemento.

pendiente tiempo

de curado

promedio % pérdida (suelo -

cemento)

10% - 100% 7 5.30% - 11.18% 10% - 100% 14 4.89% - 9.64% 10% - 100% 30 4.77% - 8.81% 10% - 100% 60 4.68% - 6.80% 10% - 100% 90 4.60% - 6.49%

En el ANEXO 5 se encuentran los resultados de los porcentajes de desgaste en forma detallada con respecto a cada tipo de pendiente.

46

• Para las muestras de suelo – cemento con 7 días de curado se obtuvieron porcentajes entre el 5.3% y 11.2%, con 14 días de curado porcentajes entre el 4.9% y 9.6%, con 30 días de curado porcentajes entre el 4.8% y 8.8%, con 60 días de curado porcentajes entre el 4.7% y 6.8%, con 90 días de curado porcentajes entre el 4.6% y 6.5%; lo que indica que al aumentar el tiempo de curado disminuye el % de perdida de material ; la resistencia aumenta considerablemente en comparación con el aumento de resistencia que tuvieron las muestras de suelo – cal.

• De acuerdo a la Figura 9 para muestras de suelo – cemento, se determinó que para una pendiente de más o menos el 50% se obtienen resultados de desgaste muy similares alrededor del 6%.

• Para tiempos de curado de 7, 14 y 30, días las pérdidas con pendientes del 100% y 90% muestran en la gráfica una tendencia muy alta casi exponencial al desgaste del material , mientras que para tiempos de curado mas altos como 60 y 90 días el material se estabiliza y comienza a mostrar una tendencia más horizontal.

• Para una pendiente del 10% las muestras de suelo – cemento con tiempos de curado mayores de 7 días presentan un desgaste similar alrededor de 4.5%, mientras que para las muestras de 7 días de curado las perdidas fueron de 5.2 %.

5.3 Erosión de los suelos estabilizados con cal

En la Figura 10 representa la Gráfica de % desgaste vs % pendiente para suelos estabilizados con cal de 7, 14, 30, 60, y 90 días de curado.

47

0,0%

1,0%

2,0%

3,0%

4,0%

5,0%

6,0%

7,0%

8,0%

9,0%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

P ENDI ENTE

CAL CON 7 DIAS DECURADOCAL CON 14 DIAS DECURADOCAL CON 30 DIAS DECURADOCAL CON 60 DIAS DECURADOCAL CON 90 DIAS DECURADO

Figura 10. Porcentajes de pérdidas para suelo estabilizado con cemento.

Tabla 4. Cuadro resumen de % de pérdidas para suelo estabilizado con cal.

pendiente tiempo

de curado

promedio % pérdida (suelo -

cal)

10% - 100% 7 6.73% - 7.89% 10% - 100% 14 6.73%- 7.80% 10% - 100% 30 5.30% -7.08% 10% - 100% 60 6.27% - 7.20% 10% - 100% 90 6.19% - 7.05%

En el ANEXO 5 se encuentran los resultados de los porcentajes de desgaste en forma detallada con respecto a cada tipo de pendiente.

• Para las muestras de suelo – cal con 7 días de curado se obtuvieron

porcentajes de perdida entre el 6.7 % y el 7.9%, con 14 días de curado porcentajes entre el 6.7% y 7.8 %, con 30 días de curado porcentajes entre el 5.3% y 7.1%, con 90 días de curado porcentajes entre el 6.3% y 7.2%; lo

48

que indica que a medida que fue aumentando el tiempo de curado fue aumentando un poco la resistencia al desgaste de las probetas.

• Se determinó que para todos los tiempos de curado, las muestras presentan un comportamiento lineal, lo que indica pérdidas proporcionales a las pendientes para todas las muestras.

• Para pendientes entre el 40% y 50% el porcentaje de pérdida fue igual, del valor de 6.5% para muestras con 30, 60 y 90 días de curado; lo que indica que para estas pendientes el tiempo de curado no tiene ninguna incidencia en la resistencia al desgaste del material; como se muestra en la Figura 10.

• las muestras con 7 y 14 días de curado mostraron un aumento de resistencia muy similar ya que las perdidas presentaron valores alrededor del 7% y 8%, de igual manera las muestras de 60 y 90 días de curado mostraron también un aumento de resistencia similar ya que se presentaron pérdidas entre el 6% y el 7%; y a partir de 14 días en adelante el aumento fue muy brusco como se observa en la curva para las muestras con 30 días de curado.

49

6. CONCLUSIONES.

• Para un suelo residual ML limo arenoso mejorado se recomienda la utilización de la cal como agente estabilizador por su buen comportamiento ante los ensayos realizados en el laboratorio de la Universidad de Medellín; debido a que mostró que desde tempranas edades de curado tuvo un mejor comportamiento ante el desgaste que el suelo mejorado con cemento; además de que se obtuvieron menores porcentajes de pérdida entre las pendientes regulares y bajas, no descartando también buenos comportamientos en pendientes altas.

• Se recomienda para un suelo residual ML limo arenoso mejorado con cal

una edad de curado de 14 días ya que con este tiempo se garantiza que se ha alcanzado una muy buena resistencia al desgaste por escorrentía superficial y consideramos que no es necesario someter el suelo mejorado a mayores tiempos debido a que el aumento de resistencia no es muy significativo para las otras edades de curado.

• En caso que se deba estabilizar el suelo residual ML limo arenoso con

cemento, es necesario someter el suelo mejorado a una edad de curado de por lo menos 60 días, ya que a esta edad obtuvimos de los ensayos un menor porcentaje de desgaste frente a la escorrentía superficial y a la edad de 90 días el aumento de resistencia al desgaste no fue muy significativo en relación con los 60 días.

50

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