Como estabilizar un suelo Arcilloso a la hora de Construir

Estudio de suelos en la construcción, para evit ...La falta de un estudio de suelos podria hacer colapsar a ...

Como construir edificaciones resitentes a terre ...Se dice que una edificación es sismo resistente cuando se diseña ...

Antes de construir una edificacion en un terreno, es necesario verificar mediante un estudio de suelos la característica del terreno donde vamos a construir. Muchas veces se adopta generalmente el tipo de fundación de una edificacion aledaña próxima. Esa decisión no es del todo segura debido a que el suelo suele cambiar su composición metro a metro. La estabilización de un suelo consiste en modificar algunas de sus características indeseables para el propósito de uso que queremos darle a dicho suelo.

Entonces, si el suelo va a ser empleado para apoyar a una cimentación, ya sea para cimentación de una edificación o bien de un pavimento, las principales características indeseables de una arcilla plástica serán: Un Indice Plástico demasiado alto que significa un alto valor de expansión (o bien su opuesta contracción), así como una capacidad para soportar carga estructural que será demasiado baja.

El suelo arcilloso tiene la capacidad de modificar su volumen cuando absorbe o deja de absorber agua produciendo hinchazones sobre el asentamiento de la obra que deriva en ciertas rajaduras que muchas veces pueden visualizarse desde la fachada con grietas horizontales.

Que hacemos en caso de descubrir que estamos en presencia de arcillas potencialmente expansiva? Existen diferentes formas de tratar de estabilizar un suelo con arcilla plástica. Una de ellas es la de retirar dependiendo la profundidad de captación de las arcillas hasta 2 metros de tierra y reponer el nivel con tierra mejorada (Tosca). Este proceso es costoso y muchas veces poco practico, en especial en obras de pequeña envergadura como es el caso de una vivienda.

La segunda opción que es motivo de explicación es la de "Desactivar las arcillas expansivas" mediante un proceso químico con apagado mediante agua de cal. En primer lugar se debe aclarar que el emplear la llamada “cal viva” con dicho propósito, no presenta ventajas y si presenta las concernientes desventajas de su manejo. La cal recomendada para tal fin es la cal hidratada, del tipo más comercial y de calidad más uniforme.

Pasos para estabilizar suelos arcillosos:

Se retiraran del lugar los 50 cm. superficiales (Desmalezamiento profundo)

A continuación se realizaran hoyos de 10 cm. de diámetro y 2.50 mts. de profundidad diagramados a tresbolillos y distantes entre si a 1.50 mts.Los hoyos serán llenados con agua de cal aérea, la que podrá ser obtenida disolviendo cal tipo milagro o similar en una hormigonera o recipiente adecuado hasta la saturación.

El agua de cal que se valla infiltrando, debe reponerse

diariamente durante por lo menos 5 días.

Una vez terminado el proceso de infiltración, se completará el trabajo llenando los hoyos

con una pasta densa de la misma cal y arena común al 50% hasta unos 20 cm. por debajo de sus bocas llenando el espacio restante con suelo natural seleccionado.

Finalmente se rellenaran los 50 cm. retirados originalmente con suelo seleccionado compactado al 93% y luego otra capa de 30 cm. con el mismo suelo compactado al 93%, quedando el suelo tratado unos 30 cm. por encima de la cota actual del terreno.

Cuando un proyecto de estabilización de un suelo arcilloso con cal es adecuado, y se aplica correctamente, deber poder observarse claramente el efecto del factor tiempo, es decir que la capacidad de

soporte del suelo continuará. ( Fuente: http://www.arquitectonline.com)

Utilización de la cal en la estabilización de suelos

La cal mejora las propiedades geotécnicas de los terrenos con presencia de finos. Es recomendable una proporción mayor al 12 % de tamaños < 0,080 mm y un índice de Plasticidad >10 para el empleo de cal. Tanto terrenos arcillosos como materiales detríticos con matrices arcillosas son adecuados para realizar un tratamiento con cal.

La utilización de cal evita la retirada y transporte a vertedero y la utilización de materiales de préstamos: permite un ahorro económico y la desaparición de la agresión ambiental que representa la utilización de zonas de préstamo.

El suelo estabilizado con cal reduce el índice de Plasticidad y anula prácticamente el hinchamiento a los pocos minutos de su aplicación. Además, a más largo plazo aumenta la capacidad de carga, elevando los valores de CBR, y mejora la compactación del suelo.

La cal viva absorbe el agua con un desprendimiento de calor importante (reacción de hidratación exotérmica). Este efecto produce un secado del terreno por hidratación y evaporación bajando el porcentaje de humedad entre el 2 y el 5% por cada punto de cal viva añadido.

Los tratamientos de suelo con cal permiten la construcción de terraplenes, fondos de explanadas, bases y sub-bases de obras lineales, cuñas de transición, plataformas de edificación y estabilización de taludes

La construcción de numerosas carreteras, aeropuertos, vías ferroviarias, plataformas industriales y de edificación, así como caminos agrícolas y pistas forestales, se están beneficiando de la utilización de esta técnica de mejora de los suelos.

Resumen Estabilizacion de suelos

Suelo estable

Un suelo es estable cuando presenta buena resistencia a la deformación y es poco sensible a la presencia de agua.

- Capacidad portante

Carga crítica que aportada a un suelo produce en él una deformación irreversible consistente, normalmente, en un deslizamiento de capas adyacentes.Cuánto mayor sea la capacidad portante mayor es la carga crítica.La capacidad portante es el límite de resistencia y se mide a través del CBR. A mayor CBR mayor es la capacidad portante.También influye la relación entre las cargas cortantes, que regía la Ley de Coulomb y las tensiones normales.

Un suelo estable es el que tiene cierta cohesión y cierto rozamiento entre partículas.En un suelo de arcilla pura no hay rozamiento interno entre las partículas y, exclusivamente, tendrá cohesión. La relación entre tensiones cortantes y normales será constante, c.En un suelo con gravas y arenas no hay cohesión, por no haber elementos finos (c es cero) y sólo hay rozamiento interno.

- Estabilización de suelos

La estabilización del suelo, respecto a la característica de dar resistencia a la deformación, añade al suelo aquello de lo que adolece. Si hay un suelo arcilloso hay que añadir material granular. Si es un suelo granular hay que añadir un ligante (material arcilloso).Respecto a la baja sensibilidad a la presencia de agua se obtiene compactando el suelo. Con esto disminuimos el número de poros, con lo que entra menos cantidad de agua en los poros.

- Tipos de estabilización

Se mezcla un suelo con otro para conseguir una mejor granulometría.

Hay dos maneras:

* Estabilización granulométrica, mecánica o natural: se mezclan dos, o más, tipos de suelo de diferente granulometría, y que sean complementarios.

* Estabilización química: se le añade al suelo algún producto industrial, o un ligante, para darle cohesión, o disminuir la excesiva plasticidad. Se le suele añadir cemento, cal o productos bituminosos.

- Estabilización granulométrica

Hay mezclas binarias (lo más normal) y terciarias. Sólo suelen ser viables mezclas binarias por el coste.

Se busca una combinación de material granular y limo-arcilloso. Si hay exceso de material limo-arcilloso hay problemas por entumecimiento. Si hay exceso de material granular hay una falta de cohesión y la única interacción es el rozamiento.Se llegó a la conclusión de que la capacidad de compactación (mayor o menor posibilidad de compactar un suelo, es decir, conseguir mayor o menor densidad) tiene relación con la granulometría de la mezcla. Una buena compacidad va a implicar que sea mayor la densidad seca, con lo que la permeabilidad es menor, lo mismo que la sensibilidad al agua. Además aumentamos el rozamiento interno de las partículas y hay mayor capacidad cementante de la arcilla.Cuánto más compactado está un material la capacidad de la arcilla es mayor.

Para establecer las granulometrías existen dos métodos:

- Según la ecuación de Talbot

P=%, en peso, de las partículas que pasan por el tamiz de apertura dD= tamaño máximo de las partículas que pasann= valor que varía en función de DD=2'' n=0.5D=11/2'' n=0.4D=1'' n=0.33

- Según el huso granulométrico (límites entre los que se comprenden diferentes granulometrías).

Esos husos se han ido comprobando experimentalmente, y se comprobó que para cada tamiz no se desvirtúa la capacidad estabilizante del suelo cuya granulometría esté comprendida entre los máximos y los mínimos.Se establecieron diferentes husos (B, C, D, A, ¾). El huso B tiene como tamiz máximo el de 2'', el C el de 1 ½'', el D y el A usa el de 1''.Estos husos son experimentales.

Consejos+ Evitar la estabilización con el huso de ¾, porque tiene poca cantidad de elementos gruesos+ Evitar que el tamaño máximo sea superior a 1/3 del espesor de la capa de camino a estabilizar.+ El material retenido en el tamiz de ½´´ debe tener más del 50% del material procedente de machaqueo con 2 caras de fracción como mínimo.

Las caras de fractura son más irregulares y se favorece la unión con el resto de las partículas.La curva debe tener una curvatura continua y no tener codos.

Características :- Suelo pesado, denso y de resistencia notable- De bajo hinchamiento; su fracción fina (>tamiz nº 200) es inferior al 25%

En un suelo arcilloso aportamos arena para reducir la plasticidad. En un suelo

arenoso aportamos arcilla para que tenga coherencia.El aporte de arcilla no debe ser superior al 15-18%.Los elementos que se suelen usar suelen ser arenas angulosas y de sílice. Las arcillas deben ser homogéneas, de plasticidad moderada y bajo hinchamiento.Para realizar la mezcla se suele pedir un control de la humedad. Si la arcilla está muy húmeda dificulta la mezcla. Si está más dura se van a formar terrones. La arcilla debe estar entre el límite de retracción y el límite plástico.

- Mezclas de suelo

Atendiendo a la granulometría hay dos métodos que nos dicen la cantidad a mezclar de un suelo y de otro.

- Método del módulo granulométrico

Suelen interesar mezclas binarias.Este método consiste en conseguir una mezcla de suelos cuyo módulo granulométrico coincida con el de la curva deseada.El módulo granulométrico es el resultado de dividir, por 100, la suma de cantidades retenidas acumuladas en los distintos tamices de una mezcla de suelos.Siempre es necesario que estén los tamices nº4, 10, 20 y 200.Al mezclar dos suelos uno es de granulometría gruesa y otro de granulometría fina (menor módulo granulométrico)Si tengo 2 suelos A y B y quiero la granulometría del huso 1 ½ cojo el huso y busco los valores intermedios. Obtengo los valores del % retenido acumulado y consigo el módulo granulométrico para ese huso. Luego calculo el módulo granulométrico para el suelo A y B.

XA x módulo + YB x módulo= 100 x módulo intermedioXA + YB= 100

- Método de Rothfuchs o gráfico

Parto del suelo A y B y quiero llegar a cierta granulometría. Para ello hacemos el gráfico de granulometrías para el huso al que queremos llegar. Modifico el eje de abscisas para que quede una recta, que corresponde a los valores medios de estabilización.Represento la curva del suelo A y del suelo B y trazo una recta de modo que las superficies entre la recta y la curva sean iguales, para la parte de arriba y para la de abajo. Trazadas estas rectas trazo una recta que une el inicio del suelo B con el final del A. Donde corta a la recta inicial marca los % de cada suelo.

Hay otros métodos que usan la plasticidad.- Michigan State Highway DepartmentUsa la expresión:

L= %, en peso, de ligante en la mezclaK= constante que se calcula sabiendo, primero, el IP de la mezcla, luego mirando el IP del material granular y, por último, mirando el del ligante.

g40 = 5 del material granular que pasa por el tamiz nº 40 l40 =%de material ligante que pasa por el tamiz nº 40 El valor de K depende del índice de plasticidad del ligante, de la mezcla y del material granular.Construcción de capas de mezcla

- Con suelos aportadosUna vez hecha la traza del camino se aportan suelos Al estar con suelos aportados se prepara el material en cantera (se tritura, criba, al necesitar caras de fractura, y mezcla). Se transporta al punto de aportación y se descarga formando cordones longitudinales. Posteriormente se trae el otro suelo y se echa encima de los cordones. A continuación se pasa una motoniveladora o mototrailla para mezclarlos y se va aportando agua, entre las pasadas, y se compacta. El acabado suele ser con rodillo neumático.

- Con explanada mejoradaSe estabiliza el suelo con técnicas de estabilizaciónCuando mejoramos la explanada el proceso es similar. Lo que hacemos es escarificar el suelo (hasta 20 cm), para que quede suelto, se forman cordones, se aporta el suelo para la estabilización y el proceso sigue siendo el mismo.

- Estabilización con cemento: suelo-cementoSe aplica cemento y agua a un suelo granular para que sea más cohesivo. La cantidad máxima de cemento debe ser menor del 7%.La estabilización puede ser:

+ por cemento: menos del 7%+ suelo-cemento: mezcla con más del 7% de cemento

También se habla del hormigón pobre (mezcla de arena, grava, cemento y agua), con muy poco cemento.

Esta estabilización disminuye el límite líquido y el índice de plasticidad, aumenta la cohesión, aumenta los ángulos de rozamiento, disminuye el hinchamiento, aumenta la resistencia a compresión, los esfuerzos cortantes y el índice de retracción.La máxima estabilización se produce a los 28 días, pero hay que hacerlo, como máximo, en 2 horas, porque empieza a fraguar. Por eso se debe hacer menos de 250 m de camino a la vez.

Los condicionantes del suelo para esta estabilización son:

- Granulometría: Prácticamente admite cualquier tipo de suelo. Influirá en el % de cemento a emplear. Con un % de cemento superior al 7% se desaconseja económicamente su uso- Plasticidad: No apto para suelos con elevada plasticidad. Hay de cumplir con LL< 40 y IP<18.- Contenido máximo de sulfatos (SO3):1% (PPTP Xunta)- Suelo sin materia orgánica. (PPTP Xunta)

- Estabilización con cal

Se mezcla cal aérea, con el suelo arcilloso y con agua. Se recomienda en suelos arcillosos, porque facilita la floculación (las partículas se unen unas a otras y precipitan) de partículas de arcilla.Disminuye el límite líquido y el índice de plasticidad, aumenta la resistencia a compresión y el CBR y disminuye la capilaridad.El de cal no debe superar al 7%.

Los condicionantes del suelo para estabilizar son:- Granulometría: < ½ espesor tongada compactada< 75 mm (PPTP Xunta)- Tamiz nº 40 ----------------" 75% en peso que pasa- Tamiz nº 200 --------------" 35% en peso que pasa- Plasticidad: 17" IP" 40- Suelos sin materia orgánica (PPTP Xunta)

- Estabilización grava-cemento

Tiene un alto coste y es poco usada.La mezcla se ha de hacer en planta y se usa grava que se mezcla con cemento.El cemento no debe ser superior al 5%.

- Estabilización con productos bituminosos

Son de elevados costes y poco usadas.Es una mezcla de suelo, agua y producto bituminoso.Mejora las características resistentes, disminuye la absorción de agua y aumenta la cohesión.Se impermeabiliza la arcilla.

Manual de Estabilización de Suelos con Cemento o Calíndice

1.TRATAMIENTOS: MODIFICACIÓN Y ESTABILIZACIÓN DE SUELOSModificación y estabilización de los suelosTipos de tratamiento y campos de aplicaciónVentajas de los suelos estabilizadosDesarrollo de la técnica

2.MATERIALES BÁSICOSSuelosCalesCementoAguaAditivosEmulsiones para riegos de curado

3.ACCIONES SOBRE LOS SUELOSEfectos de la calEfectos de la incorporación del cementoEfectos de la adición conjunta de cal y cemento en dos etapasPropiedades de los suelos estabilizados con calPropiedades de los suelos estabilizados con cemento

4.MÉTODOS DE DOSIFICACIÓNTratamientos con calDosificación con cemento

5.MAQUINARIA Y EQUIPOS PARA EL TRATAMIENTO DE SUELOSIntroducciónAlmacenamiento del conglomerantePreparación del sueloHumectación y distribución del conglomeranteMezcla in situCompactaciónRefino de la superficieCurado y protecciónTratamiento en central

6.EJECUCIÓN DE LAS OBRASPlanteamiento generalSecado de suelosTratamiento y estabilización de los suelos en la construcción de terraplenes y fondos de desmonteEstabilización de capas de cimiento del firmeGuía práctica de identificación de problemas

7.GESTIÓN DE LA CALIDADIntroducciónEspecificaciones a considerar en el PAC para los tratamientosEspecificaciones de los tratamientos en formación de explanadasElaboración del Plan de Aseguramiento de la CalidadControl y verificación de equiposDetección y tratamiento de las no conformidades y medidas CorrectivasAnálisis de resultados

8.PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALESIdentificación de riesgosEquipos y medios auxiliaresProcedimiento de trabajoEstabilización con calEstabilización con cementoNormativa aplicable

9.PROYECTO DE EXPLANADAS ESTABILIZADASPlanteamiento generalNormativa del Ministerio de FomentoNormativas autonómicasEstudio global del diseño del firme y la explanada conjuntamente

10.ESTUDIO ECONÓMICOIntroducciónCostes de los distintos elementos que influyen en la estabilización (valoración en euros, 2007)Ejemplos (precios en euros, 2007)Algunas consideraciones prácticas para mejorar los rendimientos