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Universidad de la costa

Cuc

Trabajo de mecánica de suelos

Estabilizaciones de suelos

Grupo CD

Entregado a

Ing. Abraham Castañeda

Entregado por

Javier Alvarado

Rafael Barros

Yishe Bermúdez

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Contenido

Estabilización de suelos...…………………………………………4

- Estabilización por compactación………………………....4- Prueba proctor …………………………………………….....5- Prueba proctor estándar ……………………………………5- Prueba proctor modificada …………………………..…….5- Relación entre tipos de compactación…………………...7

ESTABILIZACION DE SUELOS POR METODO QUIMICO….9

- ESTABILIZACION CON CAL………………………………..9- ESTABILIZACIÓN DEL SUELO CON CEMENTO……...13- ESTABILIZACION DEL SUELO CON ASFALTO…….…20- ESTABILIZACION DE SUELOS CON CENIZA………….22

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS……………...…23

ESTABILIZACION CON GEOSINTETICOS…………………….…24

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ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Consiste en agregar un producto químico o aplicar un tratamiento físico para modificar las características de los suelos, y a su vez Es la corrección de una deficiencia para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad.

ESTABILIZACION DE SUELOS MEDIANTE METODOS FISICOS

Las estabilizaciones fisicas se realizan con el adecuado equipo mecanico.

ESTABILIZACION POR COMPACTACION

El proceso de estabilizacion por compactacion, se debe emplear en todas aquellas obras donde la materia prima es el suelo.

Resultado del proceso de compactacion mecanico debe producir:

Aumentar la resistencia al corte para mejorar la estabilidad del suelo. Disminuir la compresibilidad para reducir los asentamientos. Disminuir la relacion de vacios para reducir la permeabilidad y asi mismo el

potencial de expansion, contraccion o exposicion por congelamiento.

En todo momento se tendra en cuentala prueba de compactacion Proctor estandar o modificado con energia de compactacion, de laboratorio, con la siguiente formula:

E=(N .n .P .h )

V

Donde:

E→ energia de compactacion N→ numero de golpes por capa n→ numero de capas de suelo P→ peso del pisón h→ altura de caida libre del pisón V → volumen del suelo compactado

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PRUEBA DE PROCTOR

Se refiere a la determinacion del peso por unidad de volumende un suelo que ha sido compactado por un procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad, esta prueva tiene por objetivo:

a- Determinar el peso vulometrico seco maximo que puede alcanzar un material, asi como la humedad optima a que deberahacerse la compactacion.

b- Determinar el grado de compactacion alcanzado por el material durante la construccion o cuando ya se encuentran construidos los caminos, aeropuertos y calles, relacionado el peso vulometrico obtenido en el lugar con el peso volumetrico maximo proctor.

En primera instancia se llevan a cabo ensayos Próctor sobre muestras de suelo o del material de la base, en el laboratorio, para determinar la máxima densidad que se puede alcanzar, con éstos, y su contenido de humedad óptimo correspondiente, puesto que ambos factores influyen en la compactación.

Posteriormente, los resultados de laboratorio se comparan con los ensayos de densidad realizados en el sito de la obra.

PRUEBA ESTANDAR PORCTOR

Ensayo Próctor Estándar - El ensayo Próctor estándar se realiza en un laboratorio de ensayo de suelos, tomando una muestra de suelo del sitio y compactándola, en un recipiente de 1/30 ft3 (0.00094 m3) de capacidad, en tres capas. Se deja caer un pisón de 5 1/2 lb (2.5 kg) de peso, con una superficie de impacto de 3.1 in2 (2,000 mm2), desde una altura de 12 in. (300 mm), 25 veces sobre cada una de las tres capas, de igual espesor, con que se va llenando el recipiente.

Luego se pesa el conjunto, se le resta el peso del recipiente, y se registra el peso como peso húmedo/ft3 (peso húmedo/m3). El material se seca en un horno durante 12 horas y se determina el contenido de agua. Este metodo de compactacion demora menos que el modificado por se necesita 3 capas y se utiliza una maquina de menos peso; lo q conlleva q tenga mas contenido de humedad.

PRUEBA PRÓCTOR MODIFICADO

Ensayo Próctor Modificado - El ensayo Próctor modificado se hace, fundamentalmente, de la misma manera que el estándar, pero se usa un pisón de 10 lb (4.54 kg) que se deja caer, 25 veces, desde una altura de 18 in. (457 mm). El material se ensaya en un recipiente de 1/30 de ft3 (0.00094 m3), llenado en cinco capas iguales. El esfuerzo de compactación producido en el Próctor modificado es 56,000 lbf (75,926 N), mientras que en el Próctor estándar es 12,400 lbf (16,812 N). El ensayo modificado se usa, normalmente, para ensayar materiales de suelo y base, para una resistencia al corte mayor, que soporten cargas más altas como las encontradas en calles y pavimentos industriales.

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En términos prácticos, para obtener la densidad Próctor modificada, es necesario más tiempo de compactación en el campo o usar equipo más pesado. El resultado es una fundación sustancialmente más fuerte y un pavimento con una vida potencialmente más larga.

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RELACION ENTRE DIFERENTES TIPOS DE PREUBAS DE COMPACTACION

Prueba AASTHO Estándar T-99 y ASTM-698

Tipo de material utilizado en la prueba

Variante A

Variante B

Variante C Variante D

Material arcilloso que pase la malla

No 4

Material arcilloso que pase la malla

No 4

Con retenido en la malla

No 4, pero

pasando la malla de 19 mm

¿

Con retenido en la malla

No 4, pero

pasando la malla de 19 mm

¿

Equipo

Diám. molde

101.60 mm ¿

152.4 mm ¿

101.60 mm ¿

152.4 mm ¿

Peso del pisón (kg )

2.5 2.5 2.5 2.5

Diám. del pisón (mm )

50.8 50.8 50.8 50.8

Altura de caída

30.5 cm ¿

30.5 cm (12” )

30.5 cm (12” )

30.5 cm ¿

No de golpes por capa

25 56 25 56

No de capas

3 3 3 3

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Proctor S.O.P

AASTHO Modificado T-180 y ASTM-D-1557

Material arcilloso pasa la malla No 4, o con 10% retenido en esta malla y pasando la malla de 38

Variante A

Variante B

Variante C Variante D

Material arcilloso que pase la malla

No 4

Material arcilloso que pase la malla

No 4

Con retenido en la malla

No 4, pero

pasando la malla de 19 mm

¿

Con retenido en la malla

No 4, pero

pasando la malla de 19 mm

¿

101.60 mm ¿

101.60 mm ¿

152.4 mm ¿

101.60 mm ¿

152.4 mm ¿

2.5 4.540 4.540 4.540 4.540

50.8 50.8 50.8 50.8 50.8

30.5 cm ¿

45.7 cm ¿

45.7 cm ¿

45.7 cm ¿

45.7 cm ¿

30 25 56 25 56

3 3 3 3 3

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ESTABILIZACION DE SUELOS POR METODO QUIMICO

Se aplican métodos químicos en la estabilización de suelos, en casos como:

Cuando no se cumpla con los requisitos mínimos de resistencia o de formación, para sustentar obras de ingeniería civil.

Cuando no se pueda ser empleado en condiciones naturales. Cuando no pueda ser eliminado o remplazando por otro.

Las siguientes estabilizaciones se realizan mediante un estudio técnico el cual el suelo alcanza una estabilidad volumétrica, adecuada a resistencia permeabilidad, comprensibilidad y durabilidad.

ESTABILIZACION CON CAL

GENERALIDADES SOBRE LA CAL.

La cal es el producto de la calcinación de rocas calizas a temperaturas entre 880 y 9000C, constituido principalmente por oxido de calcio (CaO) y otros componentes. La adicción de cal en los materiales arcillosos para terracerías, revestimientos, sub-base y bases, por sus diferentes reacciones, en mayor y menor grado, produce aumento en su límite líquido y mayor incremento en su límite plástico para generar así una disminución en su índice plástico; aumentando la estabilidad volumétrica de los materiales cohesivos y la resistencia a la compresión simple y el CBR.

El tratamiento de terrenos arcillosos con cal permite su utilización, evitando los mayores costes y afecciones ambientales que supondría su retirada y posterior reemplazamiento por otros suelos de mejores características geotécnicas y mecánicas.

Parámetros para la estabilización con cal

- Se agrega de 2% a 8% de cal por peso seco de suelo.- Estimar el porcentaje de cal en función del PH. - Elaborar espécimen para el ensayo de comprensión no confinado a la

humedad optima y máxima densidad seca.- Determinar el incremento de la resistencia del suelo estabilizado con cal. - Si el incremento de resistencia con el porcentaje de cal elegido, es

mayor a 3,5kg /cm2, determinar la variación en la resistencia para especímenes elaborados con más de 2% de cal.

- Determinar el contenido de cal para el cual la resistencia no aumenta en forma importante.

- Elaborar una gráfica de resistencia vs % de cal.

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Recomendaciones para la estabilización de cal

- Por ningún motivo se debe emplear más del 8% de cal en el suelo, ya que se aumenta la resistencia pero también la plasticidad.

- Los suelos que usen para la construcción de suelo/cal debe de estar limpios y no deben de tener más del 3% de su peso de materia orgánica.

- La fracción del suelo que pasa la malla n°40 debe tener un índice de plasticidad comprendido entre 10 y 50.

Para el tratamiento de suelos se puede utilizar:

CAL VIVA (óxido de calcio – CaO), cal hidratada (hidróxido de calcio – Ca [OH]2) o una lechada de cal (es una suspensión de cal hidratada en agua, que puede elaborarse a partir de cal hidratada o de cal viva).

LA CAL VIVA; se produce de la transformación química del carbonato de calcio (piedra caliza – CaCO3) en óxido de calcio. Este tipo cal constituidas además del óxido de calcio (CaO), también lo constituye el Oxido de magnesio (MgO), producidos por la calcinación de caliza.

LA CAL HIDRATADA; se obtiene cuando la cal viva reacciona químicamente con el agua. La cal hidratada (hidróxido de calcio) es la que reacciona con las partículas arcillosas y las transforma permanentemente en una fuerte matriz cementante.

LA LECHADA DE CAL; es la suspensión de la cal hidratada en agua. Su empleo en tratamiento de suelo permite por un lado, evitar el polvo producido durante el extendido de cal y por otro, controla mejor la humedad de los suelos secos.

El uso vial más importante de la cal es el de estabilizar suelos, para estos fines se emplea la cal hidratada en polvo, que viene envasada en bolsas de papel facilitando de esta manera su manipuleo y transporte.

En la construcción de carreteras, el aprovechamiento de los suelos naturales de la traza puede presentar dificultades debido a:

· El alto contenido de agua.

· La presencia de arcilla en los mismos.

· A la combinación de ambos elementos.

La importancia del contenido de agua es conocida por todos ya que, si es demasiado elevado, hace que la circulación de máquinas en obra sea difícil cuando no imposible y si es demasiado bajo la compactación resulta una operación difícil. Los materiales que tienen arcillas en su composición, son conocidos por sus pocas propiedades geotécnicas que, además, varían según las condiciones climáticas.

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ACCION DE LA CAL SOBRE LOS SUELOS ARCILLOSOS.

Los efectos de la cal sobre los suelos arcillosos pueden ser divididos en dos grupos principales:

a) Debido a reacciones rápidas (minutos/horas); es una estabilización por modificación.

b) Provenientes de reacciones a largo plazo (semanas/meses); es una estabilización por cementación.

Como consecuencia de los anteriores efectos, la acción de la cal produce un notable incremento de la resistencia y rigidez del suelo que pierde plasticidad. La permeabilidad del suelo, que inmediatamente después del tratamiento podría ser considerado como un árido maleable que va cementando progresivamente con el tiempo, aumenta considerablemente a corto plazo, pero progresivamente decrece a medida que van teniendo lugar las reacciones de cementación y, por tanto, se reduce la susceptibilidad al agua en gran manera, lo que es puesto en evidencia por la disminución Índice de Plasticidad y de la retracción e hinchamiento del suelo.

La mezcla de cal con el suelo provoca reacciones rápidas que originan cambios físico-químicos producidos por cambios iónicos, neutralización y floculación. Las finas partículas de arcilla se aglomeran en elementos más gruesos y friables. Estas reacciones se producen siempre que el suelo tenga un cierto porcentaje de finos. Para conseguir estas modificaciones, la dosificación necesaria de Cal oscila entre el 1 y el 3 %.

Estabilización

La estabilización propiamente dicha consiste en una mejora a largo plazo (meses/años) por cementación, en función de la temperatura ambiente y de la naturaleza de la arcilla, aumentando la capacidad portante del suelo con el fin de poder emplearlo en capas más solicitadas. De esta forma pueden obtenerse explanadas y sub-bases con buenas.

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Al elevar la cal el pH del suelo estabilizado hasta valores de 12,4, se libera sílice y alúmina de la arcilla que reaccionan con los iones calcio procedentes de la cal, formando silicatos y aluminatos cálcicos hidratados que, como en el caso de los cementos portland, incrementan la resistencia mecánica. Esta reacción de tipo puzolánico es progresiva con el tiempo y aumenta la impermeabilidad, la resistencia mecánica y la resistencia a las heladas del suelo tratado.

o FACTORES POTENCIALMENTE ADVERSOS

Dos son los aspectos que más negativamente pueden influir en la estabilización de suelos con cal: su contenido en sulfatos solubles y en materia orgánica. Tratamientos de suelos con cal.

- Con respecto al contenido de materia orgánica, esta puede inhibir las reacciones puzolánicas, retardando los efectos de la cal sobre el suelo. Pero, por otro lado, la mezcla del suelo con la cal permite eliminar esta materia orgánica. Por lo tanto, en el caso de suelos con porcentajes excesivos de esta, conviene sobredosificar la cal necesaria para eliminar la materia orgánica presente.

- El contenido de sulfatos solubles, bien por su existencia en el propio terreno, o bien por ser aportados por las aguas subterráneas existentes, puede afectar la estabilización mediante la reacción de los sulfatos solubilizados en el agua con los aluminatos cálcicos hidratados, producidos por la reacción puzolánica entre el suelo y la cal, formando Etringita (trisulfoaluminato cálcico), muy expansiva, que puede llegar a romper las capas ya extendidas y compactadas.

VENTAJAS DE LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL.

El tratamiento de suelos arcillosos con cal viva o hidratada en cualquier obra de movimiento de tierras: laderas, terraplenes, explanadas, firmes, plataformas, etc., correspondiente a cualquier tipo de infraestructura: viales, aeropuertos, ferrocarriles, etc., permite obtener una serie de ventajas técnicas y económicas que citaremos a continuación:

• Posibilidad de reutilización de los suelos disponibles en la traza, disminuyendo la necesidad de préstamos y vertederos. Este aspecto, además de disminuir las afecciones medioambientales, disminuye los costes del movimiento de tierras, incidiendo especialmente en el transporte de materiales y en el tiempo de ejecución.

• La reducción del plazo de ejecución viene determinada también por la rapidez de las reacciones suelo-cal y el efecto secante producido. El Índice de Plasticidad disminuye notablemente y el suelo se vuelve más friable, aumentando inmediatamente su trabajabilidad. Además, el empleo de cal viva ayuda a secar rápidamente los suelos húmedos, facilitando su compactación.

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• El empleo de cal incrementa la capacidad portante de los suelos aumentando su índice C.B.R. También aumenta las resistencias a tracción y a flexión. Por lo tanto, la mejora producida en las capas y explanadas estabilizadas permite reducir espesores y las posibilidades de fallo durante su vida útil.

• Otra ventaja muy importante de la estabilización con cal frente al empleo de otros conglomerantes, es que no presenta un fraguado rápido, lo cual permite una gran flexibilidad en la organización de las distintas fases de ejecución: mezcla, extendido, compactación, etc.

No obstante, para evitar la re carbonatación previa de la cal, debe realizarse el mezclado con el suelo antes de 8 horas, desde el momento del extendido. Además, con el fin de evitar la re carbonatación de la cal y su arrastre por el viento, conviene mezclar lo antes posible la cal extendida. La estabilización de cualquier capa soporte, haciéndola insensible al agua y aumentando su resistencia frente a los tráficos que soportará durante su vida útil, reduce los costes de construcción, conservación y explotación de la infraestructura.

ESTABILIZACIÓN DEL SUELO CON CEMENTO.

La estabilización de suelo con cemento, es la más utilizada en el mundo. Es muy sencilla de realizar y no se necesita equipo especial de construcción. El suelo-cemento consiste en mezclar suelo con cemento, y compactarlo en su contenido óptimo de humedad. La función del cemento es aglutinar el material y convertirlo en una masa endurecida de carácter estable. El agua hidrata el cemento y ayuda a obtener la máxima densidad lubricando los granos y partículas de suelo. Una vez que el suelo y el cemento han sido mezclados y compactado, inicia la acción del cemento la cual provoca el endurecimiento de la masa.

Al mezclar un suelo con cemento, se produce un nuevo material, duro, con mejores características que el usado como agregado. Esta estabilización no es tan sensible a la humedad como la hecha con asfalto. Pueden usarse todos los suelos para efectuarla, excepto los altamente orgánicos, aunque los más convenientes son los granulares, de fácil disgregado. Los limos, las arenas limosas y arcillas, todas las gravas y las arenas, son agregados adecuados para producir la mezcla suelo-cemento, que tienen excelentes cualidades, que respecto a la de los suelos granulares son:

a) Tiene mayor módulo de elasticidad.

b) Es más impermeable.

c) Es muy resistente a la erosión del agua.

d) En presencia de la humedad, en lugar de perder resistencia, la aumenta.

e) Su resistencia aumenta con el tiempo.

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La cantidad de cemento necesaria varía con el tipo de suelo, siendo menor si el suelo es poco arcilloso. El criterio de diseño de las mezclas suelo-cemento es para obtener un material de mayor resistencia. No sólo se debe pensar en disminuir plasticidad. La resistencia a la compresión, es uno de los parámetros primordial de análisis en la estructura de un pavimento, el cual se determina mediante la realización de probetas cilíndricas elaboradas con una energía de compactación determinada según sea la especificada y su respectiva humedad óptima. El procedimiento de construcción consta de las fases siguientes:

a) Mezclado de cemento y suelo a estabilizar.

b) Colocación de agua, hasta llegar a obtener la humedad optima dentro de la mezcla suelo-cemento.

c) Compactación

d) Curado de unos 7 días.

La gama de suelos que se pueden estabilizar con cemento es muy amplia. Aunque son los suelos granulares los que presentan una mejor y más rápida mejora de resultados ante una reducida aportación de cemento, no se debe a priori eliminar otros tipos, pues se dan casos de suelos de elevada plasticidad cuyo comportamiento es mejor al ser mezclados con cemento que con cal.

Con suelos muy finos y arcillosos suele resultar más adecuado realizar un tratamiento mixto cal-cemento: la aplicación de la cal logra reducir la plasticidad y consigue agrupar los finos en granos de mayor diámetro sobre los que sí puede actuar el cemento, lográndose obtener una resistencia apreciable. Análogamente se puede emplear este doble tratamiento en suelos muy húmedos, donde la cal actúa secando. En la estabilización mixta, antes de la aplicación del cemento, conviene dejar un período de actuación de la cal de al menos 5 o 6 horas (plazo que se debe definir en los ensayos previos).

En los suelos estabilizados con cemento, el tipo de conglomerante tiene una importancia menor en comparación con la dotación del mismo o la densidad mínima alcanzada en la compactación. Los cementos más recomendables para estabilizar suelos son aquellos con alto contenido de adiciones activas se trata de cementos con inicio y final de fraguado suficientemente largos (mayor plazo de trabajabilidad), moderado calor de hidratación (limitada fisuración por retracción) y desarrollo inicial de resistencias lento, que se recuperan (salvo en los cementos que las resistencias a 28 días son las mismas que las de otros tipos de cementos) o mejoran a largo plazo. Con ello se limita el efecto de la retracción.

En general deben procurar emplearse cementos de resistencia media o baja reservando las categorías superiores para situaciones especiales como la ejecución en tiempo frío. Si la capa estabilizada se tiene que disponer sobre

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terrenos yesíferos o que contengan sulfatos, es conveniente aislarla y, en cualquier caso, utilizar cementos resistentes a los sulfatos.

En los suelos estabilizados con cemento, las dotaciones de cemento varían ampliamente según el tipo de suelo que se utilice. Como se ha comentado, para evitar elevados contenidos de conglomerante, se suele restringir la estabilización con cemento a los suelos que cumplen las siguientes condiciones:

- Índice de plasticidad IP < 15- Límite liquido LL < 40- Pase por el tamiz UNE 2 mm < 20 %- Pase por el tamiz UNE 0,063 mm < 35 %

Parámetros para la estabilización con cementos

- Se pueden utilizar todos los tipos de cementos, pero en general se recomienda lo de fraguado normales. En casos de contrarrestar los efectos de la materia orgánica, se empleara cementos de alta resistencia.

- En zonas con bajas temperaturas los suelos se mesclan con cementos de fraguados rápidos o con cloruro de calcio como aditivo.

- La capa estabilizada con cemento debe tener un espesor mínimo de 10cm pudiendo recibir capa de cobertura (tratamiento superficial asfaltico) de poco espesor (1,5cm) para un tránsito ligero a medio o podrá servir de apoyo a un pavimento regido o flexible de alta calidad.

- El suelo se deberá controlar con ensayos de granulometría verificando que el límite líquido sea menor del 50% y el índice de plasticidad menor del 25%, también mediante ensayos de compactación, durabilidad y comprensión simple.

Recomendaciones para la estabilización con cemento

- Para obtener una estabilización tipo flexible, el porcentaje de cemento debe variar entre 1 y 4%, permitiendo disminuir la plasticidad e incrementar levemente la resistencia.

- Para obtener una estabilización tipo rígido, el porcentaje de cemento debe variar entre el 6 y 14%, logrando mejorar el comportamiento de las bases, reflejado en el incremento de su módulo de elasticidad evitando fracturas de la capa de la superficie.

- El agua debe ser limpia y estar libre de materia orgánica, álcalis y otras sustancias deletéreas.

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ETAPAS DE UNA ESTABILIZACION CON CEMENTO

La estabilización de un suelo para obtener una explanada de calidad requiere realizar previamente los estudios de laboratorio oportunos para cada caso en particular. Las características del suelo (tipo, clasificación, grado de humedad, u otros) y la maquinaria disponible son dos parámetros básicos que definen la forma de estabilizar y la cantidad de conglomerante más apropiada para conseguir las óptimas condiciones técnicas y económicas.

Así, se pueden diferenciar las siguientes fases en una estabilización:

Etapas previas a la ejecución:

Clasificación del suelo

El primer paso, consiste en realizar los ensayos previos para caracterizar correctamente el suelo. Para ello, se toman muestras suficientemente representativas del suelo (se excava en las zonas de desmonte hasta la cota de explanada y se cogen muestras válidas de los materiales de aportación de los terraplenes) y se llevan a cabo los ensayos de identificación. Al menos se debe definir la granulometría, la plasticidad (límites de Atterberg), el hinchamiento, la humedad natural, el contenido de materia orgánica y el de otros componentes perjudiciales, tales como sulfuros (piritas), sulfatos (yesos) o cloruros (sal gema) que puedan perturbar o incluso impedir el fraguado del cemento.

Elección y dosificación del conglomerante

De acuerdo con las características del suelo se selecciona el tipo de conglomerante más apropiado para conseguir la capacidad de soporte o la resistencia solicitada.

En la figura se incluye un gráfico orientativo sobre cuando usar cal o cemento, pues aunque esta posibilidad puede quedar determinada en la normativa (tabla 2) donde se fijan unos límites, hay casos de obras en los que, aun habiéndolos rebasado ligeramente, se han obtenido resultados correctos.

Otra opción que no hay que descartar, es la estabilización mixta con cal y cemento, bien porque el suelo tenga mucha humedad y requiera previamente

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un secado, o bien porque contenga finos muy plásticos sobre los que no se consigue obtener resistencias con la acción del cemento. Con un 1-2% de cal se reduce la plasticidad, aumentando la humedad optima de compactación y disminuyendo la densidad máxima del suelo, y tras un período de maduración, con un 3-4% de cemento se pueden lograr las resistencias especificadas para obtener una explanada de calidad.

Ensayos previos:

Definido el conglomerante, se realizan los ensayos de dosificación necesarios para conocer la cantidad del mismo a aportar. Para ello se realiza para cada contenido de cemento (o para un porcentaje medio) el ensayo Proctor Modificado siguiendo la norma técnicas y se determina la humedad óptima y la densidad máxima de compactación. Posteriormente se obtiene el valor del índice CBR o, en el caso del S-EST3, en el que se exige una resistencia de 1,5 MPa a la edad de 7 días, se confeccionan probetas para ensayar a compresión a dicha edad.

La fórmula de trabajo debe indicar al menos:

- La granulometría del suelo, los límites de Atterberg y las demás características definidas anteriormente.

- La humedad óptima del material en el momento del mezclado.

- La densidad a obtener, que no debe ser inferior al 97% de la máxima Proctor modificado paralos S-EST 1 y S-EST 2, ni al 98% para el S-EST 3.

El tipo y dotación de cemento a utilizar:

Dada la variabilidad de las características de los suelos que pueden encontrarse en un firme, es aconsejable para asegurar una homogeneización correcta que la dotación de cemento no sea inferior al 3% (aunque algunas normas limitan al mínimo del 2,5% los S-EST 1) a fin de asegurar la obtención de la capacidad de soporte o la resistencia especificada a lo largo de toda la obra y evitar problemas posteriores, en general muy costosos de solucionar.

La dosificación óptima de cemento se determina ensayando varias series de probetas con distintas dotaciones de cemento. Dichas probetas se fabrican con la humedad óptima y la densidad mínima exigida en obra. Se debe adoptar un cierto margen de seguridad para tener en cuenta la variabilidad de la obra. Una vez definido el contenido de cemento conviene realizar un análisis de sensibilidad sobre probetas compactadas a diferentes densidades. De esta forma se puede determinar la dotación de conglomerante a añadir al suelo que

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garantice suficientemente la obtención de las prescripciones exigidas (CBR o resistencia) con las densidades alcanzadas en obra.

ETAPAS DE LA EJECUCIÓN

La estabilización de un suelo puede realizarse in situ o en central. Este último proceso es similar al de otras unidades de obra como el suelo-cemento, pero es poco frecuente. Las operaciones a realizar en la estabilización in situ son en general las siguientes:

- Preparación del suelo al menos en tres aspectos básicos: granulometría (escarificado, disgregación y retirada de gruesos), humedad (humectación o secado) y nivelación.

- Distribución del conglomerante: según como se realice, se diferencia entre estabilizado por vía seca (el cemento se extiende en polvo sobre la superficie de la capa a estabilizar) o por vía húmeda (se incorpora como lechada al suelo dentro de la estabilizadora).

- Mezclado: un adecuado proceso de mezclado, con la humedad apropiada para asegurar una buena homogeneidad del suelo estabilizado en todo el espesor requerido, es muy importante para lograr un aprovechamiento óptimo de esta unidad.

- Compactación inicial: tras el mezclado se realizan varios ciclos de compactación con el rodillo vibrando a su máxima amplitud para compactar bien el fondo de la capa.

- Refino o nivelación: posteriormente se lleva a cabo un refino con la motoniveladora para obtener la rasante.

- Compactación final: se realiza con un rodillo liso, que a veces se combina con un rodillo de neumáticos para cerrar la superficie, hasta obtener como mínimo la densidad especificada.Tanto en esta etapa como en la compactación inicial es importante mentalizar al maquinista de la importancia de su trabajo por lo monótono que resulta y controlar a menudo que el proceso se realiza correctamente.

- Curado y/o protección superficial: El curado se puede realizar manteniendo la superficie húmeda mediante un riego con agua pulverizada, o bien extendiendo una emulsión bituminosa de rotura rápida y baja viscosidad con una dotación mayor de 300 gr/m2 de betún residual. Para poder soportar el paso inmediato de los vehículos sin que se produzcan deformaciones importantes que puedan perjudicar su comportamiento posterior, el suelo estabilizado con cemento debe tener un esqueleto mineral con estabilidad suficiente. Para la estimación de la misma, se emplea el índice de capacidad de soporte inmediata (norma UNE-EN 13286-47), que debe ser como mínimo igual a 50 para poder

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permitir la apertura a la circulación. En este caso se debe proteger el riego de curado con una gravilla 3-6, aplicada con una dotación 2-4 l/m2.

LIMITACIONES PARA LA EJECUCION

Ejecución en época calurosa

En épocas calurosas, las altas temperaturas pueden dar lugar a una desecación del material que altera desfavorablemente las relaciones de hidratación del cemento. Algunas de las medidas que se pueden emplear para reducir estos problemas cuando se extiende a temperaturas superiores a 35 ºC son:

- Empleo de cementos con alto contenido en adiciones (Tipo IV, V o ESP VI) y resistencia 32,5 N, que tienen un menor calor de hidratación, lo que se traduce en una fisuración más reducida.

- Empleo de un retardador de fraguado para incrementar el plazo de trabajabilidad, que en estos casos disminuye.

- Mezclado con agua fría, incrementando el volumen de agua para prever la evaporación que se producirá durante el proceso.

- Pulverización de agua durante la compactación.- Extensión del riego de curado inmediatamente.

Ejecución en época fría

No se debe extender el material cuando la temperatura ambiente descienda por debajo de 5ºC y exista fundado temor de heladas, ya que la ganancia de resistencia es muy débil y prácticamente inexistente por debajo de dicha temperatura. En caso de que la temperatura tienda a aumentar, se puede fijar este límite en 2ºC.

En este caso se deberán emplear cementos con un contenido reducido de adicciones (tipo II) y categoría resistente 42,5 N y obtener altas resistencias. Por otra parte, en caso de ser factibles recomendable realizar la mezcla con agua caliente.

Ejecución en tiempo lluvioso

En caso de lluvia la ejecución de la estabilización debe suspenderse, tanto por la gran dificultad para compactar el material al incrementarse considerablemente la humedad por encima de la óptima, como por el peligro de que se produzca un lavado de la superficie. No obstante, se puede trabajar cuando haya una lluvia fina y ligera, que tienda a desaparecer.

Ejecución con viento fuerte

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En caso de dosificarse el cemento en polvo, no se debe extender cuando haya viento fuerte (velocidad por encima de 35 km/h). Si el cemento se incorpora como lechada, hay que tener en cuenta que, incluso aunque se esté en un ambiente marítimo con un alto porcentaje de humedad, la capacidad del viento para desecar rápidamente la superficie del material es muy alta, por lo que se deberán tomar las precauciones adecuadas.

ESTABILIZACION DEL SUELO CON ASFALTO

En algunos casos conviene estabilizar un material usando algún producto asfáltico para elaborar capas base o sub base. A estas bases asfálticas también se los conoce como base negras. El uso de algunos productos asfálticos (asfaltos rebajados, emulsiones asfálticas y cemento asfálticos) está limitado a suelos granulares o de partículas gruesas. Es muy difícil estabilizar un material arcilloso, por los grumos de esos suelos. La estabilización con asfalto puede tener dos fines:

a) Reducir la absorción de agua del material, usando poca cantidad de asfalto

b) Incrementar la resistencia de un material usando mayor cantidad de asfalto, como en las bases asfálticas.

Se empleara un asfalto o bitumen, para lograr propiedades impermeabilizantes, adhesivas y de preservación, en el suelo. En suelos friccionantes puede considerarse, además de la química, la estabilización mecánica.

La estabilización de cada suelo, debe ser investigada en forma independiente, a partir de la granulometría, plasticidad, densidad y otras propiedades del sueño. Para un peso específico del material igual a 1,64 gr/cm3, le debe corresponder 10% de asfalto y para 1,75 gr/cm3, no es necesaria su aplicación, tal como lo muestra a continuación el siguiente cuadro:

CONTENIDO DE ASFALTO PARA ESTABILIZAR

Contenido de asfalto (%) 0 2 4 6 8 10Peso específico del material (gr/cm3) 1,75 1,71 1,68 1,66 1,64 1,64

Cuando los materiales bituminosos se emplean como agentes estabilizantes de los suelos, tienden a producir distintos efectos según el tipo de suelo que deba estabilizarse.

En líneas generales, los efectos se dividen en tres grupos principales:

a)- Suministrar resistencia cohesiva a suelos sin cohesión propia, tales como arenas limpias, donde el asfalto actúa como agente ligante de las partículas. Este tipo de estabilización es generalmente llamada "arena-asfalto".

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b)- Estabilizar el contenido de humedad de los suelos finos cohesivos. Este tipo de estabilización se denomina "suelo-asfalto".

c)- Suministrar resistencia cohesiva e impermeabilizar suelos granulares que poseen altos valores de resistencia friccional. Cuando en este tipo de estabilización se utilizan gravas de yacimiento, se la conoce con el nombre de "grava-arena-asfalto".

Los asfaltos son también usados en caminos de tierra o grava a los efectos de lograr una superficie libre de polvo, impermeable al agua y resistente a la abrasión del tránsito Este tratamiento se utiliza para suelos gruesos o finos con plasticidad donde sólo se desea un tipo inferior de camino.

ESTABILIZACION DE SUELOS CON CENIZA

Las cenizas volantes son procedentes de la combustión en las centrales termoeléctricas. La composición de cada una de las clases de ceniza y el

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porcentaje de carbón encontrado en estas depende del proceso que se realice en cada una de las plantas de la termoeléctrica. Las cenizas son granos finos compuestos básicamente por silicatos, aluminios, cal libre y algunos óxidos que permiten una reacción puzolánica con el suelo que al igual que otras sustancias reduce el índice de expansión.

Una concentración del 25% de cenizas en el suelo puede resultar muy beneficiosa, afectando la granulometría, floculando los porcentajes de arcillas del suelo y reduciendo el límite líquido y el índice plástico del suelo. Las reacciones puzolánicas permiten incrementar la capacidad de soporte de la subrasante y con ello mejor las estructuras viales.

La ceniza volante es expulsada junto con los gases de combustión, para ser atrapada en los filtros del sistema de recolección, desde donde se transporta al silo de almacenamiento. En dicho silo se mezclan ambos tipos de ceniza (ceniza compuesta o FBA) y se hidratan, para posteriormente ser transportadas hasta un acopio o relleno ubicado al interior de la planta (ceniza compuesta hidratada o FBAh). De acuerdo al proceso de producción, se pueden obtener cuatro tipos de cenizas FBC:

- FAd (ceniza volante seca). Se obtiene de los sistemas de recolección de polvo de la caldera.

- BAd (ceniza de fondo seca). Esta ceniza precipita al fondo de la caldera. Este tipo de ceniza está formada por partículas visibles de color café, negro y blanco.

- FBAd (ceniza compuesta seca). Esta mezcla se produce en el silo de almacenamiento.

- FBAh (ceniza compuesta hidratada). Mezcla de cenizas hidratada depositada en el acopio.

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ESTABILIZACIÓN DE SUELOS EXPANSIVOS

La estabilización de un suelo es el proceso por el cual se mejoran las propiedades del mismo. Entre los aditivos usados en la estabilización de los suelos se encuentran los siguientes (Sowers, 1994):

- Aditivos que retienen humedad: sales comunes y cloruro de calcio.

- Aditivos resistentes a la humedad: agentes impermeabilizantes resinosos e hidrófugos, materiales bituminosos y asfaltos rebajados.

- Mezcla de suelo-cemento, en la mayoría de los casos se hace con cementos Portland.

- Cal y cemento: reacciona con el suelo químicamente permitiendo reacciones puzolánicas.

- Agentes dispersante: entre los cuales se encuentran el silicato de sodio y poli fosfato de sodio que reducen el límite líquido, el índice plástico y la permeabilidad.

A continuación se presenta una descripción de las sustancias utilizadas como aditivos en esta investigación, así como el efecto que producen sobre los materiales expansivos.

ESTABILIZACIÓN CON CAL

ESTABILIZACIÓN CON CENIZAS VOLANTESLas cenizas volantes son procedentes de la combustión en las centrales termoeléctricas. La composición de cada una de las clases de ceniza y el porcentaje de carbón encontrado en estas depende del proceso que se realice en cada una de las plantas de la termoeléctrica.Las cenizas son granos finos compuestos básicamente por silicatos, aluminios, cal libre y algunos óxidos que permiten una reacción puzolánicas con el suelo que al igual que otras sustancias reduce el índice de expansión.

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ESTABILIZACION CON GEOSINTETICOS

- ESTABILIZACIÓN CON GEOSINTÉTICOS

En muchas ocasiones es usual encontrar suelos poco competentes para soportar cargas debido al tráfico, el refuerzo con geosintéticos permite mejorar el desempeño de un pavimento disminuyendo los esfuerzos aplicados sobre la subrasante.  Como resultado, se tiene una sección reforzada que permite una mayor aplicación de cargas y menores deformaciones que una sección sin refuerzo.

Geosintéticos como geomallas biaxiales coextruidas, geotextiles tejidos y Neoweb han sido empleados como herramientas de refuerzo para incrementar la Resistencia de vías.

Para lograr la estabilización de una subrasante se debe determinar correctamente un espesor de material granular apropiado que en conjunto con un geosintético de refuerzo permitan brindar una plataforma de trabajo estable logrando la estabilización mecánica de la subrasante.

La estabilización mecánica de subrasantes con geosintéticos permite reemplazar alternativas tradicionales como el uso de empalizadas, rajón (Sobre tamaños), etc.

- ESTABILIZACIÓN CON GEOTEXTILES

La función de refuerzo de los geotextiles consiste en el complemento y por ende en el mejoramiento de las propiedades mecánicas del suelo. Los geotextiles son materiales con alta resistencia a la tensión y son un buen complemento de aquellos materiales con alta resistencia a la compresión pero con poca resistencia a la tensión, como ocurre generalmente en los suelos finos y granulares.

El refuerzo con geotextiles soporta la fuerza de tensión del suelo, disminuyendo la fuerza de corte y aumentando la resistencia al corte del suelo, con el incremento del esfuerzo normal que actúa en las potenciales superficies de corte. En efecto, cuando el suelo se deforma a lo largo de una superficie de ruptura (en cortante), se generan deformaciones a compresión y tracción. El refuerzo comienza a actuar en forma eficiente cuando su inclinación iguala la dirección en la que se haya desarrollado la deformación a tracción en el suelo deformado, entonces la deformación por corte del suelo causa una fuerza de tensión en el geotextil de refuerzo.

El refuerzo con geotextiles permite además soportar mayores aplicaciones de carga en el suelo y mejorar su capacidad portante, mediante otro mecanismo diferente, que se aplica cuando el refuerzo se ha deformado lo suficiente para

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actuar como una membrana a tensión. Cuando se aplica una carga en la superficie de la estructura, una parte de los esfuerzos normales de la fibra inferior de esa capa (parte cóncava) son soportados por la fuerza de tensión de la membrana de geotextil, reduciendo así los esfuerzos aplicados en el suelo que se encuentra bajo el geotextil (parte convexa del geotextil). Este mecanismo tipo membrana se desarrolla cuando se aplican cargas localizadas y se presentan deformaciones considerables. En el caso particular de las vías, la acción de membrana es muy importante para controlar el ahuellamiento en las vías y para prevenir el colapso de un relleno en un hueco o cavidad que se presente en el suelo de fundación.

Con el uso de un geotextil de refuerzo y un espesor adecuado de material granular es posible estabilizar mecánicamente una subrasante, generando una plataforma de trabajo estable que permita el desarrollo propios de la construcción de un pavimento. Esta alternativa permite el remplazo de soluciones tradicionales como como el uso de empalizadas, rajón, remplazos de suelo, estabilización química, etc. Adicionalmente se logra el efecto de separación evitando la contaminación y/o mezcla de suelos.

- ESTABILIZACIÓN CON GEOMALLAS

Con el uso de una geomalla biaxial coextruida y un espesor adecuado de material granular es posible estabilizar mecánicamente una subrasante, generando una plataforma de trabajo estable que permita el desarrollo propios de la construcción de un pavimento. Esta alternativa permite el remplazo de soluciones tradicionales como como el uso de empalizadas, rajón, remplazos de suelo, estabilización química, etc.

En esta aplicación toma vital importancia le eficiencia en los nudos o juntas de la geomalla (En general se recomienda que sea >90%) ya que de estos depende la transferencia de cargas y el adecuado confinamiento del material granular. En la mayoría de los casos es necesario acompañar la geomalla por un geotextil de separación por debajo de esta.

- ESTABILIZAION CON GEODRENES

El agua siendo un elemento fundamental para la existencia de la vida, es también la principal causa de los problemas en la Ingeniería Geotécnica y una de las causas más relevantes del deterioro prematuro de las obras civiles. Es por eso que es necesaria la construcción de obras de drenaje adecuadas para cada caso. Un correcto manejo de los fluidos debe involucrar procesos de captación, conducción y evacuación, los cuales son de igual importancia.

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Cuanto más rápido se capte el agua en las obras civiles, se garantiza una mayor durabilidad de éstas. Esto debido a que el exceso de agua en los suelos afecta sus propiedades geomecánicas, los mecanismos de transferencia de carga, incrementos de presiones de poros, subpresiones de flujo, presiones hidrostáticas y afecta la susceptibilidad a los cambios volumétricos.

Un sistema de subdrenaje eficiente y estable debe estar compuesto por un medio filtrante y otro drenante. En el Geodrén, la función de filtración (retener el suelo permitiendo el paso del agua) la desempeña el Geotextil no tejido punzonado por agujas, el medio drenante es el encargado de captar y conducir el agua que pasa a través del filtro, función realizada por un elemento sintético que se conoce con el nombre de Geored y la tubería perforada es la encargada de conducir el agua a un sistema de evacuación.

La utilización del geodrén vial es una excelente alternativa para el manejo de los fluidos, porque permite captarlos y conducirlos de una manera rápida y eficiente, disminuyendo notablemente el tiempo de construcción de los subdrenes por su facilidad de instalación, dando como resultado una disminución de costos frente a otras alternativas convencionales, disminuyendo el fuerte impacto ambiental.