Estabilizacion de Suelos Final-2009-1

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN.

MECANICA DE SUELOS.

TEMA: ESTABILIZACION DE SUELOS EN LA CONSTRUCCION VIAL

SUMARIO:

1.-INTRODUCCION.-

2.-GENERALIDADES.-

3.-CARACTERIZACION DE LOS SUELOS CON FINES DE ESTABILIZACION.-3.1.-SUELOS LIMOSOS.3.2.-SUELOS ARCILLOSOS.3.3.-SUELOS ARENOSOS.

4.-PROPIEDADES GEOTECNICAS DE LOS SUELOS QUE SE PUEDEN MEJORAR.-4.1.-ESTABILIDAD VOLUMETRICA.4.2.-RESISTENCIA.4.3.-PERMEABILIDAD.4.4.-COMPRENSIBILIDAD.4.5.-DURABILIDAD.

5.-METODOS DE ESTABILIZACION.-5.1.- MECANICOS.5.2.- FISICOS.5.3.-QUIMICOS.5.4.-HIDRAULICOS.5.5.-ELECTRICOS.5.6.-TERMICOS.

6.-PROCEDIMIENTOS DE ESTABILIZACION.-6.1.-ESTABILIZACION MECANICA.6.2.-ESTABILIZACIONGRANULOMETRICA.

GRAVA (GRAVA-CEMENTO).6.3.-ESTABILIZACION MEDIANTE TRATAMIENTOS QUIMICOS.

CEMENTO (SUELO –CEMENTO). CAL (SUELO-CAL). ELECTROQUIMICA CON ACEITE SULFONADO. CON INYECCIONES.

6.4.-ESTABILIZACION CON ASFALTO (SUELO-ASFALTO).6.5.-COMBINACION DE ADITIVOS USADOS EN LA ESTABILIZACION DE SUELOS.

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MECANICA DE SUELOS.

7.-CONCLUSIONES.-

BIBLIOGRAFIA.

SIERRA MANUEL, APUNTES DE GEOTECNIA VIAL, 2008, U. DE GUAYAQUIL. JUAREZ E, RICO A, MECANICA DE SUELOS TOMO II, 2006, EDITORIAL LIMUSA,

MEXICO. CRESPO C.2000, VIAS DE COMUNICACION : CAMINOS, FERROCARRILES,

AEROPUERTOS, PUENTES, PUERTOS ,4 EDICION, LIMUSA, MEXICO. NICHOLAS J, GARBER LESTER A HOEL, INGENIERIA DE TRANSITO Y

CARRETERAS, 4 edición, Cengage Learning Editores, 2005. ROXANA M. UGAZ PALOMINO, CARLOS TUPIA CÓRDOVA, JORGE E. ALVA

HURTADO, XLL, CONGRESO NACIONAL DE INGENIERIA Civil, puno del 05 al 09 noviembre del 2001, ensayo de estabilización de suelos con el aditivo RB-81. BOTASSO, GERARDO; FENSEL, ENRIQUE; RICCI, LUIS LEMAC: Centro de

Investigaciones Viales, UTN Facultad Regional La Plata, caracterización de geosintéticos para uso vial.

FERNANDEZ PAEZ DIEGO, ARTICULO DE LA REVISTA DE INGENIERIA, FACULTAD DE INGENIERIA UPTC, ESTABILIZACION ELECTROQUIMICA CON ACEITE SULFONADO, CEDEC, AÑO 2005.

M .T .C, MINISTERIO DE TRANSPORTE Y COMUNICACIONES. SUELOS ESTABILIZADO CON GRAVA, AÑO 2005.

NLA (ASOCIACION NACIONAL DE LA CAL), MANUAL DE ESTABILIZACION DE SUELOS TRATADOS CON CAL, 11 EDICION, 2003, PUBLICACION DE LA NATIONAL LIME ASOCIATION.

PAVON ALVAREZ JORGE, INGENIEROS DE PROYECTOS ICPC, ESTABILIZACION DE SUBRASANTE, AÑO 2004.

MARQUEZ SANTIAGO, ESTABILIZACION DE SUELOS, 2005, FACULTAD DE INGENIERIA, PUBLICACION DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PATAGONIA SAN JUAN DE BOSCO.

ANGEL SAMPEDRO RODRIGUEZ, TRATAMIENTOS DE SUELOS CON CAL.PLANTAMIENTO GENERAL, DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD.ANCADE (ASOCIACION NACIONAL DE FABRICANTES DE CALES Y DERIVADOS DE ESPAÑA) DPTO. TECNICO, ABRIL DEL 2005.

CIPRIANO A, LONDOÑO NARANJO” SEMINARIO INTERNACIONAL DE (SUELO CEMENTO)”ICPC, JUNIO 18 Y 19 DEL 2008.

SUAREZ DIAZ JAIME, SEMINARIO DE RELLENO –ESTABILIZACION DE SUELO, UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANER, BUCARAMANGA, COLOMBIA.

FERNANDEZ LOAIZA CARLOS, MEJORAMIENTO Y ESTABILIZACION DE SUELOS, UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO, MEXICO, 1982.

UTESA LUIS, MEJORAMIENTO MASIVO DE SUELOS, 1979, SOCIEDAD MEXICANA DE MECANICA DE SUELO A.C, MEXICO.

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MECANICA DE SUELOS.

1.-INTRODUCCION.-

La estabilización de suelos en la construcción de carreteras se define como un

proceso de modificar el comportamiento del suelo mediante la reducción de su

susceptibilidad a la influencia del agua y condiciones de transito e incrementar de

manera notoria su resistencia, capacidad portante y mejorar así los cambios

volumétricos que este percibe durante el proceso de humedecimiento y secado del

mismo.

En el presente trabajo se recopila las técnicas más empleadas en la estabilización de

suelos y el resultado obtenidos en su aplicación, las cuales son muy diversas.

La estabilización de los suelos en la ingeniería vial, obliga a realizar un estudio de las

propiedades del suelo, para seleccionar los tratamientos y medidas necesarias para

lograr que su comportamiento sea satisfactorio, aunque el factor económico sea la

decisión en tomar la mejor alternativa al proyecto.

Desde la antigüedad, la estabilización de suelos ha sido muy utilizada en la

construcción de carretera obteniéndose los resultados requeridos y que se han ido

perfeccionando con el avance de la tecnología. Cómo por ejemplo la estabilización

con cal, es una de las más usadas.

Existen en la práctica diversos métodos para estabilizar a tales suelos, cada método

utiliza diferentes agentes estabilizadores, entre los que se pueden encontrar:

La cal.

El cemento Pórtland.

Productos asfálticos.

En general, los suelos cohesivos, plásticos, serán suelos susceptibles de estabilizar

con cal, y los suelos granulares, no plásticos, serán susceptibles de tratar con

cemento. Y, a partir de aquí, deben realizarse los estudios de dosificación necesarios

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MECANICA DE SUELOS.

para conseguir los parámetros exigidos en función de la colocación de los materiales

estabilizados.

Incluso se utiliza la combinación de diferentes productos estabilizadores, así como la

mezcla granulométrica con el fin de dar soluciones óptimas a problemas particulares,

Lo que consecuentemente implica garantizar más durabilidad en la vida útil de las

vías, al margen del diseño que se haya elegido para su construcción.

Es importante mencionar, que lógicamente al aplicar un proceso de estabilización se

incrementan los costos del material; por lo tanto, queda a opción del constructor el

uso de los métodos analizados en el presente trabajo.

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MECANICA DE SUELOS.

2.-GENERALIDADES.-

La estabilización de suelos, tiene como finalidad procurar por medio de los agentes

estabilizantes, mejorar las propiedades geotécnicas de los suelos y lograr que este

sea apto para el proceso constructivo.

La estabilización de suelos tiene como propósito mejorar las siguientes propiedades:

ESTABILIDAD VOLUMETRICA

Muchos suelos sufren variaciones volumétricas con los cambios de contenido de

agua, los cuales se pueden presentar en forma rápida, concordante con las

variaciones estacionales, por lo que es necesaria conocer los parámetros de

expansión del suelo.

RESISTENCIA

La resistencia de los suelos, con algunas excepciones, es en general mas baja cuanto

mayor sea su contenido de humedad, es decir el aumento del contenido del agua

significa reducción a la resistencia. Existen varias formas de estabilización que se

usan para mejorar la resistencia de algunos suelos. Con el objeto de mejorar esta

propiedad en los suelos son utilizados los métodos mecánicos y químicos.

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MECANICA DE SUELOS.

PERMEABILIDAD

Es la propiedad que tiene el suelo de permitir el paso del agua y el aire, es una de las

cualidades más importantes a definir en los suelos, ya que involucra aspectos como

la disipación de las presiones de poros y el flujo del agua a través del suelo.

El tamaño de los poros del suelo tiene una injerencia directa con la tasa de filtración

(movimiento del agua hacia exterior del suelo) y la tasa de percolación (movimiento

del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha

relación con la textura y la estructura del suelo y también influye en su

permeabilidad.

COMPRENSIBILIDAD

A las variaciones volumétricas de un suelo bajo el estado de cualquier carga se

define a la comprensibilidad, en este estado de esfuerzos se producen deformaciones

del suelo, las que se manifiestan en asentamiento, por lo cual se tiene que determinar

la magnitud de dicho asentamiento y el tiempo que se desarrollara, qué dependerá del

espesor de cada estrato, la intensidad y distribución de los esfuerzos inducidos por

las cargas.

DURABILIDAD

Se define como la resistencia a los procesos de intemperización, erosión y abrasión.

Por lo que es primordial hacer pruebas al interperismo para el estudio de un

pavimento, en pruebas con aplicación de transito y las pruebas en la que los

especímenes se someten a efectos de secado y humedecimiento.

Las propiedades de un suelo se pueden mejorar de muchas formas como son; los

medios mecánicos, físicos, o adicción de agentes estabilizantes, por consiguiente se

tiene tener claro las propiedades que se quiere mejorar, ya que es un requisito para

tomar la decisión correcta, estabilización en la cual se mejora la capacidad portante

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MECANICA DE SUELOS.

del material incidiendo sobre el parámetro cohesión el que es modificado debido a la

incorporación de un agente cementante que une las partículas del suelo en forma tal

que genera resistencia al corte por aporte cohesivo por cementación.

Estabilización mecánica que comprende el manipuleo y compactación de los

suelos para obtener su densificación, entre las estabilizaciones mecánicas se

puede mencionar a: Geosintéticos y Compactación

Estabilización física que persigue la obtención de una adecuada

granulometría, mediante el agregado de materiales granulares o cohesivos o

ambos a la vez, al primitivo suelo.

La estabilización granulométrica, depende de la distribución de los diferentes

tamaños de sus partículas, de la forma de las partículas, peso volumétrico,

fricción interna y cohesión.

Estabilización química, que se refiere al cambio de las propiedades del suelo

por efectos físico-químicos de superficie mediante la adición de cementos

orgánicos e inorgánicos y materiales impermeabilizantes.

La aplicación de un agente estabilizador químico, tiene como recurso

estabilizar un suelo mezclándole con; cemento portland, cal hidratada, asfalto

o cloruro de sodio.

La estabilización se la aplica principalmente a bases, sub-bases y terraplén, aunque

la estabilización tiene diferentes áreas de aplicación, en este trabajo se trata de la

estabilización aplicada a carreteras.

La elección del método de estabilización, deberá estar a cargo del Especialista en

suelos, y se deberá basar en un estudio racional y detallado de las variaciones de las

características del suelo con la aplicación de la estabilización propuesta. Desde luego

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MECANICA DE SUELOS.

debe tomarse en cuenta también la factibilidad y economía con que la estabilización

puede llevarse a cabo en el campo.

BIBLIOGRAFIA. JUAREZ E, RICO A, MECANICA DE SUELOS TOMO II, 2006, EDITORIAL LIMUSA,

MEXICO. LOAIZA CARLOS, MEJORAMIENTO Y ESTABILIZACION DE SUELOS,1982,MEXICO MONTEJO ALFONSO, INGENIERÍA DE PAVIMENTO PARA

CARRETERAS,UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA,2002 www.arqhys.com/articulos/suelos-propiedades.html, 12/05/2009,18:42.

3.-CARACTERIZACION DE LOS TIPOS DE SUELOS APTO PARA LA

ESTABILIZACION.-

Esta caracterización se basa en la identificación de un suelo como, arena, limo,

arcilla, suelo orgánico y en la determinación de los porcentajes de finos y su

plasticidad, y por ello se deben tener en cuenta sus características de deformabilidad,

expansividad, sensitividad, las cuales ocasionan problemas en la estructura del

pavimento, por ende hay que saber con el tipo de suelo que se cuenta y para saberlo

hay que hacer muestreo y ensayos.

Los ensayos utilizados para realizar la caracterización de los suelos, se pueden

dividir en tres grupos:

Ensayos básicos de identificación

Ensayos complementarios de identificación

Ensayos de caracterización del comportamiento

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http://www.arqhys.com/articulos/suelos-propiedades.html


MECANICA DE SUELOS.

Los ensayos básicos de identificación dependen únicamente de la naturaleza del

suelo y, por tanto, de sus propiedades intrínsecas, siendo estas la granulometría y los

limites de consistencia (Limites de Atterberg). Los ensayos complementarios, por su

parte, se refieren a características relativas al estado natural del suelo tales como:

densidad natural, contenido de materia orgánica y de ciertas sales y humedad. Los

ensayos de caracterización del comportamiento, tiene por objeto indicar las

propiedades que el suelo puede alcanzar tras su tratamiento en carreteras.

SUELOS FINOS.

En Geotecnia, los suelos finos comprenden los limos y arcillas, su clasificación no se

realiza por tamaño, sino por su comportamiento. A pesar de que las arcillas son de

menor tamaño que los limos, existen suelos de tamaños muy finos que no tienen ni la

forma, ni las características, ni la plasticidad, ni el comportamiento de las arcillas.

3.1.- LIMOS

Los suelos limosos son materiales muy pequeños y finos. Estos suelos son suaves

al tacto, tienen una textura jabonosa cuando están húmedos. Este tipo de agregado en

general muy compacto y se originan por la sedimentación de materiales muy finos,

arrastrados por las aguas o depositados por el viento, Suelen presentarse juntos a los

lechos de los ríos.

Estos suelos tienen las siguientes propiedades:

Permeabilidad en estado seco es baja.

La estabilidad volumétrica es alta, su plasticidad es muy baja.

Su cohesión es muy baja.

Es necesario considerar sus propiedades y la relación, de ellas en estos suelos,para

luego proceder a la aplicación de los respectivos métodos, para su consiguiente

estabilización.

3.2.- ARCILLAS

Estos suelos presentan una textura fina. No obstante posee una baja porosidad,

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MECANICA DE SUELOS.

La arcilla esta constituida fundamentalmente por silicato de aluminio hidratado. Es

un tipo de suelo que, cuando esta húmedo o mojado, resulta pegajoso pero, cuando

esta seco es muy fino, ya que la arcilla esta formada por partículas diminutas de

menos de 0, 005 milímetros de diámetro. Desde un punto de vista de la textura, tiene

consistencia plástica y puede ser moldeado. Son muy impermeables dado que no

dejan pasar el agua o el aire.

Arcillas blandas

Las arcillas en las que su contenido de agua es mayor que el limite liquido y su

resistencia es de 2.5 a 3 ton/m2 se consideran suelos blandos, se presentan de color

gris o negro su permeabilidad es K= 10-7 cm/seg.

Arcillas expansivas

En términos generales, se denomina suelos expansivos aquellos que muestran un

cambio volumétrico, significativo bajo la presencia del agua.

Durante procesos constructivos, relacionado con vias terrestres, es factible encontrar

algunos materiales, expansivos, como son : las arcillonitas,suelos arcillosos y suelos

residuales, que se han formado de rocas existentes con sedimentos con altos

contenidos de minerales(montmorilonitas).

3.3.-TURBAS

Las turbas o arcillas orgánicas, son producto de la descomposición de vegetales, su

color es café oscuro a negro son fibrosas y su permeabilidad va desde K=10 -2 a

K=10-4 cm/seg.

IDENTIFICACION DE SUELOS

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MECANICA DE SUELOS.

Tipo de suelo

resistencia comprensión

Limite liquido

Índice Liquido

simple(kg/cm2) % Muy Blando < 0,25 >100 >1,00

Fuente: Ingeniería de pavimento para carreteras, Montejo Alfonso, 2002.

IL= (w - wp)

w= Humedad Natural

wl= Limite Liquido

wp= Limite plástico

3.4.- SUELOS ARENOSOS.

Estos suelos presentan una textura gruesa, con predominio de arenas (≥75% arenas),

lo cual les permite una gran aireación.

Las arenas esta constituida de pequeñas partículas de grava de carácter silicio con un

diámetro entre 0,02 y 2 mm. Los suelos arenosos no retienen el agua que

rápidamente migra a capas más profundas. Son suelos considerados secos en donde

hay muy poca humedad, presentan colores claros.

Características Relevantes de los Suelos Finos.

Las arcillas son suelos muy predominantes, teniendo en cuenta que en casos

intermedios habrá que indicar que el suelo puede ser una arcilla limosa de media a

alta plasticidad o un limo arcilloso, su estado de humedad, el color (colores muy

oscuros a negros son indicadores de contenido orgánico), su olor (intenso olor es

Evidencia de suelo muy orgánico), la consistencia (solo si se tienen muestras en su

condición natural, es decir, inalteradas o se realiza la identificación en terreno, por

ejemplo, en las paredes de una calicata), etc.

3.5.-Clasificación de suelos

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MECANICA DE SUELOS.

Después de conocer las características de los suelos aptos para su estabilización, se

deben conocer las características fundamentales y también las clasificaciones mas

utilizadas.

Las diversas clasificaciones son muy útiles para evaluar de una forma aproximada,

pero rápida y económica, las características y propiedades de los suelos afectados o

utilizados en la obra. Por lo cual es primordial la clasificación, ya que agrupa a los

suelos según sus propiedades fundamentales, de forma que se pueda garantizar su

igual o similar comportamiento una vez puesto en obra.

3.5.1.-Clasificación S.U.C.S

La clasificación S.U.C.S. comprende cuatro grupos principales, se clasifica mediante

el uso de dos letras, la primera es la que indica el tipo de suelo y la segunda es un

adjetivo calificativo, referida a las características de la curva granulométrica, o bien a

la cantidad de finos y su plasticidad.

Para suelos granulares se designa estos símbolos

PrefijosG: Grava El 50% o más es retenido en el T4S: Arena Sí más del 50% pasa el T4SufijosW bien gradado P mal gradado Depende del Cu y CcM Limos C Arcilla Depende de los límites de consistencia

Para suelos finos se designa estos símbolos.

Prefijos M: Limo C: Arcilla O: Suelo Orgánico SufijosL: Baja plasticidad (wl < 50%) H :Alta plasticidad (wl > 50%)

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MECANICA DE SUELOS.

Clasificación AASHTO

Figura 1 –A, Carta de plasticidad

Esta clasificación está basada sólo en los límites de Atterbert para la fracción que

pasa el T40, y se obtiene a partir de la llamada CARTA DE PLASTICIDAD (A.

Casagrande) así:

Línea U: IP 0,9(wl - 8)

Línea A: IP 0,73(wl - 20)

Sobre la línea A: arcillas inorgánicas.

Debajo de la línea A: limos y arcillas orgánicas.

La línea B: wl = 50 separa los suelos de alta comprensibilidad (H), y de las de baja

comprensibilidad (L)

Figura 1.B, Detalle de clasificación en la zona de wl <30 y el IP <10

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MECANICA DE SUELOS.

Este sistema propuesto por Arthur Casagrande (1942),lo adopta el cuerpo de

Ingenieros de EE.UU. en los aeropuertos y, actualmente, es ampliamente utilizado en

el mundo, al lado del sistema de la AASHTO o el de la ASTM, todos basados en los

limites de consistencia y la granulometría.

3.5.2.-Clasificación de la AASHTO.

Este es el sistema creado por el Departamento de Caminos de U.S.A., introducido en

1929 y adoptado por la“American Association of State Highway Transportation

Officials”. Es de uso común para la construcción de vías, en especial para manejo de

subrasantes y terraplenes.

Los grupos de suelos son 7, con subdivisiones (para llegar a 12)

a) Gruesos granulares: 35% o menos pasa el T-200 comprende

A-1, si menos del 20% pasa el T-200 y menos del 50% pasa el T-40, pero en el

pasante del tamiz 40 debe tener IP<6%.

A-2, si menos del 35% pasa el T-200, (limoso o arcilloso), y el material no cumple

con A-1 ni A-3.

A-3, si menos del 10% pasa el T-200 y 51% o más pasa el T-40, pero si el pasante

del tamiz 40 no es plástico.

b) Suelos fino granulares (grupo limo arcilla): más del 35% pasa el T-200

A-4 si IP 10 (limo) y wl 40%

A-5 si IP 10 (limo) y wl 41%

A-6 si IP 11 (arcilla) y wl 40%

A-7 si IP 11 (arcilla) y wl 41%

En consecuencia: A-1 = cascajo y arena; A-3 = arena fina; A-2 = cascajos y arenas

limosas o arcillosas;

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MECANICA DE SUELOS.

A-4 y A-5 suelos limosos, y A-6 y A-7 suelos arcillosos

A-1 y A-3 son suelos excelentes y buenos, A-2 buenos y moderados, y A-6 y A-7

son suelos de moderados a pobres.

Tabla 1.3 Características de suelos –según la AASHTO–

Pero estos suelos tienen subclases as í:A-1-a : si IP del pasante del T40 <6% Además el P200=15%, P40=30% y P10=50% A -1-b: si es del grupo A1 y no cumple con A - 1-aA-2-4 ; A-2-5, A-2-6, y A-2-7: según la fracción fina se encuentre en las zonas 4, 5, 6 o 7 de la Carta de Plasticidad AASHTO de la Fig 1.2

A- 3 no tiene subclases.

Figura 1.4 Carta de Plasticidad AASHTOBIBLIOGRAFIA.

SUAREZ DIAZ JAIME, SEMINARIO DE RELLENO –ESTABILIZACION DE SUELO,

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANER, BUCARAMANGA, COLOMBIA.

FERNANDEZ LOAIZA CARLOS, MEJORAMIENTO Y ESTABILIZACION DE

SUELOS, UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO, MEXICO, 1982.

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MECANICA DE SUELOS.

PAVON ALVAREZ JORGE, INGENIEROS DE PROYECTOS ICPC,

ESTABILIZACION DE SUBRASANTE, AÑO 2004.

MONTEJO ALFONSO, INGENIERÍA DE PAVIMENTO PARA

CARRETERAS,UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA,2002

www.arqhys.com/articulos/suelos-propiedades.html, 12/05/2009,18:42

4.-PROPIEDADES GEOTECNICAS DE LOS SUELOS SUCEPTIBLES DE

MEJORAMIENTO.-

4.1.-ESTABILIDAD VOLUMETRICA.Se refiere a los cambios de humedad en particular a suelos expansivos, debido a los

cambios climáticos o también a las fuertes temperaturas.

Por tanto, si las expansiones que se desarrollan debido a un incremento de humedad,

no se controlan de alguna forma, pueden producirse consecuencias tales como

deformaciones y fisuras en el pavimento.

Actualmente alguna de las soluciones para evitar cambios volumétricos en suelos

expansivos es ,mantener la humedad en el suelo, otra forma podria ser mediante la

aplicación de agentes químicos.

4.2.-RESISTENCIA MECANICA.

La resistencia de los suelos, con algunas excepciones, es en general mas baja cuanto

mayor sea su contenido de humedad.

Existen varias formas de estabilización que se usan para mejorar la resistencia de

muchos suelos. En pos de mejorar esta propiedad en los suelos son muy utilizados

los métodos mecánicos(compactacion)y los químicos especialmente con cemento, cal

o aditivos.

4.3.-PERMEABILIDAD.

En los suelos la permeabilidad se define en términos generales, como un problema de

conductividad hidráulica,del que su mayor expresión es el Flujo del agua a través de

los suelos.

Es un parámetro modificable mediante métodos como la compactación y las

inyecciones principalmente, y generalmente las reducciones de éste parámetro no van

directamente ligados con la variación de la estabilidad volumétrica o la resistencia.

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MECANICA DE SUELOS.

La permeabilidad del suelo se relaciona con su textura y estructura, el tamaño de los

poros del suelo reviste gran importancia con respecto a la tasa de filtración

(movimiento del agua hacia dentro del suelo) y a la tasa de percolación (movimiento

del agua a través del suelo). El tamaño y el número de los poros guardan estrecha

relación con la textura y la estructura del suelo y también influyen en su

permeabilidad.

Variación de la permeabilidad según la textura del suelo

Por regla general, como se muestra a continuación, mientras más fina sea la textura

del suelo, más lenta su circulación y menor su permeabilidad:

Arenosos 5.0 cm/HR

Franco arenosos 2.5 cm/HR

Franco 1.3 cm/HR

Franco arcillosos 0.8 cm/HR

Arcilloso limosos 0.25 cm/HR

Arcilloso 0.05 cm/HR

4.4.-COMPRENSIBILIDAD.

La comprensibilidad en los suelos se verá muy fuertemente modificada debido a la

compactación pero no es condición única, de hecho todas las formas de

estabilización influyen en dicha propiedad geotécnica.

La humedad de compactación tiene importancia en la comprensibilidad de suelos

compactados, pues si se compacta varias muestras con el mismo peso volumétrico,

puede existir variación en la curva peso volumétrico contra humedad de acuerdo a la

forma de realizacion.

4.5.-DURABILIDAD.

El concepto de durabilidad está muy relacionado a aquellos factores que están muy

cercanos a la superficie de rodamiento, como la resistencia al intemperismo a la

erosión o la abrasión de trafico, en el cual se vera amenazado durante la vida útil del

suelo como elemento estructural o funcional, Estos problemas pueden afectar tanto a

los suelos naturales como a los estabilizados.

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MECANICA DE SUELOS.

Actualmente, una deficiencia importante en los estudios de las estabilizaciones es la

carencia de ensayos adecuados para determinar la durabilidad .los ensayos de

interperismo a veces no son los apropiados para el estudio de agregados para

pavimentos por no mostrar en forma fidedigna el ataque a que estarán expuestos.

La durabilidad es uno de los parámetros más difíciles de cuantificar.

BIBLIOGRAFIA.

CRESPO C.2000, VIAS DE COMUNICACION : CAMINOS, FERROCARRILES, AEROPUERTOS, PUENTES, PUERTOS ,4 EDICION, LIMUSA, MEXICO.

NICHOLAS J, GARBER LESTER A HOEL, INGENIERIA DE TRANSITO Y CARRETERAS, 4 edición, Cengage Learning Editores, 2005.

FONSECA ALFONSO ,INGENIERIA DE CARRETERAS,VOL II,I EDICION 2004

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MECANICA DE SUELOS.

5.-METODOS DE DE ESTABILIZACION DE SUELOS.-

Estos métodos o procesos van desde la incorporación a los suelos de materiales o

nuevos elementos que proporcionen estabilidad, hasta la formación de verdaderos

mecanismos de defensa contra la acción de las fuerzas climáticas.

Los métodos más comunes para lograrlo son las siguientes como: Mecanicos,

Fisicos, Quimicos, Electricos, Hidraulicos y Térmicos.

5.1.- MECANICOS.

Son aquellas con los que se logra mejorar considerablemente un suelo sin que se

produzcan reacciones químicas de importancia, es decir obtener una buena

compactación y densificación del material portante.

La Estabilización mecánica que comprende el manipuleo y compactación de los

suelos para obtener su densificación.

5.1.1.-Método de la pila vibrante.

Este es a partir de una pila que es cargada por una especie de grúa. Al poner a vibrar a la pila sobre el suelo, sus partículas sé reacomodan y se compacta el suelo. El arreglo de puntos en donde se pone la pila es cuadrado y las distancias dependen del tipo de suelo, el grado de compactación y la capacidad de vibración de la pila.

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MECANICA DE SUELOS.

5.1.2.-Compactación dinámica.

Esta consiste en dejar caer una masa de gran peso sobre el material que se desea

compactar. Esto funciona a base de una grúa que carga una pesa con una cara lisa

que caerá sobre la superficie provocando un fenómeno de compactación. Las cargas

comunes son de unas 20 toneladas y se dejan caer desde 100 pies de altura.

5.1.3.-Mezclas de suelos

Este tipo de estabilización es de amplio uso pero por si sola no logra producir los

efectos deseados, necesitándose siempre de por lo menos la compactación como

complemento. Por ejemplo, los suelos de grano grueso como las grava-arenas tienen

una alta fricción interna lo que lo hacen soportar grandes esfuerzos, pero esta

cualidad no hace que sea estable como para ser firme de una carretera ya que al no

tener cohesión sus partículas se mueven libremente y con el paso de los vehículos se

pueden separar e incluso salirse del camino.

5.2.-FISICOS

Que persigue la obtención de una adecuada granulometría, mediante el agregado de

materiales granulares o cohesivos o ambos a la vez, al primitivo suelo.

Este se utiliza para mejorar el suelo produciendo cambios físicos en el mismo

5.3.- QUIMICOS.

Se refiere principalmente a la utilización de ciertas sustancias químicas patentizadas

y cuyo uso involucra la sustitución de iones metálicos y cambios en la constitución

de los suelos involucrados en el proceso.

Cal: disminuye la plasticidad de los suelos arcillosos y es muy económica.

Cemento Portland: aumenta la resistencia de los suelos y se usa

principalmente para arenas o gravas finas.

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MECANICA DE SUELOS.

Cloruro de Sodio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo,

principalmente para arcillas y limos.

Productos Asfálticos: es una emulsión muy usada para material triturado sin

cohesión.

Escorias de Fundición: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas

para darle mayor resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil

Cloruro de Calcio: impermeabilizan y disminuyen los polvos en el suelo,

principalmente para arcillas y limos.

Polímeros: este se utiliza comúnmente en carpetas asfálticas para darle mayor

resistencia, impermeabilizarla y prolongar su vida útil.

5.4.-HIDRAULICOS.

El concepto de drenaje en el subsuelo es simple; se trata de colocar un elemento

dentro del suelo cuya relación de vacíos sea mayor a la existente, siendo este el

camino que el fluido tomará de forma tal que al conectar el elemento mencionado a

una salida definida en proyecto, el fluido sea evacuado.

La estabilización del suelo mediante la utilización de drenes verticales se aplica en

áreas donde existen suelos compresibles y saturados tales como arcillas y arcillas

limosas. Estos suelos se caracterizan por tener una estructura interna débil y una alta

capacidad de captación de agua.

5.5.-ELECTRICOS.

Este es un medio usado, en la estabilización de suelos blando y saturados es el

comúnmente denominado método del electrósmosis que es el fenómeno de flujo de

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MECANICA DE SUELOS.

agua que viaja a través de los poros bajo la acción de un gradiente potencial

eléctrico.

5.6.-TERMICOS.Es un tipo estabilización muy poco empleada y existen dos técnicas de estabilización

térmicas:

por calentamiento, que se refiere al calor que se le aplica al suelo por llama

directa aplicada en su superficie o por circulación de gas calentado. En

particular es muy útil para reducir el trabajo de expansión de los suelos

arcillosos.

Por enfriamiento en particular se lo aplica a los suelos finos en el cual

produce una disminución de su resistencia al aumentar la repulsión entre las

partículas y causar el movimiento interarticular por efecto del gradiente

térmico.

BIBLIOGRAFIA. JUAREZ E, RICO A, MECANICA DE SUELOS TOMO II, 2006, EDITORIAL

LIMUSA, MEXICO. FONSECA ALFONSO ,INGENIERIA DE CARRETERAS,VOL II,I EDICION

2004

LOAIZA CARLOS, MEJORAMIENTO Y ESTABILIZACION DE SUELOS,1982,MEXICO MONTEJO ALFONSO, INGENIERÍA DE PAVIMENTO PARA

CARRETERAS,UNIVERSIDAD CATOLICA DE COLOMBIA,2002 www.arqhys.com/articulos/suelos-propiedades.html, 12/05/2009,18:42.

22



MECANICA DE SUELOS.

6.-PROCEDIMIENTOS DE ESTABILIZACION.-

El procedimiento es la parte compleja de la estabilización, porque la eficacia de

cualquier método depende mucho de la proporción de partículas de suelo que sean

tratadas.

6.1.-ESTABILIZACION MECANICA.

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MECANICA DE SUELOS.

La estabilización mecánica es la manipulacion y compactación de los suelos para

obtener su densificación , con la que se logra mejorar considerablemente un suelo sin

que se produzcan reacciones químicas de importancia.

Compactación.

Durante este proceso suelo, se produce con el aumento simultáneo de densidad y se

mejoran las propiedades del suelo.

Proceso de compactación.

En el proceso de compactación se busca disminuir el volumen de la masa del suelo

acercando las partículas lo más posible. Si el suelo está muy seco, es difícil lograr

esta aproximación. Si está muy húmedo, las partículas se desplazan sin asentarse.

Existe una humedad óptima que permite el mejor arreglo para lograr el mínimo

volumen, y por lo tanto, la máxima densidad.

Equipo de compactación empleado:

Rodillo liso (estáticos)

Compactadores de neumáticos

Compactadores de rodillo de pata de cabra

Compactadores vibratorios

Compactadores de placa vibratorias

Apisonadoras de impacto

La elección del método de compactación (equipo), depende del:

Tipo de Suelo.

Magnitud de la obra.

24


MECANICA DE SUELOS.

Especificaciones de compactación del proyecto: densidad, humedad

óptima, tamaño del sitio, Nº de pasadas.

Equipo que se disponga antes de comenzar los trabajos.

Economía.

Elección por tipo de suelo:

Suelos granulares:

Por Vibración.

Por Amasado.

Suelos cohesivos:

Por Amasado.

Por Impacto.

Por Presión

Geosintéticos

La construcción con Geosintéticos representa una alternativa a las

posibilidades antes descriptas. La utilización de estos materiales como capa

separadora logra disminuir espesores de la capa portante y con ello los costos

de movimiento de suelos y aporte de material

Esta es la función más importante de los Geotextiles para caminos,

particularmente cuando se construyen sobre suelos con subrasantes de

resistencia débil a moderada (CBR<7).

El Geotextil también permite usar una base de agregado para el pavimento

con una granulometría más abierta y de alta permeabilidad, lo que mejora el

drenaje.

Pero fundamentalmente las principales acciones a destacarse son:

25


MECANICA DE SUELOS.

Mejor drenaje

Aumento de la velocidad de consolidación del subsuelo.

Formación más plana y homogénea del asentamiento.

Mejor redistribución de los esfuerzos.

Impide la migración de finos y el mezclado entre suelos de

subrasante con los suelos de base.

Ventajas en el uso de los geosinteticos.

Presentan una alternativa más económica comparada con métodos constructivos

tradicionales.

son versátiles, flexibles, resistentes y se adaptan a las

irregularidades de las superficies y condiciones donde se

colocan.

son de fácil y rápido manejo y aplicación, y no requieren equipo

especializado.

tienen una amplia variedad de aplicaciones en la construcción y

aumentan la vida útil de las instalaciones.

26


MECANICA DE SUELOS.

6.2.-ESTABILIZACION GRANULOMETRICA.

El proyecto de una mezcla mecánicamente estabilizada es la determinación de la

proporción que dará una ligazón óptima. Un camino debe reunir condiciones de

estabilidad cuando su granulometría se encuentra bien determinada por el material

que lo constituye y sus características de plasticidad de las parte finas del mismo.

Por esta razón comúnmente esta forma de estabilización se denomina con “ligante

arcilla-agua”.

La estabilidad de un suelo que contenga material fino y grueso depende de la distribución de los diferentes tamaños de sus partículas, de la forma de las partículas, su peso volumétrico, su fricción interna y su cohesión. Los materiales que se emplean en carreteras pueden ser:

a) Suelos procedentes de bancos naturales, como los depósitos de río que generalmente contienen grava, arena, arcilla y limos; o los depósitos de arena de playa constituidos generalmente por arenas uniformes.

b) Suelos procesados. Muchas veces los suelos naturales tal y comovienen del banco no son adecuados para su uso y por consiguien te se hace necesario procesarlos para cambiar su tamaño, forma o textura mediante

27


MECANICA DE SUELOS.

trituración o modificación de su granulome tría mediante lavado o su separación en los diferentes tamaños v posterior redosificación.

c) Suelos procedentes de bancos de préstamo. Cuando los materiales por los que atraviesa el camino son adecuados para su construcción, se les emplea extrayéndolos de excavaciones cercanas.

d) Suelos de tipo especial, como los que resultan de la modificación en sus características físicas o químicas, de algunos materiales durante algún proceso, como lo es el caso de las escorias de altos hornos. Este material flota durante la fundición del fierro, se separa de éste y se reduce al tamaño deseado para su utilización

En la figura se muestran los resultados de pruebas de valor relativo de Soporte y Peso Volumétrico en suelos cuyas granulometrías corresponden a pavas, arenas gruesas y arenas finas, conteniendo diferentes porcentajes de finos. Nótese que el peso volumétrico y el Valor Relativo de soporte resultan mayores a medida que se tienen granulometrías más gruesas pero el contenido óptimo de finos decrece, es decir, que a medida que el material es más grueso el contenido óptimo de finos es menor.

ESTABILIZACION CON GRAVA (GRAVA-CEMENTO).

Grava-cemento es la mezcla homogénea de áridos, cemento, agua y

eventualmente aditivos que convenientemente es compactada.

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MECANICA DE SUELOS.

Se pueden utilizar todos los tipos de cementos, pero en general se emplean los de

fraguado y endurecimiento normales. En algunos casos, para contrarrestar los efectos

de la materia orgánica son recomendables los cementos de alta resistencia y si las

temperaturas son bajas se puede recurrir a cementos de fraguado rápido o al cloruro

de calcio como aditivo.

6.3.-ESTABILIZACION MEDIANTE TRATAMIENTOS QUIMICOS.

ESTABILIZACION (SUELO- CEMENTO)

El suelo-cemento se usa normalmente como capa de apoyo de otros materiales

tratados con cemento o de concreto hidráulico o bien como capa resistente, bajo

capas bituminosas. Puede fabricarse en planta central, o bien ejecutarse en in situ.

Existen diferentes criterios para evaluar la calidad del suelo-cemento, como por

ejemplo, la resistencia a la compresión, a la flexión, a los ciclos descongelamiento y

deshielo, a los ciclos de humedecimiento y secado.

Proceso Constructivo

Este tipo de estabilización es de uso cada vez más frecuente y consiste comúnmente

en agregar cemento Portland en proporción de un 7% a un 16% por volumen de

mezcla.

Al mejorar un material con cemento Pórtland se piensa principalmente en aumentar

su resistencia, pero además de esto, también se disminuye la plasticidad, es muy

importante para que se logren estos efectos, que el material por mejorar tenga un

porcentaje máximo de materia orgánica del 34%.

Casi todos los tipos de suelo que encontramos pueden estabilizarse con cemento con

excepción de los que contienen altos porcentajes de materia orgánica. Por otra parte,

29


MECANICA DE SUELOS.

los suelos de arcilla o limo requerirán un mayor porcentaje de cemento para lograr

los resultados esperados.

Por lo general, la capa que se estabiliza tiene un espesor de 10 a 15cms. y podrá

coronarse con una capa de rodadura de poco espesor (ya sea para tránsito ligero o

medio); también podrá servir de apoyo a un pavimento rígido o flexible de alta

calidad.

En este orden hay que tomar en cuenta las aptitudes intrínsecas del suelo para la

estabilización como son la Granulometría, lo que implica que los suelos a mejorarse

no deben contener piedras de tamaño superior a 60mm (es decir, que el porcentaje

que pasa por el tamiz #200 sea menor del 50%); y la Plasticidad, lo que determinará

la calidad de las arcillas, estableciendo un Límite Líquido menor de 50% (<40%) y

un Índice de Plasticidad menor de 25% (<18%).

El éxito de la estabilización con cemento depende de tres factores:

Contenido apropiado de cemento

Contenido apropiado de humedad

Adecuada compactación

Por estos las mezclas deben ser sometidas a diversos ensayos como son el de

compactación, durabilidad y compresión que aparte de su objeto específico servirán

para dosificar el cemento que se empleará en la mezcla.

Los materiales que pueden ser utilizados para la elaboración de Suelo Cemento

deberán cumplir con las siguientes características:

Contenido de finos que pasa tamiz #200 inferior a 50%.

Contenido de arcilla inferior a 15%.

Retenido en la malla #4 menor del 45%.

Contenido de materia orgánica inferior al2%.

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MECANICA DE SUELOS.

Suelos con clasificación GW, GP, SW, SP, GM, SM, GC, SC, ML, Se

descartan los desechos de construcción y suelos orgánicos.

La humedad de la mezcla tendrá una tolerancia máxima de 5% por encima

de la humedad óptima.

Límite líquido menor al 50%.

Índice plástico menor a 25%.

Contenido de arcillas y limos menor al 25%.

El espesor de la base debe exceder mínimo los dos tercios (2/3) del tamaño del

Agregado máximo del suelo a estabilizar.

Dentro de las ventajas que tiene el suelo-cemento pueden destacarse las siguientes:

material durable

mayor uso de materiales locales

reducido impacto ambiental

resistencia a los agentes atmosféricos

aumento de resistencia y menos intervenciones de mantenimiento:

Las limitaciones que presenta el suelo-cemento son:

Es un material en el que se producen grietas de contracción, las cuales

pueden reflejarse en las capas bituminosas superiores. Sin embargo, es

posible controlar considerablemente dicha contracción mediante uso de

cementos adecuados, mezclas de cal, cemento y/o técnicas de prefisuración.

Se debe seleccionar el tipo de cemento adecuado y realizar el número de

pruebas necesarias antes de pretender construir capas de suelo-cemento con

suelos de mediana alta plasticidad.

El tiempo para ejecutar el mezclado, conformación y compactación está

limitado por el del fraguado del cemento.

31


MECANICA DE SUELOS.

Tiene una reducida resistencia al desgaste. Por ello, las bases de suelo-

cemento precisan capas de rodadura de concreto asfáltico, tratamientos

superficiales o capas de rodadura de concreto hidráulico.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL.

Las cales utilizadas en la estabilización de suelos son CALES AÉREAS

CÁLCICAS (CL), llamadas así porque endurecen con el CO2 presente en el aire, y

compuestas principalmente por óxido e hidróxido de calcio y de magnesio, sin

adición de materiales puzolánicos e hidráulicos.

Las propiedades mineralógicas de los suelos determinarán su grado de reactividad

con la cal y la resistencia final que las capas estabilizadas desarrollarán. En general,

los suelos arcillosos de grano fino (con un mínimo del 25 por ciento que pasa el

tamiz 200 -75μm- y un Índice de Plasticidad mayor que 10) se consideran buenos

candidatos para la estabilización. Los suelos que contienen cantidades significativas

de material orgánico (mayor que 1 por ciento) o sulfatos (mayor que el 0.3 por

ciento) pueden requerir cal adicional y/o procedimientos de construcción especiales.

SUELOS APTOS PARA LA ESTABILIZACIÓN CON CAL.

Se entiende por suelos a los materiales naturales constituidos por partículas o granos

que pueden separarse fácilmente por simple trituración o eventualmente por la acción

de una corriente de agua. Estas partículas o granos han sido generados por

alteraciones mecánicas o fisicoquímicas de rocas madre de todas las naturalezas. Sus

características pueden ser extremadamente variables según la naturaleza de la roca

madre y sobre todo según el modo y grado de alteración (que se traduce por la

presencia de fracción arcillosa más o menos importante y activa).

Es indispensable antes de comenzar cualquier trabajo con un suelo, tener el

conocimiento más preciso posible sobre las características de los materiales que lo

32


MECANICA DE SUELOS.

componen, de los problemas que estos materiales van a generar y de las soluciones

que pueden adoptarse (por ejemplo el tratamiento de estabilización con cal).

Como norma general, se puede señalar que, para que la estabilización con cal sea

eficaz, los suelos deben ser plásticos, y en este sentido se considera que, a partir de

un Índice de Plasticidad, IP, igual o mayor de 10, el suelo es adecuado para

reaccionar satisfactoriamente a su estabilización con cal, ya que esto es la clave para

Las reacciones químicas que proporcionan mejoras en las propiedades del suelo de

forma inmediata y a largo plazo.

La caracterización de un suelo se lleva a cabo por medio de dos tipos de parámetros,

conocidos como parámetros de naturaleza y parámetros de estado.

Formas de tratamiento.

La estabilización de suelos con cal puede hacerse principalmente de dos formas

diferentes según el lugar y método de mezcla utilizado.

Mezcla in situ.

Mezclado en instalación central o en plantas móviles.

El tipo de suelo, la situación de la obra y la disponibilidad de equipos son parámetros

fundamentales para la selección del método de tratamiento.

El mezclado en planta puede resultar idóneo si se esta utilizando el suelo de préstamo

de una cantera y se está tratando antes de su colocación. El sistema de mezclado in

situ es el más extendido en Europa. La estabilización in situ se realiza generalmente

en el lugar donde va a estar el suelo estabilizado, bien directamente con el suelo

excavado de la explanada o con material de préstamo depositado para el relleno de la

excavación. También, si es necesario, el material de préstamo o almacenado fuera del

lugar final de colocación puede ser tratado primero con cal en su situación inicial y

luego recogido, transportado y compactado en la zona a rellenar.En este caso, no se

debe permitir que el material tratado se seque durante su transporte, y se deberá

cuidar que durante su recogida no se excave también suelo no tratado situado por

debajo del citado material.

33


MECANICA DE SUELOS.

Las operaciones anteriores de transporte del suelo mezclado con la cal al lugar de

puesta en obra y su colocación son maniobras que tienen, a su vez, una acción de

mezcla y homogeneización.

En todos los casos, el material debe ser tratado y colocado por capas de espesor

compatible con las operaciones de mezclado y compactación. La estabilización in

situ se realiza en las siguientes fases:

1ª fase: Escarificación o esponjamiento del suelo o del préstamo y su colocación en

capas compatibles con el mezclador.

2ª fase: Adición y extensión de la cantidad, calculada en los estudios de laboratorio,

de la cal mediante máquina, a partir de sacos o cisternas de polvo seco, de lechada de

cal, etc., controlando la dosificación.

3ª fase: Mezclado del suelo y la cal en todo el espesor de la capa mediante las

pasadas necesarias para lograr su homogeneidad. Se utilizan pulvimezcladores,

rotadores, escarificadores, gradas de disco, etc.

Si el suelo ha sido mezclado con cal fuera de su lugar final de colocación, recogida y

transporte al mismo.

4ª fase: Compactación y curado de la mezcla suelo cal con las máquinas apropiadas.

La estabilización en planta, se realiza según las siguientes fases:

1ª fase: Mezclado del suelo con una dosificación exacta de la cal en la mezcladora.

2ª fase: Transporte y puesta en obra en la capa correspondiente.

3ª fase: Compactación mecánica y curado de la forma habitual.

Este segundo método tiene sobre el primero las siguientes ventajas:

El suelo se puede mezclar de una vez sin importar la profundidad de la capa

que estará limitada solo por los medios de compactación y no por los de

mezclado.

Se reducen los tiempos de espera y cambios de maquinaria.

La maquinaria de compactación es más versátil que la de mezclado por lo

que es más frecuente su existencia en el parque de maquinaria.

OTROS ESTABILIZADORES BASADOS EN LA CAL.

34


MECANICA DE SUELOS.

Se trata de materiales especiales que comportan en su composición una cantidad

importante de cal, convenientemente fabricados para responder a las necesidades

específicas de las técnicas de construcción de carreteras. Es recomendable proceder a

una identificación exhaustiva de estos productos, conforme a las normas o

documentos técnicos, antes de su utilización en la obra. Generalmente, se tratan de

mezclas formadas por:

escoria granulada de alto horno + cal + áridos

cenizas volantes silico - aluminosas + cal + áridos

cenizas volantes sulfo - cálcicas + aridos

puzolanas molidas + cal + aridos.

En cualquier caso se recomienda identificar perfectamente estos tipos de materiales

siguiendo los procedimientos en vigor.

TRATAMIENTO MIXTO CAL +CEMENTO.

Este tratamiento está reservado a los materiales arcillosos o cretáceos con vista a su

utilización en explanadas y capas de carreteras ya que:

La cal flocula las arcillas y seca los materiales húmedos

El cemento aporta una rigidez rápida. Es utópico esperar ganar tiempo,

producción o rendimientos suprimiendo el pretratamiento con cal ya que ésta,

facilita:

El mantenimiento del suelo - Las condiciones de circulación de maquinaria

en

Obra (sobre todo a los extendedores del cemento)

El mezclado con el cemento, permitiendo alcanzar la finura satisfactoria de

los materiales y así, asegurar la homogeneidad del mezclado.

La conservación de la eficacia del cemento De todo ello se deduce que el

pretratamiento con cal tiene un efecto beneficioso sobre los resultados

mecánicos del suelo tratado.

En la práctica el tratamiento con cal se realiza en excavación y así con el material

tratado pueden hacerse una de éstas dos cosas:

35


MECANICA DE SUELOS.

Ser trasladado, tratado con cemento y utilizado en relleno o tratamiento

posterior con cemento.

En ambos casos, basta una compactación y una nivelación simple a la cota definitiva

más un ligero sobreespesor (10% del espesor de la capa como máximo) para

conseguir la correcta uniformidad en la distribución del material.

El tratamiento con cemento se hace entonces de manera tradicional teniendo la

precaución de verificar previamente que los contenidos de agua sean los correctos. El

margen de tiempo entre el tratamiento con cal y el tratamiento con cemento depende

de la organización de la obra y la naturaleza del suelo, (arcillas duras o blandas,

tamaño máximo de la granulometría del suelo).En todo caso, la reactividad y la

finura de la cal viva normalizada para carreteras son tales, que pueden encadenarse

ambos tratamiento en el mismo día, recomendándose un margen entre dos y cuatro

hora entre ambos tratamientos.

ESTABILIZACION ELECTROQUÍMICA CON ACEITE SULFONADO.

La estabilización electroquímica, por medio del aceite sulfonado, ioniza el agua

drenable y la pelicular, mediante un intercambio de cargas eléctricas entre las

partículas de suelo y la solución estabilizadora. Esta reacción permite que el agua

que rodea la partícula se desprenda y se convierta en agua libre, facilitando la

Cohesión. De esta forma se reduce la estructura poroso-capilar del suelo,

aumentando su densidad, resistencia y capacidad portante.

Principios de la estabilización electroquímica.

Los aceites sulfonados son agentes catalizadores que producen intercambio de iones;

Químicamente son compuestos orgánicos derivados de sulfuros y ácidos

combinados. La función más importante de estos aceites es la reducción del agua

contenida entre las partículas del suelo, aumentando así el número de Vacíos que

permiten el reacomodamiento de las partículas, bien sea por atracción entre

partículas o por compactación.

Características físico-químicas del aceite sulfonado.

36


MECANICA DE SUELOS.

El aceite sulfonado es un producto derivado de la fracción naftaleno del petróleo;

corresponde a un ácido de acción moderada, que tiene fuerte acción corrosiva en

materiales orgánicos muertos y suave en los vivos; es de color gris oscuro a negro,

con una gravedad específica de 1,15, un pH de alrededor de 1,25, con viscosidad

ligeramente menor a la del agua y alta conductividad en solución acuosa; es miscible

en agua, a la cual ioniza con extrema rapidez.

Efectos de la estabilización electroquímica.

El aceite sulfonado actúa exclusivamente sobre la fracción de elementos finos el

suelo: limos y arcillas, clasificación A4 hasta A7, que contengan en volumen, Por lo

menos, 20% de material fino que pase la malla No. 200. Los efectos más notables

son:

Incremento de la densidad.

Disminución de la humedad.

Disminución de la capilaridad y la compresibilidad.

Disminución de la plasticidad.

Aumento de la resistencia al esfuerzo cortante por incremento de la cohesión,

debido a enlaces electroquímicos entre partículas y a la disminución de la

presión de poros.

ESTABILIZACIÓN POR INYECCIONES

El sistema de estabilizar el suelo inyectando el agente estabilizador, llamado

inyecciones de lechada (grouting) permite mejorar la calidad de los suelos naturales.

Estas inyecciones tienen normalmente dos objetivos:

mejorar las propiedades estructurales del material

reducir su permeabilidad.

Esto se logra rellenando los poros de los suelos, con un estabilizador que

inicialmente está en estado líquido o en suspensión y que posteriormente se solidifica

o precipita.

37


MECANICA DE SUELOS.

Muchos de los agentes estabilizadores que se han tratado anteriormente y

particularmente los cementos, se utilizan en las inyecciones. Las lechadas deben

llenar ciertos requisitos:

Suficiente fluidez para que puedan ser bombeadas.

El tamaño de las partículas y la viscosidad deben ser compatibles con el tamaño de

los huecos que se vayan a rellenar.

El lapso de la reacción o del endurecimiento debe ser compatible con el que se

requiere para el bombeo y para la difusión a través del suelo o para la dilución por el

agua subterránea.

Las dimensiones de los oros o fisuras determinan el tamaño de las partículas de la

lechada que puedan penetrarlos. Por regla general el D8S de la lechada debe ser más

pequeño que 1/3 del ancho de la grieta o el diámetro de los poros más pequeños. Si

un suelo va a ser inyectado, el diámetro efectivo de los poros ¡s alreded9r de 1/5

D15.

La relación entre el D85 de la lechada y el D15 del suelo algunas veces llama razón

de facilidad de penetración de la lechada, Rg.

Dssa/D15S = Rs. (5:4)

DS5 (Lechada) < 1/15 DJ5 (Suelo) (5:3a)

DS5 (Lechada) < 1/35 (Suelo) (5:3b)

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MECANICA DE SUELOS.

Aunque la razón debe exceder de 15, algunas veces se logra una penetración

satisfactoria con, razones del 5 al 10.

La viscosidad determina la velocidad de penetración de la lechada o un gradiente

determinado producido por la presión de la lechada. En los suelos de grano fino y en

las fisuras finas es necesario que la viscosidad sea lo más baja posible. En el caso de

poros grandes o cavidades, la viscosidad debe ser lo más alta posible para evitar que

la lechada fluya hacia las áreas donde no se necesita. La velocidad de endurecimiento

también regula la penetración.

La lechada no debe ser indebidamente diluida ni llevada por el agua subterránea. En

el caso de grandes poros con agua o cavidades, se usan lechadas insolubles o de

fraguado rápido para restringir las pérdidas por dilución y para detener la filtración.

39


MECANICA DE SUELOS.

.6.4.-ESTABILIZACION CON ASFALTO (SUELO-ASFALTO).

Al mezclar las partículas granulares con asfalto, se produce un material más durable

y resistente. También se le agregan algunas partículas finas para llenar los vacíos. Es

importante el contenido de humedad del material al anexar el asfalto y también

esperar a que se evaporen los gases que este contiene antes de tenderlo y

compactarlo. Parte importante es el bajo costo de esta técnica es que se utiliza el

suelo del lugar. Es decir no es necesario proveerse de suelos seleccionados (ahorro

en transporte).

Además, no se necesita personal altamente especializado con lo cual se transforma

un una importante fuente de trabajo en la zona de la obra.

Los productos utilizados en la estabilización de suelos son variados tanto asfálticos

como no asfálticos.

El material asfáltico que se emplea para mejorar un suelo puede ser el cemento

asfáltico o bien las emulsiones asfálticas, el primero es el residuo último de la

destilación del petróleo. Para eliminarle los solventes volátiles y los aceites y para

ser mezclado con material pétreo deberá calentarse a temperaturas que varían de

140 a 160° C, el más común que se emplea en la actualidad es el AC-20.

Hay varios factores a favor del uso de las emulsiones asfálticas, frente a otros

productos asfálticos:

Es un producto apto desde el punto de vista ecológico ya que lo único que

libera al medio es agua.

Dado que las emulsiones se trabajan a temperatura ambiente, no requieren

calentamiento para su manipulación ni para su empleo en obra disminuyendo

así los riesgos de quemaduras en los operarios.

40


MECANICA DE SUELOS.

Además, como el medio dispersante es el agua las emulsiones no son

inflamables ni emanan vapores de hidrocarburo hacia la atmósfera.

El objetivo del estabilizado es otorgarle al suelo resistencia mecánica y que

ésta resistencia permanezca con el tiempo.

El estabilizado del suelo con emulsión asfáltica se puede realizar con o sin el

agregado de otros materiales. Por ejemplo, en algunos casos se agrega arena

constituyéndose en un estabilizado llamado Suelo-Arena-Emulsión (SAE).

Se tienen emulsiones de fraguado lento, medio y rápido, de acuerdo al porcentaje de

cemento asfáltico que se emplea. Una emulsión asfáltica es una dispersión de asfalto

en agua en forma de pequeñas partículas de diámetro de entre 3 y 9 micras.

Es importante que el material pétreo que se va a mejorar, presente cierta rugosidad

para que exista un anclaje adecuado con la película asfáltica, situación que se agrava

si el material pétreo no es afín con el producto asfáltico. Algunos productos

asfálticos contienen agua y si esto no se toma en cuenta se pueden presentar

problemas muy serios al momento de compactar, la prueba que más comúnmente se

emplea en el laboratorio para determinar el porcentaje adecuado de asfalto a utilizar

se conoce como "prueba de valor soporte florida modificada" y el procedimiento

consiste en elaborar especímenes de pétreos que presentan cierta humedad usando

diferentes porcentajes de asfalto, se compactan con carga estática de 11.340 Kg. (140

Kg./cm.).

Después de esto se pesan y se meten a curar al horno a una temperatura de 60° C, se

sacan y se penetran hasta la falla o bien hasta que tengan una profundidad de

6.35mm registrándose la carga máxima en Kg., se efectúa una gráfica para obtener el

porcentaje óptimo de emulsión y se recomienda que el material por mejorar presente

un equivalente de arena mayor de 40% y el porcentaje de emulsión varíe en un

porcentaje de 1.

41


MECANICA DE SUELOS.

Fuente: tomado de apuntes de pavimento por Antonio ortega Maldonado.

6.5.-COMBINACION DE ADITIVOS USADOS EN LA ESTABILIZACION DE

SUELOS.-

Con mucha frecuencia los suelos disponibles para construcción no pueden llenar los

requisitos de resistencia y comprensibilidad indispensables para su uso en terraplenes

o subrasantes.En su más amplio sentido, la estabilización incluye procedimientos

como: la compactación, el drenaje, la preconsolidación y la protección de la

superficie contra la erosión y la infiltración de la humedad; sin embargo, al

término estabilización se lo ha restringiendo gradualmente su alcance a un solo

aspecto del mejoramiento del suelo: La modificación del propio material del suelo

de cimentación de las obras.Las estabilizaciones pueden hacerse con cloruros,

ligantes bituminosos y cal. El más utilizado es el cemento (suelo-cemento, grava-

cemento u hormigón pobre).Mediante aditivos, agentes que actúa física y/o

químicamente como aglomerantes, impermeabilizantes, hidrófugos y correctores de

granulometría. Dependiendo del % de aditivos se obtiene: suelo mejorado

con(Proporción de aditivo pequeña), suelo estabilizado con… (Más aditivos el suelo

cambia notablemente), fases:

Dosificación en el laboratorio.

caracterización del suelo.

determinación del contenido optimo del aditivo.

Empleo en obra (mezcla, extendido y compactación, la mezcla puede

hacerse central o `in situ').

Disgregación y pulverización del suelo.

Mezcla intima con el aditivo.

42


MECANICA DE SUELOS.

Humectación.

Operaciones de aireación, almacenamiento.

Extensión y nivelación final de la capa de mezcla tratada.

Compactación.

Curado (a veces).

Mezclas de Cal-Puzolanas para Suelos con cantidades bajas de arcilla.

La cal por sí misma puede reaccionar con suelos que contienen tan poca arcilla como

7% e Índices de Plasticidad tan bajos como 10. Si el suelo no es suficientemente

reactivo, la cal puede ser combinada con una fuente adicional de sílice y alúmina.

Tales puzolanas incluyen la ceniza volante y la escoria de alto horno. La sílice y

alúmina adicional de las puzolanas reaccionan con la cal para formar la fuerte matriz

cementante que caracteriza a una capa estabilizada con cal.

Las mezclas correctamente proporcionadas de cal y puzolanas pueden modificar o

estabilizar casi cualquier suelo, pero comúnmente se usan Para suelos con plasticidad

de baja a media.

Estabilización de arcilla con cal, método gan.

Es conocido desde hace muchos años, el procedimiento de mezclarle cal a una arcilla

plástica, con objeto de abatir su plasticidad así como de incrementar su capacidad

para soportar esfuerzos. Y también, durante muchos años, han sido normalizados una

serie de procedimientos para llevar a cabo dicha incorporación, lograr obtener una

mezcla homogénea así como establecer algún tipo de control que nos permita

verificar resultados.

BIBLIOGRAFIA. FERNANDEZ PAEZ DIEGO, ARTICULO DE LA REVISTA DE INGENIERIA,

FACULTAD DE INGENIERIA UPTC, ESTABILIZACION ELECTROQUIMICA CON ACEITE SULFONADO, CEDEC, AÑO 2005.

NLA (ASOCIACION NACIONAL DE LA CAL), MANUAL DE ESTABILIZACION DE SUELOS TRATADOS CON CAL, 11 EDICION, 2003, PUBLICACION DE LA NATIONAL LIME ASOCIATION.

SAMPEDRO RODRIGUEZ ANGEL, TRATAMIENTOS DE SUELOS CON CAL.PLANTAMIENTO GENERAL, DISEÑO Y CONTROL DE CALIDAD.ANCADE (ASOCIACION NACIONAL DE FABRICANTES DE CALES Y DERIVADOS DE ESPAÑA) DPTO. TECNICO, ABRIL DEL 2005.

43


MECANICA DE SUELOS.

BOTASSO GERARDO, FENSEL ENRIQUE, RICCI LUIS LEMAC: Centro de Investigaciones Viales, UTN Facultad Regional La Plata, caracterización de geosintéticos para uso vial.

7.-CONCLUSIONES.-

La estabilización de los suelos ha atendido a diversos requerimientos, tales como la

resistencia al esfuerzo cortante, compresibilidad, la estabilidad volumétrica ante la

presencia de agua, entre otros, buscando en todos los casos, un buen comportamiento

de esfuerzo y deformación en los suelos como del pavimento que se coloque sobre

ellos, a lo largo de su vida útil.

En base a la circunstancias y tipo de suelos a estabilizar, considerando el costo de

estas mejoras.En la estabilización mecánica se mejora todo el suelo, y se coloca la

capa asfáltica a su vez se los compacta lo cual significa un costo alto.También la

estabilización granulométrica, que se la puede considerar favorable en términos

44


MECANICA DE SUELOS.

económicos. Pues definimos su granulometría para el agregado grueso y las

características de plasticidad en el agregado fino adheridas a la humedad que las

rodeas, como el iligante o cohesivo.

Para estabilizar con cemento tenemos que considerar, dos soluciones : La

combinación de cemento con material inerte, o con material de diversa plasticidad,

resultando las dos soluciones económicamente elevadas.

Al estabilizar con cal, se le aplica particularmente en suelos arcillosos de alta

plasticidad. Disminuye su plasticidad, su volumen y aumenta su resistencia. Es un

método económico, con el solo hecho de agregarle una pequeña proporción de cal

(2% al 6%), en la mayoría de los casos 3% .

Cuando estabilizamos con asfalto se obtiene un material mas durable y resistente.El

bajo costo de esta técnica consiste en que se utiliza el suelo propio del lugar.El

método de estabilizar con tratamientos químicos. Se refiere a la utilización de ciertas

sustancias químicas y cambios de los suelos utilizados en el proceso, el costo es

accesible.Los Geotextiles se los utiliza, cuando tenemos suelos de diferentes extratos.

Los cuales cumplen algunas funciones, con el fin de separarlos o evitando la mezcla

del material. Algunos son impermeables otros impermeables, es una solución

costosa.

Finalmente podemos afirmar que de acuerdo a la variedad de métodos esistente, para

estabilizar prácticamente todo los tipos de suelos.Algunos resultan ser económicos,

tales como : el granulométrico, la cal, la ceniza, el asfalto y la sal. Resultando ser

soluciones accesibles y perdurables. De igual forma los métodos mas costos como:

cemento, geotextiles, productos químicos y tratamiento con resina y polímeros.

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MECANICA DE SUELOS.

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Estabilizacion de Suelos Final-2009-1

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