8._Estabilizacion_de_suelos (1).pdf

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS Los tipos de estabilización más comunes son: •

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Por drenaje Eléctrica Térmica Química Estabilización granular.

Las propiedades más importantes en la estabilización de vías terrestres son: •

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La estabilidad volumétrica (de especial importancia importancia para los suelos expansivos) La resistencia La compresión La durabilidad.

Se deben tener en cuenta los siguientes requisitos requisitos mínimos de estabiliz estabilización: ación: •

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•

La mezcla debe presentar presentar una resistencia resistencia adecuada y mantenerla en presencia de agua. El costo de la estabilización debe compararse con otras formas disponibles de construcción. El suelo a estabilizar debe ser apto para su pulverización, mezcla y compactación en las condiciones de campo.

ESTABILIZACIÓN QUÍMICA. Estabilización de suelos con cal. Buscan mejorar las características geotécnicas o de trabajabilidad del mismo. Estabilización con productos bituminosos (asfalto). Buscan aumentar la fricción, la cohesión y la impermeabilidad de un suelo. Se utilizan asfaltos diluidos y emulsiones asfálticas con suelos cohesivos. •

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Estabilización de suelos con cemento. Se utiliza en suelos finos tipo arenas. El cemento es un agente hidráulico que al mezclarse con el suelo y al desarrollar su propiedad hidráulica produce una reacción química, intercambio iónico y cementación. La resistencia del suelo y su estabilidad aumenta significativamente. •

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Estabilización de suelos con otros productos químicos.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL Los efectos que se consiguen en los suelos tras su mezcla con cal son consecuencia de reacciones físico químicas como: •

• • • •

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Floculación o aglomeración de las partículas finas arcillosas en elementos mas gruesos y friables Hidratación del óxido de calcio Intercambio iónico Cambios mineralógicos. Reacciones de cementación entre la sílice de los suelos con el hidróxido de calcio Aumento del PH de los suelos

El rango de aplicación de la cal es de preferencia en suelos arcillosos. La cal puede ser utilizada como un pre-tratamiento para su posterior estabilización con otro aditivo, ya que  proporciona maleabilidad al suelo.

Estabilización de suelos con cal

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• • • • •

INMEDIATAS Secado de suelos (en el caso de utilizar cal en polvo Mejoras en las propiedades geotécnicas Disminución del porcentaje de finos Disminución de la plasticidad Aumento de la capacidad de soporte Disminuye los cambios volumétricos Aumento del PH del suelo; pasa de ácido a alcalino

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A LARGO PLAZO Disminución de la densidad y aumento de la resistencia mecánica. Mejora de la impermeabilidad. Aumento de la resistencia a los ciclos de hielo-deshielo.

Estabilización de suelos con cal Influencia de la cal en las propiedades físicas de una arcilla.

Estabilización de suelos con cal.

Selección del porcentaje de cal –  Método Chester McDowell

El gráfico está construido para cales relativamente finas es decir con más del 90% de hidróxido de calcio o de magnesio y más del 85% que pasa el tamiz No. 200.

Estabilización de suelos con cal.

Selección del porcentaje de cal –  Método Chester McDowell Ejemplo: Suelo con las siguientes características: IP = 39% Porcentaje pasa No 40 = 55%. Pureza de la cal = 60% • •

•

Solución: Entrando al gráfico con: IP = 39% Porcentaje pasa No 40 = 55%. Se obtiene: • •

% cal = 4,25%. Teniendo en cuenta la pureza de la cal: % cal = 4,25 * (90/60) = 6,38% Se define entonces: % cal = 6,5%.

Estabilización de suelos con cal.

Selección del porcentaje de cal Preparación de las mezclas y las probetas para laboratorio: Caracterización del suelo a estabilizar. Selección porcentaje de cal a utilizar. Calcular cantidad de cal a utilizar en función del % cal establecido. Determinar humedad natural del suelo. Determinar peso del suelo seco. Calcular agua adicional. Preparar mezclas con cuatro porcentajes de cal ( arriba y debajo del porcentaje obtenido con el método de Chester McDowell. Compactar probetas con la energía de compactación especificada. • • • • • • •

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Curado de las probetas: (7 días en cámara húmeda), se debe controlar según las condiciones de campo. Realizar ensayos de acuerdo a la finalidad que se buscaba al adicionar la cal al suelo.

Estabilización de suelos con cal.

Ensayos recomendados según finalidad PROPIEDAD ESTABILIDAD VOLUMÉTRICA

ENSAYO RECOMENDADO •

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RESISTENCIA MECÁNICA

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•

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PERMEABILIDAD

•

•

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 ABSORCIÓN Y CAPILARIDAD

Presión de expansión. Expansión libre Compresión inconfinada. CBR con y sin inmersión Ensayos triaxiales. Permeabilidad con cabeza variable. Consolidación Proctor Estandar. Proctor Modificado

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Absorción Capilaridad

ESTABILIDAD

•

Estabilidad hídrica.

LÍMITES DE CONSISTENCIA

•

•

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Límite líquido y plástico. Límite de contracción

Criterios apropiados para definir el porcentaje de cal Para mezclas de suelo  – cal utilizadas capas de un sistema estructural de pavimentos, se especifican valores mínimos de resistencia a la compresión infonfinada y CBR, según la norma INV  – E 801-07. •

•

Sub-rasantes o sub-bases: 3,5 kg/cm2 (CBR> 60%). Bases: 7,0 Kg/cm2 (CBR > 180%).

Con relación al ensayo CBR, el criterio del argentino Celestino Ruiz especifica que la capa estabilizada con cal se comporta de manera similar a una capa granular, para lo cual el suelo tratado cumple con la siguiente condición: EL CBR determinado a 0,4 y 0,5 pulgadas de penetración del suelo tratado con cal, con inmersión

≥

Al CBR determinado a 0,1 y 0,2 pulgadas de penetración del suelo sin tratar, sin inmersión.

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON ASFALTO. Aplicación de productos bituminosos como asfaltos líquidos, emulsiones asfálticas y alquitrán. Objetivos: En los suelos friccionantes procurar dar una acción ligante que junto con la  fricción propia del suelo evite deformaciones bajo la acción del tránsito En suelos cohesivos su objetivo es impermeabilizarlo y protegerlo contra la acción del agua. •

•

La granulometría no es esencial, pero con frecuencia se exigen ciertos requisitos de tipo general: •

•

•

•

Tamaño máximo de las partículas menor de 1/3 del espesor de la capa compactada. Más del 50% del material debe pasar el tamiz de 4.76 mm. y más del 35% el de 0.425 mm. Entre el 10 y 15% debe pasar el tamiz No. 200. El límite líquido de la fracción fina no puede ser mayor de 40 ni el índice  plástico superior a 18.

Diseño de las mezclas de suelos estabilizados con asfalto: Depende básicamente del objetivo buscado. •

•

•

En el caso de suelos friccionantes, lo que se intenta es buscar la máxima resistencia  posible, lo cual se logra añadiendo el contenido óptimo de asfalto determinado por medio de uno de los ensayos corrientes de estabilidad como el Hubbard-Field modificado, el Marshall para mezclas con asflatos líquidos o el de penetrómetro de cono. Cuando se estabiliza un suelo cohesivo, lo que se pretende es que el asfalto le brinde estabilidad ante el agua, caso en el cual la dosificación puede obtenerse a partir de ensayos de absorción de agua. En el caso de suelos granulares de buena gradación, pero con finos excedidos de  plasticidad , la estabilización con asfalto produce un buen medio para neutralizar su acción perjudicial  y hacer apto el material para la construcción. En este caso el ensayo más utilizado es el CBR con el cual se busca que la mezcle presente buena resistencia y a la vez estabilidad suficiente a la absorción.

Proceso constructivo de un capa estabilizada con asfalto

1. Preparar la capa de apoyo. Compactada y con riego de protección (emulsión asfáltica)

2. Colocar el agregado a estabilizar en cordones

3. Añadir cantidad de agua adecuada.

5. Se hace una mezcla cuidadosa y se extiende la mezcla. Debe 4. Añadir la cantidad de airearse para que los solventes se 6. Se compacta primero con un rodillo liso y asfalto de acuerdo al diseño evaporen luego con neumático

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO El cemento es utilizado como estabilizante ya que: •

•

•

•

Aportar en la solución de problemas de estabilidad y durabilidad de los pavimentos. Es un material adecuado en diferentes tipos de vías. Requiere procesos constructivos simples (aunque deben ser muy bien controlados. Usualmente todos los tipos de cemento son útiles y se emplean los de fraguado y resistencia normales.

Factores que afectan la mezcla suelo-cemento. •

•

•

•

•

•

Tipo de suelo Cantidad de cemento Cantidad de agua que se agrega a la mezcla. Compactación de la mezcla. Curado de la mezcla. Incorporación de aditivos en la mezcla.

Estabilización de suelos con cemento

Pavimento rígido Elimina el fenómeno de bombeo Maximiza la transferencia de carga. Brinda una plataforma de trabajo. •

•

•

Pavimentos Flexible Aumenta la vida útil Elimina el agrietamiento por fatiga. Disminuye la presión sobre la sub-rasante. Facilita el reciclaje. • •

•

•

Para la construcción de un suelo cemento (empleando el suelo del lugar) se siguen los siguientes pasos:

Perfilado de la vía

Mezcla suelo-cemento

Escarificación ( de ser necesaria)

Agregar agua

Distribuir Cemento

Compactación (98% P. E.)

Curado: Riego de asfalto líquido o una emulsión asfáltica en proporción de 0.7 a 1.4 litros por metro cuadrado.

OTROS TIPOS DE ESTABILIZANTES QUÍMICOS

ESTABILIZACIÓN GRANULAR Mezcla de dos o más materiales para obtener otro, cuya granulometría y plasticidad lo hagan adecuado para la construcción de una capa de terraplén, afirmado, sub-base o base de la estructura de una vía.

Procedimiento estabilización granular de dos materiales. TAMIZ

% PASA MATERIAL A

% PASA MATERIAL B

1 ½ “ 

100

1”

60

¾”

50

3/8” 

25

100

No. 4

15

85

No.10

0

75

No. 40

50

No. 200

30

Procedimiento estabilización granular de dos materiales. TAMIZ

% PASA MATERIAL A = 60%

% PASA MATERIAL B= 40%

% PASA DE LA MEZCLA

ESPECIFICACIÓN BG-1

1½“

60

40

100

100

1” 

36

40

76

70-100

¾” 

30

40

70

60-90

3/8”

15

40

55

45-75

No. 4

9

34

43

30-60

No.10

0

3

30

20-45

No. 40

20

20

10-30

No. 200

12

12

5-15

El índice de plasticidad de la mezcla de los dos materiales se obtiene de forma aproximada con la expresión:

 

 ∗  ∗  +  ∗  ∗ 



 ∗  +  ∗ 

 =  

I = Indices de plasticidad P = Proporciones en que se mezclan los materiales. Y = Porcentaje que pasa en la curva granulométrica por cada uno de los tamices elegidos. n =Número de tamices

Procedimiento estabilización granular con tres materiales Método gráfico

Dividir las granulometrías en 3 fracciones representativas de cada material incluida la gradación deseada

TAMIZ

% PASA MATERIAL A

% PASA MATERIAL B

% PASA MATERIAL C

3/4”

100

100

100

1/2” 

74

100

100

3/8”

12

90

100

No. 4

3

52

100

No.8

2,5

18

98

No. 40

2,0

4

55

No. 100

1,8

3,2

30

No. 200

1,5

2,0

15

FRACCIÓN

% PASA MATERIAL A

% PASA MATERIAL B

% PASA MATERIAL C

GRADACIÓN DESEADA D

1 1/2” – No. 4

97

48

0

36

No. 4 – No. 200

1,5

50

85

57

Pasa No. 200

1,5

2

15

7

Total

100

100

100

100

Estabilización granular con tres materiales - método gráfico FRACCIÓN

% PASA MAT. A

% PASA MAT. B

1 1/2” – No. 4

97

48

No. 4 – No. 200

1,5

50

Pasa No. 200

1,5

2

Total

100

100

FRACCIÓN

% PASA MAT. C

GRAD. DESEA. D

1 1/2” – No. 4

0

36

No. 4 – No. 200

85

57

Pasa No. 200

15

7

Total

100

100

Ubicar en un gráfico triangular

 A

Estabilización con tres materiales  –  método gráfico Calcular los porcentajes de cada material con las expresiones:

%  ,  

%  ,  

   

       

%  ,  

Medir las distancias: AB AE EB EC ED DC

  

 

  100

  100

  100

Reemplazando se obtiene:

SEGMENTO

AB

AE

EB

EC

ED

DC

LONGITUD

7,3

6,2

1,1

7,5

2,5

4,7

Material

(%)

Porcentaje de agregado grueso A

10

Porcentaje de agregado fino B

53

Porcentaje de agregado fino C

37

Estabilización con tres materiales. Método gráfico El índice de plasticidad de la mezcla de los dos materiales se obtiene de forma aproximada con la expresión:  

  ∗  ∗  +  ∗   ∗  +  ∗  ∗    ∗  +  ∗  +  ∗ 

Donde: IPm= Índice de plasticidad de la mezcla. A, B, C = Proporciones de la mezcla de los materiales. FA, FB, FC = Porcentaje pasa tamiz No. 40 de los materiales A, B, C. IA, IB, IC = Índice de plasticidad de los materiales A, B, C. MATERIAL

ÍNDICE DE PLASTICIDAD IP (%)

(%) PASA TAMIZ No. 40

PROPORCIONES DE LA MEZCLA (%)

A

0

2

10

B

0

4

53

C

7

55

37

IPm = 6,3 %

Estabilización con tres materiales . Método analítico % PASA MATERIAL A

% PASA MATERIAL B

% PASA MATERIAL C

GRADACIÓN DESEADA D

1 1/2” – No. 4

a

b

c

A

No. 4 – No. 200

d

e

f

B

Pasa No. 200

g

h

i

C

Mezcla

x

y

z

100

FRACCIÓN





    +  +     +  +     + ℎ + 

− − + − − − − − − −  −  − −  −

  1 − +

Estabilización con tres materiales  –  método analítico % PASA MATERIAL A

% PASA MATERIAL B

% PASA MATERIA LC

GRADACIÓ N DESEADA D

1 1/2” – No. 4

a

b

c

A

No. 4 – No. 200

d

e

f

B

Pasa No. 200

g

h

i

C

Mezcla

x

y

z

100

FRACCIÓN

    +  +  36  97 + 48 + 0

   +  +  FRACCIÓN

% PASA MATERIAL A

% PASA MATERIAL B

% PASA MATERIAL C

GRADACIÓN DESEADA D

1 1/2” – No. 4

97

48

0

36

No. 4 – No. 200

1,5

50

85

57

Pasa No. 200

1,5

2

15

7

Mezcla

47,3

13,7

39,0

100

57  1,5 + 50 + 85

   + ℎ +  7  1,5 + 2 + 15

Estabilización granular con tres materiales  –  método analítico





FRACCIÓN

% PASA MATERIAL A

% PASA MATERIAL B

% PASA MATERIAL C

GRADACIÓN DESEADA D

1 1/2” – No. 4

97

48

0

36

No. 4 – No. 200

1,5

50

85

57

Pasa No. 200

1,5

2

15

7

Mezcla

47,3

13,7

39,0

100

− − + − − − − − − −

− − − −

  1 − + 





1,5 − 85 36 − 0 + 97 − 0 85 − 57 1,5 − 85 48 − 0 − 97 − 0 50 − 85

57 − 0,473 50 − 85 − 85

  0,473  47,3%

  0,137  13,73%

1,5 − 85

  1 − 0,473 + 0,137

  0,39  39,0%

Comparación técnicas de estabilización