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 ESTABILIZACION.3.1.-SUELOS LIMOSOS. 3.2.-SUELOS ARCILLOSOS. 3.3.-SUELOS ARENOSOS.

LOS

SUELOS

CON

FINES

DE

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.

1

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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.

2

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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.

3

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . MECANICA DE SUELOS.

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 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.

4

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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. 5

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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 del

6

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . MECANICA DE SUELOS.

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

7

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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 arcilla, suelo orgánico

en la identificación de un suelo como, arena, limo,

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 8

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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,

9

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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=104

cm/seg. IDENTIFICACION DE

SUELOS

10

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . MECANICA DE SUELOS.

Tipo de suelo Muy Blando

resistencia comprensión simple(kg/cm2)

Limite liquido %

Índice Liquido

< 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 11

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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 Prefijos G: Grava El 50% o más es retenido en el T4 S: Arena Sí más del 50% pasa el T4 Sufijos W bien gradado P mal gradado Depende del Cu y Cc M Limos C Arcilla Depende de los límites de consistencia • Para suelos finos se designa estos símbolos. Prefijos M: Limo C: Arcilla O: Suelo Orgánico Sufijos L: Baja plasticidad (wl < 50%) H :Alta plasticidad (wl > 50%)

12

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . 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)

13

ORIENTACION VIAS DE COMUNICACIÓN . MECANICA DE SUELOS.

Figura 1.B, Detalle de clasificación en la zona de wl