Mejoramiento de Suelos

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CONTENIDO CAPÍTULO I: GENERALIDADES Título de la investigación.

CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Antecedentes. Fundamentación Fundamentación del problema. Formulación del problema. Problema General. Problema específico. Objetivos: Objetivos generales. Objetivos específicos. Limitaciones.

CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO Metodología. Tipo de investigación. investigación.

CAPÍTULO IV: HIPÓTESIS Hipótesis:

CAPÍTULO V: CRONOGRAMA CAPÍTULO VI: TEMATICA PAVIMENTOFLEXIBLE FACTORESQUEAFECTADEFORMADIREC FACTORESQUEAFECTADEFORMADIRECTA TA ALOSPAVIMENTOS CARGAS VEHICULARES EFECTODELAGUAENLASFALLAS EFECTODELAGUAENLASFALLAS DELPAVIMENTO FALLASENLOSPAVIMENTOS ESTABILIZACIÓNDESUELOS TÉCNICAS DEESTABILIZACIÓNDESUELOS DEESTABILIZACIÓNDESUELOS FACTORESQUEAFECTAN FACTORESQUEAFECTAN ALA ESTABILIZACIÓNDESUELOS ESTABILIZACIÓNDESUELOS TIPOSDEESTABILIZACIÓN MATERIALES EMPLEADOSPARALA ESTABILIZACIÓN TIPOSDEESTABILIZACIÓN ESTABILIZACIÓN CON CAL ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO ESTABILIZACIÓN CON ASFALTOS ESTABILIZACIÓN BIOINGENIERÍA RELACIÓNCON LA FALLA EN PAVIMENTOS P AVIMENTOS MEJORAMIENTODESUELOS MEJORAMIENTODESUELOS MEDIANTE TÉCNICAS Y ENSAYOS MECÁNICOS

CAPÍTULO VII: MATRIZ DE CONSISTENCIA CONCLUSION BIBLIOGRAFÍA Página 1

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PLAN DEL PROYECTO

I. GENERALIDADES 1.1 TÍTULO DE LA TESIS: “PAVIMENTACION Y MEJORAMIENTO DE LAS PROPIEDADES DEL SUELO, PARA LAS CARRETERAS AFIRMADAS EN LA REGION PASCO”.

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2.1 ANTECEDENTES En el ámbito nacional el uso de estabilizantes de suelos para mejorar las propiedades físico  – mecánicas del suelo en carreteras es limitado, teniéndose las condiciones que ofrece la

movilización de bienes y personas sobre las vías, constituyen uno de los principales aspectos relacionados con la productividad de una ciudad, de una región y del país, teniendo como consecuencia las ventajas comparativas que se pueden adquirir frente a otras. Así mismo, el estado de las vías es un parámetro importante relacionado con la calidad de vida de los ciudadanos. Las carreteras, solo son tenidas en cuenta cuando en un evento se colapsa una una troncal o vía principal. Las vías provinciales interconectadas son alternativas de origen  – destino, dando un mayor cubrimiento económico y social. Nuestras vías son un patrimonio muy grande que que hay que mantener y rehabilitar mediante procedimientos acorde con sus solicitudes de servicio utilizando tecnologías económicas pero que igualmente sean soluciones válidas, acertadas y experimentadas.

III. FUNDAMENTACION DEL PROBLEMA 

DIAGNÓSTICO

El uso del afirmado como material de construcción en la mejora de las propiedades físico  – mecánicas del suelo en una carretera se remonta a los años 1930 en los Estados Unidos de de Norte América, por efecto de la crisis mundial, los planes viales de pavimentos de tipo Página 2

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superior (hormigón, concreto asfáltico, etc.) estudiándose a fondo el problema de la conservación de los carreteras afirmados que constituían la mayor longitud de su red. Se observaron entonces cuidadosamente diferentes tramos de estos carreteras afirmados y como resultado de esas observaciones, se llegó a la conclusión que algunas secciones, conservaban su estabilidad bajo la acción del tránsito sin desgranarse en épocas de sequía, ni ablandarse ni ahuellarse por la acción combinada del tránsito y la humedad. La habilidad de los técnicos viales americanos consistió en descubrir cuáles eran las características de esos afirmados que, constituyen lo que hoy llamamos bases, revestimientos o suelos estabilizados mecánicamente. En el Perú el uso de aditivos estabilizantes de suelo para mejorar las propiedades físico  – mecánicas del suelo en carreteras es limitado frente al uso del afirmado a pesar de que la Red Vial en nuestro país tiene una longitud de 78,200 Km. de los cuales 68,720 Km. (87%) son carreteras no pavimentadas, los que habitualmente se mantienen bajo un régimen anual de perfilados, bacheos y compactado considerando que actualmente en el mercado existen una gama de productos estabilizadores estabilizadores de suelos de distinta naturaleza tales como cemento, cal, enzimas, ligninas, sales, polímetros etc. que en otros países han dado buenos resultados. Correctamente aplicados, estos productos ofrecen una mejor superficie de rodadura, disminución de los costos de operación, menores gastos de mantenimiento y mejora de las propiedades mecánicas de los suelos estabilizados. En la red vecinal de carreteras del departamento de Pasco se hace uso intensivo del afirmado para mejorar las propiedades físico  – mecánicas del suelo, el uso de cal estabilizante del suelo. 

PROPUESTA

La tecnología del uso de estabilizantes estabilizantes de suelo suelo como alternativa de solución para para mejorar las propiedades físico  – mecánicas del suelo de las carreteras afirmadas, en la Región Pasco en especial, siendo necesario probarlas en nuestra realidad como una alternativa de solución.

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LA PROPUESTA EN EL PROYECTO CONSISTE EN EVALUAR EL MEJORAMIENTO DE LAS PROPIEDADES FISICOS - MECÁNICAS DEL SUELO, UTILIZANDO ESTABILIZANTES DE SUELO COMO CAL. 

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

PROBLEMA GENERAL ¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DEL SUELO CON MEJORARÁ LAS PROPIEDADES FÍSICO  –

(Cal, cemento, bioingeniería)

MECÁNICAS DEL SUELO, EN LA REGION

PASCO?

PROBLEMAS ESPECIFICOS ¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO (CAL), aumentará la densidad seca máxima del suelo en carreteras afirmadas? 1.¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO (CAL), aumentará la capacidad de soporte (CBR) del suelo en carreteras afirmadas?

IV. OBJETIVOS: 

OBJETIVOS GENERALES

1. Impulsar y apoyar la conservación de las carreteras para así evitarlas deformaciones que se puedan presentar, y causar daños a vehículos y evitar gastar tanto en la reparación de las mismas. 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Estudiar y evaluar la disminución del índice de plasticidad del suelo estabilizado en carreteras afirmadas. 2. Estudiar y evaluar el aumento de la densidad seca máxima del suelo estabilizado en carreteras afirmadas.

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3. Estudiar y evaluar el aumento de la capacidad de soporte (CBR) del suelo estabilizado en carreteras afirmadas.

V. MARCO TEÓRICO 

METODOLOGÍA

Para el desarrollo de la investigación, se considera la siguiente metodología, cuyo desarrollo es el siguiente: a. Planteamiento del problema. b. Marco teórico. c. Recopilación y evaluación de información existente. d. Redacción y revisión de los capítulos del temario del proyecto.



TIPO DE INVESTIGACION

El tipo de investigación al que pertenece es: DESCRIPTIVO:

Se recopilo información teórica para tener antecedentes sobre el tema, y se empezó una investigación apropiada. Además de que esta información que se recopilo sirvió para llevar a cabo la investigación y abordar ampliamente cada etapa de esta investigación. Se investigó a fondo los problemas principales sobre las fallas superficiales de los pavimentos y también sobre las diferentes maneras de estabilizar un suelo.



LIMITACIONES:

1. El trabajo de investigación alcanzará estudios a nivel de pregrado aplicando los conocimientos adquiridos en las aulas universitarias.

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VI.

HIPÓTESIS: Se investigó que algunas fallas presentadas en la superficie del pavimento se

deben a que no hay una buena estabilización en las capas de base y sub-base, y se tratara de buscar una solución práctica y económica.

VII. CRONOGRAMA: FECHA DE INICIO Y FECHA ENTREGA DEL PROYECTO

INICIO

:

INVESTIGACION:

03 julio del 2013. teniendo

exactamente

2

semanas. ENTREGA :

22 Julio del 2013.

VIII. TEMATICA  PAVIMENTO FLEXIBLE Un pavimento se define como la capa o conjunto de capas de materiales que son adecuados para ser incluida(s) entre el nivel superior de la terracerías y la superficie de rodamiento(Fig.1) ,cuyas principales funciones son las de proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, de color y textura apropiados, resistentes a la acción del tránsito, a la del intemperismo y otros agentes perjudiciales, así como transmitir adecuadamente a las terracerías los esfuerzos producidos por las cargas impuestas por el tránsito.

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Fig.1Estructuradelpavimento

En otros términos, también se puede describir como la superestructura de una obra vial que hace posible el tránsito de los vehículos con la comodidad, seguridad y economía previstos en el proyecto. Hay dos tipos de pavimentos los cuales son los pavimentos rígidos y pavimentos flexibles, pero en este trabajo nos orientaremos en el pavimento flexible

Los pavimentos rígidos son los que están formados por una losa de concreto hidráulicos, con recubrimiento bituminoso o sin él, apoyada sobre la Subrasante o sobre una capa de material seleccionado ya sea grava o arena. Los concretos utilizados son de una resistencia relativamente alta, generalmente comprendida entre 210kg/cm 2 y 350 kg/cm2 a los 28 días. En general, se usa un concreto simple y, en ocasiones el reforzado. Actualmente existe una tendencia al empleo de concreto pre forzado. Las losas de Concreto simple son de dimensiones pequeñas del orden de 4 m a 8 m; estas dimensiones aumentan al usar algún refuerzo y llegan a los 100 m en concretos preforzados. Los espesores que se utilizan para las losas son del mismo orden usando o no refuerzo. Los pavimentos flexibles son los que están integrados por una carpeta bituminosa apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y la sub-base; la calidad de estas capas es decadente hacia abajo. Cuando el nivel de transito empieza a tener importancia se hace imperativo recubrir la superficie de las terracerías con una capa que cumpla los siguientes Página 7

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requisitos:

     

Ser estable ante los agentes de intemperismo. Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el tránsito. Tener textura apropiada al rodamiento Ser durable Tener condiciones adecuadas en lo referente a permeabilidad Ser económica Los requisitos anteriores definen una capa de material granular de muy

buena calidad, que no es posible obtener de forma natural y cuyas partículas deben estar inclusive ligadas de algún modo artificial. Los suelos naturales cohesivos, nunca podrían soportar la acción directa y prolongada del tránsito; los materiales granulares, tal como se encuentran, a pesar de su mayor resistencia potencial ofrecerían una superficie inestable por falta de coherencia.

La capa de la que se habla resultar a entonces de mayor costo que el material de la terracerías y esto hace que los factores económicos adquiera en ella un papel relevante. En principio, el problema económico se resolvería con una capa de rodamiento muy cara, pero muy delgada; esta capa podría cubrir también los requisitos de estabilidad, duración, textura y permeabilidad, pero por su pequeño espesor se transmitirían a la terracería niveles de esfuerzos muy altos que perjudicarían pronto a la propia superficie de rodamiento por falta del requerido apoyo. Hay entonces intereses opuestos que se precisó conciliar y dicha conciliación ha tratado de lograr siguiendo dos líneas de conducta diferente:

1. La capa de rodamiento se construye con suficiente espesor y de una calidad tal que se logra que los

esfuerzos

transmitidos ala terracería sea

compatibles con la calidad de ésta. Esta línea de acción lleva a los pavimentos rígidos, con losa de concreto hidráulico .Cualquier pequeña Página 8

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cadencia permanente de los suelos bajo la losa es absorbida para la resistencia de la misma a la tensión. 2. La superficie de rodamiento se logra mediante una carpeta bituminosa relativamente delgada, de alto costo y alta calidad, pero entre ella y las terracerías se interpone un sistema de varias capas de materiales seleccionados cuya calidad, por lo común, va disminuyendo con la profundidad, precisamente con los niveles de esfuerzos producidos por el tránsito. Entre otros factores puede decirse que el espesor del pavimento depende fundamentalmente del material de la terracería, en que se apoya. También se pude utilizar materiales cuya resistencia a la tensión sea considerable, añadiendo a los materiales térreos porcentajes apropiados de un aglutinante, ya sea cemento, asfalto, o la cal; cuando se tratan así las capas aumenta la capacidad de distribución de esfuerzos, con los que se puede tener grandes ahorros de espesor.



FACTORES QUE AFECTA DE FORMA DIRECTA A LOS PAVIMENTOS

Los factores que, independientemente del método y calidad del diseño de un pavimento, afectan en forma predominante a este, pueden considerarse comprendidos en los siguientes tres grupos:

a) Características de los materiales que constituyen la terracería y la capa subrasante.

Los materiales que constituyen las terracerías y la capa subrasante de un camino o una aeropista juegan un papel importante en el comportamiento y Página 9

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espesor

Requerido de un pavimento flexible. Para ello hay que determinar las características de los materiales (terracería o la capa subrasante) y esto se logra aplicando los conocimientos de la Mecánica de Suelos, ya que los pavimentos caen dentro de la Especialidad; y no solo se refiere a la terracería y subrasante, sino también a lo que es la sub-base y base, cuyas propiedades mecánica se hidráulicas definen en buena parte un problema de pavimentación. b) El clima

Hay un factor climático principal que afecta a los pavimentos, es la precipitación pluvial, ya sea por acción directa o por la elevación de las aguas freáticas. Usualmente, en el proyecto de un pavimento se toma o se obliga el diseño y la construcción de estructuras adicionales de drenaje, a parte del drenaje que normalmente se hay en una obra vial o al empleo de diseños especiales para el pavimento.

c) El tránsito.

El transito produce las cargas a que el pavimento va a estar sujeto. Respecto al diseño de los pavimentos interesa conocer la magnitud de estas cargas, las presiones de inflado de las llantas, así como el área de contacto, su disposición y arreglo en el vehículo, la frecuencia y número de repeticiones de las cargas y las velocidades de aplicación.

Estas características de las cargas son muy difíciles e imposibles de reproducir en laboratorios con los fines de investigación. El estudio de los Página 10

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pavimentos es hasta hoy algo así casi puramente empírico.



CARGAS VEHICULARES

Para el proyecto de un pavimento flexible, todas las variables del tránsito deben reducir sea un concepto constante o que, por lo menos, pueda ser manejado en las fórmulas matemáticas o en los criterios de diseño de un modo cómodo e integral. El siguiente conjunto de factores se pueden englobar dentro del concepto “carga del tránsito” (Fig. 2). Hay cuatro factores de influencia principal y tres efectos más secundarios.

Fig. 2 Tránsito vehicular en la carretera

Los factores principales son:



Carga transmitida por la rueda



Área de influencia de la carga



Número de repeticiones de la carga Página 11

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

Velocidad

Factores secundarios son:





Área de contacto de la llanta, que determina la presión de contacto



Numero de llantas en el arreglo



Espaciamiento entre ejes

FALLAS EN LOS PAVIMENTOS

Las fallas son los defectos que presenta un pavimento y que disminuyen la comodidad del usuario o la vida de servicio de esa estructura, frecuentemente corresponden a defectos constructivos y difícilmente pueden clasificarse como deterioros.

La mayor parte de la tecnología que se ha ido desarrollando tiene por objeto evitar la aparición de todo un conjunto de deterioros y fallas, y se ha logrado ir estableciendo con una relación causa-efecto, que permite desarrollar todo un conjunto de normas de criterio de proyecto y conservación, que forma una parte muy importante de la experiencia de cada técnico.

La s aplicaciones de la Mecánica de Suelos a la tecnología de pavimentos, acuerda en revisar los más importantes y frecuentes deterioros que los pavimentos suelen sufrir, y se relacionan con causas que lo pueden producir; de esta manera es posible discutirlas aplicaciones en un contexto práctico y acorde con las preocupaciones reales de los ingenieros. Página 12

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La palabra “f alla” en el tema de pavimentos es común que se utilice tanto para verdaderos colapsos o desastres locales, como para describir deterioros simples o lugares de posible evolución futura desfavorables. Frecuentemente se describe como fallas a los comportamientos que simplemente sea partan de lo que se consideró “perfecto”.

Los deterioros de pavimentos que se incluyen, se consideran los más relevantes. Se han agrupado entre grandes categorías; los de superficie, los de estructura y los de origen en la construcción.

Estos deterioros se encuentran dentro de las tres categorías mencionadas anteriormente, se agrupan a su vez en las siguientes sub-categorías:



Desprendimientos. Es la pérdida parcial del agregado dejando

expuestas áreas aisladas de la capa de apoyo. En estas fallas se pueden

encontrarlos

llamados

Baches,

Levantamiento

por

congelación, Desprendimiento de agregados, Erosión avanzada de Taludes, Erosión total, Pulido de superficie, Desintegración, Desprendimiento de sello y Erosión longitudinal de carpeta. (Fig.4)

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Fig.4 Desprendimient  os



 Alisamientos Es la presencia de asfaltos en agregado (árido) en

la superficie o también puede ser la presencia de agregados que presentan una cara plana en la superficie, generalmente embebidos en el ligante (asfalto). (Fig.5)

Fig.5Alisa mientos



Exposición de agregados. Es la presencia de agregados

parcialmente expuestos fuera del mortero ligante (asfalto) –arena. (Fig. 6)

Fig.6Exposiciónde agregados 

Deformaciones. Son canales que se forman a lo largo de la

trayectoria longitudinal de circulación de los vehículos. (Fig.7) Página 14

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Fig.7  Deformaci  ón 

 Agrietamientos. Son grietas que se forman en la carpeta asfáltica en

la dirección del tránsito. (Fig.8)

Fig.8Agrietami  entos.

Estas fallas se pueden presentar por la mala estabilización de la capa de la base y/o sub-base. La estabilizaciones la mejora de un suelo para que se pueda soportar todos los esfuerzos transmitidos por los vehículos en movimiento. Tiene por objeto procurar por diversos medios la estabilidad de ellos, para cualquier condición de tiempo y de servicio.

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 ESTABILIZACIÓN

DE SUELOS

Se llama estabilización de suelos al proceso de someter a los suelos naturales a ciertos tratamientos para poder aprovechar sus cualidades, de manera que puedan resistir a las condiciones adversas del clima, rindiendo en todo el tiempo los servicios adecuados que a ellos se espera.

Es muy usual que el ingeniero encuentre o adecuados en algún sentido los suelos que se ha de utilizar para un determinado fin, en un lugar específico.

Cuando se tiene ese hecho, se deberá tomar una de las tres decisiones que se presentan a continuación:



Aceptar el material tal como se encuentre, pero tomando en cuenta objetivamente su calidad en el diseño efectuado.



Remover y eliminar el material inadecuado y prescindir de su uso y sustituirlo por uno de características adecuadas.



Modificar las propiedades del material existente de tal manera que se obtenga un material que sea capaz de cumplir los requerimientos en la obra a efectuar.

Esta última alternativa da lugar a las técnicas de estabilización de suelo. Son muchos los procedimientos que se pueden seguir para lograr esa mejoría en las propiedades de los suelos, para hacer los apropiados para algún lugar en específico, es lo que constituye la estabilización y la finalidad de este trabajo. Existen diferentes sistemas que se pueden emplear en la estabilización de suelos y que requieren los siguientes requisitos. Página 16

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1. El material básico que se debe emplear es el suelo, ya sea en el estado natural en que se encuentra a lo largo del camino, incorporándole otros materiales. 2.

Es necesario que se desarrolle suficiente cohesión y fricción

interna en los suelos para que puedan resistir satisfactoriamente l tránsito de vehículos. 3.

El suelo debe resistir la acción de los agentes atmosféricos para

que pueda conservar sus buenas propiedades durante todo tiempo. 4. Deben seleccionarse los materiales y métodos de construcción apropiados

para que

la

obra resulte de

bajo costo

y con

características satisfactorias para resistir el tránsito que va a circular sobre ellos

Se debe reconocer que la estabilización no es una herramienta ventajosa en todos los casos y, no siempre igual de ventajosa en las situaciones en que pueda resultar conveniente, y por consiguiente se deberá tener en claro el conjunto de propiedades que se desee mejorar y la relación entre lo que se lograra al mejorarlas y el esfuerzo y dinero que en ello haya de invertirse. Solo llegando a balacear estos factores se podrá llegara un correcto empleo de estabilización.

Las propiedades de los suelos que más frecuentemente se estudian en problemas de estabilización son: 

Estabilidad volumétrica



Resistencia



Permeabilidad



Compresibilidad



Durabilidad Página 17

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Sera posible utilizar tratamientos que mejoren simultáneamente varias de esas propiedades. No debe verse a la estabilización solo como una medida correctiva; algunas de estas técnicas representan más bien medidas preventivas contra condiciones adversas susceptibles del posterior desarrollo.

Las propiedades de un suelo se modifican al entrar en contacto con las muchas maneras para alterar al mismo, y se puede hacer de formas como: medios mecánicos, drenaje, medios eléctricos, cambios de temperatura o adición de agentes estabilizantes.

Debe tenerse encuenta que debido a la gran variedad de suelos, cada método resulta aplicable a un número limitado de ellos. Pero ya que el suelo al ser un material que en estado natural es muy cambiante en sus propiedades, de acuerdo al lugar en que se localice, la elección del tipo de estabilización estará sujeto por el número de suelos encontrados, el tipo y la extensión del área en que se realice la estabilización ya sí poder determinar dónde será efectivo el sistema empleado. Los siguientes casos se pueden utilizar para justificar el uso de una estabilización:

Un suelo de subrasante desfavorable, o muy arenoso ,o muy arcilloso. 



Materiales para especificaciones.

base

o

subbase

en

el

límite

de



Condiciones de humedad.



Cuando se necesite una base de calidad superior, como en una autopista.

En repavimentación, aprovechando los materiales existentes. La primera y la que siempre acompaña a todas las estabilizaciones, es la de 

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aumentar la densidad de un suelo, compactando la mecánicamente. La segunda estabilización usada es la de mezclar a un material de granulometría gruesa, otro que carece de esa característica. Finalmente, está el recurso de estabilizar un suelo mezclándole cemento portland, cal hidratada, asfalto o cloruro de sodio. El uso de la cal está limitado a suelos que contengan minerales arcillosos, con los cuales hacerla “acción puzolánica” que lentamente cementando las partículas del suelo.

La utilidad de la cal es para aquellos casos en los que no se necesite pronta resistencia. Este aglomerante es muy adecuado para bajar la plasticidad de los suelos arcillosos o para contrarrestar el alto contenido de humedad en terracerías o en bases y subbases, siempre que éstas no sean muy arenosas. Se debe recordar que la estabilización es un asunto económico.



TÉCNICAS DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Las técnicas son aquellas con las que se puede estabilizar un suelo; ya sea mecánica o manual, usualmente se utiliza más la estabilización mecánica, la más común y rutinaria forma de tratamiento mecánico es la compactación.(Fig. 9)

Fig. 9Tratamiento mecánico: Compactación. Página 19

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En el procedimiento mecánico existen varios medios para mejorar la condición de un suelo, que ha de ser utilizado para cualquier tipo de construcción. De los que se mencionaran a continuación:



Amasado (rodillos pata de cabra)



Impactos de carga (pisones)



Presión estática (rodillos lisos y neumáticos)



Vibración (rodillos vibratorios)



Métodos mixtos (combinación de los métodos anteriores)

La compactación o también conocida por la reducción de vacíos se produce de varias maneras, como se describe a continuación: reorientación de las partículas, fractura de los granos o de las ligaduras entre ellos seguida por reorientación y la flexión o distorsión de las partículas y sus capas adsorbidas. La energía que se gasta en este proceso es suministrada por los esfuerzos de compactación. A medida que la humedad del suelo aumenta la cohesión disminuye, es decir que la resistencia se hace menor y el esfuerzo más efectivo.

Cuando se diseñan mezclas de suelos, para lograr con ellas unas determinadas propiedades deseables, la granulometría suele ser el requisito más relevante en la fracción gruesa, en tanto que la plasticidad lo es, naturalmente, en la fina.



FACTORES QUE AFECTANA LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

Hay muchos factores que afectan la estabilidad de los suelos; solo que en Página 20

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primer lugar está la distribución de partículas por tamaño, la cual es una de las características más importantes por cuanto afecta innumerables propiedades de los suelos, entre ellas: la superficie específica, la consistencia, la estructura,

la

porosidad, la velocidad de infiltración, la conductividad hidráulica, etc.

La distribución de partículas por tamaño, se refiere a las proporciones relativas de arenas, limos y arcillas y, también, a las partículas o fragmentos superiores a 2mm, hasta llegar a los tamaños de gravillas y gravas o fragmentos de mayor tamaño.

Esta distribución afecta la estabilidad estructural notablemente, por cuanto condición a la "agregabilidad" o facilidad o tendencia de las partículas a dejarse unir entre sí. Para que las partículas de un suelo puedan unirse entre sí, se requiere de un cierto porcentaje de partículas finas, muy finas y de tamaño arcilla. Los suelos excesivamente arenosos, y cuando su fracción arena es muy gruesa,>de2mm, poseen muy poca "agregabilidad". Por el contrario, cuando los suelos poseen un alto contenido de arcilla, su agregabilidades alta. No quiere decir esto que tengan estabilidad estructural ya que dichos agregados podrían desbaratarse relativamente fácil en el agua. Cuando el suelo no tiene "agregabilidad", es difícil lograr su estabilidad estructural, como es el caso con suelos formados por arenas gruesas.

Muchos investigadores han llegado a la conclusión de que la textura mejor balanceada corresponde a la de los suelos francos con arcilla entre 10y25%,limo entre 28-50% y arena entre 30-55%. (Montenegro,1991)

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TIPOS DE ESTABILIZACIÓN



En las tipos que comúnmente se utilizan para estabilizar los suelos son los que se mencionan a continuación:



Suelo- Agregado



Suelo-Cal



Suelo-Cemento



Suelo-Sal



Suelo- Asfalto



Suelo-Emulsión es Asfálticas



Suelo- Aditivos Químicos

Estos tipos son utilizados con diversos fines y para todo espécimen de suelos, o para un suelo en específico; ya que se puede mejorar una característica especifica del suelo. Pero en este trabajo nos enfocaremos a solo dos tipos de estabilización que son las de suelo- cal y suelo- cemento.

 TIPOS DE ESTABILIZACIÓN 

ESTABILIZACIÓN CON CAL

El empleo de la cal para la estabilización de suelos no constituye un aspecto novedoso pues fue empelada en obras tan antiguas como la Muralla China y algunos caminos romanos durante su florecimiento del Imperio Romano. La aplicación de la cal se concentra principalmente al caso de suelos finos.

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Para que una estructura tenga un funcionamiento de largo plazo depende mucho de los materiales subyacentes, ya que en suelos inestables se crean problemas significativos en las estructuras y pavimento. Cuando el suelo se combina con la cal; cambia considerablemente las características del mismo, produciendo resistencia y estabilidad a largo plazo, en forma permanente, en particular en lo que se refiere al efecto que produce el agua.

La cal, sola o en combinación con otros materiales, se puede utilizar para tratar diversos tipos de suelos .Las propiedades 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% que pasa la malla N. 200 y un IP mayor de 10) se consideran buenos candidatos

para la estabilización. Los suelos que contienen cantidades significativas de material orgánico (mayor que 1%) o sulfatos ( mayor que el 0.3%) pueden requerir cal adicional y/o procedimientos de construcción especiales.

En la construcción de carreteras o caminos, dependiendo de la capa y el material de la capa se debe analizar si se utiliza la estabilización por medio de cal; a continuación se describe en cada capa:



Subrasante

(o

subbase):

La

cal

puede

estabilizar

permanentemente el suelo fino empleado como una subrasante o subbase, para crear una capa con un valor estructural significativo en el sistema del pavimento. Los suelos tratados pueden ser del lugar ( subrasante ) o bien, de materiales de préstamo. La estabilización de la subrasante por lo general implica mezcla en el lugar y generalmente requiere la adición de Página 23

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cal de 3 a6 por ciento en peso del suelo seco. 

Bases: La cal puede estabilizar permanentemente materiales que no cumplen con las características mínimas para funcionar como una base (como la grava con arcilla, gravas "sucias", o bases contaminadas en general ) que contienen al menos el 50%

de material grueso retenido en la malla No.4. La estabilización de bases es utilizada para la construcción de caminos nuevos y para la reconstrucción de caminos deteriorados, y generalmente requiere la adición de 2 a 4% de cal respecto al peso del suelo seco. La mezcla en el lugar se usa comúnmente para la estabilización de bases, sin embargo, también puede ser usada la mezcla en planta. La cal también se usa para mejorar las características de las mezclas de suelo y agregados en "el reciclaje de espesor completo". Existen otros dos tipos importantes de tratamiento con cal utilizado en operaciones de construcción:

La primera, es que debido a que la cal viva se combina químicamente con el agua, puede ser usada con eficacia para secar suelos mojados, gracias al calor generado por la reacción cal-agua. La reacción con el agua ocurre incluso si los suelos no contienen fracciones arcillosas significativas. Cuando las arcillas están presentes, la reacción química de la cal con las arcillas, seca aún más los suelos. El efecto neto es que el secado ocurre rápidamente, dentro de un lapso de horas, permitiendo al contratista compactar el suelo mucho más rápido que si espera a que el suelo se secara por la evaporación natural.

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1. Secado: Si se usa la cal viva, la misma se hidrata inmediatamente y libera calor. Los suelos se secan, porque el agua presente en el suelo participa en esta reacción, y porque el calor generado puede evaporar la humedad adicional. La cal hidratada Producida por estas reacciones iniciales, posteriormente reaccionará con las partículas de arcilla. Estas reacciones subsecuentes, lentamente producirán un secado adicional porque las mismas reducen la humedad, mejorando el soporte. Si se utilizan la cal hidratada o la lechada de cal hidratada, en lugar de la cal viva, el secado ocurre sólo por los cambios químicos del suelo, que reducen su capacidad para retener agua y aumentan su estabilidad. 2. Modificación: Después de la mezcla inicial, los iones de calcio (Ca++) de la cal hidratada emigran a la superficie de las partículas arcillosas y desplazan el agua y otros iones. El suelos e hace disgregable y granular, haciéndolo más fácil para trabajar y compactar (Fig.1). En esta etapa, el Índice de Plasticidad del suelo disminuye drásticamente, así como lo hace su tendencia a hincharse y contraerse. El proceso, llamado "floculación y aglomeración", generalmente ocurre en el transcurso de horas.

Fig. 10 Arcilla mezclada con cal 

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3. Estabilización: Cuando se añaden las cantidades adecuadas de cal y agua, el pH del suelo aumenta rápidamente arriba de 10.5, lo que permite romper las partículas de arcilla. La determinación de la cantidad de cal necesaria es parte del proceso de diseño y se estima por pruebas como la de Eades y Grim (ASTM D6276).

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ESTABILIZACIÓN CONCEMENTO

La estabilización de suelo –cemento es la más utilizada en la actualidad, la utilización se ha extendido por el mundo entero y crece cada día, sobre todo, pero no únicamente en casos conectados a vías terrestres, sino también para el proyecto y construcción de pavimentos.

En el suelo-cemento, al principio de su uso, sobre todo en los EEUU, el criterio de diseño de las mezclas era durabilidad del material, determinando su valor en pruebas de congelamiento-deshielo y humedecimiento-secado. Hoy son muchos los países que diseñan las mezclas en función de su resistencia a la compresión sin confinar.

1. Suelo tratado con cemento: es una mezcla intima de suelo y cemento con adición de agua para la cual no existe requerimientos de calidad, es una mezcla no endurecida o semi-endurecida de suelo cemento. El mejoramiento que se consigue depende de la cantidad de cemento que se agrega y del tipo de suelo. El suelo modificado con cemento puede emplear se en bases, subbases, subrasantes, etc.

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ESTABILIZACIÓN CONASFALTOS

En la estabilización del suelo con asfaltos e utiliza un asfalto diluido, (esto es, Mezclado con un disolvente como es la gasolina, kerosene o nafta), o como una emulsión (esto es, diluido en agua).

Después de mezclar el suelo con el asfalto diluido, se debe extender antes de emplear el material en la fabricación de bloques para permitir que el disolvente se evapore. Es mejor mezclare las falto diluido con una pequeña cantidad de suelo, para luego mezclarlo con el suelo restante.

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ESTABILIZACIÓN BIOINGENIERÍA

La bioingeniería comprende el uso de la vegetación para la estabilización de taludes y el control de la erosión.

La bioingeniería de suelos es única en el sentido de que las partes de la planta por sí mismas ósea las raíces y el follaje funcionan como los elementos estructurales mecánicos para la protección del talud.( Fig.11)

Los elementos vivos se colocan en el talud en diversos sistemas de arreglos geométricos en tal forma que el los actúan como refuerzo, como drenaje o como barreras para los sedimentos.

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Fig. 11Estabilización bioingeniería (Terramesh)

En la actualidad las cargas vehicular es afectan a la carpeta asfáltica, la estabilización del suelo con el uso de la bioingeniería consiste en poner una geomalla entre dos capas de asfalto, o dependiendo de los cálculos y diseños realizados (Fig.12)

Fig. 12Estabilización con geo-malla (Roadmesh)

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 RELACIÓN

MEJORAMIENTO DE

CON LA FALLA EN PAVIMENTOS SUELOS MEDIANTE TÉCNICAS Y ENSAYOS

MECÁNICOS El mejoramiento de los suelos es adaptar el suelo a las necesidades físicas que se tiene en el proyecto, y para el cual se va a utilizar y se tenga en las características necesarias.

En términos generales se procura, según el tipo de suelo, actuar sobre las características de compresibilidad, incrementando su estabilidad volumétrica, especialmente ante la absorción o pérdida de agua; su resistencia al esfuerzo cortante y la respuesta esfuerzo-deformación. Igualmente se busca que no sea susceptible al agrietamiento, mejorar su resistencia a la erosión y, en casos específicos, se procura disminuir su permeabilidad.

En el caso de que se decida efectuar el mejoramiento de un suelo, el tratamiento a realizar dependerá de su tipo, sus dimensiones y la estructura a fundar.

Los métodos de mejoramiento de suelos son los que a continuación se presentan, y se describen brevemente:

O Confinamiento (en el caso de suelos no cohesivos). Puede lograrse con la aplicación de columnas

de grava, cuya construcción implica el

reemplazo parcial de entre un 15 y 35 % del suelo, que usualmente penetra hasta alcanzar un estrato resistente. La presencia de la columna crea un material compuesto de menor compresibilidad media y de Página 29

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mayor resistencia al corte que la del suelo natural.

O Preconsolidación (para suelos cohesivos). Se logra aplicando una sobrecarga sobre un depósito de suelo, la que debe exceder la carga máxima que este va a soportar. Se busca así que la consolidación parcial sea equivalente al mayor grado que alcanzará con la carga máxima, la que requerirá mayor tiempo para producirse. El proceso puede acelerarse por medio de drenes verticales, conectados en su parte superior por un manto de arena que permita la liberación de la humedad.

O Mezclas de suelos. Requiere la realización de una serie de ensayos, con el fin de evaluar las características de cada uno de los tipos de suelo que se desean mezclar. Este método requiere la remoción de gran cantidad de material dela superficie y no resulta práctico para el mejoramiento mecánico de depósitos de gran profundidad, por lo que su uso se limita a obras viales.

O Vibro flotación. Es un método apto para suelos granulares con un bajo contenido de finos. Consiste en introducir en el terreno un tubo con una cabeza vibratoria, cuya acción producirá un reacomodamiento de sus granos, lo que aumentará su densidad. El método se aplica siguiendo una red de geometría diseñada en la superficie del terreno, de forma tal que el tratamiento alcance la totalidad del depósito. Tiene la ventaja de alcanzar profundidades importantes sin afectar edificaciones cercanas.

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MATRIZ DE CONSISTENCIA: PROBLEMA

OBJETIVOS OBJETIVOS

PROBLEMA GENERAL ¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DEL SUELO CON (Cal, cemento, ioingeniería) MEJORARÁ LAS PROPIEDADES FÍSICO  –  MECÁNICAS DEL SUELO, EN LA REGION PASCO?

GENERALES y

apoyar

la

pavimento se deben a que no hay una

conservación de

buena estabilización en las capas de base

las

y sub-base, y se tratara de buscar una

carreteras

para

así 

evitarlas deformaciones

METODOLOGÍA

siguiente metodología, cuyo desarrollo es el siguiente: e.

solución práctica y económica. f.

Marco teórico.

g.

Recopilación

evitar tanto

evaluación

y

vehículos

h.

reparación

de

las mismas.

y de

Redacción y revisión de los capítulos del temario

gastar la

del

información existente.

y

en

Planteamiento problema.

que se puedan

causar daños a

¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO (CAL), aumentará la densidad seca máxima del suelo en carreteras afirmadas? 1. ¿LA PROPUESTA DE ESTABILIZANTES DE SUELO (CAL), aumentará la capacidad de soporte (CBR) del suelo en carreteras afirmadas?

POBLACIÓN METODOLOGÍA Hipótesis general Población población Para el desarrollo de la La . Se investigó que algunas constituida por investigación, se considera la Pasco. fallas presentadas en la superficie del

Impulsar

presentar,

PROBLEMAS ESPECIFICOS

HIPÓTESIS

del proyecto. TIPO DE INVESTIGACION El tipo de investigación al que pertenece es:

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

DESCRIPTIVO:

Estudiar y evaluar Se

la disminución del

recopilo

índice

de

información teórica para

plasticidad

del

antecedentes sobre el tema, y se

suelo estabilizado

empezó

en

apropiada. Además de que esta

carreteras

una

tener

investigación

afirmadas.

información que se recopilo sirvió

Estudiar y evaluar

para llevar a cabo la investigación y

el aumento de la

abordar ampliamente cada etapa

densidad

de esta investigación.

seca

máxima del suelo estabilizado

en

carreteras afirmadas. Estudiar y evaluar el aumento de la capacidad

de

soporte (CBR) del

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está la

Regió

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CONCLUSION En este trabajo se muestra y recopila información sobre las diferentes estabilizaciones de suelos, pero como no contamos con laboratorios no se pudieron realizar pruebas.

Se puede decir que el uso del cemento es mucho más efectivo que la cal pero con la diferencia de costos que hay entre estos dos materiales, ya que el cemento tiene un costo más elevado que la cal. El uso de estos estabilizantes garantiza que el pavimento sea más resistente a las cargas vehiculares y evitar las apariciones de fallas.

Las fallas que tienen los pavimentos se deben a que no hay una correcta compactación en las capas de base y subbase, con buenos materiales, es decir que si se estabiliza o mejora el suelo de estas capas la vida útil del pavimento ya sea rígido o flexible tendrá más durabilidad y se gastara menos en los mantenimientos de dichos tramos carreteros, aunque en el proceso constructivo sea un poco más caro, pero no se tendrá que hacer los mantenimientos tan seguidos.

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