U.A.J.M.S.

CIV - 651

CARRETERAS III

MsC. Ing. Marcelo Segovia Cortez

ESTABILIZACIÓN

DE SUELOS

UNIDAD 1

1. Tipos de Tratamiento1.1. Suelos Mejorados1.2. Suelos Estabilizados

2. Estabilización de Suelos

3. Tipos de Estabilización Estabilización Mecánica Estabilización Química o por Medios

Químicos Estabilización Física o Granulométrica Estabilización Físico- Química Estabilización por medios Electrónicos

4. Ventajas de los Suelos Estabilizados

5. Elección Adecuada del Estabilizante

5.1. Tipos de Suelos o Materiales a Estabilizar

5.2. Parámetros u Objetivos Buscados

5.3. Agentes Estabilizantes Disponibles en el Entorno

6. Estabilizantes más empleados

6.1. Estabilización Suelo – Suelo

6.2. Estabilización Suelo - Cemento

6.3. Estabilización Suelo – Cal

6.4. Estabilización Suelo - Asfalto

MÉTODOS Y FORMAS DE ENSEÑANZA

• Se utilizará el Método expositivo, con resolución de problemas, se hará uso del cuaderno de tareas, además de lluvia de ideas, trabajo grupal, etc.

• Para la enseñanza se utilizara diapositivas, Pizarra, tarjetas de estudio, y otros.

1. Tipos de Tratamiento

Suelos Mejorados

Suelos Estabilizados

1.1. Suelos Mejorados

Se refiere generalmente a suelos de grano fino, plásticos y a veces con humedades excesivas, que presentan dificultades en la compactación, expansividad, sensibilidad al agua o a la helada y baja capacidad de soporte y que estos son tratados generalmente con cal.Con este tipo de tratamiento se persigue fundamentalmente modificar sus características a corto plazo, pasando a ser suelos utilizables.

El objetivo de este tipo de tratamiento puede ser por alguna de estas razones:• Secar zonas húmedas para facilitar su

compactación.• Proporcionar una plataforma de trabajo estable.• Preparar el suelo para tratamientos posteriores.

2. Estabilización de Suelos

Es el proceso de someter a los suelos naturales a ciertos tratamientos, para aprovechar sus mejores cualidades, de manera que puedan soportar las condiciones adversas inherentes al diseño.

Para

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Disminuir la Plasticidad

Estabilidad Volumétrica

Comprensibilidad

Permeabilidad

Resistencia o Capacidad Portante

Durabilidad

Tipos de Estabilización

Mecánica

Química o por

medios Químicos

Física o Granulom

étrica

Físico – Química

Medios Electrónic

os

4. Ventajas de los Suelos Estabilizados

Ventajas Técnicas.-

• Permiten el empleo de los suelos de la traza, mejorando sus características hasta el grado deseado.

• Proporcionan una elevada capacidad de soporte a la explanada, con lo que aumenta la vida de servicio del firme.

• Aseguran la estabilidad de la explanada, tanto por su inestabilidad al agua y a la helada, evitando así cambios de volumen por hinchamiento o retracción, como por su resistencia a la erosión.

• Disminuyen las tracciones en las capas del firme, aumentando con ello su vida útil.

• Pueden permitir el paso inmediato del trafico de la obras.

Ventajas Económicas y Ambientales.-

• Un mayor empleo de los suelos y otros materiales de la traza, a veces de características iníciales inadecuadas. Esto es particularmente interesante por las restricciones para el uso de préstamos y en ocasiones no existen suelos aprovechables a una distancia aceptable.

• Ahorro en el transporte de materiales.• Acortamiento de los plazos "de ejecución, dado

que el proceso de incorporación del estabilizante y de mezcla de suelo con el mismo se realiza con equipos específicos de alto rendimiento.

• La obtención de cimientos de firme de mayor capacidad de soporte permite un ahorro en las capas de firme, tanto en su constitución como en su ejecución.

• Menor generación de polvos, por existir una disminución apreciable en el movimiento de tierras.

5. Elección Adecuada del Estabilizante

Uno de los factores clave para la obtención de los resultados buscados es la adecuada elección del estabilizante, o mezcla de estabilizantes.La elección del estabilizante adecuado dependerá del análisis pormenorizado de los siguientes aspectos.

a) Tipo de suelo o materiales a estabilizarNo sirve cualquier estabilizante para cualquier tipo de suelo, los suelos plásticos, arcillosos, reaccionan bien con la cal, y los suelos granulares, no plásticos, reaccionan bien con el cemento.• La Plasticidad y la granulometría.• Los suelos IP ≤ 12 cemento.• Los suelos IP > 20 son suelos cohesivos, que

reaccionarán mejor con la cal• Los suelos IP entre 12 y 20 estabilización mixta.• Los suelos cuyo IP > 40 muy plásticos, con cal, y en

2 etapas para mejorar su eficacia

Granulometría es la fracción fina del suelo. • Suelos muy finos, con más de 50% que pase

el tamiz No 200, con cal.• Si el porcentaje de finos < 35%, con

cemento. • Los suelos cuya fracción fina entre el 35% y

el 50%, serán suelos para realizar una estabilización mixta cal y cemento.

Puede haber casos especiales en los que, será necesarias la prueba de ensayos con la cal y con el cemento, para determinar cuál de ellos actúan mejor sobre el suelo.

También puede plantearse el empleo de la cal o cemento conjuntamente con algún otro material o subproducto de tal forma de que se potencien sus propiedades cementantes u otras características.

b) Parámetros u Objetivos Buscados• Si el objetivo es el descongelamiento o el secado

inmediato de cualquier tipo de suelos en condiciones climatológicas adversas, se deberá emplear cal viva, y su dosificación se deberá realizar sobre la marcha, día a día, a pie de obra, en función de las condiciones de trabajo.

• En el caso de la estabilización de materiales marginales para su reutilización en la construcción de terraplenes y saneos, la dosificación del estabilizante deberá ser la necesaria para corregir sus problemas geotécnicos y resistentes hasta unos valores aceptables en: plasticidad, hinchamiento, capacidad de soporte, etc.

• En el caso de la mejora y estabilización de suelos en capas de coronación y terraplenes y fondos de desmonte, para la formación de explanada, la estabilización con cemento puede llegar a ser la mejor opción.

c) Agentes Estabilizantes Disponibles en el Entorno

Puede darse el caso de que en función a la ubicación espacial y temporal de la obra, no se tenga la disponibilidad de cualquier tipo de estabilizante.

6. Estabilizantes más Empleados 6.1. Estabilización Suelo - Suelo

Se emplea generalmente en nuestro medio para conformar los terraplenes y los caminos revestidos o caminos "ripíados", los cuales están constituidos por una capa firme de suelo granular que a veces sirve como capa de rodamiento en todas las condiciones climatológicas. Pero también dependiendo de la calidad del suelo, ésta técnica se emplea ampliamente para construir bases y sub-bases de la estructura de un pavimento.

Es decir que al construir un camino o fundar la obra vial, la naturaleza nos provee dos materiales separados:

- Los granulares- Los finos, o ligantes

En la composición de los materiales citados intervienen diferentes fracciones granulométricas como grava, arena, limo y arcilla.La estabilización granulométrica se emplea principalmente en subrasantes de pavimentos y para pavimentos de bajo costo, donde se necesita algún mejoramiento del suelo, pero que no están justificados grandes gastos.

Cuando las especificaciones de granulometría son correctas y el procedimiento constructivo es adecuado, pueden alcanzarse densidades de hasta 2,3 a 2,4 Kg/dm3.

6.2. Estabilización Suelo - Cemento

Lo que hace el cemento incorporado al suelo es modificar la avidez de agua del suelo disminuyendo su plasticidad. El suelo modificado puede emplearse en bases, sub bases, subrasantes, etc.Las dotaciones de cemento es pequeña, varían ampliamente según el tipo de suelo que se utilice. Cualquier tipo de suelo puede emplearse para la fabricación de una mezcla con cemento.

Los materiales o tipos de suelos que se recomiendan ser utilizados para la estabilización suelo cemento deberán estar dentro de las siguientes características.• Contenido de finos que pasa el tamiz Ne 200 inferior al

50%.• Contenido de materia orgánica inferior al2%.• PH mínimo 12.1%.• Limite Líquido menor al 5O%.• Indice Plástico menor al 25%.Se restringen suelos que tengan presencia de sulfatos de calcio o magnesio u otras sustancias ávidas de agua ya que privan al estabilizante de la humedad necesaria para su respectiva reacción.

Procedimiento constructivo para la realización de la estabilización con cemento.Las prácticas más usuales para la construcción de capas de suelo cemento se pueden agrupar en dos tipos, las que realizan la mezcla del suelo con el cemento en la vía y las que lo hacen en plantas centrales similares a las utilizadas para la fabricación de concreto.• Escarificación previa• Colocación, esparcimiento.• Mezclado y humectación suelo cemento.• Compactado del material suelo cemento.• Acabado.• Curado.• Apertura al tránsito• Control de calidad.

Control de calidad.• Existencia del equipo en buenas condiciones.• Inspección de perfiles longitudinales y transversales.• Existencia de materiales en buenas condiciones.• Almacenamiento de materiales apropiados.• Pulverizado correcto.• Distribución uniforme del cemento.• Adecuada cantidad de agua.• Correcta dosificación del cemento.• Uniformidad de la mezcla.• Grado de compactación adecuada.• Correcto espesor • Curado adecuado.• Reparación inmediata de defectos.

6.1. Estabilización Suelo - CAL

La estabilización de suelos con cal puede definirse como un medio o técnica para consolidar en forma permanente los suelos y los materiales base mediante el incremento de su resistencia y capacidad portante y la disminución de su sensibilidad al agua y a los cambios de volumen en los ciclos humedecimiento – secado. Esto se obtiene por medio de una combinación óptima de suelo, cal (viva o hidratada) y agua.

Tiene su máximo efecto en las gravas arcillosas, en las que puede producir mezclas inclusive más resistentes que las que se obtendrían con cemento y no así en suelos muy orgánicos o en suelos sin arcilla.Dentro de las aplicaciones principales de la cal en la ingeniería vial, podemos reducir a dos los términos generales de su aplicación: uno como agente modificador y otro como agente estabilizador

Como Agente ModificadorPuede mejorar ligeramente y a corto plazo las propiedades de la arcilla mediante la adición de un pequeño porcentaje de cal, que da como resultado un material denominado como, “suelo modificado con cal.Como Agente EstabilizadorEs aplicada o agregada a un suelo cuando éste es reactivo con el agente estabilizador, con el fin de generar por un largo periodo de tiempo, una ganancia progresiva y significativa de resistencia y rigidez por medio de una reacción puzolánica. El material obtenido de esta manera es denominado técnicamente por varios investigadores como suelo estabilizado con cal, o simplemente “Suelo-Cal”Busca la mejoría permanente y significativa de las propiedades físicas y mecánicas de un suelo.

COMPONENTES DE UNA ESTABILIZACIÓN CON CALLA CALCales aéreas.- Se componen principalmente de oxido e hidróxido de calcio y magnesio, los cuales endurecen lentamente al aire por la acción del CO2 de la atmosfera. No presentan propiedades hidráulicas, es decir, no endurecen con el agua y se obtienen a partir de rocas calizas con contenidos en carbonatos superiores al 95%.Cales hidráulicas.- A diferencia de las cales aéreas, endurecen en contacto con el agua. Se obtienen a partir de calizas que contienen arcillas (sílice y alúmina). Durante la calcinación y la posterior hidratación se forman silicatos y aluminatos cálcicos que son los que confieren las propiedades hidráulicas

Se recomiendan usar cales aéreas para tratamientos de suelos y/o estabilización de suelos, ya sean cales aéreas vivas o apagadas.

EL AGUAEl agua es un componente importante en la elaboración de las mezclas suelo-cal. Pues la misma sirve para dos propósitos: (1) para lubricar las partículas de suelo y ayudar a obtener la máxima compactación o densidad del material; (2) para la hidratación de la cal, de tal forma que permita la reacción puzolánica la cual proporciona la resistencia en la mezcla. Una mezcla suelo-cal bien dosificada debe contener suficiente agua para ambos propósitos

SUELO• La Nacional Lime Association, establece que los suelos más

aptos para una estabilización con cal son los que tienen un índice de plasticidad mayor a 10, y tienen por lo menos un 25% de material que pasa el tamiz # 200 (75 μm.). Por otro lado Indiana Departament of Transportation, especifica un tipo de suelo con índice plástico mayor a 10 y con un contenido mínimo de arcilla (material menor que 2 μm.) de 10%.

Perfilado de la calle con motoniveladora

Escarificado del suelo con tractor de rastra de discos

Distribución de bolsas de cal a lo largo de la calle

Ábaco para dosificación y rendimiento de la cal hidratada

Ábaco para determinar la distancia entre bolsas de cal hidratada

Terminado de la superficie con rastra de clavos

6.2. Estabilización Suelo - Asfalto

Para mejorar un suelo puede ser el cemento asfáltico bien o las emulsiones asfálticas, el primero es el reciduo último de la destilación del petróleo.En algunos casos conviene estabilizar un material usando algún producto asfáltico para elaborar capa base o subbase. A estas bases asfálticas también se las conoce como base negras. El uso de productos asfálticos (asfaltos rebajados, emulsiones asfálticas y cementos asfálticos) está limitado a suelos granulares o de particular gruesas.Es muy difícil estabilizar un material arcilloso, por los grumos de esos suelos. La estabilización con asfalto puede tener dos fines:

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

• Incrementar la resistencia de un material usando mayor cantidad de asfalto como en las base asfálticas

El asfalto emulsificado que se usa como estabilizador de suelos consiste de glóbulos microscópicos de asfaltos que están rodeados y suspendidos en medio acuoso.

El estabilizador hace contacto con la parte arcillosa del suelo y a medida que se realiza la evaporación del agua, los glóbulos de asfalto forman una fina película que rodea a las partículas de arcilla, cuando está totalmente seca, la masa tratada con la emulsión de asfalto mantiene aproximadamente la misma firmeza y resistencia a la compresión que un suelo que ha sido mezclado solamente con agua.Pese a que un contacto con el agua puede producir cierta absorción, las partículas de arcilla no se expandiran o perderán cohesión.

Granulometría:Según el sistema SUCS, las partículas que pasan la malla ASTM N° 200 son clasificados como limos o arcillas. Los tipos de suelos requeridos deben tener un contenido de 55% a 75% de arena (retenidas en la N° 200) y de 25$% a 45% de materiales finos (limos más arcillas).La proporción ideal de arcilla sería el 15%, según la "Clasificación Internacional" arena (2 a 0.02 mm.), limo (0.02 a 0,002 mm.), arcilla (O.OO2 a 0.0002 mm.)

Contenido de Sales Solubles en agua: El máximo porcentaje permisible sería el 0.2%.Estabilizadores Asfálticos Empleados:

Asfalto RC - 250Llamado popularmente "asfalto de Caminos", sustancia viscosa de color oscuro, disponible en cilindros de 54 galones a granel, transportado en camiones cisternas.La temperatura ideal de mezclado varía de 27 °C a 66 °C.

La utilización de emulsiones asfálticas se ve limitada en nuestro medio por la restringida producción, proyecciones de costos denotan un precio 2 veces mayor que el asfalto RC - 250 y los ensayos realizados con emulsiones mostraron un consumo requerido 3 veces mayor.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.Este tipo de producto tiene la desventaja de que resulta un poco más costoso y que no puede mezclarse con pétreos húmedos.

La dosificación depende de la granulometría del suelo, suelos finos requieren mayor cantidad de bitumen, así suelos plásticos muy finos no pueden estabilizarse a un costo razonable debido a la dificultad para pulverizarlos y la cantidad de bitumen exigido. En general, la cantidad de bitumen utilizado varía entre 4% - 7% y en todo caso la suma de agua para compactación más el bitumen no debe exceder a la cantidad necesaria para llenar los vacíos de la mezcla compactada.

El procedimiento constructivo se desarrolla de la manera siguiente: la capa a mejorar ya tiene que estar completamente terminada, No se debe hacer la estabilización cuando hay mucho viento, menos de 5 °C o lluvia. También se puede estabilizar con ácido fosfórico y fosfatos; fosfato de calcio (yeso), resinas y polímeros.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!!