Base Estabilizada

MATERIALES PARA BASE Y SUBBASE

CONTENIDO Bases y subbases granulares Bases y subbases estabilizadas con aditivos Estabilización de suelos con cal Estabilización de suelos con cal y ceniza volante Estabilización de suelos con cemento Bases estabilizadas con asfalto

Bases estabilizadas con emulsión asfáltica Bases estabilizadas con asfalto espumado Combinación de estabilizantes Otros tipos de bases Base permeable Base de concreto pobre

BASES Y SUBBASES DEFINICIONES

 Base es la capa que se encuentra bajo la capa de rodadura de un pavimento asfáltico. Debido a su proximidad con la superficie, debe poseer alta resistencia a la deformación, para soportar las altas presiones que recibe. Se construye con materiales granulares procesados o estabilizados y, eventualmente, con algunos materiales marginales.

BASES Y SUBBASES

DEFINICIONES Subbase es la capa que se encuentra entre la base y la subrasante en un pavimento asfáltico. Debido a que está sometida a menores esfuerzos que la base, su calidad puede ser inferior y generalmente está constituida por materiales locales granulares o marginales.  El material que se coloca entre la subrasante y las losas de un pavimento rígido también se denomina subbase. En este caso, debe permitir el drenaje libre o ser altamente resistente a la erosión, con el fin de prevenir el ―bombeo‖. En algunas partes, a esta capa la llaman base.

CLASIFICACIÓN DE MATERIALES PARA BASES Y SUBBASES No ligados

Granulares - Compuestos principalmente por agregados pétreos y finos naturales. (mezclas de suelo-agregado) - Su resistencia a la deformación está determinada casi exclusivamente por el rozamiento interno de los agregados, aunque a veces existe una componente cohesional brindada por los finos plásticos del material

Ligados

Estabilizaciones - Modificación de un suelo o un agregado procesado, mediante la con aditivos incorporación y mezcla de productos que generan cambios físicos y/o químicos del suelo aumentando su capacidad portante, haciéndolo menos sensible a la acción del agua y, eventualmente, elevando su rigidez

Marginales

Naturales, subproductos industriales y materiales de desecho

- Materiales que no cumplen las especificaciones corrientes para uso vial, pero que pueden ser usados con éxito, principalmente como resultado de una experiencia local satisfactoria y un costo reducido

BASES Y SUBBASES

BASES Y SUBBASES GRANULARES

CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS

Finalidad de la caracterización Los agregados para construcción de bases y subbases granulares y, en general, para cualquier capa de un pavimento deben ser caracterizados para:

– Establecer su idoneidad – Obtener información útil para el diseño estructural del pavimento


1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso  La composición mineralógica de los agregados determina en buena medida sus características físicas y la manera de comportarse como materiales para una capa de pavimento  Por lo tanto, al seleccionar una fuente de materiales, el conocimiento del tipo de roca y, por lo tanto, de minerales que la componen brinda una excelente pista sobre la conveniencia de los agregados provenientes de ella


RESUMEN DE PROPIEDADES INGENIERILES DE LAS ROCAS (SEGÚN CORDON Y BESTE)


1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso  El examen petrográfico de las rocas en el microscopio, mediante secciones delgadas, es un método excelente para determinar el tamaño del grano, su textura y su estado de descomposición  El examen, realizado por un experto, permite calcular las proporciones de las especies mineralógicas de la roca y, en muchos casos, permite también dilucidar e inclusive resolver el problema planteado


1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso

Grano de cuarzo no reactivo con un brillo uniforme

Cuarzo reactivo exhibiendo bandas oscuras (A) y claras (B) en el mismo grano


1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso  Las propiedades químicas de los agregados son importantes cuando se van a emplear en pavimentos  En pavimentos asfálticos, la química de los agregados puede determinar la adherencia entre ellos y el asfalto  En pavimentos rígidos, los agregados que contienen formas reactivas de sílice pueden presentar reacciones expansivas con los álcalis contenidos en la pasta del cemento


1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso

Falla por deficiente adherencia entre los agregados y el asfalto

Reacción expansiva entre la sílice del agregado y los álcalis del cemento


1. Caracterización para establecer su idoneidad de uso  Se han desarrollado muchos ensayos para medir las características físicas de los materiales para construir pavimentos. Estos ensayos, en su mayoría arbitrarios en el sentido de que su utilidad reposa en la correlación de sus resultados con el comportamiento en el campo, han sido normalizados con el fin de obtener resultados reproducibles

 Las especificaciones de construcción fijan, de acuerdo con la experiencia local, los límites admisibles de los resultados de estos ensayos, según el uso previsto para el material


2. Caracterización para estructural del pavimento

efectos

de

diseño

 Se trata de ensayos para establecer la respuesta de los materiales al esfuerzo y a la deformación  Se emplean para cuantificar módulos y relaciones de Poisson y, para determinados componentes de la estructura del pavimento, medir su resistencia a la fatiga

FUENTES DE MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES

CANTERA

DEPÓSITO ALUVIAL

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES

Estabilidad y densidad La masa de los materiales granulares para capas de subbase y base deberá poseer una adecuada estabilidad por trabazón mecánica, de manera que soporte adecuadamente los esfuerzos impuestos por las cargas de la construcción y del tránsito automotor  La estabilidad de un material granular depende de la

distribución de los tamaños de las partículas (granulometría), de las formas de las partículas, de la densidad relativa, de la fricción interna y de la cohesión


Estabilidad y densidad (continuación) Un material granular diseñado para máxima estabilidad debe poseer alta fricción interna para resistir la deformación bajo carga  La fricción interna y la subsecuente resistencia al corte dependen, en gran medida, de la granulometría, de la forma de las partículas y de la densidad, De estos factores, la distribución de tamaños, en especial la proporción de finos respecto a los gruesos, es el más importante


Estabilidad y densidad (continuación) La máxima densidad se suele obtener cuando la distribución de tamaños se adapta a la fórmula de Fuller: p = 100(d/D)0.5

 Generalmente, la proporción de finos que permite alcanzar la máxima estabilidad es inferior a la requerida para lograr máxima estabilidad  La granulometría por escoger debe establecer un balance entre la facilidad constructiva y la mayor estabilidad posible

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES ESTADOS FÍSICOS DE LAS MEZCLAS DE SUELO - AGREGADO

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES VARIACIÓN DE LA DENSIDAD Y DEL CBR CON LA CANTIDAD DE FINOS DE UN MATERIAL GRANULAR


Angularidad del agregado grueso (INV E-227)  A igualdad de distribución de tamaños, un agregado con partículas fragmentadas mecánicamente presenta mayor estabilidad que uno con partículas redondeadas, debido a la mayor trabazón entre las partículas  Para iguales granulometrías, el material con partículas trituradas da lugar a un mayor coeficiente de permeabilidad, lo que hace que sea más fácil de drenar


Angularidad del agregado fino (AASHTO T 304 – INV E-239)  Porcentaje de vacíos con aire de las partículas menores

de 2.36 mm, levemente compactadas

V= volumen del molde W=peso de arena en el molde GA = peso específico arena


Partículas aplanadas y alargadas (INV E-240)  La presencia de partículas aplanadas y alargadas es indeseable, por cuanto ellas tienden a quebrarse durante la construcción y bajo tránsito, modificando la granulometría original del agregado DETERMINACIÓN DE PARTÍCULAS ALARGADAS Y PLANAS (ASTM D 4791)


Limpieza Índice plástico (AASHTO T 89 y T 90 – INV E-125 y E-126) Representa el rango de humedad en el cual una fracción fina se encuentra en estado plástico

Límite líquido (LL)

Límite plástico (LP)

Índice Plástico (IP) = LL - LP


Limpieza Equivalente de arena (AASHTO T 176 – INV E-133) El efecto de la plasticidad depende de la proporción de material fino presente en la mezcla  La determinación del índice plástico se suele complementar con la del equivalente de arena, el cual permite valorar la cantidad y actividad de la fracción coloidal de las partículas finas  El agregado se mezcla con una solución de cloruro de calcio-glicerina-formaldehído y se agita dentro de un cilindro graduado, forzando a las partículas más finas a quedar en suspensión


Limpieza Equivalente de arena (AASHTO T 176 – INV E-233) Luego de un término de reposo, se miden las alturas de arena (HA) y finos (HF) y la relación entre ellas, en porcentaje, es el equivalente de arena


Limpieza Valor de azul (EN-933-9 - INV E-235) Se usa como complemento del equivalente de arena, cuando el valor de éste no satisface el límite especificado Caracteriza la actividad de la fracción arcillosa del agregado fino y su sensibilidad al agua El valor de azul es la cantidad de azul de metileno que adsorben 1,000 gramos del material pasante del tamiz de 2 mm, colocados en una solución acuosa


Limpieza Valor de azul (EN-933-9 INV E-235)

negativo

positivo


Resistencia a la fragmentación  Las

partículas del agregado grueso deben ser resistentes a la abrasión y a la degradación mecánica, para prevenir la formación de finos que alteren la granulometría original durante la compactación y, posteriormente, bajo la acción del tránsito automotor La resistencia a la fragmentación se suele medir mediante cuatro (4) ensayos: —Desgaste Los Ángeles

—Trituración por impacto —Trituración por aplastamiento —10% de finos


Resistencia a la fragmentación Desgaste Los Ángeles (AASHTO T 96 – INV E-218 y 219) Una muestra del agregado grueso es sometida a atrición e impacto por unas esferas de acero mientras gira en un cilindro metálico a 31-33 rpm por 15 minutos, determinándose la fracción del material ensayado que pasa el tamiz de 1.70 mm (# 12)


Resistencia a la fragmentación Valor de trituración por impacto (VTI) (BS 812) Una muestra del agregado grueso se somete a 15 golpes con una masa de 13.6 kg que cae libremente desde una altura de 380 mm, determinándose luego el porcentaje de partículas que pasa el tamiz de 2.36 mm (# 8), respecto del peso inicial de la muestra


Resistencia a la fragmentación Valor de trituración por aplastamiento (VTA) (BS 812) Una muestra del agregado grueso (12.5 mm – 9.5 mm) se somete a una carga de 400 kN y se determina el porcentaje de partículas que pasa el tamiz de 2.36 mm, respecto del peso inicial de la muestra


Resistencia a la fragmentación 10 % de finos (BS 812 – INV E-224) Utiliza el mismo equipo que el ensayo VTA Una muestra del agregado grueso se somete a diferentes cargas, determinándose en cada caso el porcentaje de partículas que pasan el tamiz de 2.36 mm (# 8) respecto del peso inicial de la muestra La carga necesaria para producir 10% de partículas menores de 2.36 mm constituye el resultado de la prueba


Durabilidad  Las

partículas de los agregados deben ser resistentes a cambios mineralógicos y desintegración física a causa de los ciclos de humedecimiento y secado impuestos durante la construcción y el período de diseño del pavimento La durabilidad debe ser considerada en el momento de escoger los agregados pétreos. Materiales susceptibles de degradación por la acción de agentes climáticos durante la vida útil del pavimento, deben ser evitados


Durabilidad La durabilidad de los agregados para construcción de capas de pavimentos se acostumbra evaluar mediante dos ensayos: —Solidez bajo la acción de sulfatos de sodio o magnesio —Micro - Deval


Durabilidad Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 – INV E-220) Fracciones del agregado, de diversos tamaños, se someten a cinco ciclos de expansión y contracción, consistente cada uno de ellos en: —Inmersión durante un lapso de 16 a 18 horas en una solución de sulfato de sodio o de magnesio —Secado hasta peso constante a 110º C

Terminado el último ciclo se lavan las fracciones para eliminar el sulfato que contengan; se secan y se tamizan sobre los tamices en los cuales se retenían antes del ensayo, determinado las pérdidas en peso sufridas por cada fracción


Durabilidad Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220)

Inmersión del agregado en la solución

Secado en el horno


Durabilidad Solidez bajo la acción de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220)

Fracción de agregado antes del ensayo

Fracción de agregado luego de 5 ciclos


Durabilidad Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 – INV E-238) Una muestra de 1,500 gramos del agregado seco es sumergida en 2 litros de agua durante 1 hora dentro de un cilindro de 194 mm de diámetro Se introducen 5,000 gramos de esferas de acero de 9.5 mm de diámetro dentro del cilindro y se somete éste a rotación a 100 ± 5 rpm durante 2 horas Se seca la muestra y se determina la proporción de material que pasa el tamiz de 1.18 mm (# 16) respecto del peso seco inicial de la muestra, la cual constituye el resultado del ensayo


Durabilidad Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 – 9NV E-238)


Durabilidad Ensayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 – INV E-238)

Muestra, esferas y agua dentro del cilindro

Máquina de ensayo


Permeabilidad Las características de permeabilidad de un material granular dependen de la granulometría, del tipo de agregado, del tipo de ligante y de la densidad

La permeabilidad disminuye a medida que se incrementa la fracción fina del material A medida que la granulometría se acerca a la ecuación de Fuller, el material tiende a la impermeabilidad

Coeficientes de permeabilidad inferiores a 10-3 cm/s dan lugar a materiales de pavimento que, desde el punto de vista práctico, se consideran impermeables

ESCORIA DE ALTO HORNO

Producto no metálico, compuesto principalmente por silicatos y alumino-silicatos de calcio y otras bases, que se obtiene en un alto horno, simultáneamente con la producción del hierro


PROPIEDADES QUÍMICAS


PROPIEDADES FÍSICAS Y MECÁNICAS TÍPICAS


Características  Muchos

Departamentos de Carreteras consideran la escoria de alto horno como un agregado pétreo convencional La escoria puede ser triturada y clasificada para producir un material que satisfaga los requisitos granulométricos de una subbase o base granular La escoria tiene propiedades cementantes, pero es frágil y de baja resistencia al impacto y a la abrasión, por lo cual no se suele exigir la ejecución de ensayos de este tipo para valorar su aptitud de uso como material de pavimento


ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE PARA VÍAS DE TRÁNSITO PESADO

PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS PARA LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE PARA VÍAS DE TRÁNSITO PESADO

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo resiliente El módulo resiliente es un estimativo del módulo de elasticidad que se basa en determinaciones de esfuerzos y deformaciones bajo cargas rápidas, como las que reciben los materiales del pavimento a través de las ruedas de los vehículos  El módulo resiliente no es una medida de la resistencia del material, por cuanto éste no se lleva a rotura en el ensayo, sino que recupera su forma original


Módulo resiliente (determinación en el laboratorio)


Módulo resiliente  El módulo resiliente de los materiales

granulares es altamente dependiente del estado de esfuerzos al cual se encuentran sometidos  Diferente a lo que sucede en los suelos finos, los materiales granulares exhiben ―endurecimiento por esfuerzos‖, lo que hace que el módulo se incremente con los esfuerzos totales, debido a que se incrementa la trabazón entre las partículas individuales del agregado  El módulo resiliente de un material granular se ve afectado adversamente por la presencia de partículas finas


MÓDULO RESILIENTE Valores típicos de K1 y K2 para materiales granulares de base y subbase (MR psi)

Condición húmeda Seco Húmedo Saturado Seco Húmedo Saturado

K1 BASE 6000-10000 4000-6000 2000-4000 SUBBASE 6000-8000 4000-6000 1500-4000

K2 0,5-0,7 0,5-0,7 0,5-0,7 0,4-0,6 0,4-0,6 0,4-0,6


MÓDULO RESILIENTE Primer invariante de tensiones (q) para la base granular Espesor de concreto asfáltico (pg) <2 2-4 4-6 >6

MR de subrasante (psi) 3000

7500

q 20 10 5 5

15000

(psi) 25 15 10 5

30 20 15 5

Primer invariante de tensiones (q) para la subbase granular Espesor de concreto asfáltico (pg) <2 2-4 >4

q

(psi) 10.0 7.5 5.0

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS MÓDULO RESILIENTE  El módulo resiliente de las capas granulares (MRg) depende del soporte

brindado por la subrasante (MRSR) MRg = K*MRSR

MRSR (psi) 3000 6000 12000 20000 30000

K 3,5-4,8 2,4-2,7 1,8-1,9 1,6-1,8 1,5-1,7

 SHELL recomienda la siguiente expresión para determinar el módulo

de una capa granular (MRi), a partir del espesor de dicha capa (hi) en mm y del módulo de la subyacente (MRi+1) MRi = 0.2*hi 0.45 * MR(i+1)

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS RELACIONES ENTRE LOS MÓDULOS DE LAS CAPAS N Y N+1, PARA DIFERENTES ESPESORES DE SUBBASE Y BASE GRANULAR

módulo de la capa n+1 (psi*1000)

CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS CORRELACIÓN ENTRE EL CBR Y EL MÓDULO RESILIENTE  No todas las agencias están familiarizadas con las pruebas para

caracterizar el módulo resiliente. Por ello, es útil considerar correlaciones entre los diferentes indicadores de resistencia Estas correlaciones deben tener un manejo muy cuidadoso, pues son aproximadas y basadas en un número limitado de datos  Para el caso de materiales granulares de base y subbase, una de las correlaciones más conocidas es la desarrollada por Rada y Witczak Estado de esfuerzos (q 100 30 20 10

MR (psi) 740 CBR 440 CBR 340 CBR 250 CBR


VALORES TÍPICOS DE MÓDULOS DE ELASTICIDAD DE MATERIALES PARA PAVIMENTOS Material Rango (Kg/cm 2) Concreto hidráulico 200000-550000 Concreto asfáltico 15000-35000 Base tratada con asfalto 5000-30000 Base tratada con cemento 35000-70000 Concreto pobre 100000-300000 Base granular 1000-3500 Subbase granular 800-2000 Suelo granular 500-1500 Suelo fino 200-500 1 Kg/cm2 = 0,1 MPa = 14,3 psi

Típico (Kg/cm 2) 300000 30000 10000 50000 200000 2000 1200 1000 300


Relación de Poisson Es la relación entre las deformaciones transversales y longitudinales de un especimen sometido a carga  Los materiales más rígidos presentan menores relaciones de Poisson


ILUSTRACIÓN DE LA RELACIÓN DE POISSON


VALORES TÍPICOS DE LA RELACIÓN DE POISSON (m) Material Concreto hidráulico Concreto asfáltico Base tratada con asfalto Base tratada con cemento Suelo granular Suelo fino Concreto pobre Base y subbase granular Suelo de subrasante

Rango 0,10-0,20 0,15-0,45 0,15-0,45

Típico 0.15 0.35 0.35

0,10-0,20 0,15-0,35 0,10-0,20 0,30-0,40 0,30-0,50

0.15 0.25 0.15 0.35 0.40


Resistencia a la fatiga La falla por fatiga de una capa granular de un pavimento se produce por acumulación de deformaciones verticales irrecuperables El criterio que se adopta consiste en limitar, en función del número ―N‖ de aplicaciones de carga, la deformación vertical de compresión (εv) en superficie, mediante leyes de fatiga del tipo ε v = A*N-B Ejemplos de leyes de fatiga: εv = 2.16*10-2*N-0.25 εv = 1.11*10-2*N-0.23

(Universidad de Nottingham) (CRR - Bélgica)

BASES Y SUBBASES

BASES Y SUBBASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS

BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS

DEFINICIONES

Aditivos  Productos comerciales manufacturados que, cuando se adicionan a un suelo o a una mezcla de suelo – agregado en cantidades apropiadas, alteran favorablemente desde el punto de vista del comportamiento ingenieril, algunas propiedades como la textura, la trabajabilidad, la plasticidad y la resistencia


DEFINICIONES Estabilización con aditivos Incorporación de uno o más aditivos a un suelo o un sueloagregado en la cantidad requerida para que una vez elaborada, extendida y compactada la mezcla, ésta presente las características apropiadas para servir como capa de base de un pavimento Modificación con aditivos Proceso similar a la estabilización, mediante el cual se busca mejorar alguna propiedad del suelo, pero el diseño de la mezcla no se traduce en aumentos significativos de resistencia y durabilidad. Debido a que se emplean menores cantidades de aditivos, su aplicación se restringe al mejoramiento de subbases y subrasantes


TIPOS DE SUELOS ESTABILIZABLES Y TIPOS DE ADITIVOS Prácticamente todos los suelos, con excepción de los orgánicos, son susceptibles de estabilizar con aditivos cementantes 

 Los principales materiales cementantes para uso vial son el cemento, el asfalto, la cal y las cenizas volantes  Otros productos con registro comercial pueden resultar aptos para la estabilización de suelos (aceite sulfonado, enzimas orgánicas, polímeros, etc.)


TIPOS DE SUELOS ESTABILIZABLES Y TIPOS DE ADITIVOS (CONT.)

Siempre existe más de un estabilizante aplicable a un suelo  Con los aditivos factibles para estabilizar un determinado suelo, se realizan ensayos de laboratorio para obtener mezclas que cumplan los requisitos ingenieriles mínimos para la construcción de capas de base o subbase  Con los resultados de los diseños y considerando las limitaciones climáticas, las restricciones de seguridad y ambientales y el diseño estructural de las alternativas, se realiza un análisis económico para llegar a la decisión final


GUÍA GENERAL PARA LA SELECCIÓN DEL ADITIVO

BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS TRIÁNGULO DE GRADACIÓN PARA AYUDA EN LA SELECCIÓN DE UN AGENTE ESTABILIZANTE COMERCIAL (US AIR FORCE)

BASES ESTABILIZADAS CON ADITIVOS GUÍA PARA LA SELECCIÓN DEL ADITIVO (US AIR FORCE) Area

Suelo

1A

SW, SP

1B

SW-SM ó SP-SM ó SW-SC ó

1C

SP-SC SM, SC, SM SC

2A

GW, GP

2B

GW-GM ó GP-GM ó GW-GC ó GP - GC GM, GC GM - GC

2C

3

CH, CL, MH, ML CL - ML CH - MH OL - OH

Aditivo recomendado Restricciones en LL ó IP Restricciones del % Observaciones del suelo pasa tamiz 200 asfalto cemento cal-cemento-ceniza IP <= 25 Asfalto IP<=10 Cemento IP<=30 Cal IP>=12 La cal sola no suele conducir a estabilizaciones aptas para capas de base (1) cal-cemento-ceniza IP<=25 Asfalto IP<=10 <= 30% Cemento IP<=20+(50-PASA200)/4 Cal IP>=12 Ver (1) cal-cemento-ceniza IP<=25 Asfalto Solo material bien gradado (2) El material debe tener 45% o Cemento más pasa No. 4 (3) cal-cemento-ceniza IP<=25 Asfalto IP<=10 Ver (2) Cemento Ver (3) Cal IP>=12 Ver (1) cal-cemento-ceniza IP<=25 Asfalto IP<=10 <= 30% Ver (2) Cemento IP<=20+(50-PASA200)/4 Ver (3) Cal IP>=12 Ver (1) cal-cemento-ceniza IP<=25 Suelos orgánicos y muy ácidos no son estabilizables por Cemento LL<40, IP<20 medios convencionales Cal IP >=12 Ver (1)


ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL

ESTABILIZACIÓN CON CAL

Tipos de cal El término cal se refiere al óxido y al hidróxido de calcio solos o con pequeñas proporciones óxido o hidróxido de magnesio, obtenidos por la calcinación de rocas calcáreas adecuadas sin y con posterior hidratación


Tipos de cal Debido al carácter cáustico de las cales en forma de óxido, se prefiere apagarlas añadiéndoles cantidades controladas de agua, que dan lugar a 3 tipos de cales hidratadas: —Altamente cálcica —Dolomítica monohidratada —Dolomítica dihidratada

Ca(OH)2 Ca(OH)2 + MgO Ca(OH)2 + Mg(OH)2


Tipos de cal Las cales altamente cálcicas producen menores resistencias que las que contienen cantidades apreciables de magnesio, pero presentan menores variaciones entre sí Las cales dolomíticas, si bien dan mayores resistencias, disminuyen menos la plasticidad de los suelos Las cales dolomíticas monohidratadas (donde el magnesio permanece cono MgO) producen mejores resultados al estabilizar que las dihidratadas

ESTABILIZACIÓN CON CAL PROPIEDADES DE CALES COMERCIALES VIVAS E HIDRATADAS


REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Intercambio catiónico (reacción rápida) Floculación y aglomeración (reacción rápida) Reacción puzolánica (reacción lenta) Carbonatación


REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Intercambio catiónico Las partículas de arcilla tienen una elevada cantidad de superficies con carga negativa que atraen cationes libres y dipolos de agua Como resultado, se forma una capa de agua altamente difusa alrededor de las partículas, separándolas y haciendo que la arcilla se vuelva débil e inestable La adición de cal al suelo en cantidad suficiente suministra un exceso de iones Ca++ que reemplaza los cationes metálicos más débiles reduciendo el tamaño de la capa de agua difusa y permitiendo que las partículas de arcilla se aproximen unas a otras o floculen


REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO


REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Floculación y aglomeración Se produce un cambio aparente de la textura del suelo, por cuanto las partículas de arcilla se aglomeran formando otras de mayor tamaño

Como resultado de ello, se producen mejoras in meditadas en: —Plasticidad, debido a la reducción de la capa de agua adsorbida —Trabajabilidad, debido al cambio de textura de una arcilla plástica a un material friables del tipo limoso o arenoso —Aumento de fricción interna entre las partículas aglomeradas y mayor resistencia al corte




REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Reacción puzolánica Si el suelo se compacta, se produce una reacción a largo plazo entre la cal, el agua y los minerales sílico aluminosos del suelo fino, formándose complejos compuestos de silicatos y aluminatos de calcio hidratados que son agentes cementantes que incrementan la resistencia de la mezcla y su durabilidad Esta reacción es de carácter lento y varía con el suelo por tratar y con la temperatura

Se considera que un suelo es reactivo con la cal, si se logran aumentos de resistencia de cuando menos 50 psi a los 28 días, a una temperatura de 23º C




REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Carbonatación Consiste en la reacción de la cal con el dióxido de carbono del aire para formar carbonatos de calcio relativamente insolubles, en lugar de productos cementantes (silicatos y aluminatos de calcio hidratados)

CaO + CO2  CaCO3


REACCIONES ENTRE LA CAL Y UN SUELO FINO Carbonatación La carbonatación es una reacción indeseable y debe ser evitada, por cuanto el carbonato no reacciona con el suelo para incrementar resistencias o para disminuir plasticidades Por lo tanto, se debe impedir que el proceso de mezcla sea muy largo y que la mezcla elaborada quede expuesta al aire durante largo tiempo antes de ser compactada

ESTABILIZACIÓN CON CAL PROPIEDADES TÍPICAS DE LOS SUELOS ESTABILIZADOS CON CAL Los efectos del tratamiento de un suelo con cal pueden ser clasificados como inmediatos y a largo plazo —La modificación inmediata se logra sin necesidad del curado de la mezcla, es de gran interés durante la etapa constructiva y se atribuye a las reacciones inmediatas —La estabilización a largo plazo ocurre durante y después del curado y es importante desde el punto de vista de la resistencia y la durabilidad de la mezcla compactada

ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS INMEDIATOS DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL El tratamiento con cal tiene efecto inmediato sobre algunas propiedades del suelo fino: —Disminuye la plasticidad —Aumenta el límite de contracción —Disminuye la proporción de partículas del tamaño de arcilla —Mejora la trabajabilidad —Disminuye la densidad máxima para una determinada energía de compactación —Reduce el potencial expansivo del suelo —Mejora de manera inmediata las propiedades de esfuerzo deformación

ESTABILIZACIÓN CON CAL SUELO FINO ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO CON CAL


Tendencia de la influencia de la cal sobre las propiedades plásticas de los suelos finos


Influencia de la cal sobre el potencial expansivo de los suelos finos (caso típico)

ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL

El tratamiento con cal tiene efectos a largo plazo sobre las siguientes propiedades de un suelo fino: —Resistencia

—Módulo resiliente —Resistencia a la fatiga —Durabilidad

ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL

Resistencia El efecto más obvio de la cal sobre un suelo fino o sobre la fracción fina de un agregado es la ganancia de resistencia con el tiempo. La situación se favorece al aumentar la temperatura Las propiedades de una mezcla reactiva de suelo- cal van variando con el curado, debido al desarrollo de productos cementantes adicionales  No es justificable el uso de ensayos muy elaborados para evaluar con exactitud propiedades que varían continuamente

ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Resistencia El ensayo de compresión inconfinada (norma ASTM D5102) es el más empleado para determinar la resistencia de las mezclas suelo – cal La resistencia a compresión (RCI) puede ser empleada para establecer, de manera aproximada, parámetros tales como las resistencias a tensión y a flexión o el módulo resiliente  La resistencia a tensión se puede estimar de manera conservativa como el 10% de RCI y la resistencia a flexión, como el doble de la resistencia a tensión o 20 % de la RCI

ESTABILIZACIÓN CON CAL Variación típica de la resistencia de mezclas de suelo – cal en función del período de curado y del contenido de cal

ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Módulo resiliente A la par con los incrementos de resistencia provocados por la reacción puzolánica, se producen cambios en la relación esfuerzo - deformación del material, los cuales se traducen en aumentos del módulo resiliente Los suelos estabilizados con cal fallan a mayores esfuerzos desviadores que los no estabilizados y a menores niveles de deformación

Existen relaciones directas entre la resistencia de las mezclas de suelo - cal y los módulos resilientes por flexión

ESTABILIZACIÓN CON CAL Relaciones esfuerzo de compresión - deformación en mezclas compactadas de suelo cal ensayadas a diferente edad

ESTABILIZACIÓN CON CAL Relación entre resistencia a compresión y módulo resiliente para suelos estabilizados con cal (Liddle, 1995)

ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Resistencia a la fatiga Los efectos de ganancia de resistencia a fatiga por flexión producidos por la reacción puzolánica suelen ser sustanciales en los suelos reactivos La relación de esfuerzos (esfuerzo aplicado/resistencia a flexión) se correlaciona con el número de aplicaciones de carga hasta la fatiga, por medios experimentales


Curva típica de fatiga de una mezcla de suelo cal (Thompson y Figueroa – 1989)

ESTABILIZACIÓN CON CAL EFECTOS A LARGO PLAZO DEL TRATAMIENTO DE SUELOS FINOS CON CAL Durabilidad La humedad afecta adversamente los niveles de resistencia y rigidez producidos en el suelo por la adición de cal El efecto que produce la saturación de la mezcla depende del nivel de resistencia o reacción puzolánica alcanzada antes de que aquella se produzca  Si la saturación se produce cuando ya ha ocurrido un nivel significativo de la reacción puzolánica, la pérdida de resistencia por humedad no suele exceder de 10 %, pero si ocurre antes, la pérdida puede llegar hasta 40% o más


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL Los criterios de diseño varían, dependiendo de los objetivos de la estabilización y de las condiciones deseadas de servicio Si sólo se pretende una modificación del suelo, basta con determinar la cantidad de cal necesaria para producir la modificación deseada (disminución de plasticidad, reducción del potencial expansivo, etc.) Si se pretende que la mezcla sea utilizada en aplicaciones estructurales en el pavimento, se deben satisfacer unos requisitos mínimos de resistencia de probetas de mezcla elaboradas y curadas en condiciones establecidas


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL Aunque la mayoría de las Agencias han adoptado la resistencia a compresión inconfinada (RCI) como parámetro para diseño de las mezclas de suelo – cal, no existe un procedimiento universal para la elaboración, curado y ensayo de las probetas


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL  El procedimiento general de diseño comprende los siguientes pasos: 1. Determinar la humedad óptima del suelo en el ensayo Proctor normal (AASHTO T 99 – INV E-141)


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 2. Estimar el porcentaje probable de cal para estabilizar el suelo, mediante el método de Eades y Grim (norma ASTM D 6276)


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 3. Elaborar mezclas con diferentes porcentajes de cal (por encima y por debajo del establecido en el paso anterior) y compactarlas con la humedad óptima, con la energía del ensayo AASHTO T 99 (INV E-141)


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 4. Curar las probetas compactadas bajo las condiciones que tenga establecida la Agencia


DISEÑO DE LA MEZCLA SUELO CAL 5. Romper las probetas por compresión simple a la velocidad especificada por la Agencia y elegir como porcentaje adecuado para la construcción de una subbase o base, el que asegure la resistencia mínima establecida por la Agencia


CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Propiedades de esfuerzo deformación Son esenciales para analizar adecuadamente el comportamiento estructural de una capa de suelo cal en un pavimento Módulo elástico en compresión E (ksi) = 9.98 + 0.124*f’c (psi)

ESTABILIZACIÓN CON CAL CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Propiedades de esfuerzo deformación Resistencia a tensión Es importante en el diseño de pavimento. Se usan 2 procedimientos para evaluar esta resistencia en las mezclas suelo – cal —Tracción indirecta Rti = 0.10*f’c

—Resistencia a flexión (módulo de rotura) MR = 0.20*f’c

ESTABILIZACIÓN CON CAL CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Resistencia a fatiga Las curvas de respuesta de fatiga por flexión de mezclas curadas de suelo cal son análogas a las obtenidas con otros productos cementantes


CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Resistencia a fatiga Se debe tener en cuenta que las mezclas suelo – cal ganan resistencia de manera continua con la edad (reacción puzolánica) y como la resistencia última de la mezcla es función del período de curado, la relación de esfuerzos para un determinado esfuerzo aplicado va disminuyendo, lo que se traduce en un incremento de la resistencia a la fatiga


ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CAL Y CENIZA VOLANTE

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE

La cal sola reacciona con suelos cuyo índice plástico sea cuando menos de 10. Si el suelo no es suficientemente reactivo, la cal sólo es efectiva si se combina con una fuente adicional de sílice y alúmina (puzolana), en presencia de agua La puzolana más utilizada es la ceniza volante (fly - ash), que es el residuo finamente dividido que resulta de la combustión del carbón mineral en las plantas termoeléctricas


BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE SUELOS ADECUADOS PARA LA ESTABILIZACIÓN CON CAL Y CENIZA

Las estabilizaciones con cal y ceniza han demostrado ser eficientes y económicas en el mejoramiento de suelos que no presenten propiedades puzólanicas (materiales granulares)

Dado que dichos suelos tienen una estructura mineral importante, las resistencias de las mezclas suelo granular - cal ceniza son mucho mayores que las de las mezclas de suelo fino con cal, lo que permite una aplicación estructural más importante en la construcción vial (bases en vías de tránsito liviano, subbases, subrasantes mejoradas, rellenos livianos)

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE GRADACIONES TÍPICAS DE AGREGADOS PARA LA ESTABILIZACIÓN CON CAL Y CENIZA


OTROS REQUISITOS TÍPICOS PARA LOS AGREGADOS EN ESTABILIZACIONES CON CAL Y CENIZA

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE EFECTOS DEL TRATAMIENTO DE UN AGREGADO PÉTREO CON CAL Y CENIZA

Efecto de la temperatura y tiempo de curado sobre la resistencia a compresión


Resistencia a compresión y flexión Mezclas adecuadamente diseñadas pueden presentar resistencias entre 500 y 1,000 psi luego de 7 días de curado a 38º C y valores superiores a 1,500 luego de un año de servicio La relación entre las resistencias flexión y compresión sigue las leyes típicas de las mezclas con estabilizantes hidráulicos. En general se encuentran entre 0.15 y 0.25, considerándose 0.20 como un promedio aceptable


Relación entre las resistencia a compresión y flexión en la estabilización de un agregado con cal y ceniza


Efecto de la cal y la cal + ceniza sobre la resistencia a compresión inconfinada de un suelo cohesivo


Cicatrización autógena Un beneficio característico de las mezclas suelo – cal – ceniza es su capacidad de re-cementarse a través de las grietas, por un mecanismo auto regenerativo Debido a ello, estas mezclas son menos susceptibles al deterioro bajo carga repetida y más resistentes a los efectos ambientales, que las mezclas que no poseen esta propiedad

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE Efecto de la fractura y el remoldeo sobre la resistencia de mezclas de agregado - cal - ceniza

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL - CENIZA

 La FHWA recomienda el siguiente procedimiento de laboratorio para determinar las proporciones de la mezcla:

1. Mezclar los agregados con 5 proporciones diferentes de ceniza, entre 10 % y 20 % , añadir una cantidad estimada de humedad óptima y determinar la densidad de las cinco muestras luego de compactarlas con la energía del ensayo AASHTO T 180 (INV E-142) 2. Dibujar una curva contenido de ceniza vs densidad e identificar el valor pico de densidad


3. Elegir un contenido de matriz cuando menos 2% por encima del que dio lugar a la máxima densidad y realizar un ensayo de compactación AASHTO T180 (INV E-142) para esa mezcla, determinando la humedad óptima y la densidad máxima 4. Realizar 5 combinaciones suelo - ceniza - cal que den lugar al contenido de matriz elegido en el punto anterior. Las cantidades de cal se deben elegir de manera que la relación cal : ceniza esté entre 1:3 y 1:4 (se han encontrado mezclas satisfactorias con relaciones entre 1:2 y 1:7)

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL – CENIZA

5. Para cada una de las combinaciones, compactar 6 probetas con la energía antes citada y la humedad óptima y curarlas en ambiente húmedo a 38 ºC durante 7 días. Tres de las probetas se destinarán al ensayo de compresión inconfinada y 3 al de durabilidad 6. Romper las probetas destinadas al ensayo de compresión y dibujar una curva que relacione la resistencia con el porcentaje de cal añadido. Se consideran aceptables para la construcción de capas de base, valores de resistencia de cuando menos 2,760 kPa (400 psi)


7. En relación con el ensayo de durabilidad, se realizan 12 ciclos de congelamiento y deshielo (ASTM D560), considerándose apropiado un contenido de cal que genere pérdidas no mayores de 10 %. Para zonas no expuestas a un ambiente muy severo, la FHWA recomienda aplicar la práctica local

8. Se elige la mezcla más económica que cumpla los dos requisitos y, para compensar pérdidas, se recomienda incorporar 0.5% adicional de cal en la obra


DISEÑO DE MEZCLAS SUELO - CAL - CENIZA

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CAL Y CENIZA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo elástico El módulo elástico de las mezclas agregado – cal – ceniza depende de factores tales como la dureza y la gradación del agregado, el grado de compactación y las características del curado de la mezcla. Los valores típicos para diseño se encuentran entre 0.5*106 y 2.5*106 psi (3,400 – 17,200 MPa)


Relación de Poisson Su valor es el orden de 0.08 para niveles de esfuerzo inferiores al 60 % del esfuerzo último, aumentando hasta 0.3 para la carga de falla Para la mayoría de los cálculos de diseño y evaluación se pueden tomar valores de 0.10 a 0.15, sin que se cometan errores apreciables


Fatiga Como en todos los materiales de pavimentos, las mezclas agregado – cal – ceniza fallan bajo carga repetida con niveles de esfuerzo inferiores al requerido para fallar con una sola aplicación Sin embargo, debido a la cicatrización autógena, estas mezclas resultan menos susceptibles a la fatiga que otros materiales A menos que la fatiga ocurra durante los primeros días de carga, la fatiga no suele ser un factor determinante en el comportamiento de la mezcla

BASES ESTABILIZADAS CON CAL – CENIZA VOLANTE Relación entre los niveles de esfuerzo y el número ciclos hasta la fractura para una mezcla típica de agregado – cal - ceniza


ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON CEMENTO

BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO

DEFINICIONES Suelo modificado con cemento Suelo o agregado tratado con una cantidad relativamente baja de cemento, para corregirle alguna propiedad indeseable como la plasticidad o la susceptibilidad a cambios volumétricos. Se usan contenidos de cemento significativamente menores que en las mezclas de suelo cemento Suelo cemento Material endurecido obtenido por el curado de una mezcla íntima de suelo pulverizado, cemento Portland y agua. Su contenido de cemento es suficiente para superar las pruebas de durabilidad


DISEÑO DE LAS MEZCLAS Las estabilizaciones con ligantes hidráulicos (cemento, cal y mezclas de ellos con cenizas volantes) se diseñan con criterios de resistencia a la compresión y de durabilidad 

ENSAYOS USADOS EN COLOMBIA PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO

DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO

CONTENIDOS PROBABLES DE CEMENTO PARA CAPAS DE BASE ESTABILIZADAS


ENSAYO DE DENSIDAD PROCTOR NORMAL PARA DETERMINAR LA HUMEDAD ÓPTIMA

DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO PREPARACIÓN DE PROBETAS CON DIFERENTES PORCENTAJES DE CEMENTO PARA ENSAYOS DE COMPRESIÓN Y DURABILIDAD

Compactación de probetas con la humedad óptima

Curado de las probetas en cámara húmeda


ENSAYO DE COMPRESIÓN SIMPLE A LOS SIETE DÍAS DE CURADO

Inmersión en agua 5 horas

Rotura por compresión

DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CEMENTO PARA OBTENER LA RESISTENCIA ESPECIFICADA


ENSAYO DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO Se realizan doce ciclos de durabilidad, consistente cada uno de ellos en: 1. Inmersión en agua 5 horas

2. Secado en horno a 72º C por 42 horas

3. Reposo 1 hora y cepillado general


ENSAYO DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO Se secan las probetas, se pesan y se calculan las pérdidas de peso de cada una


DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE CEMENTO PARA LAS MÁXIMAS PÉRDIDAS DE PESO ESPECIFICADAS

DISEÑO DE MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CRITERIOS DE DISEÑO DE MEZCLAS PARA BASES ESTABILIZADAS CON LIGANTES HIDRÁULICOS RESISTENCIA MÍNIMA A 7 DÍAS PARA ESTABILIZACIÓN CON CEMENTO Y A 28 DÍAS PARA ESTABILIZACIONES CON CAL, CALCENIZA Y CEMENTO - CAL - CENIZA

Capa Base Subbase

INVIAS 450 psi -

US AIR FORCE 750 psi 250 psi

REQUERIMIENTOS DE DURABILIDAD (PÉRDIDAS MÁXIMAS ADMISIBLES LUEGO DE 12 CICLOS DE HUMEDECIMIENTO Y SECADO)

Tipo de suelo Granular IP<=10 Granular IP>10 Limos Arcillas

INVIAS 14% 10% 10% 7%

US AIR FORCE 11% 8% 8% 6%

EVOLUCION DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CON EL TIEMPO


EVOLUCION DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE LAS MEZCLAS DE SUELO CEMENTO CON EL TIEMPO

t f (t )  f (28) a  b *t ' c

' c

t = tiempo en días a, b = coeficientes experimentales


CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento  En

general, el comportamiento esfuerzo - deformación de los suelos estabilizados con cemento es no lineal y dependiente del esfuerzo  Sin embargo, para muchos suelos y niveles de estabilización, y dentro de rangos limitados, se puede asumir que el material es linealmente elástico bajo carga repetida


CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento El módulo suele variar entre 35,000 kg/cm2 y 70,000 kg/cm2, dependiendo del tipo de suelo, del nivel del tratamiento, del tiempo de curado, del contenido de agua y de las condiciones de ensayo. Los suelos finos estabilizados presentan valores más próximos al límite inferior del rango, en tanto que los granulares estabilizados exhiben los valores más altos



1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento  Fórmula

de Lim & Zollinger (válida para resistencias a compresión entre 200 y 2,000 libras/pg2)

E (t )  4.38 * w

1.5

*

' 0.75 f c (t )

E(t) = módulo de elasticidad en psi, en el tiempo t w = densidad de la mezcla compactada en libras/pie3 f’c(t) = resistencia a compresión en psi, en el tiempo t


CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. Módulo elástico de las mezclas de suelo cemento  Fórmula de Illinois DOT

E (ksi) = 500 + f’c f’c = resistencia a compresión (libras/pg2)



2. Comportamiento a la fatiga Las curvas de fatiga de las mezclas de suelo cemento se describen generalmente mediante ecuaciones de relación de esfuerzos (relación entre el esfuerzo aplicado y la resistencia última a la flexión de la mezcla)

RE = a + b*log N RE = relación de esfuerzos N = número de ciclos de carga hasta la fatiga a,b = coeficientes experimentales

BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

2. Comportamiento a la fatiga (cont.)

BASES ESTABILIZADAS CON CEMENTO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON CEMENTO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

2. Comportamiento a la fatiga (cont.)


BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO


Productos asfálticos adecuados para la estabilización La estabilización de suelos es un proceso que se realiza a temperatura ambiente, lo que exige el uso de un asfalto que, bajo tal condición, presente una consistencia apropiada para la mezcla con el suelo

Esta característica se logra con 2 productos asfálticos: —Emulsión asfáltica —Asfalto espumado


EMULSIÓN ASFÁLTICA  Dispersión

homogénea de pequeños glóbulos de cemento asfáltico cubiertos por un emulsificante, dentro de una fase continua acuosa El emulsificante es un producto que disminuye la tensión entre el asfalto y el agua, permitiendo que el asfalto se mantenga disperso en el agua en forma de pequeños glóbulos Las moléculas del emulsificante tienen un extremo de naturaleza orgánica que es afín con el asfalto y otro cargado eléctricamente que manifiesta afinidad por el agua. Si esta carga es negativa, la emulsión es aniónica, mientras que si es positiva, la emulsión se denomina catiónica


EMULSIÓN ASFÁLTICA Las emulsiones catiónicas exhiben un comportamiento satisfactorio frente a la mayoría de los agregados pétreos, motivo por el cual son las más utilizadas El tipo y cantidad del agente emulsificante determinan en gran medida la velocidad con la cual se produce la rotura de la emulsión (separación de las dos fases) Existen emulsiones de rotura rápida (RR), de rotura media (RM) y de rotura lenta (RL) Las emulsiones apropiadas para la estabilización de suelos son las de rotura lenta


ASFALTO ESPUMADO El asfalto espumado se forma por la inyección de una pequeña cantidad de agua fría ( del orden de 2% del peso del asfalto) y aire comprimido a una masa de cemento asfáltico caliente Al entrar el agua en contacto con el asfalto caliente se convierte en vapor, el cual queda atrapado dentro de diminutas burbujas de asfalto, formándose una espuma de gran volumen Después de algunos segundos, la espuma se enfría y el vapor en las burbujas se condensa causando el colapso y la desintegración de la espuma. Entonces, el cemento asfáltico recupera tanto su volumen inicial como sus propiedades reológicas originales


CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ESPUMADO

El asfalto espumado se caracteriza mediante 2 parámetros empíricos: —Relación de expansión: Relación entre el volumen máximo del asfalto en su estado espumado y el volumen del asfalto una vez que la espuma ha colapsado completamente —Vida media: Es el tiempo requerido (en segundos) para que la espuma baje hasta la mitad del volumen máximo alcanzado


CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ESPUMADO

Una Relación de Expansión alta permite esperar una menor viscosidad del cemento asfáltico y, por lo tanto, una mejor dispersión en el suelo o material pétreo con el cual se mezcla Una Vida Media prolongada, implica un mayor tiempo disponible para la realización de la mezcla con el suelo o agregado, mientras el cemento asfáltico aun permanece en forma de espuma. Se considera que el mejor espumado es aquel que optimiza tanto la Relación de Expansión como la Vida Media

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO Optimización de la Relación de Expansión y de la Vida Media de un asfalto espumado


CARACTERIZACIÓN DEL ASFALTO ESPUMADO La Relación de Expansión y la Vida Media se encuentran muy influenciadas tanto por la cantidad de agua inyectada, como por la temperatura del asfalto durante el proceso de espumado  A mayores temperaturas de espumado y mayor cantidad de agua se incrementa la Relación de Expansión pero se reduce la Vida Media Las Especificaciones del INVÍAS exigen: —Relación de Expansión ≥ 10 —Vida Media ≥ 10 segundos

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO Influencia de la temperatura y del contenido de agua sobre la Relación de Expansión y sobre la Vida Media de un asfalto espumado

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO MECANISMOS DE LA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO

Suelos de grano fino El mecanismo básico envuelto en la estabilización de estos suelos con asfalto es el de impermeabilización Como el suelo posee cohesión, la función del asfalto es formar una membrana que impide la penetración del agua, previniendo cambios de volumen del suelo y reducciones en su resistencia y su módulo de elasticidad

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO MECANISMOS DE LA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO

Materiales granulares En la estabilización de materiales granulares donde ya existe aporte friccional, el asfalto involucra dos mecanismos: —Impermeabilización: Crea una membrana que previene o dificulta la entrada del agua, reduciendo la tendencia del material a perder resistencia y módulo en presencia de agua —Adhesión: Brinda al agregado la cohesión de la cual carece, aumentando la resistencia al corte y a la flexión, así como el módulo elástico


FACTORES QUE AFECTAN EL RESULTADO DE UNA ESTABILIZACIÓN CON ASFALTO

Algunos de estos factores coinciden con aquellos que afectan otros tipos de estabilizaciones: (1) tipo de estabilizante, (2) tipo y gradación del suelo, (3) densidad de la mezcla compactada y (4) curado y/o condiciones de envejecimiento de la mezcla Otros factores, por el contrario, son típicos de este tipo de estabilizaciones, debido al carácter termo-viscoelástico del asfalto: —Temperatura de ejecución de los ensayos —Velocidad de aplicación de las cargas en los ensayos


BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON EMULSIÓN ASFÁLTICA

Suelos de grano fino La posibilidad de estabilizar suelos de grano fino con asfalto depende de su plasticidad y de la cantidad de material que pasa el tamiz # 200 Un exceso de partículas finas se traduce en una superficie específica muy grande, que exigiría una proporción considerable de asfalto para cubrir la superficie de todas las partículas


Suelos de grano fino


Materiales granulares

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA REQUISITOS DE LAS EMULSIONES ASFÁLTICAS PARA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS


DISEÑO DE LAS MEZCLAS Los métodos de diseño de mezclas con emulsiones asfálticas utilizan la durabilidad como criterio de comportamiento de la mezcla después de compactada y curada La mayoría de los métodos incluyen la determinación de la pérdida de capacidad resistente de la mezcla después de un período de inmersión en agua, comparando la resistencia luego de inmersión con la resistencia inicial Existen muchos métodos para el diseño de mezclas con emulsiones asfálticas


DISEÑO DE LAS MEZCLAS


Esquema del ensayo de extrusión sobre probetas de suelo – emulsión (norma INV E-812)

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN – COMPRESIÓN

1. Determinación de la humedad óptima de compactación

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN - COMPRESIÓN 2. Determinación del contenido óptimo teórico de ligante — Fórmula Duriez

LK

5



% L  % de asfalto residual K  módulo de riqueza (2.5  3.5)   Superficie específica   (0.17G  0.33 g  2.30 S  12s  135 f ) / 100 G  % partículas mayores de 10 mm g  % partículas entre 5 mm y 10 mm S  % partículas entre 0.315 mm y 5 mm s  % partículas entre 0.08 mm y 0.315 mm f  % partículas menores de 0.08 mm


3. Elaboración de mezclas  Se elaboran mezclas con diferentes cantidades de emulsión, correspondientes a porcentajes de ligante por encima y debajo del óptimo teórico, manteniendo el contenido óptimo de fluidos de compactación 4. Compactación de probetas  Se compactan probetas de 10 cm por 10 cm de altura mediante compresión creciente hasta alcanzar 210 kg/cm2, manteniendo esta presión durante 2 minutos (compactar seis probetas para cada contenido de ligante)

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA DISEÑO DE LA MEZCLA POR EL MÉTODO DE INMERSIÓN – COMPRESIÓN 5. Curado de las probetas  Desmoldado de las probetas y curado al aire durante 7 días a 25º C  Separar cada juego de 6 probetas en 2 grupos para el resto del curado: — Uno de los grupos se mantiene otros 7 días al aire a 25º C — El otro grupo se sumerge en agua a 25º C por 7 días


6. Ensayo de compresión  Al término del período de curado, se determina la densidad de las probetas y se rompen por compresión simple, promediando las resistencias para cada porcentaje de ligante (por aparte las curadas en seco y las curadas en húmedo) 7. Determinación del contenido óptimo de emulsión  Se dibujan gráficas de resistencia seca, resistencia húmeda y resistencia conservada y elegir el porcentaje óptimo de emulsión, de acuerdo con el criterio de diseño

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Representación gráfica de los resultados de un ensayo de inmersión - compresión

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON EMUSIÓN ASFÁLTICA, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo dinámico  Se trata de materiales muy variables y difíciles de modelar, debido a

que su rigidez varía con el período de curado, la temperatura y el tiempo de aplicación de la carga  Fórmula de Finn para determinar el módulo dinámico de mezclas tratadas con emulsión asfáltica, a 25° C

ln( MR  10 3 )  0.40 m  2.46( SF )  0.015( P)  1.13 m = densidad de la mezcla, lb/pie3

SF = proporción de arena, en peso (retenido entre tamices # 4 y # 200) P = penetración del asfalto base, 0.1 mm


Módulo dinámico  CHEVRON desarrolló 3 tipos de mezclas con emulsión asfáltica:

—Tipo I: elaborada en planta con agregados procesados y con propiedades similares a las de un concreto asfáltico

— Tipo II: elaborada con agregados clasificados —Tipo III: elaborada con arenas o limos arenosos Se determinaron los valores de sus módulos en el rango de 23º C a 38º C (73 a 100º F), luego de curado total y se compararon con los de mezclas de base de concreto asfáltico elaboradas con cementos asfálticos AC – 40 y AC – 5, encontrándose alta coincidencia

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Variación del stiffness con la temperatura, para 3 tipos de mezclas con asfalto emulsificado en condición curada


Módulo dinámico  En

las mezclas con emulsión asfáltica es muy importante tener en cuenta los efectos del curado en el módulo dinámico Et = Ef - (Ef - Ei)*RFt Et = módulo a la temperatura T y tiempo de curado t

Ef = módulo a la temperatura T para la mezcla totalmente curada Ei = módulo a la temperatura T para la mezcla en estado no curado (inicial)


Módulo dinámico RFt = factor de reducción que tiene en cuenta la cantidad de curado alcanzada en el tiempo t


Módulo dinámico Para superar las reducidas velocidades de curado de las estabilizaciones con emulsión, se acostumbra añadir bajas proporciones de cemento (1% - 3%) que incrementan el módulo de la mezcla hasta en 200%, según la emulsión utilizada El módulo dinámico de las capas estabilizadas con emulsión asfáltica tiende a reducirse con el tiempo, a causa de la fatiga por la aplicación de las cargas del tránsito

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA VALORES TÍPICOS DE MÓDULOS DINÁMICOS PARA CAPAS ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA


Comportamiento a la fatiga  El comportamiento a fatiga de las estabilizaciones con emulsión asfáltica es similar al de las mezclas bituminosas en caliente Nf = Ket-c Nf = número de aplicaciones de carga hasta la falla para una deformación inicial de tensión, et K, c = nonstantes de regresión obtenidas del análisis de los datos de la prueba de fatiga


Comportamiento a la fatiga El stiffness de la mezcla tiene una considerable incidencia en el resultado de la prueba de fatiga  Para una determinada mezcla e iguales condiciones de temperatura y frecuencia de aplicación de carga, la curva de fatiga varía según el criterio que se elija para considerar la falla (reducción de módulo, cantidad de agrietamiento)  Los resultados de fatiga en el laboratorio conducen a una estimación muy conservativa de una mezcla bituminosa, por lo cual se deben aplicar factores de desplazamiento

BASES ESTABILIZADAS CON EMULSIÓN ASFÁLTICA Criterio de fatiga para mezclas elaboradas con emulsiones asfálticas (CHEVRON)


BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON ASFALTO ESPUMADO

Granulometría Ackeroyd & Hicks establecieron 3 zonas en la gráfica de granulometría, fijando la conveniencia de los suelos para ser estabilizados con asfalto espumado:

—Zona A: el material es adecuado para estabilización en vías de tránsito pesado —Zona B: el material es apropiado para estabilización en vías de tránsito liviano, pero su comportamiento puede ser mejorado con la adición de fracciones gruesas —Zona C: el material es deficiente en finos y no responde bien al tratamiento, por lo que no es adecuado para estabilizar

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Envolventes de gradación sugeridas para mezclas con asfalto espumado (Ackeroyd & Hicks)

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO SUELOS ADECUADOS PARA ESTABILIZAR CON ASFALTO ESPUMADO

Plasticidad Las mezclas con asfalto espumado admiten una cantidad limitada de finos plásticos, aconsejándose que su IP no sea mayor de 6

Si se excede este valor, resulta recomendable un tratamiento previo con cal o cemento


DISEÑO DE LA MEZCLA

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO DISEÑO DE LA MEZCLA

1. Optimización de las propiedades del asfalto espumado

 Consiste en determinar, en una planta portátil de laboratorio, el porcentaje de agua que optimiza las propiedades de espumado del asfalto, de manera de asegurar los valores de ―Expansión‖ y ―Vida Media‖ exigidos por las especificaciones


Planta de laboratorio WLB 10 para espumar asfalto


Determinación del contenido de agua para optimizar el espumado


2. Determinación del contenido óptimo de humedad  Se requiere agua para espumar el asfalto, para ablandar el material, romper los grumos que puedan existir y para permitir una mejor dispersión del asfalto durante las operaciones de mezclado y de compactación en el laboratorio y en el campo  Insuficiente agua reduce la trabajabilidad de la mezcla dando como resultado una mala dispersión del ligante, en tanto que su exceso alarga el tiempo de curado, reduce el cubrimiento de los agregados así como la densidad y resistencia de la mezcla compactada


2. Determinación del contenido óptimo de humedad (cont.)  De acuerdo con investigaciones de Mobil Oil, el contenido óptimo de humedad para la mezcla y compactación tiene lugar en un rango entre el 70 % y el 80% de la humedad óptima del Proctor Modificado de los agregados


3. Elaboración de mezclas de ensayo  Se elaboran mezclas con 5 porcentajes diferentes de asfalto y la cantidad óptima de fluidos de compactación



Los porcentajes de asfalto se escogen en función de tipo de suelo que se va a estabilizar

 Si el material contiene partículas arcillosas, se le debe adicionar cal o cemento (las normas INVÍAS lo exigen cuando el producto IP*pasa tamiz # 200 > 72)

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Rangos típicos de contenido de asfalto en mezclas con asfalto espumado (adaptado de Bowering & Martin – 1976)


Elaboración de una mezcla de ensayo


4. Compactación de probetas de ensayo  Con cada una de las mezclas se elaboran seis probetas Marshall, compactándolas con 75 golpes por cara


5. Curado de las probetas  Debido a la presencia de agua que es necesario eliminar, las mezclas con asfalto espumado desarrollan su resistencia total con el tiempo, pero requieren períodos de curado menores que en el caso de las estabilizaciones con emulsión asfáltica  Las condiciones de curado de las probetas compactadas afectan severamente la resistencia final de las mezclas con asfalto espumado, por lo que conviene simular en el laboratorio un procedimiento reproducible en la obra


5. Curado de las probetas

Probetas curadas

Sección transversal de una probeta curada

El asfalto se adhiere a la fracción fina creando un mortero que liga las partículas de mayor tamaño, pero no las cubre


Diversos procedimientos propuestos para el curado de mezclas compactadas con asfalto espumado

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO DISEÑO DE LA MEZCLA 6. Medida de dimensiones y pesos de las probetas  Se miden las dimensiones de todas las probetas y se determina su peso específico, descartando aquellas cuyo valor difiera en más de 30 kg/cm2 del valor medio del grupo al cual pertenecen

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO DISEÑO DE LA MEZCLA 7. Ensayo de tracción indirecta  Las probetas elaboradas con un determinado contenido de asfalto se separan en dos grupos: — Las probetas de un grupo se fallan por tracción indirecta con una velocidad de deformación de 50.8 mm/minuto — Las probetas del otro grupo se colocan en un desecador de vacío donde se cubren con agua a 25º C y se aplica vacío de 50 mm de mercurio por una hora, fallándose posteriormente como las del primer grupo


Ensayo de tracción indirecta

2P RTI   LD


DISEÑO DE LA MEZCLA Se elaboran gráficas que muestren la evolución de las resistencias de los 2 grupos de probetas con el contenido de asfalto y se escoge como óptimo un porcentaje de ligante que satisfaga los criterios de diseño de la mezcla Ejemplo (Criterios de diseño del Artículo 461 Especificaciones INVÍAS) Resistencia de probetas curadas en seco ≥ 2.5 kg/cm2 (250 kPa) Resistencia tras curado húmedo ≥ 50 % El porcentaje óptimo de asfalto es aquel que cumpliendo las 2 exigencias, dé lugar a la mayor resistencia tras curado húmedo

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Representación gráfica de los resultados de un ensayo de tracción indirecta

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO SUSCEPTIBILIDAD DE LAS MEZCLAS CON ASFALTO ESPUMADO A LA ACCIÓN DEL AGUA Debido a los bajos contenidos de ligante y los altos volúmenes de vacíos que contienen, estas mezclas resultan muy susceptibles a la acción del agua La susceptibilidad al agua es inversamente proporcional al grado de curado que ha alcanzado la mezcla en el momento de la exposición

Consecuentemente, es necesario proteger las mezclas de la acción del agua durante su período inicial de vida o simular en el laboratorio unas condiciones de exposición consecuentes con las de la obra

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Influencia del grado de saturación de las probetas sobre la resistencia a tracción indirecta (Campagnoli & Ríos, 2000)

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO CARACTERIZACIÓN DE LOS MATERIALES ESTABILIZADOS CON ASFALTO ESPUMADO, CON FINES DE DISEÑO DE PAVIMENTOS

Módulo dinámico Sigue leyes de comportamiento similares a las que presentan las estabilizaciones con emulsión asfáltica, es decir, depende del período de curado, de la rata de carga, del nivel de esfuerzo y de la temperatura El módulo final se obtiene en un plazo menor que en el caso de estabilizaciones con emulsión, debido al menor contenido de agua de la mezcla


Módulo dinámico La tendencia de evolución del módulo con el contenido de asfalto es similar a la que presenta la resistencia de la mezcla

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Valores de resistencia a la tracción indirecta y de módulo dinámico para mezclas del área de Bogotá (Santamaría, 2000)


Módulo dinámico REDUCCIÓN DEL MÓDULO DINÁMICO A CAUSA DE LA APLICACIÓN DE CARGAS (Long, 2001)

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Vida efectiva de fatiga Se conoce como tal, el número necesario de repeticiones para reducir el módulo de la mezcla hasta 400 MPa Al alcanzar dicho valor, se considera que la estabilización se empieza a comportar como un material granular


Deformación permanente La mayor parte de la deformación se produce con las aplicaciones iniciales de carga

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO Deformación permanente REPETICIONES DE CARGA ADMISIBLES EN FUNCIÓN DE LA MAGNITUD DE LA CARGA APLICADA Y DEL NIVEL DE DEFORMACIÓN (Long, 2001)

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO RESUTADOS DE UN ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE LAS TÉCNICAS DE ESTABILIZACIÓN CON EMUSIÓN Y CON ASFALTO ESPUMADO



Análisis de los resultados de la estabilización del material arcilloso Material solo —En condición seca, el empleo de emulsión da lugar a resistencias aceptables, en tanto que al emplear asfalto espumado se requiere la incorporación de activantes —Todas las mezclas pìerden resistencia después de inmersión en agua


Análisis de los resultados de la estabilización del material arcilloso Material + 2 % de cal —Todas las mezclas dan resultados satisfactorios, siendo mayores las resistencias en el caso de la emulsión

Material + 2 % de cemento —Las resistencia en seco son satisfactorias (aunque menores que en el caso de la cal), pero las resistencias conservadas son bajas



Análisis de los resultados de la estabilización del material sílico calcáreo —La emulsión da lugar a una mezcla con resistencia adecuada, tanto en condición seca como en condición húmeda

—La mezcla con asfalto espumado sin activante no presenta ninguna resistencia, debido a problemas de adherencia entre el asfalto y el agregado —La incorporación de activantes mejora el comportamiento de las mezclas con asfalto espumado

BASES ESTABILIZADAS CON ASFALTO ESPUMADO COMPARACIÓN ENTRE LAS TÉCNICAS DE ESTABILIZACIÓN CON EMUSIÓN Y CON ASFALTO ESPUMADO

BASES Y SUBBASES

COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES


Generalidades

El propósito general de la combinación de estabilizantes es realizar un tratamiento previo del suelo para modificar algunas de sus características, antes de aplicar el estabilizante dominante La ventaja del procedimiento es que uno de los estabilizantes compensa la falta de efectividad del otro en el tratamiento de una característica particular del suelo Normalmente, la dosificación del producto que se aplica primero es menor que la del segundo


TIPOS DE COMBINACIONES DE ESTABILIZANTES

Las combinaciones de estabilizantes más empleadas son: —Cal – Cemento

—Cal – Asfalto emulsionado o espumado —Cemento – Asfalto emulsionado o espumado

COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES SELECCIÓN DE COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES (adaptado de FHWA-IP-80-2)


COMBINACIÓN CAL - CEMENTO El cemento no se puede mezclar exitosamente con finos muy plásticos Al realizar un tratamiento mixto de cal y cemento, cada conglomerante cumple una misión:

—La cal, que se agrega primero, flocula los finos con una reacción rápida de intercambio iónico, disminuyendo la plasticidad del suelo y mejorando la trabajabilidad y el mezclado. Así mismo, reduce la humedad — El cemento produce un rápido incremento de resistencia mecánica en el suelo


COMBINACIÓN CAL - CEMENTO Se suele aplicar primero entre 1 % y 3 % de cal y luego la cantidad requerida de cemento, según el tipo de suelo El diseño de la mezcla se realiza por métodos aplicables al estabilizante dominante, en este caso los de compresión inconfinada y humedecimiento y secado

COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES Efecto de la combinación de cal y cemento sobre una arcilla de Irbid (Jordania)

EFECTO DE LA CAL SOBRE LA RESISTENCIA

EFECTO DE LA CAL COMO PRE-TRATAMIENTO

COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES COMBINACIÓN CAL O CEMENTO CON ASFALTO EMULSIONADO O ESPUMADO

El curado es un factor clave en el desarrollo de la resistencia de las estabilizaciones con productos asfálticos y su velocidad se ve favorecida con el uso previo de cal o cemento El tratamiento previo del suelo con cal o cemento hace que la estabilización con el producto asfáltico sea más resistente a la humedad y presente módulos mayores que estabilizando solamente con el producto asfáltico Al emplear cemento, se recomienda que su proporción respecto del asfalto residual no sea mayor de 1:5 para evitar la fragilidad de la mezcla


COMBINACIÓN DE ESTABILIZANTES RESULTADOS DE ENSAYOS DE INMERSIÓN COMPRESIÓN AL ESTABILIZAR UN MATERIAL ARCILLOSO CON CAL O CEMENTO + ASFALTO ESPUMADO (PASA TAMIZ # 200 = 15.2 %, IP = 14.5 %)

BASES Y SUBBASES

OTROS TIPOS DE BASES

BASES Y SUBBASES

Además de las bases de tipo convencional, se han desarrollado otras con el propósito de solucionar problemas específicos de los pavimentos: Bases permeables y bases de concreto pobre, con las cuales se combate el problema de la erosión del soporte de los pavimentos rígidos Bases elaboradas con mezclas asfálticas de alto módulo, desarrolladas para ayudar a combatir el ahuellamiento en los pavimentos asfálticos (VER MÓDULO 9)

BASES Y SUBBASES

BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE

 Capa que se coloca generalmente bajo las losas de un pavimento rígido, constituida por un material filtrante de manera que, con ayuda de una pendiente transversal adecuada y unas correctas instalaciones de salida, drena el agua que se infiltra desde la superficie del pavimento  Esta capa puede ser granular o tratada con ligantes hidrocarbonados o con cemento. La finalidad primaria de la estabilización (con cemento asfáltico o cemento Pórtland) es brindar estabilidad a la capa durante la etapa constructiva

BASE PERMEABLE

 El remate de la base permeable puede ocurrir: -Contra un subdrén longitudinal

-Contra el talud lateral hacia el exterior (no es recomendable, porque se pueden producir contaminaciones en el talud durante las operaciones de construcción y mantenimiento)

BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE GRANULAR Su estabilidad se logra a través de la trabazón de agregados Se exige que el material tenga 100% de partículas trituradas mecánicamente

El desgaste Los Ángeles no puede exceder de 45 % Las pérdidas en el ensayo de solidez no pueden exceder de 12 % (sulfato de sodio) o de 18 % (sulfato de magnesio)

BASE PERMEABLE

BASE PERMEABLE GRANULAR GRANULOMETRÍAS USUALES

Nota -Se recomienda que Cu > 4 para garantizar la estabilidad de la base

BASE PERMEABLE BASE PERMEABLE ESTABILIZADA CON CEMENTO ASFÁLTICO

Se recomienda el uso de un asfalto de grado AC-40 en proporción de 2 a 2 ½ % en peso GRANULOMETRÍAS USUALES

BASE PERMEABLE BASE PERMEABLE ESTABILIZADA CON CEMENTO PORTLAND

La cantidad de cemento varía entre 120 y 150 kg/m3 La cantidad de agua debe ajustarse para controlar la segregación GRANULOMETRÍAS USUALES

X = % indicado por el constructor

BASES Y SUBBASES

BASE DE CONCRETO POBRE

BASE DE CONCRETO POBRE DEFINICIÓN

Una base de concreto pobre se compone de agregados y cemento uniformemente combinados y mezclados con agua. Los agregados son de calidad marginal (característicos de subbase) y la cantidad de cemento en la mezcla es reducida El concreto pobre se utiliza como subbase de pavimentos rígidos

El material es más rígido y más resistente a la erosión que una subbase estabilizada con cemento


MATERIALES Agregado pétreo El agregado puede provenir de trituración de roca, piedra o grava o ser de tipo natural Sus partículas deben ser duras y libres de polvo, materia orgánica y otras sustancias objetables

La fracción gruesa debe carecer de excesos de partículas aplanadas (relación ancho/espesor > 5) y de partículas alargadas (relación longitud/ancho > 5) El equivalente de arena debe ser superior a 20


MATERIALES Agregado pétreo

BASE DE CONCRETO POBRE MATERIALES Cemento Debe ser el tipo I (norma ASTM C 150) Agua Debe ser limpia y estar libre de aceite, sal, ácidos, álcalis, materia orgánica, azúcar y cualquier otro elemento que pueda ser perjudicial para la mezcla. Agua que sea calificada como potable se puede emplear sin necesidad de realizar ensayos de comprobación Aditivos Pueden ser de tipo puzolánico (ASTM C 618), inclusores de aire (ASTM C 620) y reducidores de agua (ASTM C 494, Tipo A -reducidor- ó Tipo D -reducidor y retardante-)

BASE DE CONCRETO POBRE DISEÑO DE LA MEZCLA

El concreto pobre se diseña como una mezcla de concreto convencional, pero con las siguientes limitaciones de resistencia: —Resistencia mínima a compresión a 7 días : 500 psi —Resistencia mínima a compresión a 28 días : 750 psi —Resistencia máxima a compresión a 28 días: 1,200 psi La limitación de resistencia máxima tiene por objeto reducir la posibilidad de fisuración refleja en la superficie del pavimento Se puede obviar la limitación de resistencia máxima, si en la capa de concreto pobre se construyen juntas con el mismo patrón de las juntas del pavimento


DISEÑO DE LA MEZCLA El asentamiento de la mezcla (ASTM C 143) debe ser del orden de 50 mm La cantidad mínima de material cementante (cemento o cemento + ceniza volante) es de 120 kg/m3 Si el pavimento se construye en una zona sometida a heladas, la mezcla deberá presentar pérdidas no mayores de 14 % en el ensayo de congelamiento y deshielo (ASTM D 560) y una cantidad de aire incluido entre 6% y 10% (ASTM C 231 si el agregado grueso proviene de grava o piedra ó ASTM C 173 para escoria y otros agregados gruesos porosos

BASE DE CONCRETO POBRE Relación entre las resistencias a compresión y flexión para mezclas de concreto pobre (Packard, 1981)

Base Estabilizada

Recommend Documents