UNIVERSIDAD PRIVADA BOLIVIANA
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WAA
MAESTRIA EN INGENIERIA DE CARRETERAS Y PUENTES
ESTABILIZACIONES GRANULOMETRICAS.
CAPITULO 4
INTRODUCCION
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El término estabilización de suelos es aplicado a cualquier proceso mediante el cual se mejoran las propiedades físico-mecánicas de un suelo. WAA
La estabilización de suelos como ciencia empezó hace alrededor de 60 años. Los objetivos principales de la estabilización son mejorar la resistencia del suelo, disminuir la permeabilidad y absorción de agua y mejorar la capacidad portante del portante del suelo así como su durabilidad bajo condiciones cíclicas tales como las variaciones del contenido de humedad y aplicaciones de cargas repetidas, tal como ocurre en el uso de los suelos en la construcción de carreteras.
INTRODUCCION
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El origen de las estabilizaciones de suelos tiene raíces económicas económicas y su importancia radica en el hecho de que, mediante el empleo de estabilizadores, es posible utilizar los materiales del lugar de construcción, construcción, sin necesidad de reemplazarlos, lo que implicaría encarecer la obra debido a los costos en la remoción, transporte y sustitución del suelo inestable.
INTRODUCCION
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En las obras viales nos encontramos con suelos que en su estado natural no son adecuados para la construcción por no reunir los requisitos especificados para la obra, en función a ello deberán tomar una de las tres alternativas siguientes: siguientes : 1.- Aceptar el material tal y como está está y efectuar el diseño de acuerdo con las restricciones impuestas por la calidad del material. 2.- Remover y desechar el suelo del suelo del lugar y sustituirlo por un suelo de características adecuadas. 3.- Alterar o cambiar las propiedades propiedades del material existente de tal manera que se obtenga un material que reúna en mejor forma los requisitos impuestos, o cuando menos que la calidad obtenida sea adecuada.
DISTINTOS MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN
Existen diversas maneras de estabilizar el suelo, por lo que el método más apropiado dependerá de factores económicos, técnicos y principalmente de las características del suelo a ser tratado. Mecánicos Compactación
Físicos Mezclas de Suelos Vibro flotación Confinamiento Precarga
Químicos Adición de sal Adición de cemento Adición de asfalto Adición de cal Adición de otras sustancias o aditivos
WAA
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AGENTES ESTABILIZANTES MAS RECOMENDADOS 6 PARA DISTINTOS SUELOS WAA
O L E U S L E D D A D I C I T S A L P E D E C I D N I
PORCENTAJE DE SUELO QUE PASA POR EL TAMIZ No 200
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TIPO DE SUELO Y METODO DE ESTABILIZACION RECOMENDADO
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ESTABILIZACIÓN MECÁNICA
La estabilización mecánica, se refiere básicamente a la compactación de suelos, la cual es definida como el proceso mecánico por el cual se busca mejorar propiedades del material tales como: resistencia mecánica, compresibilidad y esfuerzo-deformación.
ESTABILIZACIÓN MECÁNICA
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La densificación del material implica cuatro consecuencias que son de sumo interés desde el punto de vista del ingeniero de carreteras:
1.- Evita los asentamientos ulteriores que podrían producirse por efecto de las sobrecargas. 2.- Mejora las características mecánicas de los suelos por lo que los hacen aptos para soportar las sobrecargas impuestas. 3.- La disminución de los vacíos implica una reducción de la influencia del agua. 4.-La disminución de la porosidad mejora la resistencia de los granos a la disgregación
ESTABILIZACION GRANULOMETRICA 10
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En una estabilización granulométrica, existen los siguientes componentes: suelo y agregados pétreos. Las condiciones que debe reunir este material compuesto son: una granulometría determinada, definida en función de su uso futuro, y caracteristicas de plasticidad de las partes finas del material, las que constituyen el medio ligante o cohesivo. El nuevo material, denominado estabilizado granular, puede utilizarse como capa de rodamiento (calzadas enripiadas), o como base de pavimentos asfálticos o de tratamientos superficiales.
ESTABILIZACION GRANULOMETRICA 11
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En todos los casos se tratará de una mezcla bien graduada de agregado pétreo, arena, limo y arcilla, a que compactada alcanzará su máxima densidad. Dentro de esta mezcla las partículas cumplen distinta función:
• El agregado grueso (25 a 2 S.S.) aporta al conjunto fricción y
resistencia al impacto y al desgaste, el mismo debe estar entre el 45% y el 70% del total.
• El agregado fino (arena) aporta fundamentalmente trabazón
a la estructura.
Las partículas mas finas (limo y arcilla) actúan como relleno para impedir el movimiento de las partículas gruesas y suministran poros diminutos que sostienen a las delgadas películas de agua que desarrollan una fuerte cohesión.
CONDICIONES QUE DEBEN CUMPLIR EL MATERIAL RESULTANTE
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Granulometria: El tamaño maximo del agregado esta relacionado con el espesor de la capa a construir, el mismo esta comprendido entre 1/3 y ¼ del espesor.
CONDICIONES QUE DEBEN CUMPLIR EL MATERIAL RESULTANTE
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Condiciones de plasticidad: Se tiene la siguiente recomendacion.
CALIDAD DE LOS MATERIALES
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WAA
El agregado pétreo podrá ser proveniente de la trituracion de rocas naturales o artificiales, tosca dura, ripio o canto rodado. Estará formado por partículas duras, sanas y desprovistas de materiales perjudiciales. El desgaste de los agregados gruesos, medido por el ensayo Los Ángeles será menor de 35 para bases y menor de 40 para subbases. Los suelos finos deberán tener un contenido de Sales totales menor a 1.5 % y de Sulfatos menor a 1.5%. La resistencia del estabilizado granular, valorada con el ensayo de Valor Soporte Relativo, será: para subbases mayor de 40 y para base mayor de 80.
DOSIFICACION
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Es muy común tener que combinar dos o más materiales de distintas granulometrías para lograr una combinación de los mismos, para cumplir con las especificaciones granulométricas. La determinación de la dosificación adecuada puede ser resuelta por distintos métodos.
METODO ANALITICO
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La ecuación que expresa la combinación de varios agregados, para un tamiz en particular, es: P = A a + B b +C c +….. Donde: P porcentaje de la mezcla que pasa por un tamiz dado. A, B, C, porcentajes de cada material que pasa por ese tamiz. a, b, c, proporción do los agregados usados en la combinación. La suma de estas proporciones es 100%.
METODO ANALITICO
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Los porcentajes combinados, P, deben coincidir lo más posible con los porcentajes deseados en cada tamiz. Ninguno debe caer fuera de los límites granulométricos establecidos por las especificaciones. Obviamente, puede haber muchas combinaciones aceptables. Una Optima combinación va a ser aquella en la cual sus porcentajes coincidan lo mas posible con los planteados inicialmente como objetivo. En definitiva, para obtener la dosificación más adecuada, debe plantearse un sistema de ecuaciones, donde para cada tamiz en el que se tenga valor a verificar en Ia especificación puede plantearse una ecuación como la indicada. Para aportar coherencia al análisis debe plantearse una ecuación adicional, donde la suma de los porcentajes de cada agregado sea igual a 100%.
METODO ANALITICO
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Para aplicar esta forma de dosificación, el número de ecuaciones planteadas no debe superar al número de incógnitas. Por ejemplo, para combinar tres materiales se tendría que plantear un sistema de tres ecuaciones con tres incógnitas como se indica: (tamiz 1) P1 = A1 %a + B1 %b + C %c (tamiz 2) P2 = A1 %a + B1 %b + C %c % a + % b + % c = 100% Siendo P, A, B y C datos, y a, b y c las incógnitas del sistema. Al ser el numero de ecuaciones posibles de ser planteadas menor que el numero de tamices con especificación disponibles, existirán muchas dosificaciones como solución. En ese caso, se realizarán varias y se adoptará a que más se acerque a la curva granulométrica planteada como objetivo.
DOSIFICACIÓN DE AGREGADOS WAA
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Es muy común tener que combinar dos o más materiales de distintas granulometrías para lograr una combinación de los mismos, para cumplir con las especificaciones granulométricas. Agregado - A Agregado - B
Ejemplo - Método Grafico WAA
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Metodología - Método Grafico
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• Se grafican en el eje vertical Izquierdo (Que representa
el 100 [%] del agregado A) los porcentajes del mismo que pasan los distintos tamices. • Se grafican en el eje vertical Derecho (Que representa el 100[%] del agregado B) los porcentajes del mismo que pasan por los distintos tamices. • En esa gráfica, el eje horizontal inferior representa el porcentaje del agregado A en la mezcla, el mismo es 0 [%] en correspondencia con el eje vertical izquierdo donde esta representado el agregado B, y es 100 [%] en correspondencia con el eje vertical derecho donde está representado el agregado A. El eje horizontal superior representa el porcentaje del agregado B, con una escala inversa a la del eje horizontal inferior.
Metodología - Método Grafico WAA
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Metodología - Método Grafico
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• Unir con rectas los puntos de cada eje que
correspondan al mismo tamiz. • Marcar, sobre las rectas correspondientes a los distintos tamices, los entornos de las especificaciones para ese tamiz. • Esta zona delimitada sobre cada recta, representa las proporciones de los agregados A y B, medidos sobre el eje horizontal, que excederán los límites de las especificaciones técnicas para ese tamaño en particular.
Metodología - Método Grafico WAA
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Metodología - Método Grafico
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• Luego, la porción del eje horizontal determinada por dos WAA
líneas verticales que estarán dentro de los límites de las especificaciones de todos los tamaños, proyectados verticalmente, representan la proporciones limites posibles para combinación satisfactoria entre los agregados A y B.
Metodología - Método Grafico
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De la gráfica se Obtiene los porcentajes deWAAcada agregado para la mezcla
Metodología - Método Grafico WAA
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Método Grafico - Rothfuchs
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Se dibuja la curva acumulativa de la granulometría del WAA árido que se necesita, usando las ordenadas para los tantos por ciento que pasan, pero escogiendo la escala para el tamaño del tamiz de tal forma que la granulometría dibujada sea una línea recta. Esto se puede hacer rápidamente dibujando una línea recta inclinada y marcando sobre ella los tamaños correspondientes a los distintos tantos por ciento que pasan por cada tamiz.
Método Grafico - Rothfuchs
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WAAque se van a Las curvas granulométricas de los áridos mezclar se dibuja en esta escala, Generalmente se encontrara que no son líneas rectas.
Método Grafico - Rothfuchs
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WAA Con la ayuda de una regla transparente se dibujan las líneas rectas que se aproximen más a las curvas granulométricas de cada árido; esto se realiza eligiendo para cada curva una línea recta, de tal forma que el área comprendida entre ella y la curva sea un mínimo y que la suma de las áreas que queden a cada lado de la línea recta sean aproximadamente iguales.
Método Grafico - Rothfuchs
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Se unen los extremos opuestos de estas líneas rectas y las proporciones para la mezcla pueden leerse a partir de los puntos donde estas líneas de unión cortan a la línea recta que representa a la mezcla que se necesita.
Método Grafico - Rothfuchs WAA
Método Grafico
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MÉTODO ANALÍTICO 1
33 WAA
Calcular el promedio de la especificación Obtener las diferencias en valor absoluto entre la especificación promedio y el porcentaje que pasa cada material Sumar dichas columnas Con dichos totales dividir la suma mayor entre la menor
MÉTODO ANALÍTICO 1
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TAMIZ
% QUE PASA B
A
2"
100
100
1 1/2"
82.8
87.4
1"
53.2
80.2
3/4"
40.8
77.3
3/8"
36.3
N° 4
ESPECIFICACIONES ESPECIFICACIÓN ABS (EP-B) ABS(EP-A) PROMEDIO (EP)
B
A
MEZCLA
100
100
0
0
57.86
42.14
100.00
75-95
85
31.8
4.8
30.80
33.80
64.60
74.8
40-75
57.50
21.20
17.30
21.00
31.52
52.52
30
71.9
30-60
45.00
15.00
26.90
17.40
30.30
47.70
N° 10
24.9
64
20-45
32.50
7.60
31.50
14.40
26.97
41.37
N° 40
18.7
42.5
15-30
22.50
3.80
20.00
10.80
17.91
28.71
N° 200
9.6
13.6
5-15
10.00
0.40
3.60
5.60
5.73
11.33
S
79.80
104.10
Suma mayor Suma menor
A B
104.1 79.8
A/B= A=
1.305 1.305 B
Resolviendo la ecuación:
Si b= a= a+b =
% para el árido de la suma menor:
100/(a+b)
0.75 0.98 1.73 57.86 %
MÉTODO ANALÍTICO 2
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La ecuación que expresa la combinación de varios agregados, para un tamiz en particular, es:
P = Aa + Bb + Cc+….. Donde: P = Porcentaje de la mezcla que pasa por un tamiz dado.
A,B,C, = Datos, porcentajes de cada material que pasa por ese tamiz. a,b,c, : Incógnitas, proporción de los agregados usados en la combinación.
a + b + c = 100%.
MÉTODO ANALÍTICO 2
36 WAA
Plantear un sistema de ecuaciones (Una ecuación por tamiz)
Puede haber varias combinaciones posibles
P, debe estar dentro de los rangos permisibles
MÉTODO ANALÍTICO 2
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Numero de ecuaciones posibles debe ser planteadas menor que el numero de tamices con especificación disponibles
Existirán muchas dosificaciones como solución
Se realizarán varias y se adoptará la que más se acerque a la curva granulométrica planteada como objetivo
Ejemplo Datos:
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TAMIZ 2" 1 1/2" 1" 3/4" 3/8" Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 200
% QUE PASA A B
E INF.
SUP.
100
100
100
100
100
82.8
87.4
53.2
80.2
75
95
85
40.8
77.3
36.3
74.8
40
75
57.5
30
71.9
30
60
45
24.9
64
20
45
32.5
18.7
42.5
15
30
22.5
9.6
13.6
5
15
10
P
P = Porcentaje Especificado. A,B = Datos, porcentajes de cada material que pasa por ese tamiz.
Ecuaciones Planteadas:
39 WAA
Mezcla Granulométrica de 2 suelos A y B :
P = Aa + Bb …………(1) a + b = 1 …...……..(2) Donde:
P = Porcentaje Especificado. A,B = Datos, porcentajes de cada material que pasa por ese tamiz. a,b : Incógnitas, proporción de los agregados usados en la combinación
Solución de Ecuaciones: P = Aa + Bb a → x/(x+1) b → 1/(x+1)
P(x+1) = Ax + B x = (B-P) / (P-A) x = 1.8 (adoptado)
40 WAA
SOLUCIÓN ECUACIÓN B-P X P-A 0.0
0.0
31.8
-4.8
-0.2
21.2
17.3
0.8
15.0
26.9
1.8
7.6
31.5
4.1
3.8
20.0
5.3
0.4
3.6
9.0
a = 64.3 % b = 35.7 %
41
Resultados:
WAA
P (mezcla) = Aa + Bb TAMIZ 2" 1 1/2" 1" 3/4" 3/8" Nº 4 Nº 10 Nº 40 Nº 200
E
P
A*a
% QUE PASA B*b P= MEZCLA
VERIF.
INF.
SUP.
100
100
100
64.3
35.7
100.0
BIEN
75
95
85
34.2
28.6
62.8
MAL
40
75
57.5
23.3
26.7
50.1
BIEN
30
60
45
19.3
25.7
45.0
BIEN
20
45
32.5
16.0
22.9
38.9
BIEN
15
30
22.5
12.0
15.2
27.2
BIEN
5
15
10
6.2
4.9
11.0
BIEN
CONCLUSIONES METODO ANALITICO 2
42 WAA
Se adopta un valor medio de x, de manera que la proporción de agregados se aproxime al especificado.
Los porcentajes de todos los tamices no siempre están dentro del rango especificado.
Para 3 o mas suelos se deben plantear todos los sistemas ecuaciones posibles.