3.2 Estabilización de Suelos.pdf

Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Rosario ·

Módulo dinámico:

El ensayo de módulo dinámico evalúa la deformabilidad de un material a través de su módulo de elasticidad aplicando cargas pulsantes y tiempos de aplicación de carga similares a los producidos por el tránsito. Como técnica de ensayo es muy empleada la tracción indirecta por compresión diametral. El suelo-cemento presenta módulos de elasticidad elevados (entre 10.000 y 35.000 Kg/cm2), poco variables con la frecuencia de aplicación de la carga e insensibles a los cambios de temperatura. Este parámetro es utilizado para el diseño estructural de pavimentos, en el cálculo de tensiones y deformaciones de estructuras viales, aplicando métodos de capas elásticas. Dosificación: El porcentaje de cemento portland a emplear será función del tipo de suelo a estabilizar y de la resistencia requerida en la especificación técnica particular. Generalmente varía entre 5 y 12 % referido al peso de suelo seco. Usualmente en el caso de suelos arcillosos, se incorpora arena en la mezcla (suelo-arena-cemento) con el fin de reducir el porcentaje de cemento necesario para la estabilización. La Norma de Ensayo VN-E20-66

Determinación del dosaje para

“

ensayar mezclas de suelo-cemento” proporciona tablas con valores como puntos de partida de los porcentajes de cemento a incorporar para suelos granulares y suelos finos, en función de sus características granulométricas, la densidad obtenida en el ensayo de compactación y su índice de grupo. Además las muestras de suelo-cemento deberán ser sometidas a los

Vías de Comunicación II

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siguientes ensayos: ü

Ensayo de durabilidad por humedecimiento y secado de mezclas de suelo-cemento (Norma de Ensayo VN-21-66)

ü

Ensayo de durabilidad por congelamiento y deshielo para mezclas de suelo-cemento (Norma de Ensayo VN-22-66)

Estas normas detallan el procedimiento a seguir para valorar la perdida de material (empleando un cepillo raspador con hilos de alambre normalizado) en probetas de suelo-cemento, cuando se las somete a ciclos de “humedecimiento y secado” y “congelamiento y deshielo”. Según lo establecido en la Sección C.IV. “Base o sub-base de suelo-cemento” del Pliego de Especificaciones Técnicas Generales de la Dirección Nacional de Vialidad la pérdida de material no deberá ser superior a los siguientes límites: Ø

Suelos A1, A2-4, A2-5 y A3: 14%

Ø

Suelos A2-6, A2-7, A4 y A5: 10%

Ø

Suelos A6 y A7: 7%

Ejecución en obra: El suelo-cemento debe elaborarse mediante el empleo de mezcladora fija, controlando la homogeneidad de la mezcla (Norma de Ensayo VN-E3465). Una vez finalizado el mezclado en planta, se transporta y distribuye la mezcla en el lugar donde se ejecutará la capa, se incorpora la humedad óptima mediante equipos regadores y se inician los trabajos de mezclado final (mezclado húmedo) con el fin de homogeneizar la humedad de la mezcla. La compactación deberá ejecutarse dentro del plazo de 3 horas, Vías de Comunicación II

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desde el inicio del proceso de mezclado inicial. Una vez finalizada la compactación y el perfilado de la capa, se debe ejecutar un riego de curado con material bituminoso, el que no deberá ser inferior a 0.3 litros/m2 de asfalto residual. 3.3 Suelo-Arena-Escoria-Cal

Las mezclas de suelo-arena-escoria-cal también pertenecen a la categoría de estabilizados físico-químicos con aditivos inorgánicos y consisten en una mezcla íntima entre suelo natural, cal hidratada, arena silícea y escoria de acería o alto horno. Los suelos naturales son mejorados granulométricamente con arena silícea y arena de escoria siderúrgica de alto horno triturada o de acería, dando lugar a estabilizados de suelo-arenaescoria-cal. Estas mezclas son menos empleadas que las de suelo-cal y suelocemento, pero son muy utilizadas como bases de pavimentos urbanos en nuestra región. Si bien la escoria carece de propiedades cementicias y actividad hidráulica por sí sola, contiene constituyentes que se combinan con la cal a temperaturas ordinarias y en presencia de agua, dando lugar a compuestos permanentemente

insolubles

y

estables

que

se

comportan como

conglomerantes hidráulicos. Ensayo de compactación: El ensayo de compactación para el caso de mezclas de suelo-arena-


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escoria-cal se realiza según la Norma de Ensayo VN-E19-66 “Compactación de mezclas de suelo-cemento y suelo-cal”, para el Ensayo Tipo III (molde chico, pisón chico y 35 golpes por capa). Capacidad estructural: Para valorar la aptitud estructural de mezclas de suelo-arena-escoriacal se utilizan los siguientes ensayos: ·

Valor Soporte o CBR:

Al igual que para el caso de suelo-cal, debido a la cementación inicial que se produce en este tipo de mezclas se toma como válido el valor de CBR resultante para la quinta penetración (0.5”). Se pueden lograr valores soportes relativos de 80%, siendo aptos para trabajar como bases. ·

Resistencia a la compresión simple:

El ensayo de compresión simple de probetas compactadas de suelo-cal y suelo-cemento (Norma de Ensayo VN-E33-67) también puede ser empleado para determinar la resistencia de estas mezclas. Las probetas se compactan en la forma especificada con la humedad óptima obtenida del ensayo de compactación, son sometidas a curado húmedo durante 7 días y luego se las ensaya a compresión simple en la prensa de ensayo. Dosificación: En los estabilizados del tipo suelo-arena-escoria-cal, la participación de la cal no debe ser inferior al 1,5 %. El porcentaje mínimo de arena silícea


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incorporada en peso respecto al peso seco de la mezcla sin cal es del 15 %. Cuando se emplee escoria de alto horno enfriada al aire y triturada el porcentaje de participación en peso en la mezcla no debe ser inferior al 35 %, en tanto que cuando se utilice escoria de acería, el porcentaje en peso no será inferior al 40%. El índice plástico de la mezcla suelo- arena deberá ser como máximo 10, sin perjuicio de la cantidad mínima de arena a incorporar. Para obtenerlo se podrá adicionar más cal hidratada a la mezcla. Ejecución en obra: Previo a la mezcla de materiales, el suelo a utilizar deberá ser pulverizado hasta que el 100 % pase por el tamiz 3/4" y el 60 % como mínimo pase por el tamiz de 4,8 mm mediante equipo pulverizador adecuado. Una vez controlada esta condición granulométrica se procede al mezclado en seco de los materiales (suelo, arena, escoria y cal). Luego de finalizado el mezclado en seco, se incorpora la humedad óptima mediante equipos regadores móviles, se realiza un mezclado húmedo para homogeneizar la humedad en todo el espesor de la capa y se inician los trabajos de compactación. No deben transcurrir más de 6 horas desde el inicio del proceso de mezclado en seco hasta la finalización de los trabajos de compactación. Una vez finalizada la compactación y el perfilado de la capa, se debe ejecutar un riego de curado con material bituminoso, el que no deberá ser inferior a 0.3 litros/m 2 de asfalto residual.


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3.4 Suelo-Asfalto

La estabilización de suelos con emulsiones asfálticas tiene una amplia aplicación en distintas tareas de la construcción vial. El asfalto impermeabiliza al suelo y aporta una importante cohesión, lográndose capas de gran aptitud estructural. Los principales usos de este tipo de mezcla son los siguientes: ·

Suelo-arena-asfalto: La cohesión e impermeabilización brindada por el asfalto, sumado al aporte friccional de la arena conforman una capa estable, impermeable y de alta durabilidad, con capacidad estructural para actuar como bases en estructuras de pavimento.

·

Suelo-asfalto: Presenta una técnica constructiva de bajo costo y buenas condiciones de servicio para mejorar caminos no pavimentados utilizando el mismo suelo del lugar.

·

Arena-asfalto: Estas capas son utilizadas en delgados espesores (usualmente 2 cm) como membranas antirreflejo de fisuras cuando se ejecutan repavimentaciones. Son mezclas muy flexibles debido a que llevan altos contenidos de cemento asfáltico.

Ensayo de compactación: El ensayo de compactación recomendado para el caso de mezclas conformadas por suelo y asfalto es el AASHTO T-180 (Tipo II o V de nuestra Norma de Ensayo en función del tipo de suelo).


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Capacidad estructural: Para valorar la aptitud estructural de mezclas conformadas por suelo y asfalto usualmente se emplea el ensayo de Valor Soporte Relativo, lográndose valores de CBR 80 % para mezclas de suelo-arena-asfalto. Las condiciones para el ensayo CBR son las siguientes: Ø

Compactación estática a 135 Kg/cm2

Ø

Pérdida del 40 % de la humedad de compactación

Ø

Inmersión en agua durante 7 días (sobrecarga de 4,54 Kg)

Ø

Ensayo a penetración del pistón en la prensa de ensayo

Dosificación: La dosificación usual para una mezcla de suelo-arena asfalto es la siguiente: Ø

70% arena

Ø

30% suelo (A2 o A4 con IP < 6)

El porcentaje de emulsión asfáltica a incorporar será el mínimo necesario para alcanzar la estabilidad requerida (alrededor del 7% de emulsión asfáltica rotura lenta). Para arena-asfalto, el índice de plasticidad de la arena debe ser inferior a 10 y el porcentaje y tipo de emulsión asfáltica a emplear será función del estado de la superficie sobre el que se va a aplicar, las condiciones climáticas de la región y las cargas de tránsito.


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Ejecución en obra: La mezcla puede realizarse en el camino o en planta central. Una vez mezclados el suelo y la arena y extendidos en el camino, se incorpora la emulsión asfáltica. Se incorpora la humedad de compactación (2 a 3% por encima de la óptima para evitar la rotura prematura de la emulsión) mediante camiones regadores y se procede al mezclado húmedo. Una vez terminado el proceso de mezclado se levanta la mezcla formando caballetes a ambos lados de la calzada con el propósito de secar el exceso de humedad que la mezcla le transfirió a la sub-base. Cuando la subbase se encuentre seca se distribuirá nuevamente la mezcla sobre la calzada y se procede al oreado y desterronado hasta que la humedad llegue a un punto por debajo de la óptima. Finalmente se realiza la compactación con rodillos pata de cabra, neumáticos y liso respectivamente (respetar un máximo de 10 cm de espesor de compactación), para luego realizar el perfilado. Se debe esperar el secado de la mezcla antes de colocar la capa superior o riego de liga a menos del 60% de la humedad óptima de compactación. 4. ESTABILIZACIÓN QUÍMICA

Este tipo de estabilización se logra mediante un intercambio de bases, al incorporarle al suelo un agente estabilizador (resinas). Esta reacción


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química produce modificaciones permanentes y constantes de las propiedades del suelo. El objetivo principal de la incorporación de resinas al suelo es reducir la absorción de agua, y por lo tanto aumentar su estabilidad. Esto puede lograrse, en suelos apropiados, con un porcentaje muy pequeño de resinas (del 1 al 3 %). Experimentalmente se comprobó que en suelos alcalinos la absorción de agua es apreciable, no ocurriendo lo mismo con suelos ácidos, siendo estos últimos los apropiados para estabilizar con resinas.


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ANEXO ÁMBITO RECOMENDADO DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS


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